研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)植被吸碳能力比學(xué)界固有認(rèn)知高了一倍

實(shí)現(xiàn)碳平衡，森林或是有力砝碼

視覺中國(guó)供圖

冰川退縮，凍土融化，全球海平面逐漸上升……這一切都與陸地上空不斷積聚的溫室氣體有關(guān)，而二氧化碳就是其中最主要的成分。

11月14日記者獲悉，浙江工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授方雙喜聯(lián)合國(guó)內(nèi)科研團(tuán)隊(duì)，在學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表最新研究成果，團(tuán)隊(duì)實(shí)測(cè)的中國(guó)陸地植被吸碳能力，比學(xué)界對(duì)其的固有認(rèn)知高了一倍。

“我們從國(guó)內(nèi)7個(gè)站點(diǎn)測(cè)得2009年至2016年間大氣中二氧化碳的摩爾分?jǐn)?shù)，也利用碳衛(wèi)星遙感技術(shù)測(cè)量了植被土壤數(shù)據(jù)，估算出，2010—2016年，中國(guó)陸地生物圈的平均碳排放量為-11.1±3.8億噸，相當(dāng)于這一時(shí)期國(guó)內(nèi)每年人為排放量的45%。”方雙喜解釋道，也就是說，在這7年里，中國(guó)人為活動(dòng)的碳排放量，近一半被陸地生物圈吸收。

方雙喜向記者展示了一張團(tuán)隊(duì)繪制的圖表。圖表顯示，2010年到2016年，我國(guó)植被覆蓋面積逐年增加，與此相對(duì)應(yīng)的是，陸地生物圈二氧化碳的吸收能力呈現(xiàn)出相同的增長(zhǎng)趨勢(shì)。“對(duì)比當(dāng)前世界對(duì)中國(guó)陸地生物圈的固有認(rèn)知，我們猜測(cè)，這其中植被發(fā)揮的作用可能一直被低估了。”方雙喜說。

碳在大氣圈和生物圈的循環(huán)之旅

碳元素?zé)o處不在，它在地球的生物圈、巖石圈、水圈及大氣圈中交換，并隨地球運(yùn)動(dòng)循環(huán)不止。

“如果人們因?yàn)闇厥倚?yīng)而覺得碳元素在大氣中最多，那就錯(cuò)了。”方雙喜解釋道，其實(shí)地球上的巖石圈和化石燃料才是最大的儲(chǔ)存碳元素的兩個(gè)“倉(cāng)庫(kù)”，其中所儲(chǔ)存的碳元素的量約占地球上碳元素總量的99.9%，在這兩個(gè)“倉(cāng)庫(kù)”中，碳元素遷移、轉(zhuǎn)化活動(dòng)緩慢，起著貯存庫(kù)的作用。

“和上面兩個(gè)‘倉(cāng)庫(kù)’比起來，大氣、水體、生物體則像是物流倉(cāng)庫(kù)，在它們中的碳元素會(huì)在不同物質(zhì)間迅速遷移、轉(zhuǎn)化、交換。”方雙喜說。

方雙喜團(tuán)隊(duì)青年教師臧昆鵬介紹，植物從空氣中獲得的二氧化碳，會(huì)經(jīng)光合作用轉(zhuǎn)化為葡萄糖，再綜合成為碳化合物。動(dòng)物食用植物后，將其轉(zhuǎn)化成動(dòng)物體的碳化合物。動(dòng)植物的呼吸作用又把體內(nèi)的一部分碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳排入大氣，另一部分則構(gòu)成生物的機(jī)體或在機(jī)體內(nèi)貯存。動(dòng)植物死后，殘?bào)w中的碳，通過微生物的分解作用生成二氧化碳最終排入大氣。水環(huán)境下的碳循環(huán)與空氣中的碳循環(huán)大同小異。

方雙喜說，很長(zhǎng)一段時(shí)間，地球上的碳基本保持著“邊增長(zhǎng)，邊消耗”的動(dòng)態(tài)平衡。但是進(jìn)入工業(yè)時(shí)代，人類開始大量開發(fā)使用化石燃料，把地球存儲(chǔ)下來的碳元素轉(zhuǎn)化為二氧化碳釋放到空氣中，打破了“碳平衡”，造成了全球變暖的后果。

因此，要想重新實(shí)現(xiàn)“碳平衡”，就要減少向大氣排放二氧化碳的數(shù)量，并將多余的碳封存固定起來，不排放到大氣中。

方雙喜介紹，目前的固碳方式主要有兩種，物理固碳和生物固碳。前者是將二氧化碳長(zhǎng)期存儲(chǔ)在開采過的油氣井、煤層和深海里，而后者則是利用植物的光合作用，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物，以有機(jī)碳的形式固定在植物體內(nèi)和土壤里。

影響森林固碳的各種因素

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，無疑是系統(tǒng)中最大的“碳庫(kù)”。

2018年，《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》（PNAS）曾以專輯形式，發(fā)表了來自中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)“應(yīng)對(duì)氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問題”的7篇論文。論文稱，中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)在過去幾十年一直扮演著重要的碳匯角色。所謂碳匯即利用植物光合作用吸收大氣中的二氧化碳，并將其固定在植被和土壤中，從而減少大氣中溫室氣體濃度的過程、活動(dòng)或機(jī)制。

例如上述論文提到，2001—2010年，陸地生態(tài)系統(tǒng)年均固碳2.01億噸，相當(dāng)于抵消了同期中國(guó)化石燃料碳排放量的14.1%，其中中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)是固碳主體，貢獻(xiàn)了約80%的固碳量。

中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心的專家指出，森林的固碳量與森林的年齡組成密切相關(guān)。一般森林據(jù)其年齡可分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林，其中固碳速度在中齡林生態(tài)系統(tǒng)中最大，而成熟林和過熟林由于其生物量基本停止增長(zhǎng)，其對(duì)碳的吸收與釋放基本平衡。

“影響森林固碳的還有火災(zāi)。”臧昆鵬說，森林火災(zāi)發(fā)生的過程中，不僅直接造成森林生態(tài)系統(tǒng)的碳排放，而且還破壞了原有森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，從而改變了整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)的碳固定、分配和循環(huán)，并影響與大氣間的氣體交換。

此外，森林固碳還會(huì)受到各種因素的影響，比如溫度、降水、光照、熱量、徑流和土壤性質(zhì)等。“陸地植被對(duì)二氧化碳的吸收能力，會(huì)隨不同季節(jié)光合作用的強(qiáng)弱而變化。因此大氣中二氧化碳的含量也會(huì)隨著季節(jié)產(chǎn)生周期性變化。”臧昆鵬說，一年中，大氣二氧化碳含量在春季最高，夏秋季降至最低。

植被固碳能力是這樣測(cè)定的

那么，科研人員又是如何對(duì)植被固碳能力進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)定的呢？

記者了解到，上世紀(jì)，全球二氧化碳的觀測(cè)主要采用非色散紅外分析儀和氣相色譜儀，二者既可以安裝于大氣本底觀測(cè)站，開展現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)觀測(cè)，也可以安裝于固定實(shí)驗(yàn)室，開展大氣離散樣品的分析測(cè)定工作。

“進(jìn)入21世紀(jì)，觀測(cè)設(shè)備逐步升級(jí)為腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)分析儀，這種設(shè)備比傳統(tǒng)設(shè)備精度更高，穩(wěn)定性更好，可獲取更高質(zhì)量的大氣二氧化碳含量觀測(cè)數(shù)據(jù)。”方雙喜介紹道。

在浙江臨安北部山區(qū)，矗立著一個(gè)高達(dá)55米的高塔，高塔的3個(gè)采樣口，24小時(shí)不停歇地抽取空氣樣本。高塔旁幾間實(shí)驗(yàn)室里的高精密儀器，記錄著每一毫升樣本中二氧化碳濃度的變化。這是方雙喜團(tuán)隊(duì)的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)之一。

“獲取大氣二氧化碳濃度數(shù)據(jù)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域環(huán)境有著十分苛刻的要求。采樣的選址尤其關(guān)鍵。”方雙喜告訴記者。

比如，中華人民共和國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《大氣成分站選址要求》（QX/T　174-2012），明確了應(yīng)避開自然災(zāi)害多發(fā)、頻發(fā)地區(qū)，避開污染源、滿足一定凈空條件等多項(xiàng)內(nèi)容。

方雙喜介紹，團(tuán)隊(duì)的觀測(cè)站點(diǎn)主要集中在7個(gè)區(qū)域，分別是青海瓦里關(guān)、北京上甸子、浙江臨安、黑龍江龍鳳山、云南香格里拉、湖北金沙和新疆阿克達(dá)拉，它們分別代表歐亞大陸，以及我國(guó)京津冀、長(zhǎng)三角、東北、西南、江漢平原和西北等區(qū)域的大氣特征。

總的來說，這7個(gè)站點(diǎn)連續(xù)高質(zhì)量的觀測(cè)數(shù)據(jù)，有力地反映了各區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)二氧化碳變化的特征，為團(tuán)隊(duì)的研究提供了具有核心性和不可替代性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。

“在本研究期內(nèi)，對(duì)植被綠色度的衛(wèi)星觀測(cè)表明，隨著時(shí)間的推移，植被的綠色度大大增加，這支持了這些造林地區(qū)土地碳匯的增加。”方雙喜認(rèn)為，這一成果，也向全球展現(xiàn)了我國(guó)在環(huán)境治理上所做出的努力。（洪恒飛　陳曼姣　袁緣　記者　江耘）

來源：科技日?qǐng)?bào)