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暖温带落叶阔叶林碳循环的初步估算

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暖温带落叶阔叶林碳循环的初步估算

桑卫国　马克平　陈灵芝

(中国科学院植物研究所植被数量生态学重点实验室,北京　100093)

摘　要　森林生态系统碳循环过程与大气中二氧化碳含量有密切的关系,直接影响着大气成分的组成,进而对全

球气候变化有重要影响。以我国暖温带落叶阔叶林生态系统近10年的定位研究为基础,初步建立了该类生态系

统碳循环数值模式。结果表明:暖温带落叶阔叶林典型生态系统每年从外界主要是大气中吸收的碳是10.3

t・hm-2・a-1,植物呼吸释放到大气中的碳通量为5.5t・hm-2・a-1。森林植物干物质积存的碳量为4.8t・hm-2・a-1,

通过凋落物分解释放到大气中的碳通量为2.46t・hm-2・a-1。森林同化的碳绝大部分以活生物呼吸和凋落物分解

的形式释放到大气中去了,存留在活生物体和凋落物中的很少。通过对碳现存量的研究发现,所研究的森林生态

系统碳现存量为165.05t・hm-2,其中活生物体碳现存量为61.2t・hm-2,死生物体碳现存量为104.05t・hm-2(包括

土壤中碳),土壤碳现存量为96t・hm-2。土壤碳储量占总碳储量的58%,土壤是该地区森林生态系统主要的碳库,

森林生态系统土壤中碳储量的变化必然引起整个区域碳储量整体动态的变化。

关键词　落叶阔叶林　碳循环

PRIMARYSTUDYONCARBONCYCLINGINWARMTEMPERATE

DECIDUOUSBROAD-LEAVEDFOREST

SANGWei-Guo　MAKe-PingandCHENLing-Zhi(LaboratoryofQuantitativeVegetationEcology,InstituteofBotany,theChineseAcademyofSciences,Beijing100093,China)

Abstract　Carbonisthemainelementofbiologicalmaterial,especiallyofplantmatter.Thecarboncontent

accountsforhalfofthetotaldrybiomass,sothebiosphereisabigcarbonpoolandthecarboncontentofter2

restrialecosystemshassignificanteffectsoncarbonbiogeochemicalcycling.Whenthecarboncontentofthe

biospheredecreases,mostofthecarbonisreleasedtotheatmosphereandcausestheconcentrationofcarbon

dioxideintheatmospheretoincreasegreatly.CO2isagreenhousegas;increasedatmosphericconcentrations

willcauseincreasedwarmingoftheclimate.Inrecentyears,withincreasingusageoffossilfuelandthede2

structionofnaturalecosystems,theincreasingreleaseofCO2fromthoseprocessescausedthetemperatureof

theearth’ssurfacetoriseandthengraduallylevelatahigherstandard.Thecarboncyclinginforestecosys2

temsiscloselyrelatedtoCO2concentrationinatmosphere,hasanobviouseffectoncompositionofatmospheric

elements,andsocaninfluenceglobalclimatechange.

Thisstudyfocusedonthecarbondistributionamongeachcomponentofatypicaltemperateforestecosys2

temoftheBeijingarea,China.Theforestbelongstothewarmtemperatezone,withacontinentalmonsooncli2

matewhichshowsclearseasonalperiods,dryandcoldinwinter,warmandhumidinsummer.Themeanan2

nualtemperatureaverages4.8℃,-10.1℃inJanuaryand18.3℃inJuly.Theannualprecipitation

amountsto611.9mm,78percentoccurringinJune,JulyandAugust.Thesoilisdominatedbymountain

brownearth.Attheresearchsite,theforestisdominatedbyQuercusliaotungensis,andalsoincludesBetula

dahurica,Acermono,Populusdavidiana,Betulaplatyphylla,Fraxinusrhynchophyllaandotherrelated

species.

Weattempttosetupanumericalestimationofforestcarboncyclingthatwillprovideparametersofafu2

turecomputermodel.Thecarboncycleincludesmanyprocessesofaforestecosystem,andsoitisdifficultto

accuratelyestimatetheamountofforestecosystemcarbon.

Anumericalmodelofthecarboncycleinthisforestecosystemwasestablishedbasedonstudiesofthis

warmtemperatedeciduousbroad-leavedforestecosystemover10years.Thedataweusedinthispaperarefor2

estbiomass,productivity,biogeochemicalcycle,andrelatedpublishedresults.Weprocessed,analyzed,inte2

grated,andtransformedallthedata.Finallyweusedacomparativemethodtogetmoreinsightonthecarbon

cycleamongdifferentforestecosystems.

Ourresultsshowedthatatypicalforestecosysteminwarmtemperateregionabsorbed10.3t・hm-2・a-1

Ξ 收稿日期:2001211212　接受日期:2002204229 基金项目:中国科学院知识创新工程资助项目(KSCX2-1-07,KZCX1-10-05) E-mail:swg@ns.ibcas.ac.cn植物生态学报　2002,26(5)543～548 Ξ

ActaPhytoecologicaSinicacarbonfromtheatmospherethroughphotosynthesis.Carbonreleasedtotheatmospherefromplantrespiration

was5.5t・hm-2・a-1,with4.8t・hm-2・a-1accumulatedindryplantbiomass,and2.46t・hm-2・a-1emit2

tedtotheatmospherebydecomposingplantlitter.Mostcarbonassimilatedbyforestswasrespiredanddecom2

posedtotheatmosphere,withlittleretentioninlivingordeadbiomass.InvestigationonCstorageofwarm

temperateforestsfoundthatcarbon-standingamountwas165.05t・hm-2,with61.2t・hm-2inliving

biomass,104.05t・hm-2indeadbiomass(includingsoilcarbon),and96t・hm-2storedinthesoil.Thesoil

Cstorageintheforeststudiedaccountedfor58%oftotalforestcarbon,andthereforeweconcludedthatcar2

bonintheforestsoilisthemainstoragepooloftheforest.Cstoragechangeintheforestsoilwilldefinitelyaf2

fectCchangeofforestsintheentireregiongreatly.

Keywords　Deciduousbroad-leavedforest,Carboncycle

碳循环是森林生态系统物质循环的主要过程,

近年来研究发现由于工业化发展和人们生活水平的

提高,化石燃料特别是石油和煤炭已成为主要能源。

化石燃料燃烧的最主要后果是向大气中排放大量的

CO2(Tuckeretal.,1986),上个世纪由于医疗卫生条

件的改善和技术的进步,全世界人口的增长速度呈

越来越快的趋势,人口的激增引起了人类居住地的

大面积扩展,对自然资源特别是森林等自然资源需

求量大幅度增加,这种增加的严重后果引起自然植

被的大量毁坏,毁林现象严重,森林和其它陆地生态

系统吸收CO2能力减退,引起全球碳平衡的失衡,增

加大气中CO2浓度。空气中的CO2浓度加大的严重

后果是造成了温室效应,使全球的气温变暖。因而

碳循环的问题是目前全球变化研究的重点问题之

一,碳循环的机理和过程的研究又尤其重要。

碳循环又是一个过程比较复杂的现象,在森林

生态系统中这种复杂性将比其它生态系统如草原、

农田和荒漠表现得更为明显。森林的复杂性主要表

现在其上生长的生物是多年生的,最长可以达到上

千年的生命过程,森林生态系统的空间范围比其它

生态系统要大,具有成层性,这些特点使得森林生态

系统的碳循环不同于其它生态系统。

森林生态系统碳循环的主要过程是,植物从大

气中吸收CO2,通过光合作用将CO2转化为有机化

合物,有机化合物在植物体内各器官叶、干、枝、根和

繁殖器官上进行分配,为维持植物的生命活动,植物

需要消耗一定的能量,这些能量来自于植物合成的

有机物质,通过呼吸作用来实现,呼吸作用将碳水化

合物以CO2的形式返回到大气中。植物产生的凋落

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暖温带典型森林生态系统未来碳平衡的lpj-guess模型模拟与分析

暖温带典型森林生态系统未来碳平衡的lpj-guess模型模拟与分析

暖温带典型森林生态系统未来碳平衡的lpj-guess模型模拟与分析

温带典型森林生态系统的未来碳平衡的模拟分析由LPJ-GUESS模型完成，该模型是一个动态生态学模型，可以用来评估植物生物量、碳储量、水分收支、气候变化和环境管理措施对森林生态系统碳平衡的影响。

LPJ-GUESS模型分析了温带典型森林生态系统碳输入和输出的变化趋势，以便预测未来的森林生态系统碳平衡情况。模型的模拟检验表明，整个温带典型森林生态系统的碳收支状况呈稳步增加的趋势，受碳汇的影响，地表、根层及土壤的碳储量均实现稳定增加，表明温带典型森林生态系统得到了有效的碳汇利用，有利于森林生态系统未来碳汇管理。

此外，LPJ-GUESS模型还考虑到多种气候变化和环境管理措施对温带典型森林生态系统碳平衡的影响，发现在未来的气候变化条件下，适当的气候改造措施可以使温带典型森林生态系统的碳平衡更加稳定，进而控制未来温带森林碳收支状况更加稳定。

本次研究表明，LPJ-GUESS模型对温带典型森林生态系统未来碳平衡具有显著的模拟支撑作用，可以成为衡量森林未来碳收支及其管理措施有效性的参考。通过模拟分析，能够大幅度提高森林碳管理的效率，为温带典型森林生态系统的碳平衡未来的可持续发展提供强有力的保证。

森林生态系统碳估测方法及展望

森林生态系统碳估测方法及展望

第４５卷第２期人民珠江　２０２４年２月　ＰＥＡＲＬＲＩＶＥＲｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｅｎｍｉｎｚｈｕｊｉａｎｇ．ｃｎＤＯＩ：１０３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１９２３５２０２４０２０１２

基金项目：贵州省水利科技创新项目（ＫＪ２０２００４）收稿日期：２０２２－０３－２７作者简介：袁钰娜（１９９５—），女，硕士，工程师，主要从事遥感应用与水土保持信息化研究等工作。Ｅ－ｍａｉｌ：１５３３０２７５４６２＠１６３．ｃｏｍ袁钰娜，姜学兵．森林生态系统碳估测方法及展望［Ｊ］．人民珠江，２０２４，４５（２）：９０－９６．

森林生态系统碳估测方法及展望

袁钰娜１，２，姜学兵１，２（１．珠江水利委员会珠江流域水土保持监测中心站，广东　广州　５１０６１１；２．珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东　广州　５１０６１１）

摘要：森林生态系统是陆地生态系统重要组成部分，拥有陆地表面最大的碳库，其消长变化对全球碳循环有着深远影响。在当今温室效应日益显著，极端气候出现日益频繁的大背景下，精准估测森林生态系统碳储量、加强森林生态系统碳储量监测体系建设，对深入理解全球碳循环过程、预测全球气候变化有着极其重要的意义。以加强森林生态系统碳汇功能、实现“双碳”目标为切入点，系统阐述了森林生态系统固碳功能实现机理，分析比较了当前森林碳估测的几种主流方法，着重提出了构建中国森林碳储量监测体系的可行之策，以期为中国森林生态系统碳储量监测能力稳定提升提供理论参考，为“双碳”目标如期实现提供科学支撑。关键词：“双碳”目标；森林生态系统；碳估测；监测体系中图分类号：ＴＶ２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１９２３５（２０２４）０２００９００７

ＦｏｒｅｓｔＥｃｏｓｙｓｔｅｍＣａｒｂｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｓａｎｄＦｕｔｕｒｅＤｉｒｅｃｔｉｏｎｓ

ＹＵＡＮＹｕｎａ１牞２牞ＪＩＡＮＧＸｕｅｂｉｎｇ１牞２

牗１．ＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＣｅｎｔｅｒＳｔａｔｉｏｎｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆＰｅａｒｌＲｉｖｅｒＢａｓｉｎ牞ＰｅａｒｌＲｉｖｅｒＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ牞Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６１１牞Ｃｈｉｎａ牷２．ＰｅａｒｌＲｉｖｅｒＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ牞ＰｅａｒｌＲｉｖｅｒＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ牞Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６１１牞Ｃｈｉｎａ牘

江西省森林植被净初级生产力及碳储量估算

江西省森林植被净初级生产力及碳储量估算

江西省森林植被净初级生产力及碳储量估算

生态过程模型模拟和森林资源清查数据估算是目前估算区域尺度森林NPP和碳储量的可靠、有效方法。本研究以江西省森林生态系统为研究对象,利用遥感数据、气象数据及生理生态模型(Boreal Ecosystem Productivity Simulator,

BEPS),估测了森林LAI及NPP的时空变化特征,分析了其变化的影响因素；利用森林资源清查统计数据,估算了江西省森林1988-2011年碳储量变化及江西省森林碳汇潜力；利用森林资源清查样地数据,分析了江西省森林植被NPP及其与林龄之间的关系；利用GWR模型、森林清查样地碳储量数据,模拟了江西省2006年森林植被碳密度空间分布。

研究结果表明：1、利用MODIS返照率数据及4-尺度几何光学模型反演江西省森林植被的LAI,经验证该方法反演的LAI值较为可靠。LAI反演结果表明,江西省植被LAI具有明显的季节变化,夏季>春季>秋季>冬季；各植被类型平均LM差异较大,常绿针叶林(5.73)>常绿阔叶林(4.58)>针阔混交林(4.01)>落叶阔叶林(3.19)>灌木林(1.94);2000-2012年,江西省森林LAI值年际波动明显,2000-2007年LAI值整体上波动上升的趋势,2008年由于特大冰雪灾害,LAI值明显降低,2008年LAI相比2007年降低了26.7%,至2012年,LAI值基本恢复到雪灾前2007年的水平。

说明江西省森林植被在遭受雪灾损害之后植被冠层能较快恢复。2、生理生态模型(BEPS)模拟江西省森林2001-2010年NPP时空变化,结果为：江西省森林植被NPP多年平均值为522.71 gC·m-2·a-1,不同森林类型的NPP值差异较大,常绿阔叶林最大,达到903.32 gC·m-2·a-,其次为常绿针叶林(732.52

gC.m-2·a-1),针阔混交林(566.94 gC·m-2·a-1),落叶阔叶林(561.89 gC·m-2·a-1),灌木林(347gC·m-2·a-1)；2001-2010年间,江西省森林植被年平均NPP总量为68.22TgC·a-1,2001-2010年年际NPP值呈波动下降的变化趋势；从季节分布来看,春季NPP值最高,约占全年NPP的34.81%,其次为夏季(26.1%),秋季(25.25%),冬季(13.85%)；江西省各森林植被类型NPP对年降水量、年平均气温及年太阳辐射的响应有较大差异,由于江西省地区中亚热带地区,该地区降水丰富,温度适宜,因此降水和温度不是植被生长的限制因子,植被NPP主要受太阳辐射量的控制。

森林与碳循环

森林与碳循环

森林与碳循环

森林与碳循环

摘要：本⽂描述了森林⽣态系统的碳循环及其在全球碳循环中的作⽤,说明了森林⽣态系统在碳循环中的作⽤主要取决于森林

⽣态系统的⽣物量、林产品、植物枯枝落叶和根系碎屑以及森林⼟壤。

关键词：森林⽣态系统碳储量碳循环

根据⽣态学原理,⼀个系统中的⾃然过程总是有利于系统的结构稳定和功能最⼤化,⽽⾮⾃然过程总是降低或破坏⽣态系统的稳

定性,增加系统的不确定性。显然,⼤量开采化⽯燃料以及开采森林等活动都是⾮⾃然过程。这些活动导致了⼤⽓⼆氧化碳浓度

的不断上升。虽然⽬前我们尚不能准确地预测其⽣态后果,但最终的结果必将危害⼈类⾃⾝。鉴于⼤⽓⼆氧化碳上升可能引起

的严重⽣态后果,科学家对于全球碳循环进⾏了⼴泛的研究。具体内容包括地球各部分(⼤⽓、海洋和森林等)碳储量估算,森林

⽣态系统与其它部分碳的交换量(流)的估算,以及⼈类⼲扰对各个库和流的影响。在陆地⽣态系统中,森林是最⼤的有机碳的贮

库,它贮有1146PgC,占整个陆地碳库的56%。因此了解森林⽣态系统在碳循环中的作⽤,对于研究陆⽓系统的碳循环乃⾄全球碳

循环都是⼀个基础,具有重要的意义。

1森林及地球各部分的碳储量

当前,对全球碳库及库与库之间的转移量以及转移速率等关键性数值的估计差异较⼤。。⼤⽓层中的碳总量约为700×1015g～750×1015g。由于⼤⽓层的⼆氧化碳浓度正处加速上升阶段,因⽽其碳储量的估计值显然与估算的时间有⼀定的关系。地壳碳

储量最⼤,估计值相差也⼤。不过它们与其它库的交换很⼩,因此⼀般不会给碳流量的估算带来⼤的误差。海洋是仅次于地壳的

⼤碳库,也是最⼤的⼀个汇。通常估计海洋中的碳储量时将其分为表层和深层两个亚库,前者与⼤⽓有较频繁和较稳定的碳交

流。陆地⽣物群落包含的碳量约为550×1015g～560×1015g。

在各个库中,陆地⽣物群落最易受到⼈类活动的⼲扰,因此也是对⼤⽓⼆氧化碳浓度变化影响最⼤的分库。海洋碳储量虽⼤,但与

⼤⽓处于相对稳定的碳交换状态,⽬前估计海洋与⼤⽓的交换是每年吸收约2～3×1015g的碳。陆地⽣物群落在未受⼲扰状态,以