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气候变化

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研究发现:实现碳平衡,森林或是有力砝码

来源:科技日报 作者:江耘 人气: 发布时间:2020-11-17 10:34:57

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冰川退缩,冻土融化,全球海平面逐渐上升……这一切都与陆地上空不断积聚的温室气体有关,而二氧化碳就是其中最主要的成分。

11月14日记者获悉,浙江工业大学环境学院教授方双喜联合国内科研团队,在学术期刊《自然》上发表最新研究成果,团队实测的中国陆地植被吸碳能力,比学界对其的固有认知高了一倍。

“我们从国内7个站点测得2009年至2016年间大气中二氧化碳的摩尔分数,也利用碳卫星遥感技术测量了植被土壤数据,估算出,2010—2016年,中国陆地生物圈的平均碳排放量为-11.1±3.8亿吨,相当于这一时期国内每年人为排放量的45%。”方双喜解释道,也就是说,在这7年里,中国人为活动的碳排放量,近一半被陆地生物圈吸收。

方双喜向记者展示了一张团队绘制的图表。图表显示,2010年到2016年,我国植被覆盖面积逐年增加,与此相对应的是,陆地生物圈二氧化碳的吸收能力呈现出相同的增长趋势。“对比当前世界对中国陆地生物圈的固有认知,我们猜测,这其中植被发挥的作用可能一直被低估了。”方双喜说。

碳在大气圈和生物圈的循环之旅

碳元素无处不在,它在地球的生物圈、岩石圈、水圈及大气圈中交换,并随地球运动循环不止。

“如果人们因为温室效应而觉得碳元素在大气中最多,那就错了。”方双喜解释道,其实地球上的岩石圈和化石燃料才是最大的储存碳元素的两个“仓库”,其中所储存的碳元素的量约占地球上碳元素总量的99.9%,在这两个“仓库”中,碳元素迁移、转化活动缓慢,起着贮存库的作用。

“和上面两个‘仓库’比起来,大气、水体、生物体则像是物流仓库,在它们中的碳元素会在不同物质间迅速迁移、转化、交换。”方双喜说。

方双喜团队青年教师臧昆鹏介绍,植物从空气中获得的二氧化碳,会经光合作用转化为葡萄糖,再综合成为碳化合物。动物食用植物后,将其转化成动物体的碳化合物。动植物的呼吸作用又把体内的一部分碳转化为二氧化碳排入大气,另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。动植物死后,残体中的碳,通过微生物的分解作用生成二氧化碳最终排入大气。水环境下的碳循环与空气中的碳循环大同小异。

方双喜说,很长一段时间,地球上的碳基本保持着“边增长,边消耗”的动态平衡。但是进入工业时代,人类开始大量开发使用化石燃料,把地球存储下来的碳元素转化为二氧化碳释放到空气中,打破了“碳平衡”,造成了全球变暖的后果。

因此,要想重新实现“碳平衡”,就要减少向大气排放二氧化碳的数量,并将多余的碳封存固定起来,不排放到大气中。

方双喜介绍,目前的固碳方式主要有两种,物理固碳和生物固碳。前者是将二氧化碳长期存储在开采过的油气井、煤层和深海里,而后者则是利用植物的光合作用,将二氧化碳转化为碳水化合物,以有机碳的形式固定在植物体内和土壤里。

影响森林固碳的各种因素

森林作为陆地生态系统的主体,无疑是系统中最大的“碳库”。

2018年,《美国科学院院报》(PNAS)曾以专辑形式,发表了来自中国科学院战略先导科技专项“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”的7篇论文。论文称,中国陆地生态系统在过去几十年一直扮演着重要的碳汇角色。所谓碳汇即利用植物光合作用吸收大气中的二氧化碳,并将其固定在植被和土壤中,从而减少大气中温室气体浓度的过程、活动或机制。

例如上述论文提到,2001—2010年,陆地生态系统年均固碳2.01亿吨,相当于抵消了同期中国化石燃料碳排放量的14.1%,其中中国森林生态系统是固碳主体,贡献了约80%的固碳量。

中国科学院生态环境研究中心的专家指出,森林的固碳量与森林的年龄组成密切相关。一般森林据其年龄可分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林,其中固碳速度在中龄林生态系统中最大,而成熟林和过熟林由于其生物量基本停止增长,其对碳的吸收与释放基本平衡。

“影响森林固碳的还有火灾。”臧昆鹏说,森林火灾发生的过程中,不仅直接造成森林生态系统的碳排放,而且还破坏了原有森林生态系统的结构和功能,从而改变了整个森林生态系统的碳固定、分配和循环,并影响与大气间的气体交换。

此外,森林固碳还会受到各种因素的影响,比如温度、降水、光照、热量、径流和土壤性质等。“陆地植被对二氧化碳的吸收能力,会随不同季节光合作用的强弱而变化。因此大气中二氧化碳的含量也会随着季节产生周期性变化。”臧昆鹏说,一年中,大气二氧化碳含量在春季最高,夏秋季降至最低。

植被固碳能力是这样测定的

那么,科研人员又是如何对植被固碳能力进行精准测定的呢?

记者了解到,上世纪,全球二氧化碳的观测主要采用非色散红外分析仪和气相色谱仪,二者既可以安装于大气本底观测站,开展现场连续观测,也可以安装于固定实验室,开展大气离散样品的分析测定工作。

“进入21世纪,观测设备逐步升级为腔增强吸收光谱技术分析仪,这种设备比传统设备精度更高,稳定性更好,可获取更高质量的大气二氧化碳含量观测数据。”方双喜介绍道。

在浙江临安北部山区,矗立着一个高达55米的高塔,高塔的3个采样口,24小时不停歇地抽取空气样本。高塔旁几间实验室里的高精密仪器,记录着每一毫升样本中二氧化碳浓度的变化。这是方双喜团队的监测站点之一。

“获取大气二氧化碳浓度数据对监测区域环境有着十分苛刻的要求。采样的选址尤其关键。”方双喜告诉记者。

比如,中华人民共和国气象行业标准《大气成分站选址要求》(QX/T 174-2012),明确了应避开自然灾害多发、频发地区,避开污染源、满足一定净空条件等多项内容。

方双喜介绍,团队的观测站点主要集中在7个区域,分别是青海瓦里关、北京上甸子、浙江临安、黑龙江龙凤山、云南香格里拉、湖北金沙和新疆阿克达拉,它们分别代表欧亚大陆,以及我国京津冀、长三角、东北、西南、江汉平原和西北等区域的大气特征。

总的来说,这7个站点连续高质量的观测数据,有力地反映了各区域内生态系统二氧化碳变化的特征,为团队的研究提供了具有核心性和不可替代性的基础数据源。

“在本研究期内,对植被绿色度的卫星观测表明,随着时间的推移,植被的绿色度大大增加,这支持了这些造林地区土地碳汇的增加。”方双喜认为,这一成果,也向全球展现了我国在环境治理上所做出的努力。

(编辑:逍遥客)

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