滨海蓝碳增汇:技术、装备前沿与展望

红树林、盐沼、海草床和海藻场等滨海蓝碳生态系统是缓解全球气候变化的重要天然碳汇。在人为和自然压力的多重胁迫下,滨海蓝碳生态系统面临大规模退化,因此修复和提升滨海蓝碳生态系统的碳汇功能是目前亟待解决的问题。根据滨海蓝碳生态系统的类别,综述了目前滨海蓝碳生态系统增汇的主要技术与装备,并从增汇效益、经济效益和生态效益等方面分析了滨海蓝碳生态系统增汇综合效益。未来研究应围绕滨海蓝碳生态系统分布和碳汇的观测体系优化、物种优选培育和种植方法的改良、新兴蓝碳生态系统碳封存技术对生态环境的影响等方面开展,进一步巩固和提升滨海蓝碳生态系统增汇,助力实现“碳达峰”和“碳中和”的目标。

碳中和目标下中国森林碳储量、碳汇变化预估与潜力提升途径

增强森林固碳增汇功能是减缓大气二氧化碳浓度上升和全球气候变暖的重要手段,也是实现碳中和国家战略目标的有效途径。本研究基于文献分析法和模型模拟,系统阐述中国森林碳储量和碳汇现状、动态变化与潜力提升途径。根据国家森林资源连续清查数据测算的森林植被碳储量近5年平均年增长0.152 Pg(以C计),2000s—2010s中国陆地生态系统碳汇量约229.7 Tg·a^(-1)(以C计),其中森林植被(指乔木林)碳储量约增加150.6 Tg·a^(-1)(以C计),约占整个陆地生态系统植被碳汇量的65.6%。过去70年,中国森林已从碳源转变为逐渐增强的碳汇。在森林面积保持不变的情景下,相比2000s—2010s时段,2030年后现有乔木林的生物量碳汇将有所下降;如果森林面积未来持续增加,2030—2050年中国新增乔木林的碳汇量仍将呈增加趋势。在全球变化背景下,气候变化及其引发的风险(极端干旱与热浪事件、森林火灾、病虫害等)可能会削弱森林碳汇功能。为维持并提升森林碳储量和碳汇潜力,需要采取森林碳储与碳汇双增以及森林碳汇与木质林产品碳库协同提升的策略,从保碳、增碳、扩碳和碳资源化利用的汇转移4个途径对森林资源实施保护修复、精准绿化、科学经营与合理利用以及多时空尺度的优化布局,同时重视森林土壤碳库增汇的长期效应。在林业减缓和适应气候变化框架下,森林碳汇潜力提升未来研究重点是科学推进国土绿化适宜造林地和树种选择,森林经营增汇技术,森林碳储、碳汇协同提升与木质产品库的碳汇转移与存续的时空配置优化模式,森林土壤固碳增汇机制以及潜力研究,准确评估森林碳汇对实现国家碳中和目标的贡献及其时间表和路线图。

珊瑚共生体碳代谢特征研究进展

珊瑚礁作为一种典型的海洋生态系统,具有巨大的固碳和储碳潜力。然而,目前对于珊瑚礁的净碳能力(碳释放与碳吸收)仍存在争议,主要归因于珊瑚共生体碳代谢的多样性和复杂性。珊瑚礁在生物钙化、呼吸过程中向大气释放二氧化碳(CO_(2));但在生物合成和沉积过程中却可以将碳进行固定与埋藏;为此,珊瑚礁的碳源碳汇身份还有待明确。现有部分研究表明,共生体通过碳代谢可以促进珊瑚礁吸收大气中的CO_(2)。此外,珊瑚礁和海岸带蓝碳生态系统通常表现出很强的连通性,珊瑚共生体碳代谢能有效提高海岸带盐沼植被、海草床、海洋浮游植物等生物的碳汇功能。为了加深对珊瑚礁碳源-碳汇功能的理解,综述了珊瑚共生体的碳代谢特征,梳理了共生体中碳的关键生态过程(有机碳的迁移、无机碳的转化、两者的赋存状态),总结了细菌-虫黄藻-病毒在共生体碳代谢中的作用,评述了珊瑚礁碳源-碳汇特征及影响因子。旨在阐明珊瑚共生体碳代谢的关键过程,并基于此寻求有效的珊瑚礁碳增汇技术,形成以碳增量为主的珊瑚保护与修复技术,提升珊瑚礁在蓝碳生态系统中的贡献。

中国湿地碳汇功能的提升途径

湿地是重要的土地利用类型之一,具有显著的储碳、固碳功能。湿地碳汇与环境变化及人类管理方式密切相关,提升湿地碳汇功能是中国实现“双碳”目标的重要途径之一。本文聚焦于我国湿地生态系统碳汇功能提升的需求,梳理了政策和技术两方面的途径。在现有的湿地政策中,恢复退化的滨海红树林和盐沼、加强泥炭地保护、恢复和新增内陆沼泽湿地可有效提升湿地碳汇。潜在的碳增汇减/排技术包括植被修复与重建技术、水文调控技术、施加生物炭和土壤底质改良技术等。然而,目前的政策和技术通常是从湿地保护和恢复领域移植过来,缺乏定量增碳效应评估,仍需通过示范实践、加强监测评估使湿地碳汇功能提升技术更加成熟,政策目标更加明确。

东北陆地生态系统碳汇现状与研究展望

提升陆地生态系统碳汇是减缓气候变化、实现“碳中和”的主要措施之一。东北地区是我国陆地生态系统碳汇的核心贡献区,厘清该区碳汇现状及未来变化特征对实现我国“碳中和”目标至关重要。本文从碳汇时空格局、碳汇驱动机制、增汇技术与潜力评估等方面,综述了东北陆地生态系统碳汇研究的进展。由于数据来源与研究手段不同,东北陆地碳汇计量存在较大的不确定性,尤其是森林碳汇估测结果差异较大(0.020~0.157 Pg C·a^(-1))。碳汇功能取决于植物-土壤-大气界面之间的碳交换过程,但对于东北地区不同时空尺度下碳汇提升的关键路径尚不清晰。提升陆地生态系统质量是东北地区固碳增汇的关键与核心,但由于不同生态系统有其独特的时空变化特征,亟待建立适合“双碳”目标下的多生态系统协同的固碳增汇技术体系。未来研究需发展融合多源数据与多尺度技术手段的碳汇精准计量体系,准确评估东北陆地碳汇功能与增汇潜力,聚焦碳汇功能的多尺度驱动机制,创新发展适合东北陆地生态系统协同提升的增汇技术体系,并开展增汇技术示范,为“碳中和”目标的实现提供科技支撑。

中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求与重要科学问题

陆地生态系统碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化的成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析等领域的热点,受到科技界和国际社会的广泛关注。本文在简要回顾中国陆地生态系统碳收支及其循环过程研究领域的发展历史,总结各个发展阶段主要特征的基础上,讨论了开展中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求和社会需求,评述了中国在相关领域研究中存在的主要问题,探讨了当前的科学研究前沿领域及其关键科学问题。本文指出,现阶段中国开展区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程机制综合研究工作不仅是提升中国生态系统生态学、地球系统科学与全球变化科学的创新能力的科技发展需求,更是中国参与应对全球气候变化国际合作、改进生态系统管理、保障生态安全的社会经济发展需求。同时还指出,中国现阶段在该领域的研究工作还缺乏各类生态系统碳收支的实际调查数据,缺乏国家尺度碳收支科学数据的整合,缺乏可用于碳收支计量与综合评估的模型工具,也没有形成国家层次的碳源汇计量、评估、认证及决策分析信息系统平台。本文通过国内外科技发展的分析认为,中国在该领域的研究工作,应在大力发展陆地生态系统碳收支和碳汇功能的定量监测、评价和认证的方法与技术基础上,重点关注并前瞻性地开展陆地生态系统碳-氮-水循环过程耦合关系及其对全球气候变化的响应与适应、碳-氮-磷生态化学计量学特征及其环境影响、碳-氮-水耦合循环过程的生物调控机制等前沿领域,以提高中国生态系统与全球变化科学研究水平,为国家的生态系统与温室气体管理提供基础理论、科学知识和先进技术的储备。