全球变暖与温室气体排放管理研究

1、全球变暖与温室气体排放管理研究年代以来，人类活动造成的大气中温室气体浓度50本世纪的急剧增加以及由此引起的全球气候变化，已成为全球变化中最主要和最直接月联合国第二次环境与发展大会在巴西里6年1992的变化。为保护全球气候，个国家签署了联合国气候变化框架公约166约热内卢召开，全世界月发表的京都议定书12年1997,我国也是缔约国之一；此外，（UNFCC用温室气体限排减排任）个工业化程度较高的发达国家（15国家1规定了各附件定义为向大气中释放温室气体的过程或”源将温室气体UNFCCC务和时间表。定义为从大气中清除温室气体、气溶胶或温室气体前体的”汇活动;温室气体过程、活动或机制。为减缓因大气中温

2、室气体浓度的增加而引起的一系列全球变化问题，同温室气体排放过程一样，温室气体的吸收过程及吸收汇的概念也人的问题，关心是否有一些“汇越来越为人们所关注：最近国际社会特别关注并且可使其得到增强，以部分抵销温室气体的排放。京都会议对此问题进”为汇的概念、范围及计算方法等多方面的问题广泛征”汇行了讨论，并对温室气体也将着手编写一个有关±（IPCC求了各国的意见，政府间气候变化专门委员会地利用和土地利用变化与森林的特别报告，以详细规范其中的一些科学问题。，一是因为有关的一些科学问题还不十分清楚，”汇国际社会关注温室气体如温室气体汇的定义、类型及范围等；二是因为这还与减缓气候变化的技术措1施有密

3、切关系，也直接影响到各国新的温室气体清单的准确编制，并对附件年承诺期期间温室气体限排减排目标的完成会有重要影响。20122008国家在正是由于在温室气体汇的研究方面还存在诸多疑问和不统一，并存在很大的不确定性，这使其成为科学上亟待明确的问题。本文就这几方面的国内外研究进展及热点问题作一综述。温室气体汇的定义、种类及方法学问题1认为陆地和海洋生态系统中的温室气体汇很重要，并对其做了定义。UNFCCC相同；一些国家”人为汇与”汇的意见都不一致，有的国家认为，”汇但各国对指南中的定义；另外一些国家则认为应由议定书或公约成员国IPCC则建议遵照的定义也意见不一，有的认为其仅特指”人为汇作出规定,而且关

4、于（COP途议与管理森林有关的所有活动，如造林、再造林和毁林等；另外一些国家则认为，其仅指一些直接的活动，如植树造林、林地施肥、放牧等。年修正指南1996在（IPCC关于人为汇的种类，政府间气候变化专门委员会中将类，即：森林和其他木本生物量的变化、森5分为"土地利用变化和森林林和草地的转化、管理土地的废克、矿质土壤碳贮量的变化及其他。京都议种活动，但3定书中所讲的源排放和汇清除主要是指造林、再造林和毁林这进行了定义，但还很不完善；”再造林和"造林对IPCC并未对对此作出定义。而则未有过正式定义，且各个国家对此还很难达成一致意见。”毁林的问题较复杂，议定书中将碳贮存的可核查的

5、（LUCF）t地利用变化和森林变化用于抵销承诺期间的排放削减指标，但这还存在很多方法学问题：如何确年以来由造林、再造林和毁林活动产生的碳贮存变化，又1990定和核查各国如何核查这些变化；哪些活动与造林、再造林和毁林有关；如何确定土地利用变化和森林源汇的长期时间尺度要求；哪些其它人类活动可以计算在内，又如何计算。所有这些问题都有待进一步的研究和明确规定，以增强计算的科学性。土地利用变化和森林及农业土壤在全球碳平衡中的作用2温室气体汇包括植被、海洋和土壤对温室气体的吸收、贮存及大气中对温室气的汇，即碳CO2体起分解转化的光化学清除机制等几方面，这里主要讨论大气汇。贮存在全球植被和土壤中的碳数量相当

6、大，很多研究者分别从植被类型、101土壤类型及利用模型等不同的角度对全球土壤中的碳贮量作了估计但由于还具有很大的不确定性，各研究者的数据都不尽相同，其中被引用较多WBGU(1998工。另据1,111576Gt和1395Gt的是，全球土壤碳库的量为的估计，全球贮存在植被及土壤中的碳量分别为，按照生态2011Gt和466Gt%贮存在热带23%贮存在森林中，46类型来划分，全球陆地生态系统中的碳有及温带草原中，其余的碳贮存在耕地、湿地、冻原、高山草地及沙漠半沙漠中。12人类活动对自然生态系统源汇状况的影响是否计算在议定书中还没有确定，但无论如何，这些活动对自然生态系统源汇状况的影响是不可低估的。毫无

7、疑问，在将来可能的新的减排限排许诺期期间，这部分内容要考虑在内。因此，一些计算方面的问题亟需解决。有关的森林、草原和耕地生态系”汇下面分别讨论与土地利用变化和森林统中的碳贮量及碳通量变化。森林生态系统的碳贮量及变化2.1hm2,亿41.61全球森林面积为、32.9其中热带、温带、寒带分别占其中有1146Mt,。全球森林生态系统中贮存的碳量为12%42.1%和24.9一半在寒冷地区的北部森林中，热带森林和温带森林中的碳只各自占到碳贮量,因此，北部森林的保护也与热带森林的保护同样重要。13.8%和37总量的的碳贮存在土壤中（有机层、泥炭及土壤有机碳）；84不同之处是北部森林中而在热带森林中，土壤中

8、贮存的碳仅占其总碳量的一半，另外一半则贮存在森。按全球平均值62.9林生物量中；温带森林土壤中的碳占到其碳贮存总量的的碳，其余碳素贮存在植39计算，森林土壤及其有机层贮存了森林生态系统。13被中热带地区目前正进行着大规模的毁林活动，但原始森林转化为次级森林或林用种植园则不仅在热带，而且在寒带落叶森林、北美洲的太平洋西北部等地。1250%20%区都有发生。热带地区种植园的地上部生物量比自然森林低另据报道，次级森林及不定期砍伐的森林其木本生物量比自然森林低80%30%50%-40%。温带地区生产性森林的生物量也比同区的自然森林低14,15这显然是由于管理森林收获早，达不到自然森林的生长年龄，在温带

9、12年即被砍伐，而在温带地区，12060年和5020和热带，树木分别生长到150次级森林需；16年的无干扰生长才可累积到初级森林的碳贮量250生长L平均而言,在经过数个17年以上的时间150即使在热带地区也需30%的周期之后，管理森林的碳贮量仅是未干扰立地或初级森林的”收获18由于幼年立地的生长率很快，初级森林及较老的立地被皆伐之后地上部生物量的恢复很快；但由于皆伐使得温度及水分条件发生了变化，因之而引起的土壤呼吸消耗在很多年内都超过幼年树木同化吸收的碳量。要将碳再收汇回来年间土壤碳含量一直呈降20。森林收获后的19,20年的时间5020需要的长期”收获种植L但经过数个21,22年之后才开始逐

10、渐增加20低状态,经营森林，其土壤碳贮量在长时期内如何变化，还没有足够的研究数据可以说明。估计，至U23等Lal范畴。据”毁林指南的IPCC森林向农田的转化也属的森林转化为农田，占750Mhm2目前为止已有。45子类的”土地利用变化的森林转化为农田，其中有13Mhm2年间在热带每年有15年的19951980是由于当地人口增长而先后被皆伐的48%41%，而且在此过程中24的地上部生物量是被直接燃烧或用作薪材。森林转化为农业用地后，90%80%不但地上部生物量被砍伐掉，同时还伴随着土壤碳的损失，损失量依气候条件。25,2630%25%土层内的碳一般损失1m及管理措施的不同而不同，其1996(0%。

11、耕作层4025%指南认为，土壤碳的损失量为IPCC年的。止匕外，损失碳的绝对量还取决于原2640%的损失最大，可达到20cm）来土壤的初始碳含量。按全球平均值计算，热带森林转化为农田使土壤碳损失24.5tC/hm240cm或30都只计算）指南IPCC包括（。一般的文献报道27110土壤碳损失数量的1m的表层土壤；但有研究表明，底层土壤中的碳占到年内碳20。森林被转化为农田的开始29,30，其损失的碳量也较大28年之后便可建立起新的平衡5020年内；在5的损失较严重，尤其是开始的。31指南及京都议定书都未IPCC另外一个值得注意的问题是森林的退化。的概念中，但不合理的伐木、砍伐及火灾同样对全球碳

12、”毁林将森林退化计入30是一样的”毁林平衡造成巨大破坏，其结果与。这是因为这些活动使立地的结构、微气候及土壤都发生了变化。热带森林的一些人为因素使得森林结构及各种生态功能如生物多样性、养分状况等都退化，如圭亚那、澳大利亚、统计，世界范围内森林退化的速度比毁林的32FAO新西兰及印尼等地。据速度高几倍，因此，森林退化应引起足够的重视。草原生态系统的碳贮量及变化2.2,所贮hm2亿44.5全球热带草原、温带草原、冻原及高山草原的面积共为贮存在植被中10.6%贮存在土壤中，另外89.4,其中761Gt存碳量为。温10,25倍42。单位面积的温带草原所贮存的碳是热带草原的10。可以3350%土壤中的碳

13、损失了约20cm0带草原大规模转为耕地已使预计，在不久的将来许多湿润的热带森林仍会被继续转化为草原。京都议定书中未将草地向森林的转化计入人类活动对温室气体源汇状况的影响中。但一样，草地向农田转化也同样引起了贮存碳的损失。就全球平均值而”毁林同等Lal。据1230%20%土层中的碳损失了1m言，草地转化为农田使的草地转化为农田，在此转化过程中660Mhm2估计，全球范围内已有23减少到农田形116tC/hm2,即从草地的19Gt已减少了76.5Gt原有碳贮量的11.4tC/hm2)也即7.7GtC(;同时，地上部生物量损失了87tC/hm2式下的。农业土壤中的碳2.3,其地上部生物量中的碳11%

14、,占无冰陆地的hm2亿14全球耕地面积为，其土壤中贮存的碳占全球土壤碳贮量的1%不足地球生态系统碳总量的8%90。全球耕地面积中有一半在温带，另一半在热带和亚热带。在本世纪10%hm2万1200年代期间，由于人口数量的增大不断增加对粮食的需要，每年有年，全球耕地面1990；至34林地转为草地hm2万250林地转化为耕地，5%在热带地区，60%年再增加的耕地中2025。据估计，至Uhm2亿15积已增至年的时间中，全球耕地面积40年间不到2025到1990在温带地区；这样，在将增加亿14；而且，耕地面积增加到今天的35hm2亿20,即达到36%。自然生态系统转化为耕地还使2393Gt已使地上部生物

15、量碳损失了hm2。自然生态系统转化为383630%25%土壤剖面中的碳含量降低了1m50;不过，若管理得当的话，在转化后的38Gt耕地使土壤碳贮量减少了39的碳潜力40Gt20年时间内可形成1001996更新的IPCC在中增加了一个新"土地利用变化和森林年指南中，将，这又是一次较大的变化，使汇的概念逐渐演”矿质土壤碳贮量的变化的子类。由于土壤汇的周期长、不确定性较大，这将给将来的计算”碳贮量变化变为带来更大的复杂性。由于不断的收获及耕作，使得耕地的碳贮量低于自然生态，20%10%）仅为自然植被的NPP系统。发展中国家耕地的净初级生产量（降低NPPL40只有少数发达国家的耕地净初级生产

16、量接近或超过自然植被意味着植物生物量降低，因而植物残留物相应降低，进入土壤的残渣腐殖质也降低。美国农业土壤的碳贮量从50年大肆开垦和拓荒以来不断下降，到1907年代以后由于免耕及减少耕70年间呈持平状态；20,之后的47%年代下降了的潜在能CO2作的保护性耕作措施被广泛采用以来便逐渐上升，其耕地年吸收年，其耕2050年和2030;至IJ208Mt)75其中土壤吸收270Mt(120力为4000Mt和3500Gt地土壤碳吸收量将分别增至1995；我国耕地土壤41年，我国耕地土壤2000;至IJ12.6%占吸收碳总量的137.4Mt,年的碳固定量为。42的碳清除量将呈降低的趋势。农业土壤的142G

17、t估计，全球农业土壤中的碳贮量为43Buringh据有机质含量取决于其年生成量和年分解量的相对大小，并受各种自然成土因素的制约。在自然植被下，土壤所处的气候、母质、地形、植被及成土时间决定着土壤有机质的年分解量，同时还通过植被凋落物及死亡的根系等进入土壤的有机物质的数量而决定土壤有机质的年形成量。农业土壤中决定有机质的分解量和生成量的因素主要是人们所采取的利用方式和各种措施。综合起来，影响土壤有机质分解和形成的因素主要有：土壤所处气候区的温度、水分、耕作措施、作物残渣管理方式、施肥制度、轮作方式、灌溉制度等，以及土壤本身的比、木质素含量等。C/N含量和有机物料的组成如CaCO3pH一些性质如质

18、地、一般来讲，温度较低的地区土壤有机质的年矿化量较低；耕作频繁的土壤，其矿化量较高；质地较粘重或粘粒含量较高的土壤，有机物质分解较慢；游离CaCO3的存在会提高有机物质的分解速率；水田的有机物质腐殖化系数较旱地高；木质素含量高的有机残体，其腐殖化系数高。不但土壤所处的环境条件、土壤本身的性质和管理措施影响土壤有机质的年形成量和年分解量；而且，土壤有机碳的不同组分，其降解速率从几个月到几百年不等。研究者们按有机质44周转时间的快慢及难易程度不同，将土壤有机质分为几个不同的组分(slowSOC)、分解较慢的有机碳microbialbiomass,即土壤微生物量碳(47这几部分。其中，土壤微生物量碳

19、包括代谢库(passivecarbon)和难分解有机碳和结构库部分的活性和非活性微生物量，这部分碳占到土壤有机质总量的,其周转时间为几个月到几年；分解较慢的有机碳包括一些较难分解73%左右，其周转时间在50%的结构物质及微生物代谢产品，占到有机质总量的年之间；难分解有机碳的抗分解能力较强，这部分有机碳占到有机质组5020,其周转时间在47%43%分的。在全球气候变化47年之间2000400条件下，温度、水分等状况的变化还会对计算农业土壤的碳降解产生反馈作用，这些都将是计算农业土壤碳汇中很复杂的问题。碳汇计算过程中目前存在的一些问题3温室气体清单及京都议定书中计算温室气体汇的方法还有诸多不足之I

20、PCC处，有的是由于定义不明确；还有一些计算会鼓励某些不利于减少温室气体排放的短期行为发生，这都有待于将来作进一步的修改和完善。现列举如下。对一些活动应重新定义3.1'毁林及"再造林”造林应对(1)等活动重新定义，防止由此造成的破坏贮存和减少生物多样性的行为发生，并减少因不确定性造成无法计算等问题。”再造林：以将皆伐后立即种植的这种森林管理活动排除在”再造林如明确定义之外。指南中有IPCC目前，初级森林向次级森林的转化以及森林退化都未在(2)”毁林明确规定，但在此过程中释放的碳是应该计算在的碳排放量之中的，其定义也应该更明确。计算尚待改进3.11土壤内的碳变化，但这对30cm

21、指南中，森林转化为农田只考虑(1)IPCC大多数植被类型是不够的。文献中一般仅提到土壤碳的浓度而不指出单位面积的碳量。而土地利用方式改变后土壤的容重会发生变化，这一点还未受到重视。植物残枝及枯枝落叶层都应包括在碳源及汇的计算范围内并尽快降低(2)其不确定性。初级森林向次级森林转化是除毁林和森林退化外的另外一个主要碳源，（3）应将此计算到释放的范围内，并将由此造成的土壤碳的释放也计算在内。应有助于防止一些短期行为发生3.111一个许诺期到期后如果不紧接着另外一个新的许诺期的话，在此过渡（1）期间将会有不计算在内的大量释放温室气体的活动发生；而且，这样的预谈判年便开始2005年以前便开始进行，即第

22、二个许诺期应在7应在许诺期实行的进行，以防过渡期间的砍伐。由于发展中国家目前只有建立温室气体清单的义务，发达国家通过为（2）发展中国家提供造林资金或技术等可将其排放数额通过排放贸易而减轻或转移，这也是目前应注意的一个方面。温室气体清单及汇的不确定性4温室气体清单中各种温室气体的排放源及汇清除的各种活动、过程和类型都存在相当大的不确定性，如：对一些活动的定义及种类还不很明确；对源和这一常见的森林管理活动区”砍伐后很快再重新种植与”再造林汇的基本过程如别不明确。初级森林转化为次级森林或管理森林，以及森林的逐渐退化等活动都会使碳的释放增加，若不明确定义的话，这些释放的碳会被忽略。此外，不同的假设条件

23、，使用排放吸收系数的不同及科学性、可靠性及代表性，估算方法及模式的不同，测量方法不恰当；选定参数的合理性及代表性等，都会造成清单的不确定性。其中，土地利用变化和森林汇的不确定性主要取决于排放因子的选取是否合适以及所获数据的可靠性。指南及一些文献报道，温室气体源汇的IPCC参考各国国家履约信息通报、。从中可以看出，化石燃料燃烧的排放温室气体的不确定性低1不确定性如表，不50%的为（于非燃料排放气体，其中土地利用变化和森林的不确定性较大子类的不确定性又较其他子类小，因此包括”森林和其他木本生物量的变化过这类汇不会增加清单的整体不确定性。目前，造林、再造林和毁林的内容基本子类，其不确定性较低；对农业

24、土壤来讲，”森林和其他木本生物量的变化属于由于剖面研究的数量较少、缺乏不同类型土壤中碳数量的科学数据、土壤碳空间变异性大等原因，其不确定性目前还相当大，因此很需要进行广泛深入的研究。参考文献PostWM,EmanuelWR,ZinkePJ,etal.Soilcarbonpoolsandworld1159.Nature,1982,298:156JlifezonesBohnHL.Estimatesoforganiccarboninworldsoils2470.SoilSciSocAmJ,1976,46:468JBohnHL.Estimatesoforganiccarboninworldsoils31119.SoilSciSocAmJ,1982,46:1118JBrownS,LugoAE.Thestorageandproductionoforganicmatterint4ropicalforestsandtheirro