降水波动对呼伦贝尔草甸草原初级生产力年际动态影响

降水是控制草原植被生产力最关键的因素. 为探明降水量在不同时间尺度上的波动及其对草原植被的响应机制,以呼伦贝尔草甸草原为研究对象,选用反映年际降水量波动的降水集中度和偏离期2个因子,将以地面光谱生物量模型计算获得的草甸草原植被NPP(net primary production,净初级生产力)与不同周期降水量和降水波动因子建立回归模型,分析年际降水量波动对草甸草原植被NPP的影响. 结果表明:①在呼伦贝尔草甸草原区,以年内4—7月为关键期,P_k(关键期累积降水量)对草甸草原植被NPP的影响最大,C_dk(关键期降水集中度)平均值为0.439±0.182,d_k(关键期降水偏离期)平均值为31.6 d,变幅为-3.6~94.2 d. ②以P_k和以旬为单位的C_dk、d_k构建的草甸草原植被NPP估算模型,y=-52.11+88.957C_dk+0.724d_k+0.953P_k,能较好地反映草甸草原植被NPP与降水波动之间的关系,模型估测精度可达91.0%. 因此,在半干旱草原区,利用基于遥感植被反射光谱构建的NPP模型计算草甸草原植被NPP具有较高的可信度,并且与样方调查结果有极高的关联性.      

羊草草原和贝加尔针茅草原生态系统呼吸的差异分析

应用静态暗箱-气相色谱法对羊草草原和贝加尔针茅草原的生态系统呼吸CO2通量进行了测算,分析了生态系统呼吸的影响因素,比较了2种草原生态系统呼吸的差异并分析了产生差异的原因.观测期间羊草草原生态系统呼吸CO2通量平均为(12.03±2.10)mg·(m2·min)-1,显著低于贝加尔针茅草原[(20.09±4.41)mg·(m2·min)-1];而羊草草原生物量显著大于贝加尔针茅草原(p0.001).羊草草原和贝加尔针茅草原生态系统呼吸都与温度(箱内气温、5cm和15cm地温)具有显著的指数函数关系.通过偏相关分析发现,在地温作为控制变量时,生态系统呼吸与土壤Eh、pH间不再具有显著的相关性,Eh、pH对CO2通量的影响可能是由地温变化间接引起的,而CO2通量与活体生物量呈现出了一定的相关性,与凋落物生物量无显著相关性.2种草原的CO2通量都可以用温度指数模型进行很好地模拟,基于地温的模拟效果(R2为0.568～0.639)显著好于基于箱内气温的(R2为0.323～0.426).地温是2种草原生态系统呼吸最重要的影响因素,它掩盖了地上部植物体对生态系统呼吸的影响.在该区域,土壤呼吸占生态系统呼吸比例较高,贝加尔针茅草原较高的有机质含量导致了其生态系统呼吸CO2通量较高.     

遥感数据结合Biome-BGC模型估算黄淮海地区生态系统生产力

植被净生态系统生产力(NEP)和净第一性生产力(NPP)作为表征植被活动的关键变量,在全球变化研究及区域生态环境评价中起着很重要的作用。Biome-BGC是一个模拟生态系统植被和土壤中的能量、水、碳、氮的流动和存储的生物地球化学循环模型。论文利用2004年时间序列MODIS LAI遥感产品和气象数据,对黄淮海地区的NEP和NPP进行了模拟估算,由于Biome-BGC模型没有农作物生理生态参数,农作物模拟通过修改草地生理生态参数,并在增加施肥、灌溉和收割代码基础上实现。结果表明,2004年黄淮海地区NEP、NPP呈现南部大于北部的空间分布特征;不同植被类型平均NEP和NPP大小顺序分别为:混交林>落叶阔叶林>常绿针叶林>农作物>灌木>草地、混交林>农作物>落叶阔叶林>常绿针叶林>灌木>草地;与观测数据、MODIS NPP产品和统计数据进行对比,表明Biome-BGC模型可较好用于区域植被生产力的模拟,农作物模拟结果与统计数据的决定系数达到0.612 3,且模拟得到的黄淮海地区农作物NPP比MODIS NPP产品更接近统计值。     

喀斯特常绿与落叶阔叶混交林过去50年来的碳循环模拟

通过对Forest-DNDC模型的植被和土壤参数本地化校准,以气象插值数据为输入,模拟了贵州省普定县高原型喀斯特次生常绿与落叶阔叶混交林1965~2014年的土壤、植被和生态系统碳循环特征。结果表明,与冷模拟和实测值相比,参数本地化校准后的模型能更准确地模拟春、秋、冬3个季节的土壤呼吸动态,而模拟的夏季土壤呼吸偏小;但统计检验指出,参数修订后的Forest-DNDC模型能够较好地模拟喀斯特森林土壤呼吸,降低了模拟误差,可用于喀斯特常绿与落叶阔叶混交林碳动态的模拟。进一步分析发现,1965~2014年喀斯特森林的碳通量除模拟早期的前3~4年急剧增加之外,随后总初级生产力(GPP)保持相对稳定,植物呼吸(Rplant)和生态系统呼吸(R_(ecosystem))随着森林发育而增加,土壤呼吸(R_(soil))减少,植被净初级生产力(NPP)呈迅速减小趋势;净生态系统碳交换量(NEE)亦较迅速下降,在2013年达到最低值-0.17 t C/ha,喀斯特森林由碳汇变为弱碳源。相关分析表明,年均温度和年降水对喀斯特常绿与落叶阔叶混交林的GPP和R_(soil)没有显著影响,但却显著影响NPP、R_(plant)、R_(ecosystem)和NEE。     

草地退化对三江源区高寒草甸生态系统CO2通量的影响及其原因

为了揭示草地退化对三江源地区高寒草甸生态系统碳通量的影响,利用涡度相关技术,于2006年12月1日~2007年11月30日对三江源地区的退化高寒草甸生态系统的碳通量及生物和环境因子进行观测.结果发现:草地退化对高寒草甸生态系统的碳通量产生了深刻影响,与未退化的高寒草甸生态系统相比,退化高寒草甸生态系统全年总初级生产力(GPP)下降了36.6%,全年生态系统呼吸(Reco)下降了7.9%,全年净生态系统CO2交换(NEE)也由退化前的负值(碳吸收)转变为正值(碳排放),二者相差132.5gC/(m2·a),生态系统由原来的碳汇转变为目前的碳源.这些变化与高寒草甸退化后,生态系统植物地上生物量锐减、植物生长期缩短(NEE<0的天数)、植物多样性下降、土壤含水量降低等因素密切相关.     

气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响

论文利用通用陆面模式CLM4.0-CN对全球陆地生态系统生物地球化学循环过程进行模拟,分析气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响。结果表明：气溶胶直接辐射效应使2007年全球陆地生态系统平均总初级生产力（GPP）、净初级生产力（NPP）、异养呼吸（R_H）、自养呼吸（R_A）以及净生态系统生产力（R_eco）都呈现出增加的态势。具体的变化特征则随着地区不同而表现出极大的差异,在非洲中西部、中国中东部、美国东南部和欧洲中南部地区GPP增加,在南美洲亚马逊地区及东南亚等地区GPP减少。NPP和R_A与GPP的分布基本一致。分析发现,气溶胶直接辐射效应导致陆地生态系统碳循环发生变化有如下两方面原因： 1）散射施肥效应,即植被阴生叶可以吸收的散射辐射（光合有效辐射）增加使其光合速率增加;2）辐射变化导致温度和湿度条件发生变化,从而改变植物生物物理和化学过程速率。     

亚热带稻田生态系统CO2通量的季节变化特征

为估算和评价稻田生态系统碳源/汇强度及其对大气CO2浓度变化的贡献,研究了稻田生态系统与大气间CO2交换通量的季节变化特征及其影响因素.采用涡度相关技术对我国亚热带稻田生态系统CO2交换通量进行了连续监测,在数据剔除、校正和差补的基础上,对瞬时CO2通量值进行计算求得日CO2通量值和年CO2通量值,并对CO2通量季节变化及其与主要气象因子的关系进行了探讨.结果表明,稻田生态系统光合吸收CO2通量(GPP)、呼吸排放CO2通量(Reco)和净吸收CO2通量(NEE)的季节变化均呈6～9月较高,1～5月和10～12月较低的对称分布.其中5～9月水稻生长时期的NEE总量占年总量的80%以上,对年NEE总量起决定性作用.光合有效辐射(PAR)和日平均气温(Ta)是GPP与NEE季节变化的最主要影响因子,二者与GPP和NEE分别存在显著的二元线性关系.年净吸收CO2总量为2475.6g/(m2·a),这表明我国亚热带稻田生态系统是大气CO2的汇.     

基于WSN的天目山森林碳通量估算

碳通量估算对了解森林碳循环过程有着重要的意义。在研究森林碳循环时空变异特征时,鉴于精度较高的涡度相关技术并不能得到很好的效果,文章提出了利用无线传感器网络作为监测手段,以生态系统模型模拟森林环境的碳循环过程。对天目山森林净生态系统碳交换量(NEE)、生态系统呼吸量、净初级生产力(GPP)进行估算。经估算分析表明:在测量期间,天目山森林整体上呈碳汇,由于降水原因,仅3月22日为碳源的情况;天目山森林环境NEE在单日间呈U型变化,峰值出现在12-15时之间。夜间为正值,昼间为负值,正负转变时间点为凌晨与傍晚,NEE符号转变时间点呈明显的月变化特征。2个测量地点的NEE相差0.01～1.23μmol/(m~2·s);天目山森林具有良好的固碳能力,其GPP最大值超过了25μmol/(m~2·s),由于测量的时间、地点不同,GPP值也存在较明显差异。     

不同退化程度羊草草原碳收支对模拟氮沉降变化的响应

2009~2010年,选择内蒙古温带典型草原区2个不同退化程度羊草群落为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置0g·(m2·a)-1(CK)、10 g·(m2·a)-1(MN)这2个氮处理水平,模拟研究了大气氮沉降水平变化对植物净初级生产力(NPP),土壤呼吸(Rs)以及整个群落碳收支(NEE)的定量影响,比较了不同退化程度草地群落NEE对等量氮添加的响应差异.结果表明,对于轻度退化羊草草原(样地A),MN处理生长季平均地上生物量(AGB)两年分别比CK增加21.5%及46.8%,而对于中度退化羊草草原(样地B),氮添加在2009年降低了植物AGB及地上NPP(ANPP),在2010年则表现为正效应;两年氮添加均增加了样地A与样地B的根系生物量(BGB)以及样地B的地下NPP(BNPP),但降低了2010年样地A的BNPP;氮输入增加并未明显改变Rs的时间变化规律.与CK处理相比,样地A的MN处理两年土壤微生物呼吸年累积通量较CK分别增加了14.6%与25.7%,而样地B则分别降低了10.4%与11.3%;样地A与样地B两年均表现为大气的碳汇,碳汇强度(以碳计)分别为59.22 g·(m2·a)-1与166.68 g·(m2·a)-1以及83.27 g·(m2·a)-1与117.47 g·(m2·a)-1.相对于CK,样地A两年碳汇增加量分别为15.79 g·(m2·a)-1与82.94 g·(m2·a)-1,样地B分别为74.54 g·(m2·a)-1与101.23 g·(m2·a)-1,单位氮输入量在初始氮水平低的草地群落能获得更大的增汇效应.     

2001-2010年三江源区草地净生态系统生产力估算

三江源区位于青藏高原腹地,是我国长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地.为了准确估算该地区草地生态系统的净生态系统生产力,收集整理了2001—2010年青藏高原10个通量观测站点的观测数据,构建了三江源区草地生态系统NEP（net ecosystem production,净生态系统生产力）估算模型,并在站点尺度进行了模型参数化和精度验证;结合区域尺度气象和遥感数据,估算了三江源区草地生态系统NEP.结果表明:① 2001—2010年三江源区草地生态系统多年平均NEP空间分布具有明显的空间异质性,大部分地区表现为碳汇,NEP（以C计）平均值为41.8 g/（m2·a）.② 三江源区草地生态系统NEP呈波动增加趋势,从2001年的20.0 g/（m2·a）增至2010年的82.5 g/（m2·a）;除2002年表现为弱碳源外,其余年份均表现为碳汇,并以2010年碳汇能力为最强.③ 2001—2010年三江源区草地生态系统NEP平均年增长率为5.4 g/m2;NEP年际变化率空间分布显示,大部分地区NEP呈增加趋势,仅有东南部和中部部分区域NEP呈下降趋势.研究显示,2001—2010年三江源区草地生态系统表现为碳汇,并且由于气候的暖湿化趋势,碳汇强度总体表现为增强.      

黄土丘陵沟壑区坡地土壤有机碳变化及碳循环初步研究

在利用长期定位试验的实测土壤有机碳(SOC)数据,验证DNDC(脱氮-分解作用)模型在黄土丘陵沟壑区应用的可行性基础上,应用DNDC模型来研究黄土丘陵沟壑区坡耕地农田土壤碳库储量动态变化及碳循环特征。结果表明:施肥可提高作物残体与根系分泌物的外源C携入量,也能提高土壤异氧呼吸对内源C的消耗,且施用有机肥后提高效果显著。总体上,单施有机肥、有机肥配施氮肥均能显著提高0~30 cm土层SOC含量,40年后各处理SOC分别比初始值提高了90.29%、86.46%。不施肥和单施氮肥,SOC含量总体都呈现下降趋势,40年后各处理SOC分别比初始值降低了3.52%、0.38%。依据DNDC模型模拟结果,在黄土丘陵沟壑区坡地上,为保持和提高土壤肥力,增加碳库储量,以施用有机肥为主,配合施用一定量的氮肥将是非常有效的措施。     

面向2035的节能与新能源汽车全生命周期碳排放预测评价

发展节能与新能源汽车是降低交通运输行业碳排放的重要技术路径.为量化预测节能与新能源汽车的全生命周期碳排放,利用全生命周期评价方法,以汽车相关技术路线和政策为参考,选取燃油经济性、整车轻量化水平、电力结构碳排放因子和氢能碳排放因子为关键参数,构建传统燃油汽车(ICEV)、轻度混合动力汽车(MHEV)、重度混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV)和燃料电池汽车(FCV)的数据清单并对其全生命周期碳排放进行量化预测评价,对电力结构碳排放因子和不同制氢方式碳排放因子进行了敏感性分析和讨论.结果发现,2022年ICEV、 MHEV、 HEV、 BEV和FCV的全生命周期碳排放量(以CO₂-eq计)分别为208.0、 195.5、 150.0、 113.5和205.0 g·km^-1.到2035年,BEV和FCV相比于ICEV具有较为显著的减碳效益,分别降低69.1%和49.3%.电力结构的碳排放因子对BEV的全生命周期碳排放的影响最显著.关于燃料电池汽车的不同制氢方式,短期应以工业副产氢提纯为主供应FCV氢能需求,长期以可再生能源电解水制氢和化石能源...     

中国省域私人电动汽车全生命周期碳减排效果评估

私人电动汽车因具有较少碳排放,在替代传统燃油汽车、推动交通领域碳减排方面具有广阔的应用前景.为更准确地衡量私人电动汽车相对于传统燃油汽车的碳减排效果,采用生命周期评价方法构建基于碳减排量和碳减排率的私人电动汽车碳减排核算技术方法,并通过情景分析技术模拟我国不同省份私人电动汽车碳减排潜力及关键影响因素.结果表明:①相对于传统燃油汽车,私人电动汽车在火力发电比例较低的13个省份具有较好的碳减排效果,减排率为34.69%~70.69%;在火力发电比例较高的18个省份减排效果则不太明显,减排率仅为3.20%~31.40%.②在私人电动汽车全生命周期的各阶段中,中低减排省份的燃料周期碳排放量占比最高,为57.33%~80.91%,且随着该省份碳减排效果的改善而不断降低;受制于电池的生产,高减排省份私人电动汽车全生命周期最主要的碳排放阶段为汽车材料周期.③从碳减排影响因素上看,汽车报废里程的增加对私人电动汽车碳减排量具有明显的正影响,但对碳减排率影响不大,碳减排效果较好的省份的碳减排量随报废里程的增加而上升的趋势更明显;百公里电耗的升高和车质量的增加则使碳减排效果下降,在碳减排效果较差的省份百公里电耗水平对碳减排量和碳减排率均有更显著的影响.研究显示,私人电动汽车的推广在我国可以带来一定的碳减排效果,发电能源结构和车质量是影响碳减排效果的2个关键因素,不同省份应因地制宜制定差异化的私人电动汽车推广路径.      

砖混和剪力墙结构住宅建筑碳足迹对比研究

通过对厦门大学职工砖混结构和剪力墙结构住宅住户的调查,将住宅建筑生命周期分为建材生产、建材运输、建筑建造、建筑使用、建筑拆除和废旧建材处理6个阶段,计算了2种建筑结构不同生命周期阶段的碳排放,结果显示:2种建筑碳足迹都为2.3 t/m2左右,砖混结构的人均碳足迹高于剪力墙结构,分别为67.98 t/m2和64.47 t/m2;2种住宅绝大部分的碳排放来自建材生产和建筑使用两阶段,剪力墙结构住宅在建材生产阶段碳排放量为0.673 4 t/m2,是砖混结构的2倍多;剪力墙结构住宅使用期间的碳排放量为1.59 t/m2,为砖混结构的81.2%。剪力墙结构住宅建材生产和建筑使用碳排放占建筑全生命周期碳排放的比例分别为29.28%和69.13%,砖混结构住宅则为14.01%和84.81%。研究结果可为发展低碳建筑提供科学依据。     

茂兰原生森林区岩溶流域水循环碳汇效应

岩溶作用过程积极的参与着碳循环,但在全球碳循环研究中并未对其加以重视。以自动化监测技术为手段,对处于茂兰原生森林区板寨地下河流域进行了一个水文年的实时监测,发现该流域水循环岩溶碳汇值高达353.16tC/a,折合11.8tC/(km2·a)。在此过程中,水循环方式是影响岩溶碳汇的主要因子,潮湿多雨、蒸发量小的天气有利于流域产流,从而可增强碳汇。基于前期森林调查数据,计算得该流域森林植被光合作用碳汇值为454.14tC/a,相当于该区岩溶碳汇的1.3倍。由于光合作用碳汇远大于森林植被的净碳汇,且该区代表了亚热带岩溶区森林顶级生态系统及亚热带岩溶区森林碳汇的最高水平。这说明在亚热带岩溶区,水循环碳汇量与森林植被净碳汇量同等重要,甚至更重要。     

玉米燃料乙醇生命周期碳平衡分析

玉米燃料乙醇作为化石燃料的替代品,其温室气体排放的多少(净碳排放量)是评价其可持续性的一个重要标准.基于生命周期分析原理,建立了玉米燃料乙醇的碳平衡分析方法.以我国夏玉米燃料乙醇的生产为例,计算了玉米燃料乙醇生命周期的净碳排放量并对其影响因素进行了分析.研究表明:与汽油相比,目前我国夏玉米燃料乙醇的生产并不能明显减少温室气体的排放,为此玉米生产过程中氮肥施用和灌溉以及乙醇转化过程的能耗等方面有待于重点改善.     

基于生命周期的产品碳足迹评价与核算分析

近年来,越来越多的企业对其产品进行碳足迹评价,评价方法主要采用产品碳足迹评价标准提供的碳计量方程,如GHG Protocol、ISO14064、PAS 2050、TS Q 0010等。在介绍相关评价标准的基础上,分析了产品碳足迹的评价步骤,最后利用河北盛华化工有限公司生产的PVC产品为例,给出了基于生命周期的B2B模式的产品碳足迹评价的案例。为企业及相关机构开展碳足迹评价提供借鉴作用。     

河流湖泊碳循环研究进展

围绕河流湖泊的碳循环,明晰了不同水生生态系统中的颗粒有机碳（POC）、颗粒无机碳（PIC）、溶解有机碳（DOC）等各类碳组分的迁移转化过程,进而梳理了影响河流湖泊碳通量的关键因素,归纳了目前可用于水体碳组分测定的仪器和实验室技术.重点探讨了遥感技术在河湖碳循环组分反演和估算方面的应用,系统归纳了近年来利用遥感数据估算POC、DOC、有色溶解有机物（CDOM）以及叶绿素a（Chla）等河湖碳组分的相关研究进展,并进一步对目前国内外已经建立的内陆水域碳循环模型进行了全面的对比分析.研究发现,不同纬度与类型的河流湖泊碳通量和碳循环的影响因素不同,主要由当地水循环过程以及水-气交换过程决定.传统实验室测定是精确测量水体碳组分的技术手段,卫星遥感则可全方位监测河湖水体中CDOM、DOC、POC以及浮游植物等碳组分,实现大区域的水质和碳循环过程监测.河流湖泊碳循环模型可进一步分析碳组分的来源与特征,准确揭示生物地球化学循环过程,但现有模型的适用性和稳健性仍有待进一步提高.     

Towards science in support of decision making: characterizing the supply of carbon cycle science

As concern about climate change grows, so does interest in deliberately managing the carbon cycle to reduce atmospheric concentrations of carbon dioxide. Given the scientific and technical nature of knowledge of the carbon cycle, one would expect that carbon science would be directly of use to society in considering this objective. However, carbon science is not currently organized or conducted in such a way that it can be usable to the wide diversity of decision makers who might potentially be involved in managing the carbon cycle. This paper reviews the science policies and actors governing the production or “supply” of carbon cycle science, and suggests alternatives for enabling the supply to better meet demand.     

Prospects for carbon-neutral housing: the influence of greater wood use on the carbon footprint of a single-family residence

This paper examines the energy and carbon balance of two residential house alternatives; a typical wood frame home using more conventional materials (brick cladding, vinyl windows, asphalt shingles, and fibreglass insulation) and a similar wood frame house that also maximizes wood use throughout (cedar shingles and siding, wood windows, and cellulose insulation) in place of the more typical materials used – a wood-intensive house. Carbon emission and fossil fuel consumption balances were established for the two homes based on the cumulative total of three subsystems: (1) forest harvesting and regeneration; (2) cradle-to-gate product manufacturing, construction, and replacement effects over a 100-year service life; and (3) end-of-life effects – landfilling with methane capture and combustion or recovery of biomass for energy production.The net carbon balance of the wood-intensive house showed a complete offset of the manufacturing emissions by the credit given to the system for forest re-growth. Including landfill methane emissions, the wood-intensive life cycle yielded 20 tons of CO₂e emissions compared to 72 tons for the typical house. The wood-intensive home's life cycle also consumed only 45% of the fossil fuels used in the typical house.Diverting wood materials from the landfill at the end of life improved the life cycle balances of both the typical and wood-intensive houses. The carbon balance of the wood-intensive house was 5.2 tons of CO₂e permanently removed from the atmosphere (a net carbon sink) as compared to 63.4 of total CO₂e emissions for the typical house. Substitution of wood fuel for natural gas and coal in electricity production led to a net energy balance of the wood-intensive house that was nearly neutral, 87.1 GJ energy use, 88% lower than the scenario in which the materials were landfilled.Allocating biomass generation and carbon sequestration in the forest on an economic basis as opposed to a mass basis significantly improves the life cycle balances of both houses. Employing an economic allocation method to the forest leads to 3–5 times greater carbon sequestration and fossil fuel substitution attributable to the house, which is doubled in forestry regimes that remove stumps and slash as fuel. Thus, wood use has the potential to create a significantly negative carbon footprint for a house up to the point of occupancy and even offset a portion of heating and cooling energy use and carbon emissions; the wood-intensive house is energy and carbon neutral for 34–68 years in Ottawa and has the potential to be a net carbon sink and energy producer in a more temperate climate like San Francisco.