《中国科学》中国及全球陆地生态系统碳源汇特征及其对碳中和的贡献

摘要：

增强陆地生态系统碳汇(简称陆地碳汇)是减缓大气二氧化碳(CO2)浓度上升和全球变暖的重要手段，也是实现我国“碳中和”目标的有效途径。为全面理解陆地碳汇特征及其对实现“碳中和”目标的贡献。

本文系统梳理了近40年来陆地碳源汇研究的主要进展，阐述了全球和我国陆地碳汇的时空格局及其驱动因素，分析了陆地碳汇对实现“碳中和”目标的作用。根据全球碳收支评估报告，过去60年全球陆地碳汇从1960年代的(−0.2±0.9)Pg C yr-1 (弱碳源；1 Pg=1015 g=10亿吨碳)增加至2010年代的(1.9±1.1) Pg C yr−1(碳汇)。

目前，陆地碳汇主要分布在北半球中高纬度地区，而热带地区表现为微弱的碳汇或碳源。不同类型生态系统的碳汇大小存在差异：森林是陆地碳汇的主体，灌丛、湿地生态系统和农田土壤整体表现出碳汇功能，但草地的碳源汇功能尚不明确。此外，荒漠生态系统可能起着碳汇功能，但其大小和形成机制尚存在争议。大气CO2浓度上升、氮沉降、气候变化和土地覆盖变化等是影响陆地碳汇强度的主要因素，火灾、气溶胶等因素也影响其大小

不同区域陆地碳汇的驱动因素存在差异：北美和欧洲陆地碳汇主要是大气CO2浓度上升和气候变化等因素所致；而在中国，除了上述全球变化要素外，植树造林、生态修复也是驱动其碳汇的重要因素。综合以往研究结果评估，目前我国陆地碳汇强度为0.20~0.25 Pg C yr−1，预计2060年可能处于0.15~0.52 Pg C yr−1之间。未来研究需通过扩大生态系统调查与监测的范围、完善陆地生物圈模型等途径提升陆地碳汇的评估精度，量化各类措施对生态系统碳汇潜力的影响，精准评估我国陆地碳汇对实现“碳中和”目标的贡献。

关键词

陆地生态系统，碳汇，碳中和，碳循环，全球变暖

本文将总结与呈现原文的主要结论。

过去60年全球陆地碳汇在增强

过去60年全球陆地碳汇在增强，从1960年代的(−0.2±0.9) Pg C yr−1(弱碳源)增加至2010年代的(1.9±1.1) Pg C yr−1(碳汇)。我国陆地生态系统也是个显著的碳汇，其碳汇强度约为195~246 Tg Cyr−1。

从空间分布来看，我国陆地碳汇大体呈现“东、南部高， 西、北部低”的格局，东南和西南季风区具有较强的碳汇能力，西北干旱地区呈碳中性，但对于东北地区碳汇强度及青藏高原碳源汇特征的认识目前仍存在分歧。从时间动态上看，20世纪60年代至20世纪末，中国陆地碳汇变化不明显或呈微弱下降趋势，但在2000年后碳汇能力在增强。

图1 过去50年间全球陆地生态系统碳源汇的(A)年代际变化和(B)年际波动；

A：1970~2010年代全球陆地生态系统碳汇变化，包括三个陆地生物圈模型多模型比较计划(GCB2020DGVM，MsTMIP和ISIMIP)，多个大气反演，以及全球碳平衡评估(GCB2020 Budget)结果；

B：1970~2019年全球陆地生态系统碳汇年际波动，包括三个陆地生物圈模型多模型比较计划的结果。实线表示每个多模型比较计划模拟结果的年均值，阴影表示其标准差。

图1 过去50年间全球陆地生态系统碳源汇的(A)年代际变化和(B)年际波动；

A：1970~2010年代全球陆地生态系统碳汇变化，包括三个陆地生物圈模型多模型比较计划(GCB2020DGVM，MsTMIP和ISIMIP)，多个大气反演，以及全球碳平衡评估(GCB2020 Budget)结果；

B：1970~2019年全球陆地生态系统碳汇年际波动，包括三个陆地生物圈模型多模型比较计划的结果。实线表示每个多模型比较计划模拟结果的年均值，阴影表示其标准差。

图2 不同研究估算的中国陆地生态系统碳密度和碳储量

A和B：植被碳密度和碳储量；

C和D：土壤碳密度和碳储量；

E和F：生态系统碳密度和碳储量。

图3 不同研究估算的中国陆地生态系统碳汇

A：植被碳汇；

B：土壤碳汇；

C：生态系统碳汇

不同生态系统类型的碳汇大小存在差异

不同生态系统类型的碳汇大小存在差异。森林是全球陆地碳汇的主体(1.1 Pg C yr−1)，并且其碳汇在过去几十年中呈增强趋势，主要源于北方森林和温带森林碳汇的增加以及热带森林的恢复。草地生态系统碳源汇功能尚不明确，不同方法得到的结果差异较大：弱碳源、碳中性或碳汇的结果均有报道。灌丛、湿地生态系统和农田土壤整体表现出碳汇功能。此外， 荒漠生态系统可能起着碳汇功能， 但其大小和形成机制尚存在争议。

陆地生态系统碳汇的驱动机制

大气CO2 浓度上升、氮沉降、气候变化和土地覆盖变化等是陆地碳汇的主要驱动因素，但火灾、气溶胶等因素也会调节陆地碳汇强度。不同区域陆地碳汇的驱动因素存在差异：北美和欧洲陆地碳汇主要是大气CO2 浓度上升和气候变化等全球变化要素导致；而在中国，除了全球变化要素外，植树造林、生态修复工程的实施也是驱动陆地碳汇的关键要素。

图4 不同全球变化驱动因子对净生态系统生产力(NEP)的影响(均值±95%置信区间)

A：全部生态系统；

B：森林和草地生态系统。图中数字代表独立研究的样本量。

图中95%置信区间和虚线(0)有重叠表明该驱动因子对NEP的影响不显著。

陆地碳汇对实现“碳中和”的贡献

1959~2019年间全球陆地碳汇吸收了同期化石燃料CO2排放量的16%，且近30年来这一比例基本恒定在19%。然而，由于碳排放量的快速上升，我国陆地碳汇抵消化石燃料碳排放的贡献从相当于1980年代的38%~48%下降至2000年代的13%~17%。综合以往评估结果，未来全球陆地碳汇预计处于0.8~5.3 Pg C yr−1之间，仅能抵消2030年化石燃料排放的5%~33%，这意味着全球范围内控制碳排放的形势非常严峻。

未来我国陆地生态系统仍将发挥碳汇功能，2060年可能处于0.15~0.52 Pg C yr−1之间(中值为0.34 Pg C yr-1)，其抵消碳排放的贡献在2.8%~18.7%，但具体贡献视土地管理和能源政策实施导致的未来碳排放量的变化而异。

目前我国仍处于新型工业化、城镇化的发展转型阶段，对化石能源的依赖很大，清洁能源的发展仍需时日。因此，在大力推动能源领域相关政策落实的同时，还应充分发挥陆地生态系统的碳汇功能，共同推动“碳中和”目标的实现。

来源：生态碳汇数据服务