岩溶生态系统中的碳循环特征与碳汇效应

碳酸盐岩是岩溶生态系统的物质基础,而碳酸盐岩的形成过程对大气CO2浓度的降低产生重要的作用,目前地球上99.5%的碳被封存在碳酸盐岩中;岩溶生态系统具有富钙、偏碱性的地球化学背景,制约其碳循环特征:碳酸盐岩是在清洁海洋环境中、以生物化学沉积为特征形成的沉积岩,其酸不溶物含量低,通常小于10%,意味着岩溶区土壤资源短缺,土壤总碳库量偏小,同时石灰土的富钙性导致石灰土缓效性碳库和惰性碳库大,土壤碳库的稳定性提高;土壤资源短缺,植被生长发育受到养分、水分的胁迫,使植被的地上、地下生物量的比例发生变化,岩溶区植被地上/地下生物量的比例可占30%～50%,高于非岩溶区的;岩溶水中的高HCO3-浓度,刺激水生植物的光合作用,并将无机碳转化为有机碳,提高碳迁移过程中的稳定性;本文的目的是根据最近的研究成果,揭示岩溶生态系统中碳酸盐岩-土壤-植被-水中碳赋存的状态和转化过程,提出促进岩溶碳汇效应的技术途径。     

贵州乌江渡水库沉积速率及碳氮埋藏通量估算

我国西南地区峡谷型梯级水库沉积物的碳汇效应对全球碳循环有着重要意义。为了探明该区域水库的碳汇强度,本研究选择乌江流域的乌江渡水库作为研究对象,于2015年5月对水库沉积物进行采样,并利用210Pbex核素计年技术,结合沉积物碳氮分析,估算乌江渡水库的碳埋藏量。结果表明:乌江渡水库沉积物平均沉积速率为0.155g/(cm~2·a),TOC沉降通量为70.85g/(m~2·a),堆积通量为29.14g/(m~2·a);TN沉降通量为8.22g/(m~2·a),堆积通量为2.79g/(m~2·a)。乌江渡水库沉积物年均TOC总埋藏通量为1.39×10~9g/a,其中82%来自水库内部光合作用形成的有机质。因此,依据保守的估算,乌江渡水库沉积物的净碳汇通量为23.9g/(m~2·a),保存的净碳汇量为1.1×10~9g/a。研究结果表明水库沉积物是一个重要的碳汇。     

成渝经济区陆地植被碳储量动态及碳汇战略研究

利用卫星遥感数据,对2000年-2007年间成渝经济区耕地、森林和草地等陆地植被的碳储量进行了估算.结果表明:(1)7年间耕地和草地分别减少了2 388.89 km2和1 231.05 km2,林地增加了2 908.70 km2,其中耕地主要转出为林地和建设用地,草地转出主要为林地和耕地;(2)7年间成渝经济区碳储量呈逐渐增加的趋势,共增加了625.16万tC/a,年增长率为0.21%.其中耕地、草地碳储量分别减少了165.79万tC/a和933.87万tC/a,林地碳储量增加了1 724.81万tC/a.(3)结合碳储量变化的趋势,提出了以打造低碳城市为目标的成渝经济区碳汇战略.     

岩溶地下河流域水循环方式的降水效应

岩溶水中锶元素来源于碳酸盐岩地层的溶解,其浓度受地层岩性及地下水径流条件的控制.通过对贵州荔波板寨地下河流域微量元素锶的水文地球化学特征分析,发现在纯碳酸盐岩流域范围内,岩溶水中锶浓度只受控于地下水径流条件,因而Ca/Sr值能良好的示踪岩溶区地下水循环.在本文中,以Ca/Sr值为判别依据,将板寨地下河流域7个水样点划分...     

NPP增长驱动下的中国森林生态系统碳汇

森林生态系统能够有效地吸收大气中的CO2,在一定程度上缓解全球变暖的压力。生态系统固碳能力取决于两个关键因素：NPP的增长强度与碳周转时间。本文通过对遥感监测到的森林生态系统NPP增长趋势进行校正,结合森林样地实测数据得到的碳分配系数与周转时间,建立了中国森林生态系统碳周转模型,并模拟了1982～1999年森林生态系统的碳汇量及其年际变化。结果表明：1982～1999年,我国森林生态系统的平均碳汇量为0.051 PgC a^-1,其中植被的碳汇量为0.034 PgC a^-1,凋落物的碳汇量为0.013 PgC a^-1,土壤的碳汇量为0.004PgC a^-1;不同森林类型中,常绿针叶林和常绿阔叶林的碳汇贡献最大,落叶针叶林和针阔叶混交林贡献最小;进一步分析表明森林植被的固碳效率显著地受到碳周转时间的控制。     

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。     

湿润亚热带典型白云岩流域不同土地利用下的试片溶蚀速率及岩溶碳汇

土地利用对石灰岩溶蚀速率的影响已有较多研究报道,但白云岩溶蚀速率对于土地利用的响应研究却罕见相关报道。因此,探究不同土地利用对白云岩溶蚀速率的影响具有一定的意义,并可为评估白云岩地区的岩溶碳汇效应积累基础数据。本文以湿润亚热带典型白云岩小流域——贵州施秉黄洲河白云岩小流域为研究区,利用白云岩溶蚀试片对流域内不同土地利用下的白云岩溶蚀速率及其影响因素进行了研究。结果表明：不同土地利用条件下白云岩试片溶蚀速率的大小为旱地（4.25 mg/（cm²·a））>林地（1.01 mg/（cm²·a））>水田（0.14 mg/（cm²·a））;白云岩试片溶蚀速率随土壤有机质含量增加、土壤pH值减少而增大;但其与土壤CO₂浓度呈相反的变化趋势;土壤含水量、容重对溶蚀速率的影响不大。由白云岩试片的溶蚀速率估算该白云岩流域的岩溶碳汇总量为351.70 tCO₂/a,岩溶碳汇通量为7.31 tCO₂/（km²·a）,与前人利用水化学径流法计算相比明显较小。与以往在石灰岩区使用溶蚀试片法和水化学径流法计算的岩溶碳汇强度差异大致相同。     

贵州典型岩溶流域水循环驱动的岩溶碳汇通量及其主控因素分析

利用高分辨率水文水化学自动记录仪,对地处湿润亚热带季风气候条件下的贵州省黔南峰丛洼地区的板寨和黄后,以及位于黔中高原面上丘原区的后寨3个岩溶流域进行了为期6年半(2007年5月至2013年10月)的连续监测。结合流域出口水中主要化学组分的野外滴定与室内分析实验,建立了水中碳酸氢根、钙和镁等主要离子与电导率之间的线性相关关系,进而获得了高时间分辨率的水中CO_2分压、方解石饱和指数和岩溶碳汇通量等指标。数据统计分析发现:(1)板寨、黄后和后寨岩溶流域的多年平均岩溶碳汇通量分别为29、33和39 t-CO_2km~(-2)·a~(-1);(2)岩溶流域出口水中碳酸氢根离子具有化学稳定性行为,流量是流域岩溶碳汇通量的主控因子。     

稳定同位素技术在湿地碳循环研究中的应用

稳定性同位素技术因其准确、灵敏和安全等特点而被广泛应用于生态学研究的诸多领域。稳定同位素技术在生物地球化学循环过程中存在独特的稳定同位素化学效应,近年来稳定同位素技术又被大量用于陆地生态系统碳循环机理方面的研究。湿地生态系统在全球碳循环中起着重要作用,其碳源和碳汇功能近来成为全球气候变化研究关注的重点问题。因此,碳的稳定同位素(13C)示踪技术适合研究从年到百年尺度的湿地碳循环过程。文章主要从湿地植被光合作用、土壤有机物质的沉积、溯源和可溶性无机碳的输入以及湿地中二氧化碳、甲烷排放等方面,重点综述稳定同位素技术在湿地生态系统碳循环中的应用。     

浑河、太子河及大伙房水库上游流域自然植被生态承载力的探讨

以水热平衡模型对浑河、太子河源区及大伙房水库上游各流域自然植被净初级生产力(NPP)进行了计算,结果表明,浑河流域NPP均值为5.2t/hm2.a,生态承载能力较大,其次为苏子河和太子河流域,其NPP均值分别为5.0和4.9t/hm2.a。     

Analysis of leakage in carbon sequestration projects in forestry: a case study of upper magat watershed,Philippines

The role of forestry projects in carbon conservation and sequestration is receiving much attention because of their role in the mitigation of climate change. The main objective of the study is to analyze the potential of the Upper Magat Watershed for a carbon sequestration project. The three main development components of the project are forest conservation: tree plantations, and agroforestry farm development. At Year 30, the watershed can attain a net carbon benefit of 19.5 M tC at a cost of US$ 34.5 M. The potential leakage of the project is estimated using historical experience in technology adoption in watershed areas in the Philippines and a high adoption rate. Two leakage scenarios were used: baseline and project leakage scenarios. Most of the leakage occurs in the first 10 years of the project as displacement of livelihood occurs during this time. The carbon lost via leakage is estimated to be 3.7 M tC in the historical adoption scenario, and 8.1 M tC under the enhanced adoption scenario.     

中国南方喀斯特地区碳循环研究进展

中国南方喀斯特地区碳循环路径与过程基本清晰,与其他陆地生态系统明显不同,呈现出鲜明的区域特色:雨热同季、地质构造背景与碳酸盐岩可溶性的耦合,导致碳酸盐岩中大量封存的碳重新进入生态系统碳的循环;二元三维结构中地下空间CO_2具体动态变化性,可视为次级碳库,影响生态系统碳的循环过程;陆生植物、水生植物均有利用HCO_3~-碳源进行光合作用的新途径;发现了碳酸盐岩快速的风化作用与水生植物生物碳泵的耦合机制,喀斯特作用碳汇效应得以确证。但是,中国南方喀斯特地区碳循环的研究还存在明显不足:喀斯特作用碳汇量的估算受到气候变化、土地利用变化的正负机制、外源酸等多因素的挑战,还具有很大的不确定性;植被、土壤与岩石、地下空间次级碳库、大气、大气降水存在复杂的多界面作用过程,碳的通量及迁移转化机制仍不明确。未来研究应重视:针对喀斯特地区特点的新研究方法、技术的研发;喀斯特关键带理念的统领;联网长期观测;模型的集成与创新。     

Small holder’s carbon forestry project in Haryana India: issues and challenges

The small scale forestry carbon project in Haryana, India has been registered as a Clean Development Project (CDM) activity and is the first such projects from India. Developed under the Kyoto Protocol of United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC), the projects aims at restoring heavily degraded sandune affected private lands and contribute to climate change mitigation. The project is expected to sequester 234,584 tons of carbon dioxide (tCO²) in 20 years project cycle with an average annual sequestration of 11,729 (tCO²) per year. The project is expected to have a total carbon stock of 385,253.1 ton Carbon (tC) in the project life span of 20 years as against 7,920.6 (tC) in the baseline scenario. The carbon credits earned from the project is supposed to provide additional incentives to the smallholders who have formed a cooperative society for this purpose. This paper addresses the issues and challenges in developing the project activity and also discusses the lessons learned in the process. The project is supposed to help in poverty alleviation and has become a success story for rehabilitating degraded lands in semi arid regions of India through plantation forestry.     

厦门市森林生态系统固碳服务评估

生态系统固碳服务是生态系统服务评估的重要指标之一,也是区域碳循环研究的重要组成部分,可以为减缓气候变化的区域碳管理提供决策依据.以厦门市森林生态系统为研究对象,选取VPM（Vegetation Photosynthesis Model）和ReRSM（Remote Sensing Model for Ecosystem Respiration）评估其2015年的固碳服务,并阐明其固碳服务的时空变异.结果表明:2015年厦门市森林生态系统固碳量（以C计）为31.36×104 t/a,平均固碳量为644.86 g/（m2·a）,其时间动态总体呈单峰曲线分布,但受台风影响该曲线波动较大.厦门市森林生态系统固碳量空间格局总体表现为西北边缘地区较高、其他地区相对较低,与DEM的空间分布较为相似,且绝大部分区域为碳汇区.厦门市分区统计显示,同安区森林生态系统面积和固碳量均最大,分别占厦门市总量的52.58%和57.10%,其与翔安区、集美区的固碳量之和占厦门市总量的88.27%,是厦门市森林生态系统固碳的主体;湖里区固碳量最少,平均固碳量仅为14.25 g/（m2·a）,几乎为碳中性.研究显示,厦门市森林生态系统具有较好的固碳能力.      

不同气候带退耕还林对区域气温的影响差异分析

退耕还林改变陆表覆盖状况,导致碳收支和地表能量平衡变化,从而影响区域气温。论文通过定量估算耕地转为林地导致生态系统吸收大气CO₂和地表能量平衡的变化,分析21世纪初10 a中国不同气候区开展退耕还林对区域气候调节的影响差异。结果表明：1）仅考虑碳调节,各气候区退耕还林皆表现为241.6~470.2 Mg CO₂-eq hm^-2的碳蓄积过程,具有2.2~16.5 Mg CO₂-eq hm^-2的碳汇作用即致冷效应,特别是亚热带湿润区。2）仅考虑地表能量平衡,中温带干旱与半干旱区退耕还林引起的净辐射增加程度大于潜热通量的增加程度,因此地表对大气供热表现为增温效应;而亚热带湿润区退耕还林引起净辐射减少及潜热通量增加,青藏高原、中温带湿润区净辐射增加程度小于潜热通量的增加程度,因此地表对大气供热皆表现为致冷效应。3）同时考虑碳调节和地表能量收支,中国亚热带湿润区退耕还林的致冷效应是仅考虑碳调节致冷效应的1.25~1.45倍,而中温带干旱区退耕还林的致冷效应则为仅考虑碳调节效应的近一半。     

The carbon sequestration potential of tree crop plantations

Carbon (C) conservation and sequestration in many developing countries needs to be accompanied by socio-economic improvements. Tree crop plantations can be a potential path for coupling climate change mitigation and economic development by providing C sequestration and supplying wood and non-wood products to meet domestic and international market requirements at the same time. Financial compensation for such plantations could potentially be covered by the Clean Development Mechanism under the United Nations Framework Convention on Climate Change (FCCC) Kyoto Protocol, but its suitability has also been suggested for integration into REDD?+?(reducing emissions from deforestation, forest degradation and enhancement of forest C stocks) currently being negotiated under the United Nations FCCC. We assess the aboveground C sequestration potential of four major plantation crops – cocoa (Theobroma cacao), oil palm (Elaeis guineensis), rubber (Hevea brasiliensis), and orange (Citrus sinesis) – cultivated in the tropics. Measurements were conducted in Ghana and allometric equations were applied to estimate biomass. The largest C potential was found in the rubber plantations (214 tC/ha). Cocoa (65 tC/ha) and orange (76 tC/ha) plantations have a much lower C content, and oil palm (45 tC/ha) has the lowest C potential, assuming that the yield is not used as biofuel. There is considerable C sequestration potential in plantations if they are established on land with modest C content such as degraded forest or agricultural land, and not on land with old-growth forest. We also show that simple C assessment methods can give reliable results, which makes it easier for developing countries to partake in REDD?+ or other payment schemes.     

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。     

A Simulation of Temporal and Spatial Variations in Carbon at Landscape Level: A Case Study for Lake Abitibi Model Forest in Ontario,Canada

Using a case study of the Lake Abitibi Model Forest (LAMF), this study aims to assess the temporal and spatial variability in carbon storage during 1990–2000, and to present a comprehensive estimation of the carbon budget for LAMF's ecosystems. As well, it provided the information needed by local forest managers to develop ecological and carbon-based indicators and monitor the sustainability of forest ecosystems. Temporal and spatial carbon dynamics were simulated at the landscape level using ecosystem model TRIPLEX1.0 and Geographical Information System (GIS). The simulated net primary productivity (NPP) and carbon storage in forest biomass and soil were compared with field data and results from other studies for Canada's boreal forests. The results show that simulated NPP ranged from 3.26 to 3.34 tC ha⁻¹ yr⁻¹ in the 1990s and was consistent with the range measured during the Boreal Ecosystem-Atmosphere Studies (BOREAS) in central Canada. Modeled NPP was also compared with the estimation from remote sensing data. The density of total above-and belowground biomass was 125.3, 111.8, and 106.5 tC ha⁻¹ for black spruce, trembling aspen, and jack pine in the LAMF ecosystem, respectively. The total carbon density of forested land was estimated at 154.4 tC ha⁻¹ with the proportion of 4:6 for total biomass and soil. The analysis of net carbon balance of ecosystem suggested that the LAMF forest ecosystem was acting as a carbon sink with an allowable harvest in the 1990s.