PNAS | 中科院“碳专项”重要成果：中国陆地生态系统碳储量

写在前面

     中科院2011年1月启动了“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”专项（简称“碳专项”）。专项的一个核心内容，就是通过对中国各类生态系统的碳储量和固碳能力进行系统调查和观测，来深入揭示中国陆地生态系统碳收支特征、时空分布规律以及国家政策的固碳效应，从而为我国经济转型发展、气候谈判提供科学支撑。       在5年的项目执行期间，在中科院植物所前所长、北京大学教授方精云院士和中科院地理与资源所副所长于贵瑞研究员2位项目首席科学家的领导下，来自中科院及高校、部委所属35个研究院所的350多名科研人员，按照专项统一的实验设计和调查方法，系统调查了中国陆地生态系统（森林、草地、灌丛、农田）碳储量及其分布，调查样方17000多个、累计采集各类植物和土壤样品超过60万份。这是当今世界调查范围最大的野外调查项目，为研究中国植被生产力、碳收支以及生物多样性的宏观格局提供了大量野外实测数据，也为我国国土资源规划、保护与利用，以及生态文明建设和“美丽中国”愿景实现提供了重要的本底数据。 由于昨天的推文中存在不当之处，特此勘误后重新推送。十分感谢指出错误的各位同行”！由于水平有限，如果大家在推文阅读过程中发现任何不妥之处，请及时联系进行修改。不胜感激！！！

Info 

原名：Carbon pools in China’s terrestrial ecosystems: New estimates based on an intensive field survey

译名：中国陆地生态系统碳库:基于深入实地调查的新估算

期刊：PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)

通讯作者：周国逸

通讯作者单位：华南植物园

原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.1700291115

 Introduction 

陆地生态系统是地球上一个重要的碳汇，占人类向大气排放的二氧化碳总量的20%到30%。陆地生态系统可以通过恢复或退化植被来增加或减少碳汇。中国的森林覆盖率从20世纪50年代初的30-40%下降到80年代初的14%。然而，从那时起，全国范围内的植被恢复措施，包括几个关键的生态恢复项目已经实施，导致森林覆盖率从20世纪90年代初的13.9%显著增加到21世纪10年代的21%。森林、草地和农田的生物质生产很低,每年从0.01到0.02 Pg C不同,因此中国农田和草地在过去的三十年里碳池的变化十分有限。虽然对中国陆地生态系统碳库的研究已有多次，但对中国陆地生态系统碳库的估计差异超过100 Pg C，这表明这些估计之间存在不一致。这种不一致性可能是由于样本量和数据代表性的限制、数据源的多样性和方法的不一致性。此外，以往在区域和国家尺度上的估算主要是基于区域或国家普查(如中国森林资源清查和中国草原资源调查)的汇总数据，而非原始观测数据，包含了很大的不确定性。

 Methods 

本研究对我国森林、灌丛、草地和农田四大植被类群进行了调查。采用一致的方法对中国大陆的森林、灌丛和草地(分别7800个、1200个和4030个)共13030个样地进行了调查。我们还对58个典型种植制度县的1341个样地进行了系统的农田调查。野外调查调查了这4个植被类群的整个生态系统的碳组分，包括地上和地下生物量、林下植物、凋落物和土壤。本研究的主要目的是利用本研究收集的野外直接测量数据，估算这些生态系统的碳库，并阐明这些碳库空间分布的可能的气候和人为驱动因素。

 Results 

1. 碳储量及其空间变异

森林、灌丛和草地的生态系统碳密度(每公顷碳储量)在全国尺度上表现出较大的空间变异(图1)。生物量和凋落物碳密度从东北、南方、东南、西南向北部、西北部和青藏高原依次递减(图1A和C)。土壤碳密度变化复杂，东北地区的兴安山、青海的祁连山和巴彦哈山、新疆北部的天山和阿尔塔山的土壤碳密度最大，南部和东南部次之。土壤碳密度最低的地区为新疆下游流域、甘肃河西走廊和部分黄土高原地区(图1B)。3种植被类群的总面积加权平均生态系统碳密度为115.7±6.2 Mg C ha-1，生物量、凋落物和土壤分别为23.1±5.7、0.8±0.9和91.8±9.2Mg C ha-1。

3种生态系统总碳库为62.93±3.39 Pg C，其中生物量、凋落物和土壤有机碳[SOC]分别为12.55±3.07(20%)、0.46±0.48(0.7%)和49.92±4.98 Pg C (79.3%)。森林碳库最大(30.83±1.57 Pg C，占49%)，草原次之(25.40±1.49 Pg C，占40.4%)，灌丛为6.69±0.32 Pg C，占10.6%。从地理上看，中国西南地区植被生物量和土壤碳密度较高，储量为19.53±0.54 Pg C(31%)(图2)。相比之下，中国东部碳密度较低(图1D)，碳储量仅为4.55±0.11 Pg C(7%)。

此外，作者利用随机森林模拟阐明了碳密度的详细空间格局，并估算了全国碳库总量。森林、灌丛和草地的总碳储量为64.17±1.92 Pg C，与利用面积加权平均法估算的62.93±3.39 Pg C高度一致。东北地区为高值区，西南次之，北方干旱地区为低值区。总体而言，中国农田碳库总量为16.32±0.41 Pg C。

2. 地下和地上生物量之间以及土壤和植被之间的碳分配

林地、灌丛和草地地上、地下生物量碳密度均存在差异(图3)。林地、灌丛和草地地上、地下生物量碳密度分别为42.5±4.6 MgC ha 1、3.3±4.6 Mg C ha 1和0.4±0.6 Mg C ha 1。其地下平均生物量碳密度分别为10.7±7.1、3.1±4.6和3.5±4.8 Mg C ha 1。森林、灌丛和各植被类群的地上生物量碳分配存在显著差异。样地土壤碳密度的变化大于生物量碳密度的变化(图3)。样地土壤碳密度的平均值分别为:森林126±98.1 Mg C ha 1，灌丛60.2±83.2 Mg C ha 1，草地58.4±69.3 Mg C ha 1。土壤碳密度与生物量碳密度的比值在不同植被类群中表现出较大的差异。与森林相比，灌丛植被生物量密度相对较小，土壤碳占植被生物量碳的比例较大。

3. 气候因素对碳储量的影响

碳密度的空间格局与气候变量有很强的相关性(图4)。一般来说,总碳密度和碳组分(生物量、凋落物和土壤)随MAT增加而降低,但在MAP超过400 mm的区域，其下降速率较低。随着MAP的增加而增加，且在MAT＜10℃的区域有更高的增长率(图4)。

4. 人类活动对碳储量的影响

人类活动的强度降低了大多数植被类型的地上和地下生物量，地上生物量和地下生物量分别减少了21%和24%。有趣的是，地下生物量的减少几乎与地上生物量的减少成正比，因此RS比变化不大。与森林和灌丛相比，人类活动显著降低了4种草地类型中的2种草地的地上生物量，但没有持续降低地下生物量，导致受严重影响的草地的RS比升高。人为干扰对所有生物群落类型土壤碳储量均无显著影响;14种植被类型受强扰动的总体SOC密度与受弱扰动的总体SOC密度大致相等。

 Conclusion 

综上所述，4种生态系统碳库总量为79.24±2.42 Pg C，其中土壤(1m深度)碳库占82.9%，生物量碳库占16.5%，凋落物碳库占0.60%。森林、灌丛、草地和农田分别为30.83±1.57、6.69±0.32、25.40±1.49和16.32±0.41 Pg C。森林、灌丛和草地的碳密度与气候的相关性较强，随气温升高而降低，随降水增加而增加。我们的分析还表明，在未来10 - 20年，假设主要由于森林生长而没有破环的情况下，森林生物量具有1.9 - 3.4 Pg C的显著固存潜力。我们的研究结果更新了基于直接野外测量的中国陆地生态系统碳库估算，这些估算对于中国和全球碳模型的验证和参数化具有重要意义。

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