[训练]中国土壤碳汇研究

[训练]中国土壤碳汇研究 中国土壤碳汇研究 2010-04-27 | 作者: 周飞飞 | 来源: 国土资源报 与往年一样，人们把对地球的更多关注给予了4月22日这样一个特殊的日子——世界地球日，但与往年不同，2010年地球日的中国纪念活动主 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 中，出现了一个关键词——低碳。的确，在近年来全球气候变化的大背景下，如何减少二氧化碳向大气的排放、应对全球气候变化不仅是当前人类所面临的最为严重的环境问题之一，而且已经演变成为世界各国共同关注的一个重大的政治经济问题。今天，在第41个世界地球日来临的时候，让我们走入一个平时较少涉足的科学研究领域——土壤碳汇。 “失踪的碳哪儿去了, 在遥远的石炭纪、二叠纪、侏罗纪、白垩纪、三叠纪等时期，大量的生物及其沉积物因地壳变迁被埋在地下而迅速与空气隔绝，在适宜的地质条件和长期高温、高压的作用下，逐渐被碳化，最终形成了岩石碳库中最重要的部分——煤、石油、天然气等高碳能源。 几千万甚至几亿年之后，这些化石燃料伴随着工业革命的来临推动了人类社会一次划时代的飞跃，深刻影响着人类未来的发展。今天，工业革命持续一百多年之后，与此相关的两个世界性难题开始横亘在人类面前:一个是，高碳的化石能源即将在触手可及的未来告罄;另一个是，大量燃烧化石能源排出的二氧化碳等温室气体加剧了全球气候变化。 问题的核心都是碳以及碳在自然界的循环。 科学家揭示了自然界碳循环的基本过程:大气中的二氧化碳被陆地和海洋中的植物转化为有机物固定下来，然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。一般来讲，以大气为中心，某个生态系统如果向大气排放二氧化碳，就是碳源，从大气吸收二氧化碳就是碳汇。按照物质守恒定律，在碳的循环过程中，碳源与碳汇应该形成一个等式。然而，问题出现了:无论科学家们怎么计算，碳源排放二氧化碳的量总是大于碳汇吸收的量，且差距逐年拉大，也就是说，有一部分碳汇不知去向了。这一现象，被科学界称为“碳的失汇”。 那么，这些本应该在大气中的碳，到底到哪里去了, 带着这个问题，记者走访了国土资源部《中国土壤碳汇潜力研究》项目中的主力科学家、 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院地球化学教研室主任、博士生导师杨忠芳教授，以及她的助手夏学齐博士。 杨忠芳告诉记者，寻找“失踪的碳”之前，我们先要了解地球上的碳库。 据介绍，地球有四个大碳库:大气碳库，其中的碳多以二氧化碳、甲烷及其他含碳气体分子的形式存在;海洋碳库，包括海洋中溶解碳、颗粒碳，海洋生物体中含有的有机碳，以及赋存于海洋碳酸盐岩等沉积物中的碳;岩石圈碳库，主要存在于碳酸岩和黑色岩系，如煤、油页岩等沉积物中的碳;陆地生态系统碳库，包含了植被碳库和土壤碳库，也可按生态类型分成农田、森林、草地、湿地等生态系统碳库。必须明确的是，几大碳库之间的碳是相互交换的，这种交换作用过程就构成了地球 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 层系统碳循环。 现在，我们可以破案了。 用排除法来看。首先排除的是大气和海洋，因为它们相对而言化学组成简单，空间变异性较小，两大碳库的量及海洋碳库与大气碳库的交换量估算起来相对准确。第二个被排除的是岩石圈，因为这个碳库中的碳活动非常缓慢，实际上起着贮存库的作用。显然，问题出现在对陆地生态系统碳库的估算上。 夏学齐博士介绍说，最近十几年来，陆地生态系统已成为科学界研究碳循环的主要热点，特别是对植被碳库研究。由于遥感等方法的广泛应用，目前人们对植被碳库已估算得相对准确，但对于土壤碳库方面的研究相对薄弱，也就是说，寻找“失踪的碳”的关键就在对土壤碳库的研究。 土壤碳库到底有多巨大, 土壤碳库究竟有多大,我们为什么要研究土壤碳库, 国内外土壤碳储量的估算经历了约40年的时间，目前有资料显示，全球土壤有机碳库(1米厚土层)的估计值约为1.5万亿吨，此外还有约2万亿吨的无机碳。王绍强等人根据我国第二次土壤普查数据估算，我国土壤有机碳库约为900亿吨，无机碳库约为600亿吨。 然而，不同的科研团队公布的对土壤碳库的估算值差别巨大。 比如，同样是对中国有机碳库(1米厚)的估计，有的科学家估算为500亿吨，有的则估算为1807亿吨，最高者与最低者竟相差3倍以上。 为什么会出现这样的状况, 据夏学齐介绍，当前土壤有机碳估算的方法主要有直接估算法和间接估算法。直接估算法是依据主要土壤类型或植被类型的空间分布及各土壤类型的平均碳储量来进行估算。这种方法存在的问题是，它只能反映不同土壤类型或生态系统类型之间的土壤有机碳储量的差异，而不能很好地反映同一类型内部的空间差异性。土壤实测的结果表明即便是同一类型的土壤，有机碳依然具有很大差异，要更准确地刻画土壤有机碳的空间差异性需要更多的土壤实测数据。 因而，在实测数据有限的情况下，许多科学家在进行区域尺度的土壤有机碳估算时都会采用基于生态系统碳循环过程模型的间接估算法。但问题依然存在，受知识和数据的限制，在间接法中一些具有空间异质性的模型参数常被简化为常数，大大影响了土壤有机碳估算的精确性。 很显然，由于数据来源和使用方法的不同，科学家们对土壤碳库的估算出现了巨大的误差。 夏学齐表示，尽管各家估算的数值存在较大差异，但有一点是可以肯定的:土壤碳库非常巨大，是几倍于大气碳库和植被碳库的。比如，美国地质调查局的科学家发现，目前美国48个相互连接的州，土壤碳库中储存有730亿吨碳，加上森林中储存的170亿吨碳，比美国目前燃烧化石燃料产生的二氧化碳排放量50年的总和还要多。 需要注意的是，土壤碳库和土壤碳汇不是一个概念:土壤碳库是土壤中碳的存储量，土壤碳汇则是指土壤从大气中吸收并储存二氧化碳的过程、活动和机制。 其实，土壤既可能是碳汇也可能是碳源。 在生物地球化学和地球化学作用过程中，地表土壤通过呼吸、河流侵蚀搬运、植物光合作用与动植物残体凋落等各种途径，使有机碳在土壤—大气、土壤—生物和土壤—河流(海洋)等之间进行着频繁的交换，其出和入的数量是受各种因素干扰制约的。对于某个区域的土壤来说，当释放的碳大于吸收的碳时，它就是碳源;当吸收的碳大于释放的碳时，它就成了碳汇，当然，就像海绵吸水一样，土壤的碳汇是有极限的，这个极限容量决定了该地区土壤的固碳潜力。 文献资料表明，土壤与大气间碳的年交换量高达600亿,800亿吨，是每年石油和煤等化石燃料燃烧释放碳量的12倍,16倍。由于土壤碳库几倍于大气碳库，因而在陆地生态系统碳循环中，土壤碳的微小变化可能引起大气二氧化碳浓度的较大变异。有计算表明，如果全球土壤有机碳在目前的水平上增加1,，土壤固定的有机碳将增加150亿吨左右。 这也就回答了另一个问题——人们为什么要研究土壤碳库, 土壤碳库及其变动是影响大气二氧化碳浓度的关键生态过程，因此，土壤碳库的精确估算是研究全球变化、土壤碳循环的重要基础，也是人们采取 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 增加土壤碳储存量，减少二氧化碳排放，遏制全球气候变暖的重要基础。 研究土壤碳汇机制有什么用, 碳是自然界少数几个可以以固相、液相、气相三种方式存在的元素之一，各相间约束条件的微小变化或环境条件的改变，均可使土壤碳库发生由汇到源或由源到汇的重大变化。 如同森林等生态系统的碳存储一样，土壤碳库也趋于一种动态平衡的过程当中。 碳输入，主要指来源于植被光合作用固定的大气中的二氧化碳，通过植物残体、根系和根系分泌物进入土壤;碳输出，主要是微生物分解土壤中的有机碳，再通过二氧化碳和甲烷等形式回到大气。输入的多输出的少，是碳汇，输入的少输出的多，则是碳源，随着碳输入数量和分解速率的变化，土壤中的碳或是增加，或是减少，直至达到新的平衡。 但是，这个动态平衡过程会受到许多因素干扰，进而控制碳源和碳汇的大小和方式。“地区不一样，温度、湿度等因子也不同，土壤的碳汇能力和固碳效率就会不一样。”夏学齐说。 杨忠芳举了个简单的例子:在相同植被条件下，土壤温度越低固碳就越多。这就好比夏天在冰箱中可以延长保存食物的时间，其原理就是低温微生物活动性降低。低温环境下的土壤也是一样，微生物分解有机碳的能力要比在同等植被条件下高温地区的土壤中大大降低。但在相同温度条件下，植被越丰茂，通过植物凋落，输入土壤的有机碳就越多，其碳汇能力也越大。 由于研究土壤的生态功能比较困难，有人把土壤比喻成“黑箱”。杨忠芳对此表示赞同，她认为，自然界非常复杂，各个因子变化多端，研究土壤碳汇源转化机理及作用过程时，必须具体条件具体分析。但可以肯定的是，不同生态系统、不同土地利用方式的土壤碳汇能力差异很大。 支持这一论点的依据非常多。上世纪末，联合国政府间气候变化专门委员会公布了对全球植被和1米深土壤碳库中的碳存储总量的研究结果:全球森林土壤中的碳存储总量达7870亿吨，其中寒带森林土壤中就有4710亿吨;全球草原土壤中存储碳5590亿吨;湿地土壤中存储碳2250亿吨;农田土壤中则保存碳1280亿吨„„ 科学研究的最终目的是为了推动人类经济社会的健康发展。如今，我们已经走入了一个世界各国都在为遏制全球气候变化努力的时代，人们更希望相关的科学研究能尽快为二氧化碳等温室气体的减排作出贡献。正因为如此，对于土壤碳汇研究，许多人更关注哪里的土壤固碳潜力比较大、如何固碳等实际问题。 中国农业科学院博士生导师林而达曾对我国主要农业活动的土壤固碳潜力进行了估算。他发现，实施农田管理措施，我国农业活动的固碳潜力高达1490万吨每年;草地固碳潜力为2390万吨每年;森林固碳潜力则高达百万吨每年;未来50年中我国通过各种对土地利用的有效管理，年平均可以固碳8380万吨。 “林老师的研究很能说明问题。不同的土地利用方式固碳能力是不一样的，总的来说，森林、草地、农田、沼泽等生态系统的土壤固碳潜力比较大。”杨忠芳说，“显然，改变土地利用方式是固碳的一个重要手段。不过，尽管种树种草有利于固碳，但对于我们这个农业大国来说，农业土壤固碳更值得研究和推广。” 研究显示，在陆地生态系统碳库中，农业土壤碳库极易受人为活动干扰，其碳库可以在5,10年时段上快速调节。联合国《气候变化2007》指出，农业是当前具有很大缓解能力和潜力的一个重要的陆地生态系统，其中93%来自固定土壤碳;东南亚是全球最大的农业土壤固碳与温室气体减排的潜力所在。 杨忠芳告诉记者，采取有效的农业管理措施可改变农田土壤碳库的状况，有效增加土壤碳汇值。比如，在农耕区采取保护性耕作，采用免耕、垄耕、少耕、覆盖、秸秆还田等耕作方式，可以通过降低土壤有机质呼吸速率或者增加土壤碳的输入，从而增加土壤的碳储量。 最近几年来，农业土壤固碳研究已经成为日益活跃且飞速发展的一个新兴领域。比如在美国，2001年提出了固碳科学，之后又提出了固碳科学技术的概念，农业部将农业土壤固碳和温室气体减排作为国家的核心项目，能源部支持了3个促进陆地生态系统固碳的国家中心 和7个地区中心，其中土壤固碳都占有十分重要的地位。2002年，美国还成立了农业土壤温室气体减排协作机构。美国土壤学家认为，土壤固碳研究是土壤学的最新前沿。 那么，中国土壤固碳潜力如何, 研究表明，土壤对碳的固持不是无限度增加的，而是存在一个最大的保持容量，即饱和水平。初始有机碳含量愈远离饱和水平，碳的累积速率则愈快，随着有机碳含量增长，土壤对碳的保持将变得愈加困难。当有机碳含量逼近或到达饱和水平时，增加外源碳的投入将不再增加土壤有机碳库。据报道，目前中国保护性耕作面积仅占全国耕地面积的0.1%，美国、加拿大等发达国家在20世纪60年代就基本实现了农业机械化，保护性耕作和机械化的免耕覆盖模式已然兴起。这些国家通过40多年实施这些耕作措施，农田土壤已固定相当多的碳，继续固碳可能性要比40年前小得多。而中国除东北地区外，耕地土壤的有机碳含量本身都较低，要比欧美国家大约低30%，而且中国大范围的农业机械化才起步，保护性耕作和机械化的免耕覆盖模式在局部地区实施才几年。可以肯定地说，中国农田生态系统的固碳潜力要比发达国家大得多。 “研究不同条件下的土壤碳汇机制、分辨土壤碳汇区，不但是土壤碳增汇的重要理论基础，也是国家制定土壤固碳路线图的重要基础科学依据。”杨忠芳说。 中国土壤碳汇研究将如何行动, 对于中国土壤碳汇研究的现状，杨忠芳 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 为:刚刚起步，之前的相关研究大都局限于对典型区或单独生态系统如稻田区、农田、湿地等，对整体、大面积的综合研究明显不足，且误差大，未能形成区域或国家尺度的系统研究成果，离为国家制定应对气候变化战略的重大需求还存在巨大差距。 杨忠芳告诉记者，为了尽可能弥补土壤碳汇研究中的一系列缺憾，国土资源部在《我国地质碳汇潜力研究》项目中专门安排了《中国土壤碳汇潜力研究》子项目。 当然，科学家们首先要做的就是力争改变我国土壤碳库估算混乱的状态。 之前，我国土壤碳库估算的结果之所以差异较大，一个重要的原因是缺乏可靠的数据源。让人兴奋的是，中国地调局从1999年至今完成了160万平方公里的多目标区域地球化学调查，已获得我国主要农耕区(包括部分湖泊湿地、部分森林和草地)土壤中有机碳和全碳等54种元素及指标的高精度数据，数据分析密度精确到了每4平方公里1个样，覆盖了不同气候 带、不同地理景观区、不同土壤类型和土地利用类型等。这为准确计算土壤碳库、开展土壤碳汇机制、土壤固碳潜力评价、科学筛选土壤碳源汇变化的监测网络点奠定了全球独一无二的数据基础。因而，在这一项目中，科学家将根据新的精确数据查清现在我国土壤碳库有多大，弄清分布特征、影响因素、演化趋势等，尽可能地在现有基础和条件上刷新中国土壤碳库估算值的精确度。 其次，要着重研究影响土壤碳汇源转化的因素，通过30年来我国土地利用状态变化，研究微生物活动性、团聚体、温度、湿度、土地利用方式等因素对固碳的影响，并建立全国土壤碳源碳汇研究地球化学数据库。 第三，以提出增加土壤碳汇建议为主要目标，对不同典型区域尤其是主要农耕区土壤固碳潜力进行研究和评估，比如，将对黑土、暗棕壤、草甸土、潮土、棕壤、水稻土、红壤、砖红壤、栗钙土、红壤的碳汇潜力进行研究和对比。 第四，研究不同耕作措施下农田土壤固碳效应。比如，选择采取不同耕作措施的农田作为研究区，分析土壤碳含量情况，解释不同耕作措施下土壤碳的来源与去向，确定对土壤固碳具有显著影响的因素等。 第五，要对我国的典型碳呼吸敏感区进行监测。杨忠芳解释说，土壤的呼吸就是土壤有机质发生分解，土壤释放二氧化碳和甲烷的过程。研究表明，不恰当的农业管理措施和土地利用方式极易引起土壤由汇到源的转变，且土壤碳的丢失将远比累积更加迅速。为此，科学家将选择典型地区，在土壤碳源区、碳汇区及平衡区建立监测土壤碳呼吸试验点，并根据监测数据构建土壤碳源/汇转化模型，同时，选择不同气候带、地理景观区、生态系统和土壤类型等，建立土壤二氧化碳释放通量监测站，预测典型地区未来土壤碳库变化趋势，为建立全国土壤释放呼吸二氧化碳监测网络提供示范。 杨忠芳教授还提出，在关注土壤有机碳库的同时，不能忽视了土壤无机碳库。研究表明，在干旱、半干旱地区的生态系统中，富硅酸盐的矿物风化会释放钙和镁，并与二氧化碳和降水结合生成次生碳酸盐。在干旱区土壤中，无机碳储存量超过土壤有机碳储量的2倍,5倍。鉴于此，《中国土壤碳汇潜力研究》项目设立了“我国北方半干旱区土壤碳库空间分布及未来固碳潜力”等课题。她告诉记者，她的研究团队将在我国北方地区开展高覆盖度的自然生态系统土壤剖面实测研究，估算其现代有机、无机碳库储量及其空间分布，系统研究不同生态类型下土壤碳库与气候要素之间的关系，评价土壤碳循环对气候变化的响应;对当前农田生态系统土壤碳库进行研究，估算其现代有机、无机碳库储量，系统研究不同土壤耕作和农田管理方式下土壤碳库的固碳效率;研究退耕还林和还草条件下土壤固碳效率，评价不同环境条件下不同生态重建对土壤固碳效率，探求既能满足人类社会可持续发展的粮食需求，又能提高土壤固碳的最佳生态重建方式;研究未来全球变暖背景下我国北方地区土壤碳库碳吸收潜力，提高评价北方地区土壤可能的“碳汇”潜力的可信度。 据粗略统计，《中国土壤碳汇潜力研究》项目中的子课题超过30个，而承担各个课题的单位多达20多个，可以说是集合了国内与土壤碳汇研究相关领域内的重要科研力量，仅此一点，其对全国尺度的综合研究成果就令人期待。 土壤碳汇市场离中国有多远, 就在不久前，北京市园林绿化局推出了一项措施，市民或者企业可以出资购买碳汇额度。如今，北京园林绿化局已在服务点内安装了林业碳汇宣传屏幕和碳计算器，参与者通过电脑即可完成碳排放计算和碳补贴捐款。据报道，在车辆管理、检测场等场所，人们还将可以自愿购买“碳汇车贴”，通过碳补偿抵消该车一年的碳排放。 看了这些报道，一个问题渐渐形成:土壤碳汇是否也可以赚钱, 答案是肯定的。 早在2005年，美国衣阿华州、内布拉斯加州和堪萨斯州的农民通过土壤碳汇产生了38万美元的碳指标交易，并将这些指标出售给企业或大学。如今，衣阿华和北达科他州的农业局已经开始充当经纪人，从农民那里汇集碳指标并将其出售给芝加哥气候交易所。而许多国家，都出现了从事“二氧化碳买卖”的公司 21世纪农业政策项目的一份报告显示，根据强制性减排目标和不同的碳指标价格，土壤碳汇的方式每年产生的碳指标在26亿到243亿美元之间。瑞士信贷能源交易和环境市场部的副总裁吉亚?施奈德说:“如果规划得好，农业碳汇能成为很大的市场并带来大量的减排。” 在中国，土壤碳汇市场还有多远, 当发展中国家开始履行二氧化碳减排义务时，这个市场就会形成。现在，根据《京都议定书》要求，中国等发展中国家属于不承担减排义务的“非附件—缔约方”国家，只需要如实申报排放量。但作为一个负责人的大国，中国已作出承诺:到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放强度比2005年下降40%~45%。“既然有了减排的强烈需求，这个市场早晚会来。” 不过，土壤碳汇市场的形成还要以较为成熟的科研体系和技术能力为基础。尽管中国土壤固碳潜力巨大，有助于在一定程度上缓解温室气体排放，但土壤固碳潜力的挖掘需要强大技术和资金支持才能真正实现。中国作为一个发展中国家还基本处在传统农业种植阶段，相 关土壤固碳技术手段还比较落后，尽管国家在技术和资金都极为有限的条件下开展了大规模 的秸秆还田、退耕还林、水土保持等示范和推广工作，但技术和资金瓶颈仍难以突破。“充分 发挥中国土壤固碳潜力的作用，还需要多方面较长时间的共同努力才可能实现。