研究發(fā)現(xiàn)，我國植被吸碳能力比學(xué)界固有認(rèn)知高了一倍
實現(xiàn)碳平衡，森林或是有力砝碼
洪恒飛 陳曼姣 袁 緣 本報記者 江 耘
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)合國內(nèi)科研團隊，在學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表最新研究成果，團隊實測的中國陸地植被吸碳能力，比學(xué)界對其的固有認(rèn)知高了一倍。 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。
“我們從國內(nèi)7個站點測得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)測量了植被土壤數(shù)據(jù)，估算出，2010—2016年，中國陸地生物圈的平均碳排放量為-11.1±3.8億噸，相當(dāng)于這一時期國內(nèi)每年人為排放量的45%?！狈诫p喜解釋道，也就是說，在這7年里，中國人為活動的碳排放量，近一半被陸地生物圈吸收。
方雙喜向記者展示了一張團隊繪制的圖表。圖表顯示，2010年到2016年，我國植被覆蓋面積逐年增加，與此相對應(yīng)的是，陸地生物圈二氧化碳的吸收能力呈現(xiàn)出相同的增長趨勢?！皩Ρ犬?dāng)前世界對中國陸地生物圈的固有認(rèn)知，我們猜測，這其中植被發(fā)揮的作用可能一直被低估了?！狈诫p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，并隨地球運動循環(huán)不止。
“如果人們因為溫室效應(yīng)而覺得碳元素在大氣中最多，那就錯了?！狈诫p喜解釋道，其實地球上的巖石圈和化石燃料才是最大的儲存碳元素的兩個“倉庫”，其中所儲存的碳元素的量約占地球上碳元素總量的99.9%，在這兩個“倉庫”中，碳元素遷移、轉(zhuǎn)化活動緩慢，起著貯存庫的作用。
“和上面兩個‘倉庫’比起來，大氣、水體、生物體則像是物流倉庫，在它們中的碳元素會在不同物質(zhì)間迅速遷移、轉(zhuǎn)化、交換?！狈诫p喜說。
方雙喜團隊青年教師臧昆鵬介紹，植物從空氣中獲得的二氧化碳，會經(jīng)光合作用轉(zhuǎn)化為葡萄糖，再綜合成為碳化合物。動物食用植物后，將其轉(zhuǎn)化成動物體的碳化合物。動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)成生物的機體或在機體內(nèi)貯存。動植物死后，殘體中的碳，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，很長一段時間，地球上的碳基本保持著“邊增長，邊消耗”的動態(tài)平衡。但是進入工業(yè)時代，人類開始大量開發(fā)使用化石燃料，把地球存儲下來的碳元素轉(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期存儲在開采過的油氣井、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”。
2018年，《美國科學(xué)院院報》（PNAS）曾以專輯形式，發(fā)表了來自中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項“應(yīng)對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、活動或機制。
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)于抵消了同期中國化石燃料碳排放量的14.1%，其中中國森林生態(tài)系統(tǒng)是固碳主體，貢獻了約80%的固碳量。
中國科學(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，其對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?！瓣懙刂脖粚Χ趸嫉奈漳芰?，會隨不同季節(jié)光合作用的強弱而變化。因此大氣中二氧化碳的含量也會隨著季節(jié)產(chǎn)生周期性變化?！标袄i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定的
那么，科研人員又是如何對植被固碳能力進行精準(zhǔn)測定的呢？
記者了解到，上世紀(jì)，全球二氧化碳的觀測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站，開展現(xiàn)場連續(xù)觀測，也可以安裝于固定實驗室，開展大氣離散樣品的分析測定工作。
“進入21世紀(jì)，觀測設(shè)備逐步升級為腔增強吸收光譜技術(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)，矗立著一個高達55米的高塔，高塔的3個采樣口，24小時不停歇地抽取空氣樣本。高塔旁幾間實驗室里的高精密儀器，記錄著每一毫升樣本中二氧化碳濃度的變化。這是方雙喜團隊的監(jiān)測站點之一。
“獲取大氣二氧化碳濃度數(shù)據(jù)對監(jiān)測區(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內(nèi)容。
方雙喜介紹，團隊的觀測站點主要集中在7個區(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拉，它們分別代表歐亞大陸，以及我國京津冀、長三角、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個站點連續(xù)高質(zhì)量的觀測數(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，為團隊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)，對植被綠色度的衛(wèi)星觀測表明，隨著時間的推移，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)了我國在環(huán)境治理上所做出的努力。
（《科技日報》2020年11月17日第 4 版。）
