（环境科学专业论文）鄱阳湖生态经济区植被和土壤碳储量估算研究.pdf

a b s t r a c t v e g e t a t i o na n ds o i lc a r b o nr e s e r v e sa r ei m p o r t a n tp a r to ft e r r e s t r i a le c o s y s t e m s c a r b o ns t o r a g e ，i ti sp l a y sa ni m p o r t a n tr o l eb o t ho nc h a n g ec o n c e n t r a t i o no fc a r b o nd i o x i d e i nt h ea t m o s p h e r ea n di nt h eg l o b a lc a r b o nc y c l e ，t h el a n du s ec o v e rc h a n g ei sc a u s i n gt h e t e r r e s t r i a le c o s y s t e m sc a r b o ns t o r a g eb e h a v i o r , s ot h em a i nr e a s o no ft h ev a r i a t i o no f v e g e t a t i o na n ds o i lc a r b o nl i b r a r yr e s e a r c hb e c o m er e s e a r c hg l o b a lc l i m a t ec h a n g eah o t i s s u e s ，a c c u r a t ee s t i m a t eo fr e g i o n a ls c a l ev e g e t a t i o na n ds o i lc a r b o nl i b r a r yi sv e r y n e c e s s a r y p o y a n gl a k ee c o l o g i c a le c o n o m i cz o n ei san a t i o n a ls t r a t e g i cp l a n n i n ga r e a s ， t h r o u g ht h el i t e r a t u r e ，d a t aa c c e s s ，d a t as u r v e yo fl a n du s ei nr e c e n td e c a d e s s a t e l l i t e r e m o t es e n s i n gi m a g ed a t ap r o c e s s i n ga n ds c i e n t i f i cr e s e a r c hi n s t i t u t i o n sd a t a b a s es e a r c l l ， c o m b i n e dw i t hc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so fr e l e v a n ts c i e n t i f i c s o f t w a r e p o y a n gl a k e e c o l o g i c a le c o n o m i cz o n ec o v e rc h a n g ei nv e g e t a t i o na n ds o i lc a r b o nd y n a m i cc h a n g e s o ft h cp a s tf i v ey e a r s ，t h er e s u l t ss h o wt h a tr e c e n ty e a r st h ep o y a n gl a k ee c o l o g i c a l e c o n o m i cz o n ee x c e p tt h ef o r e s tv e g e t a t i o nc a r b o ns t o r a g ei si n c r e a s i n g , t h eo t h e rm a j o r d e c r e a s ei nv e g e t a t i o nc a r b o ns t o r a g e ，w h i c hw a sm a i n l yd u et oa r a b l el a n da r e ad e c r e a s e d ， p o o rp r o t e c t i o no fw e t l a n dr e s o u r c e s ，l a n dd e g r a d a t i o nd u et oo t h e rr e a s o n s ，c h a n g e si ns o i l c a r b o ns t o r a g ei sar e l a t i v e l ys l o wp r o c e s s ，b u ta l s od u et ol a n dc o v e r c h a n g ei ns o i lc a r b o n s t o r a g ed y n a m i c s ，t h er e s u l t ss h o w ： 1 、t h ep o y a n gl a k ee c o l o g i c a le c o n o m i cz o n ef o r e s tc o v e rp o t e n t i a lr e s e r v e si s 2 8 4 7 5m i l l i o nt o n so fc a r b o ni n2 0 0 9 ，r e a lr e s e r v e si s5 4 01m i l l i o nt o n so fc a r b o 玛 c o m p a r e dt o2 0 0 5i n c r e a s e db y1 5 5m i l l i o nt o n sa n d2 9 0 ，0 0 0t o n s ，ad e c r e a s eo fo t h e r s v e g e t a t i o nc a r b o ns t o r a g e 2 、i nr e c e n ty e a r s ，t h ep o y a n gl a k ee c o l o g i c a le c o n o m i cz o n et o t a la r e ao f v e g e t a t i o nd e c r e a s ey e a rb yy e a r , t h et o t a lc a r b o ns t o c kf r o m2 0 0 5t o2 0 0 9r e d u c e dt h e 1 4 01m i l l i o nt o n st h ea v e r a g ev e g e t a t i o nc a r b o nd e n s i t yi sh i g h e rt h a n0 1 1 1 a v e r a g e 3 、t h ep o y a n gl a k ee c o l o g i c a le c o n o m i cz o n es o i lc a r b o ns t o r a g ei s6 51 8 3m i l l i o n t o n s ，l a n dc o v e rs o i lc a r b o nd e n s i t yu n d e rt h em o s tr e c e n ty e a r s ，ad e c r e a s eo fc u l t i v a t e d l a n d c u l t i v a t e ds o i lc a r b o ns t o r a g ef r o m15 0 8 2m i l l i o nt o n si n2 0 0 5r e d u c e dt o15 0 2 3 m i l l i o nt o n si n2 0 0 9 ，t h ea v e r a g es o i lc a r b o nd e n s i t yo f1 2 0 3k gp e rs q u a r em e t e rh i g h e r t h a nt h ea v e r a g ec a r b o nd e n s i t yo fs o i l t l l i sr e s e a r c hf o u n dp o y a n gl a k ee c o l o g i c a le c o n o m i cz o n ep l a nt oe c o l o g i c a l c o n s t r u c t i o na n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni nap r o m i n e n tl o c a t i o n , b u i l dag o o de c o l o g i c a l b a r r i e rp o y a n gl a k ee c o l o g i c a le c o n o m i cz o n ei n t h e g e n e r a lr e q u i r e m e n t s f o rt h e d e v e l o p m e n to fr e g i o n a lc a r b o ne m i s s i o nr e d u c t i o nm e a s u r e st op r o v i d es o m ed a t af o r r e f e r e n c e k e y w o r d s ：p o y a n gl a k ee c o l o g i c a le c o n o m i ez o n e ；l a n d ；v e g e t a t i o n ；s o i l ；c a r b o n s t o r a g e 文献综述 第一章文献综述 1 1 全球气候变化 近百年来，以全球变暖为主要标志的全球气候变化对世界政治、经济和全球生态 环境等产生了重大影响，关于全球气候变化的定义有多种阐述，一般认为在全球范围 内，气候平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间( 典型的为1 0 年或 更长) 的气候变动，气候变化的原因可能是自然的内部进程，或是外部强迫，或者是 人为地持续对大气组成成分和土地利用的改变。 其中在联合国气候变化框架公约( u 虾c c c ) 第一款中，将“气候变化”定义 为：“经过相当一段时间的观察，在自然气候变化之外由人类活动直接或间接地改变 全球大气组成所导致的气候改变。”主要表现为三个方面：全球气候变暖、酸雨、臭 氧层破坏，其中全球气候变暖问题最为紧迫，关乎到人类未来! 有科学家通过对未被干扰的南极冰芯气泡气体组分进行取样分析，结果显示大气 中二氧化碳浓度在工业革命以前是基本保持不变的，可是自工业革命以后，由于工业 快速发展大量能源被消耗以及全球性土地利用变化，导致大气中二氧化碳浓度快速上 升达到前所未有的水平，目前各种数据显示这种趋势还在继续，随着人类社会经济不 断向前发展，意味着人类活动所排放的二氧化碳等温室气体还将继续增加，由于二氧 化碳等温室气体具有吸热和隔热功能，可让太阳的短波辐射射向地球，并吸收地球向 外发射的长波辐射，使整个地球成为宠大的“温室”，造成地球表层大气的气温上升。 有研究人员查阅了近1 0 0 多年来的全球海洋和陆地大约1 0 0 多万个观察记录，数 据显示全球平均气温的确升高了，特别是二十世纪8 0 年代以来，全球变暖的速度在 加快，二十几年时间全球平均气温大约升高了0 5 ，这种快速升温直接导致极地冰 川融化进而使海平面上升，据估计，在最近的1 0 0 年时间里，全球海平面上升了l o 到2 0 厘米，气候变暖，海平面上升，这种变化将破坏全球生态环境体系以致给人类 社会的发展带来很多问题，比如会使干旱地区更为干旱；多雨地区洪灾泛滥；照现在 的形式，海平面还将以每十年6 厘米的速度持续上升，由于冰川融化使海水水量增多 从而盐度浓度变小，给很多海洋动植物生存带来危机；一些地势低洼的岛国将被海水 淹没，许多经济发达的沿海地区也将被淹没，淡水被海水污染，地下水污染更加严重； 甚至引起全球气候带移动，中纬度地区更为干旱高温，引发天然森林火灾，植被资源 5 鄱阳湖生态经济区植被和土壤碳储量估算研究 遭到破坏，湖泊千涸使水资源更加紧张，土地退化加剧，所有这些都将给地球生态系 统和整个人类的社会经济活动带来极大影响。 事实上，对于全球气候变暖这个事实，我们自身都能够在日常生活中真切体会到， 学术界和政府高层也没有太多争论，然而对于全球变暖的原因，从科学的角度看或许 还存在诸多不确定性，不过绝大多数科学家都已经认为全球气候变暖和人类自身生产 活动密切相关，尤其是与人类活动引起的二氧化碳等温室气体浓度升高有很大的关 系，他们认为，人类活动主要在两个方面造成全球气候变暖，一方面是人类活动排放 二氧化碳等温室气体在大气中的浓度上升，温室效应增强，使全球变暖；另一方面是 大地植被受到人为破坏以及人为的土地利用改造，这些活动都能改变地球表层大气成 分，从而使得地面吸收太阳能的能力增强，引起地球大气能量变化使全球变暖，要减 缓这一全球变暖的速度，首先要控制大气中二氧化碳等温室气体的浓度，一方面需要 增强碳汇的吸收能力，主要措施包括保护热带雨林、植树造林以及保护水域和水生植 物，保护耕地和植被。另一方面更要控制碳源的排放，尽量减少向大气中排放二氧化 碳。 确实，近几十年来，全球范围内极端天气事件持续增多，比如大部分陆地区域的 强降水事件出现的频率上升，某些极端气象如热昼、热夜、热浪发生更为频繁，更大 范围地区发生了强度更强、持续时间更长的干旱，热带气旋的强度增大，美国卡特里 娜飓风、印度洋海啸和我国2 0 0 8 年南方遭遇的特大雪灾历历在目，2 0 1 0 年印度又遭 遇严重高温干旱，最高近5 0 。c 、严重高温干旱引发俄罗斯森林大火、罕见寒流暴风雪 冻结欧洲美国等等，这些局部的气候异常事件只是全球气候变化的一个索引，人们担 心的是将来这类事件出现的频率会持续增加，造成更大的全球性生态环境问题，有鉴 于此，人类必须控制全球气候变化的幅度，特别是全球气候变暖，对于全球变暖的原 因。就像前面说的学术界还有些争论，但目前国际主流观点认为全球变暖及气候异常 变化主要是由于温室气体大量集结造成的，各种温室气体因其在大气中的浓度、生命 期不同，对全球变暖的作用也不尽一致，二氧化碳在大气中浓度高、生命期可达2 0 0 年， 是大气中对气候变化影响最大的温室气体。陆地是人类赖以生存和发展的基地，其生 态系统的碳循环在全球碳循环中占有着非常重要的地位，有关森林植被与其他土地利 用碳储量方面的研究越来越受到重视。 综上所述，全球气候变化，特别是全球变暖是人类面临的严峻挑战，是国际上公 6 文献综述 认的全球性环境问题。当前人类活动继续以空前的速度向大气中排放二氧化碳等温室 气体，这些温室气体通过增强的温室效应继续使全球气候增暖，破坏地球气候脆弱平 衡，国际社会应该采取一致步骤处理好这一影响人类社会未来可持续发展的发展与排 放矛盾性问题。 1 2 国际气候谈判 人类向大气中排放的二氧化碳等温室气体是导致全球气候变暖的主要因素，这一 观点已经逐步得到国际社会认可，人类活动改变大气二氧化碳等温室气体组分的浓度 将引发全球生态系统的一系列反馈效应，特别是对地球上植被分布、水资源和土地利 用的影响，都将直接对人类的健康、食物和用水构成安全威胁，从而对整个社会稳定 与经济发展带来一系列的负面影响。所以任何国家的经济发展都不能以牺牲人类赖以 生存的环境作为代价，为此，国际社会必须联合行动，积极研究应对策略。为防止气 候变暖、控制二氧化碳等温室气体排放速度，人类就必须控制人口数量、调整现有的 能源结构、保护好森林植被，我们既要保持大气中二氧化碳浓度不再继续上升，又要 保证现代生产及生活不至于受到太大的影响，就有必要在科学、技术、管理与工程等 领域展开一场广泛而深刻的变革，使控制二氧化碳等温室气体排放渗透到人们生活各 个方面和社会各行各业的生产活动中。 正因为全球变暖已经成为威胁人类生存的重大问题，科学研究显示全球海平面预 计到2 1 0 0 年将上升1 0 0 厘米甚至更高，这意味着届时世界上将有十分之一人口的生 存环境面临严重威胁，鉴于全球气候变暖可能导致洪水、干旱等自然灾害频发，粮食 减产，空气污染，物种灭绝，极端天气屡屡出现的局面，严重威胁着各国经济的可持 续发展和国家安全，气候变暖问题已经成为国际政治、经济、外交和安全领域的一个 谈论热点。 面对气候变化的严峻形势，为寻求在全球范围内采取有效措施减缓全球气候变暖 过程，国际社会负责任的政府和有识之士已展开多角度、多层面的行动。1 9 9 2 年6 月在联合国环境与发展大会上，1 5 0 多个国家共同制定了联合国气候变化框架公约； 1 9 9 7 年1 2 月缔约国第三次会议通过了京都议定书。这两份文件奠定了全球应对气 候变化的国际合作法律基础。2 0 0 7 年巴厘岛联合国气候变化会议通过的“巴厘岛路线 图”，则为国际社会探讨2 0 1 2 年后也就是京都议定书第一阶段结束时的气候变化 国际制度安排指明了方向，确定了时间表，2 0 0 9 年9 月份在纽约召开的“联合国气候 鄱阳湖生态经济区植被和土壤碳储量估算研究 变化峰会”再次将气候变化问题推上了国际舞台的中心，然而从后面召开的哥本哈根 会议和坎昆会议结果来看，国际气候谈判并不顺利。 国际气候制度实质上是对一种稀缺战略资源即温室气体的排放权的分配，直接影 响到国际政治和经济格局，一直以来被学术界、国际政治与经济格局以及相关利益方 推动。然而全球气候变暖是世界各国应该共同面对的挑战，全球气候治理问题需要世 界各国共同的努力才能够实现，国际气候谈判重点就是围绕共同愿景、适应、减缓、 资金和技术这五大议题而展开，如果把1 9 9 2 年巴西里约热内卢联合国环境与发展大会 前的几年谈判时间也算在内，国际气候谈判已经走过了2 0 个春秋，可谓风雨兼程。 未来我国在应对气候谈判的方略上，应该坚持联合国气候变化公约和京都议定书基本 框架，坚持“共同但有区别的责任”原则，坚持可持续发展路线，严格遵循巴厘岛路线 图授权，同时加强我国温室气体排放调控能力，增加谈判筹码，争取最大的国际气候 谈判资源。 回顾2 0 年来的漫长谈判历程，人们发现全球气候谈判虽从未一帆风顺，但总在 坚定地前行。全球多数人对气候变化的了解与认识也随之在不断加深，特别是近年来 全球碳市场兴起需要特别关注。 1 3 碳市场 2 0 0 3 年英国低碳概念提出以后，世界范围内各国广泛应用。随着全球经济一体化 的快速发展，世界性的产业结构调整已经悄然开始，特别是近2 0 年来发达国家主要 致力于发展现代金融业和以信息服务业为代表的“低碳”产业，而把以制造业为核心的 “高碳”产业转移到其他发展中国家，2 0 0 8 年金融危机以来，在布局战略性产业、刺激 经济复苏和应对气候变化的多重目标推动下，发达国家更加大力度推崇低碳经济发 展，意欲以发展低碳经济、保护全球气候为名，通过“碳关税”贸易保护、碳排放交易 市场和建立低碳技术标准等新的国际制度，力图争抢国际经济的制高点，达到始终保 持竞争力的目的。目前，我国正处在社会发展的关键时期，工业化与城市化速度加快， 一方面，积极应对气候变化，也是我们促进科技自主创新、发展低碳技术和战略性新 兴产业、转变经济发展方式、走中国特色低碳发展道路的重大历史机遇；另一方面我 们既面临环境保护、消除贫困、发展经济、构建和谐社会的艰巨任务。 全球碳市场正是在这样深刻和复杂的国际政治和经济背景下形成和发展起来的。 从2 0 0 5 年京都议定书生效起，具有减排义务特征的碳市场在全球快速兴起并得 8 文献综述 到不断发展，与此同时逐渐形成自愿减排碳市场，并且逐渐发展壮大，欧盟在2 0 0 5 年就正式启动了温室气体排放交易机制，利用该机制欧盟国家一方面为实施全球碳贸 易积累经验，另一方面则可以通过市场降低实现京都议定书减排目标的成本，在 美国，目前已经有很多州自愿进行温室气体减排，美国温室气体自愿减排贸易体系正 是在此基础上建立的，一并建立芝加哥气候交易所。美国清洁能源安全法案也在 2 0 0 9 年获得众议院通过，该法案在设立温室气体排放贸易制度方面做了详细安排和规 定，日本是亚洲积极收购、储备碳权的国家，也在谋划建立区域碳交易市场，已经走 在了亚洲各国前面，全球性碳市场正是在这种基于自愿减排和减排义务的各地区和区 域性碳排放贸易体系陆续建立的背景下形成的，从而能够在世界范围内整合各类碳排 放贸易体系，市场就是和资本挂钩的，碳市场的形成，碳排放权就能衍生为具有投资 价值和流动性的金融资产，或许会成为未来的发展趋势，从全球碳市场发展来看，国 际碳交易从2 0 0 5 年的1 0 8 6 亿美元，上升到2 0 0 8 年的1 2 6 3 5 亿美元，年均增长高达 1 2 6 6 ，按照这样的发展速度，据有关机构预测，明年也就是2 0 1 2 年全球交易额预 计将达到1 5 0 0 亿美元，未来还有可能超过石油成为全球最大的商品交易市场。 我国是一个潜力巨大的碳市场，目前我国主要是通过京都议定书规定的清洁 发展机制参与国际碳交易的，2 0 0 8 年全球累计签发核证减排量约3 5 8 亿吨二氧化碳， 其中我国的签发量占4 7 7 8 ，几乎占了全球核证减排量的一半，现在我们国家在北京、 上海、天津等地有小规模的交易所从事与碳减排相关的交易，我国碳排放市场的金融、 保险、咨询、中介等服务体系的发展还处于初级阶段。从碳交易的全产业链看，我国 处在单纯的碳资源生产供给方的位置，也就是处于整个碳交易产业链的最低端，这种 形式很不利于我国争取碳交易话语权和定价权，碳排放权是一种新的重要战略资源， 它对传统资源的分配具有重大影响作用，所以我们一定要争取过来。 1 4 陆地生态系统碳循环 地球系统碳循环是连接诸如温室气体、全球气候变暖和土地利用等全球变化问题 的纽带，是在更高层次上推进学科交叉和综合集成的切入点，对全球和区域碳循环的 深入研究不仅可为认识和控制全球气候变化提供理论基础，而且有助于制定生态系统 管理策略以适应和减缓气候变化的影响，所以碳循环研究已经成为全球气候变化研究 的一个核心问题，也是当前研究领域一个热点课题，陆地生态系统碳循环是全球碳循 环的重要组成部分，事实上，地球的陆地生态系统是一个巨大的碳库，一方面通过光 9 鄱阳湖生态经济区植被和土壤碳储量估算研究 合作用吸收二氧化碳，同时又通过不同时间尺度的各种呼吸或扰动将二氧化碳返回大 气，从而形成大气、植被与土壤三者之间的陆地生态系统碳循环。现在人类活动对生 物圈的影响范围已由区域扩展到全球，由于人类过量地使用化石燃料、毁灭森林和草 原、大幅度改变土地利用方式、开垦和耕种土地等活动，对地球各圈层特别是大气圈 与土壤圈之间的物质平衡机制产生了重要影响，造成大气中温室气体浓度的不断上 升。近年来发现，早年指出的“失踪的碳汇”可能被陆地生态系统吸收。有许多因素， 如二氧化碳施肥效应、大气氮沉降、气候变暖、林木再生等都可能被陆地生态系统吸 收。生态系统的生物地球化学过程可导致二氧化碳的源或者汇，并引起二氧化碳通量 的年际变化。 陆地生态系统是人类活动的主要场所，也是最复杂生态系统碳库之一，所以受人 类活动的影响最大，人类一方面通过矿石能源的消耗直接向大气中排放二氧化碳等温 室气体，另一方面则通过改变土地利用形式来影响二氧化碳源汇分布与大小。森林植 被碳库和土壤碳库是陆地生态系统两个最大组分，它们的动态变化在很大程度上会改 变整个陆地生态系统碳循环，我国对这个问题相当重视，中国科学院于2 0 0 1 年启动 了“中国陆地和近海生态系统碳收支研究”重大项目，目的是为了在区域和国家尺度上 来回答与我国陆地和近海生态系统碳循环问题，当前鄱阳湖生态经济区规划建设如火 如荼，在此背景下，本文尝试对鄱阳湖生态经济区植被和土壤碳储量做出估算研究。 1 5 植被和土壤碳储量研究动态 随着地球上人口的增加，人类因土地利用而造成土地覆被的变化愈加迅速，从而 对周围环境产生较大影响，全球环境变化研究是二十世纪九十年代以来最受关注的环 境和科学问题之一，核心在于探索由于人类活动所引起的全球环境变化对于人类赖以 生存与持续发展的陆地生态系统与人类生存环境的作用及其反应，以期找到科学的应 对策略，自工业革命以来，人类社会的发展速度日趋加快，也加速了对地球资源的开 发利用，全球环境问题层出不穷，特别是近几十年以来地球温室效应致使全球气温上 升，气候变化加剧，引起政府层面和学术界的广泛关注，一大批科研工作者开展了大 量卓有成效的研究工作，从区域尺度、时间跨度、行业类别等不同层面对各种温室气 体的来源及流通路径进行了研究探讨，特别是二氧化碳的排放源、吸收汇以及与碳有 关的定量化测度方式方法问题，植被和土壤碳储量研究是其中一个重要方面，相当部 分学者分别在有关植被和土壤碳储量方面展开大量研究。 1 0 文献综述 1 5 1 植被碳储量国内外研究动态 近年来进行的大尺度的碳平衡研究已经被大量用来分析国家和地区、生态系统和 经济区的碳状况，森林是地球上最主要的植被类型，其净生产力和生物量在陆地生态 系统中都占有很大比重，森林植被碳储量研究是陆地生态系统碳循环研究主要指标， 在各植被类型碳储量研究中也是比较早的，早期的森林植被碳储量研究过程中，森林 植被生物量研究一直作为碳储量研究的一个重要前提，通过对森林植被生物量的定量 化研究，然后测定单位面积生物量含碳率，这样来确定森林植被碳储量，在森林植被 生物量研究方面，世界上最早的也是比较简单的森林生物量研究始于1 9 8 6 年，当时 e b e r m e y e r t l 】发表了德国几种主要森林植被的枝叶凋落量以及木材重量数据。中间一段 时间又少有后继者，等到2 0 世纪5 0 年代，世界上许多国家开始真正重视森林生物量 的研究，像前苏联、英国、日本等国家的科学家就开始对各自国家分布的主要森林生 态系统生物量以及其生产力进行了实地调查和资料收集f 2 羽。而后在人与生物圈计划和 国际生物圈计划的推动下，众多科学家对地球上主要森林植被类型的生物量和生产力 及其区域地理分布规律、气候影响因子和植物群落分布之间的关系进行了大量实质性 研究，并对地球生物圈的总生物量进行估算，进而是全球森林生态系统碳储量，表1 1 和表1 2 分别是1 9 8 7 到1 9 9 0 四年间全球森林生态系统碳储量平均值和2 0 0 1 年全年全 球森林生态系统碳储量研究数据【6 l 。 表1 - 1 全球森林生态系统碳储量估算( 1 9 8 7 1 9 9 0 ) t a b l e1 - 1e s t i m a t e so fc a r b o ns t o r a g ei nw o r l d sf o r e s tz o n e s ( 1 9 8 7 - 1 9 9 0 ) 鄱阳湖生态经济区植被和土壤碳储量估算研究 表1 - 2 全球森林生态系统碳储量估算( 2 0 0 d t a b l e1 - 2e s t i m a t e so fe a r b o ns t o r a g ei nw o r l d sf o r e s tz o n e s ( 2 0 0 1 ) 国际社会高度重视森林在减缓与适应气候变化中的功能与作用，因为森林生态系 统是陆地生态系统的主体，它占陆地生态系统的有机碳比例为7 6 9 8 【7 j 。作为全 球气候调节作用不可或缺的组成部分，森林植被碳储量研究在陆地生态系统碳循环研 究中占有十分重要的地位，森林生态系统碳储量是研究整个陆地生态系统与大气之间 碳交换的基本参数 6 1 ，同时也是估算森林生态系统向大气排放或吸收二氧化碳等温室 气体的关键因子，大量的研究表明：森林植被的破坏( 尤其是热带雨林的破坏) 已成为 继化石燃料燃烧之后，大气中二氧化碳浓度增加的第二大来源【8 。1 0 】。上世纪八九十年 代，美国、加拿大、当时的前苏联等国家对森林植被碳储量的估算研究均有较大进展 【l l 】，二十世纪九十年代以后，遥感、地理信息系统、全球定位系统等“3 s ”技术广泛应 用于研究陆地生态系统碳循环，对植被碳储量的研究有了新的进展，特别是在大区域 尺度上的研究精准度提高。 我国植被生物量和生产力的研究始于2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初，虽然起步比 较晚，但起点高，比如冯宗炜、李文华等人都是八十年代初期就开始对我国森林植被 生物量进行测定【1 2 - 1 3 】，而赵敏等人利用近3 0 0 组生物量和蓄积量数据，把中国森林分 为1 7 种类型并建立了各森林类型生物量一蓄积量的双曲线模型，并利用我国第四次 森林资源清查数据资料估算出我国当时森林植被碳储量为3 7 8 p g ，碳密度为 4 1 3 2 t h m 2 ，低于世界平均水平【鲫，实际上这个碳密度偏小了，是张亮【9 1 1 等人估算出 广东省森林植被碳密度的五分之一，这反映出目前植被碳储量估算存在的问题；随后 不少学者开展了大区域尺度森林生物量的模拟研究【l 纠8 1 ；像1 9 9 6 年方精云等人利用 1 2 文献综述 收集到的我国各地共7 5 8 组生物量和蓄积量数据，将我国森林类型划分为2 1 类，并 建立了各类型森林生物量一蓄积量的线性模型，同时利用国家森林资源清查数据资料 对全国森林生物量和碳储量进行了估算，预测分析了未来动态变化趋势及其在全球碳 平衡中的作用1 蛇1 】； f a i l g 【2 刁等通过野外调查和实测资料收集，建立了我国主要森林 类型的林木蓄积量与生物量之间的相关关系式，这从很大程度上提高了中国森林生态 系统的植被碳储量估算的精确度；赵敏、王效科f l l 】【2 3 】等人基于我国第三次和第四次 森林资源清查数据资料，分别估算了我国森林植被碳储量和碳密度；方精云渊等人基 于我国近5 0 年来森林资源清查数据资料的变动对我国整个森林植被碳库及其变化做 了大尺度的研究工作。在区域尺度上，焦秀梅【2 5 】等人基于湖南省第四次森林资源调查 资料，结合生物量实地测定数据，估算了湖南省森林植被碳储量和碳密度，分析了植 被类型特性和地理分布规律。焦燕【2 6 】等人利用我国第一次到第六次森林资源清查数据 资料，建立不同森林树种生物量和蓄积量之间的线性关系模型，对黑龙江省最近3 0 年来森林植被碳储量进行了推算和动态变化分析。还是由于实测资料的限制，对模拟 结果的准确性以及森林固碳能力估算有待进一步考证。确实，在森林碳储量的估算中， 估算仍存在很大的不确定性 2 7 - 3 0 ，这主要有两个原因，其一是由于不同学者所采用的 研究方法不同所致，另外是由于森林生态系统碳储量自身存在空间异质性和时间变动 性，是比较复杂的，所以在森林植被碳储量研究中有待探讨出有代表性的更好方法， 我国森林植被在全球森林植被中占有重要地位，根据国家林业局第六次全国森林资源 清查结果表明，截止到2 0 0 3 年，我国森林面积1 7 5 亿公顷，森林覆盖率1 8 2 1 ， 随着植树造林步伐的加快和森林经营管理水平的提高，2 0 1 0 年我国的森林覆盖率已 经超过了2 0 ，预计到2 0 5 0 年将提高到2 6 t 3 1 】。如何及时准确地获取覆盖全国范围 的、具有长时间连续性的包括森林植被在内的所有植被生物量和生产力等相关资料， 既是科学管理陆地生态系统的基础，也是关系到我国能否准确地评估植被固碳潜力， 履行联合国气候变化框架公约，特别是依据京都议定书进行环境外交的基础， 京都议定书中将造林、再造林和森林管理等活动作为清洁发展项目，允许发达国 家可以通过在发展中国家实施林业碳汇项目抵消其温室气体排放量。因此，林业碳汇 研究也日益成为人们关注的重点。正确评估我国植被的碳储量以及碳储量的时空变化 及其影响因子，不仅可以为我国可持续发展提供重要的科学依据，而且对我国大范围 的碳循环及碳汇研究具有很大利用价值。 鄱阳湖生态经济区植被和土壤碳储量估算研究 除森林植被以外，陆地生态系统植被类型还有草地、耕地农田、湿地、灌丛等等， 在我国有些省市或区域，比如内蒙古草地植被占很大比重，北京大学马文红、方精云 等前几年对内蒙古温带草原植被碳储量进行了研究，中国科学院西北高原研究所汪诗 平等人研究了黄河源区高寒草地植被碳储量，黎明、李伟等学者对湿地碳循环进行了 探讨，表1 3 是李克让等人对我国主要植被碳储量的研究成果【3 2 1 。 表l - 3 我国植被碳储量 t a b l e1 - 3 v e g e t a t i o nc a r b o ns t o r a g ei nc h i n a 我国幅员辽阔，植被类型多样，这就需要对不同区域的植被分别进行研究【3 3 1 ，作 为陆地生态系统的主体，森林生态系统的碳循环与碳蓄积在全球陆地碳循环和气候变 化研究中具有重要意义，近些年，随着我国森林管理水平提高和植树造林步伐的加快， 我国森林覆被面积将会逐年增加，对以森林植被为主的陆地生态系统植被碳储量的研 究将会更加深入。同时也会加大对草原等有区域特征的植被类型碳储量研究。 然而当前植被碳循环和碳储量的定量研究仍然存在很大的困难和不确定因素从 上面对国内外文献分析来看，有针对全球植被碳储量的估算，也有国家尺度的，再小 一点就是大片区域性碳储量研究，或者是某一具体林分区植被碳储量研究，不管是哪 种尺度的植被碳储量估算问题都存在极大的不确定性，大尺度的话植被类型，碳密度 以及面积难以准确无误的界定出来，小尺度的话存在数据收集方法不统一，数据处理 1 4 文献综述 过程方式也不尽相同，这些原因都能导致研究数据上难以均衡的差距，本文也是在前 人发表的研究文献的基础上对鄱阳湖生态经济区植被和土壤碳储量进行估算的，实际 上这些研究都需要大量的实测基础数据作为支撑才能够真正让基础数据本地化，还有 就是在研究方法上，从过去不少科研工作者在区域、国家甚至全球尺度上对森林植被 碳储量进行的估算就可以看出【舢5 】。所用方法普遍都是利用生物量乘以植被含碳率得 到的，或者是先算出单位面积植被碳密度然后与植被面积相乘估算植被碳密度，当然 不是指这样做不好，而是这些研究方法要求研究者要么对植被总生物量以及相应植被 含碳率做出精确估算，要么对单位面积植被碳密度和该植被类型面积数据精确测定， 才能够保证研究结果的准确，比如目前对植被生物量 3 6 - 3 3 】的估算通常是建立生物量蓄 积模型，但是模型本身的缺陷就会直接导致生物量估算的不准确性，而且研究人员在 收集数据过程中也难以保证不出现导致不确定性的步骤，所以环境条件所限，人为失 误都很难避免，也就是说对植被总生物量的估算过程存在一定的缺陷，那么对于植被 含碳率的测定就更加重要了，但是目前国内外研究成果很难看到有直接针对各种植被 含碳率的测定研究，大都数研究者都采用国际上通用的0 4 5 0 5 作为植被平均含碳率 【l l l 【3 叫3 1 直接加以计算，现实是，很多地方植被含碳率都不是这个范围，只有极少数研 究者根据不同森林植被类型采用了实测含碳率m 4 5 1 ，事实上不同植物及同一植物的 不同器官中的碳元素含量是有差别的，为了能精确估算区域尺度或者国家尺度上的植 被碳储量，有必要对不同环境条件下的不同植被类型的含碳率进行实地测定和分析， 我们国家森林植被含碳率一般要高于国际平均水平，同样的对单位植被碳密度测定也 应该采取缩小误差的实地测定法，对于植被面积最好是按不同植被碳密度分别测定以 减小处处平均带来的误差，此外，有少数研究者已经对区域植被碳储量空间特征进行 了研究【2 5 1 4 6 1 ，不过这类研究没有结合当地地形因子特征而只是对植被碳储量的水平 分布进行分析。 正是因为植被碳储量研究存在着很大的不确定性，研究过程要尽力消除这种不确 定性，基本途径是改进研究方法，提高收集的数据质量，探寻科学有效的的尺度推广 方法，在当前科技水平条件下，样地调查和遥感分析是两种获取不同尺度上数据资料 有效手段，植被碳储量估算研究过程中要综合运用这两个手段，取长补短，单独使用 会降低数据质量，此外，对于大宗的数据处理往往采用现代科学软件还要结合数学模 型进行模拟分析，所以，模型模拟、样地调查和遥感分析几种方法综合运用是未来解 鄱阳湖生态经济区植被和土壤碳储量估算研究 决区域尺度耦合问题以及碳循环理论研究的重要选择。 以往对于森林植被枯落物碳储量难以界定，这一部分是记在土壤碳储量中还是在 植被碳储量中，或者干脆就不考虑了，实际上在中高纬度森林植被中，由于水热条件 等因素的限制，枯落物很难分解，很多时候地表都累集了厚厚的一层，这层枯落物既 可以储存碳又可以改变土壤呼吸，相信以后会有针对性的重视对中高纬度植被枯落物 的研究，当然低纬度植被也会有枯落物，不过低纬度枯落物容易被分解，难以像高纬 度枯落物那样累集，这可能也是以往研究人员忽视植被枯落物研究的原因，未来应该 对这种枯落物累积量的时空差异引起重视。 所以在未来植被碳储量研究过程中，特别是在森林植被碳储量估算时，要有区分 的实地测定不同植被类型含碳率或者单位植被碳密度，森林植被生物量估算则需要全 面考虑影响森林植被总生物量的各种人为因素和自然因素，比如说林龄和气候因子 等，全面考虑森林植被凋落物、根系、死木碳储量，减少估算误差，利用现代科技如 高精度的遥感影像数据，这样的数据既能够保证精确性，又可直观的反映在图册上， 进一步发展完善现有模拟模型，运用多种研究手段，多学科知识联合使用，让植被碳 储量估算研究规范化，可视化，能够呈现植被碳储量时空变化情况以及变化机理，为 陆地生态系统碳循环研究提供准确数据。 1 5 2 土壤碳储量国内外研究动态 土壤是地球陆地生态系统中最大的碳库，而人类居住环境最直接要素就是陆地生 态系统，所以有关土壤碳储量研究意义重大，土壤碳库分为两大类即土壤有机碳库和 无机碳库，两者加起来约是地球上生物量含碳量的3 倍 4 7 1 ，大气碳含量的2 倍。土壤 碳一部分通过土壤生物呼吸作用与大气二氧化碳快速交换，也有自然变动交换的，由 于其储量大，土壤碳库较小幅度的变化就会影响到大气中碳储量动态变化，进而引起 全球气候变化，因此土壤碳库的稳定、增长或释放都与大气中二氧化碳浓度变化有重 要的关系，也许是由于土壤无机碳库比较稳定，对全球气候短期影响不大，目前国内 外大部分研究都集中于土壤有机碳，而土壤有机碳容易受地理气候因素和覆被变化等 影响。 国外有关土壤碳储量较为系统的研究始于2 0 世纪5 0 年代，从范围上来讲，有针 对具体生态系统的土壤碳储量研究，也有针对不同区域的土壤碳储量研究，甚至全球 土壤碳储量估算等，比如，p r o c t o re ta 1 1 4 引、w i b b ee ta l 【4 9 】等对经济林种的土壤碳储量 1 6 文献综述 进行了估计，并进一步探讨了果实收获后对碳储量的影响；l i ue ta l e 5 0 】较早的对加拿大 安大略省的森林生态系统碳储量进行了估算； f r a n z m e i e re ta l 5 1 】在实验室分析的基 础上，利用美国北部地区1 2 个州的12 5 0 万的土壤类型分布图，估算了该区域0 - 2 0 厘米和0 , 1 0 0 厘米土层深度的土壤有机碳储量，并指出该区域平均土壤有机碳密度 为1 1 7k g m 2 ；b e m o u xe ta l 【5 2 j 利用土壤分布图和植被分布图叠加获得的2 1 1 1 1 个制 图单元，估算出巴西0 3 0 厘米土壤层厚度有机碳密度介于1 5 1 4 1 7 8k g m 2 之间。 范围是比较大的，说明不同土壤有机碳密度差别比较大，土壤有机碳库为( 3 6 4 4 - 3 4 ) p g ；s c h wa r t ze ta l 【5 3 j 利用植被、土壤颗粒大小、土壤母岩类型等因素建立3 1 个制图 单元，2 0 0 个剖面土壤数据库，估算出刚果0 一- 1 0 厘米、0 - 1 0 0 厘米和0 - - 一2 0 0 厘米 土层深度的有机碳储量分别为0 8q 、3 3q 、3 9g t ，并指出1 0 0 2 0 0 厘米土层深 度的碳属于稳定碳库；s c o t te ta l 瞰】采用独特的土壤有机碳监测系统，利用土壤类型、 气候和土地利用图层将新西兰土壤分为3 9 类单元：估算出新西兰0 - - - 1 0 厘米、1 0 3 0 厘米和3 0 - - 一1 0 0 厘米土层的有机碳储量分别为1 1 5 2mt 、1 4 3 9mt 、1 6 0 2 mt ： r u b e y ”】根据美国9 个土壤剖面的碳含量，推算全球土壤有机碳库为7 1 0p g ，这也是 最早进行全球土壤估算的研究，很显然，仅仅以9 个美国土壤剖面数据估算全球土壤 碳储量有些过于简单；后面b o h n t 5 6 1 利用全球土壤分布图及相关土壤类型有机碳含量， 估算出全球土壤有机碳库为2 9 4 6p g ，可见两者估算值差距太大；较少的土壤剖面数 据使得土壤碳库估算存在较大的不确定性，导致不同研究者的研究结果差异很大。目 前，比较认可和引用的全球土壤有机碳储量为1 4 0 0 。1 5 0 0gt 【5 7 1 。对于全球尺度上土壤 有机碳储量的估算，具有代表性的是p o s te ta l 5 s l 按生命带方法的研究以及b a t j e se ta l 5 9 1 所用的按土壤类型方法的研究。p o s te ta l 使用了反映全球主要生命带的2 6 9 6 个土 壤剖面数据资料，建立估算土壤容重和土壤碳密度的回归方程，计算出全球1 米厚度 土层深度的有机碳库为1 3 9 5 g t 删；b a t j e s e ta l 将全球土壤图划分为2 5 9 2 0 0 个基本单 元，根据各单元的土壤容重、砾石含量、有机碳含量及土层厚度等数据，计算出各单 元的有机碳密度，再利用面积数据相乘估算出全球l 米土层厚度有