實現碳平衡，森林或是有力砝碼 最新研究成果發表在《自然》

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，而二氧化碳就是其中最主要的成分。

11月14日記者獲悉，浙江工業大學環境學院教授方雙喜聯合國內科研團隊，在學術期刊《自然》上發表最新研究成果，團隊實測的中國陸地植被吸碳能力，比學界對其的固有認知高了一倍。

“我們從國內7個站點測得2009年至2016年間大氣中二氧化碳的摩爾分數，也利用碳衛星遙感技術測量了植被土壤數據，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，相當于這一時期國內每年人為排放量的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，與此相對應的是，陸地生物圈二氧化碳的吸收能力呈現出相同的增長趨勢。“對比當前世界對中國陸地生物圈的固有認知，我們猜測，這其中植被發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之旅

碳元素無處不在，它在地球的生物圈、巖石圈、水圈及大氣圈中交換，并隨地球運動循環不止。

“如果人們因為溫室效應而覺得碳元素在大氣中最多，那就錯了。”方雙喜解釋道，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間迅速遷移、轉化、交換。”方雙喜說。

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，會經光合作用轉化為葡萄糖，再綜合成為碳化合物。動物食用植物后，將其轉化成動物體的碳化合物。動植物的呼吸作用又把體內的一部分碳轉化為二氧化碳排入大氣，另一部分則構成生物的機體或在機體內貯存。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。水環境下的碳循環與空氣中的碳循環大同小異。

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”的動態平衡。但是進入工業時代，人類開始大量開發使用化石燃料，把地球存儲下來的碳元素轉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“碳平衡”，就要減少向大氣排放二氧化碳的數量，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，將二氧化碳轉化為碳水化合物，以有機碳的形式固定在植物體內和土壤里。

影響森林固碳的各種因素

森林作為陸地生態系統的主體，無疑是系統中最大的“碳庫”。

2018年，《美國科學院院報》(PNAS)曾以專輯形式，發表了來自中國科學院戰略先導科技專項“應對氣候變化的碳收支認證及相關問題”的7篇論文。論文稱，中國陸地生態系統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，陸地生態系統年均固碳2.01億噸，相當于抵消了同期中國化石燃料碳排放量的14.1%，其中中國森林生態系統是固碳主體，貢獻了約80%的固碳量。

中國科學院生態環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。一般森林據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系統中最大，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。”臧昆鵬說，森林火災發生的過程中，不僅直接造成森林生態系統的碳排放，而且還破壞了原有森林生態系統的結構和功能，從而改變了整個森林生態系統的碳固定、分配和循環，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、徑流和土壤性質等。“陸地植被對二氧化碳的吸收能力，會隨不同季節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產生周期性變化。”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定的

那么，科研人員又是如何對植被固碳能力進行精準測定的呢?

記者了解到，上世紀，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，開展現場連續觀測，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，觀測設備逐步升級為腔增強吸收光譜技術分析儀，這種設備比傳統設備精度更高，穩定性更好，可獲取更高質量的大氣二氧化碳含量觀測數據。”方雙喜介紹道。

在浙江臨安北部山區，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測站點之一。

“獲取大氣二氧化碳濃度數據對監測區域環境有著十分苛刻的要求。采樣的選址尤其關鍵。”方雙喜告訴記者。

比如，中華人民共和國氣象行業標準《大氣成分站選址要求》(QX/T 174-2012)，明確了應避開自然災害多發、頻發地區，避開污染源、滿足一定凈空條件等多項內容。

方雙喜介紹，團隊的觀測站點主要集中在7個區域，分別是青海瓦里關、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域的大氣特征。

總的來說，這7個站點連續高質量的觀測數據，有力地反映了各區域內生態系統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數據源。

“在本研究期內，對植被綠色度的衛星觀測表明，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土地碳匯的增加。”方雙喜認為，這一成果，也向全球展現了我國在環境治理上所做出的努力。(洪恒飛 陳曼姣 袁 緣 江 耘)