分享-陆地生态系统碳汇潜力及实现的技术途径

陆地生态系统碳汇潜力及实现

的技术途径碳达峰与碳中和的学术讨论现状末未RCPsRCP'S200

+8℃

叶片气孔●础同位素△烯酮

冰芯6D0500D02017+1℃00工业化前..200冰芯资料2

唱

9

“鑫千年以来

公元年000000729“碳达峰”与“碳中和”的背景及概念应对气候变化及全球碳管理PulEoc0101.ko15105

的os8080PasbC848.Hemioteke

ShuMHmitooekeShoa廿222001505-BCADmat—La4Aym0800一

NG

6

.0武M

300

12020

2150Pesel

Betve

Peen(Burke

et

al.2020,PNAS)·应对全球气候变化是人类社会生存发展巨大挑战

·

CO2浓度剧烈变化，变化速率前所未有，后果如何?SSPs共享社会经济

路径情景Keerling曲线

:1950-现在5一

icU41950YWCE6—hae6.00604205Bebn504030

20105

4百万年以前(来自WMO温室气体公报)代表性浓度路

径Hokcen10001叶碳中和的基本概念：人为碳排放量=自然生态固碳+生态措施固碳+地球工程固碳温升控制在1.5℃全球温室气体年排放量控制目标：◆2030年：275亿吨CO2

当

量◆2050年：70亿吨CO2

当

量预测的2020年全球碳排放峰值：◆温室气体排放总量520-580亿吨CO2当量◆CO

2排放量约420亿吨温升控制在1.5℃的减排强度◆2020-2030年，温室气体每年需减排29-34亿吨CO2

当量。◆2020-2050年，温室气体每年需减排15-17亿吨CO2

当量。“碳达峰”与“碳中和”的概念及量化目标-17亿吨Co,yr

-7亿吨Co,yr'CO2

净排放量=总排放量(基础排放量)-总消纳量2060

CO2总排放量

中国碳中和

电力+建筑+运输+

工

业

+

其

他电力其他建

筑

CO,总消纳量运输

=生态系统固碳量+工程封存固碳量工业农业、林业和其他土地利用CO2移除(AFOLU

CDR)—→生态系统固碳技术性CO2移除(生物/生态碳捕获与封存，Bio/EcoCCS)→工程封存固碳2020

2030CO2净排放量=总排放量-总消纳量20502060改

自Rogeljet2100

al.(2018)CO2总排放量(基础排放量)=电力+建筑+运输+运输+

工业+其他CO2

总消纳量=生态系统固碳量+工程封存固碳量66%可能性203043亿吨co2yr全球碳中和2050125碳达峰

20202025全球

年

排

放

量

(

亿

吨

c

o

y

r

)4002002100-200020亿吨峰值区间中国目前的人为碳源大

约100亿吨CO2/

年?2

060年碳中和人为碳排放与碳吸收中和路径和措施?Carbon中国的“碳达峰”与“碳中和”行动任务中国28%2019年数据来源：

Global100亿吨020)2000

2010Yea2030年碳达峰峰值100-110亿吨?203010080604020199020快速增长碳排放占全球比重的变化趋势30120碳排放的变化趋势碳达峰：中国排放(亿吨Q/yr')YearProject(2020)28%占比2838中国eo,排放占全球比重)5(中国“碳达峰”与“碳中和”行动的战略意义应对世界变局、实现民族振兴、推进科技发展、促进社会变革A.

中国参与全球洽理的政洽承诺，实现巴黎协定温控目标的中国行动。B.

改变社会经济发展模式，促进科技进步，催生脱碳经济革命技术的倒逼机制。C.推进中国生态文明建设、落实环境洽理和生态修复战略的驱动引擎。如何通过人为努力，中和大约100亿吨CO2/

年的人为碳源?环境挑战

全

球

治

理热点

.达峰期个理念两个目标三路综合

四举并进五个统筹达峰途径脱碳路径：70~80亿吨能源转型、工业减排等人为排放=CCUS+生态

系统碳汇工程封碳：5~10亿吨碳中和I生态碳汇：20~25亿吨REDD+,BioCU,BioCS,LULUCF人为排放≈生态系统碳汇中国“双碳行动”的基本理念及方略碳达峰的峰值：100-110亿吨?碳中和选择路径的理念?碳中和技术宏观布局

?2020

202n+压+左笙2nn

205n

20Gn110-100-c0排放(亿吨/年)0中国的“双碳行动”的理念及目标第二个一百年目标：2049年成为现代化强国◆富饶中国、美丽中国、健康中国◆

2035年GDP

翻番、2060年再翻番两个宏观目标：A.

倒逼能源和工业减排，促进技术进步和发展转型。B.驱动生态环境综合洽理，培育新型生态经济。中国生态系统碳汇倍增目标?促进社会经济的高质量发展?建设美丽、清洁的生态环境?一个发展理念：发展复兴是硬道理，创新变革是根本出路，发展路径必需优化。中国“双碳行动”的技术路径推进脱碳绿色转型发展，培育新型生态产业经济五个统筹转型-变革-发展脱碳-降碳-治染

保碳-增汇-绿化陆地

-

江河

-

海洋有机-无机-非CO2三路综合能源转型工业减排生态建设四举并进减排、保碳、增汇、封存工程封存

封存保碳、绿化增汇与4碳达峰

碳中和环境邻(C减排能源转型尊的协调

工业减排减排降碳质量管

减非治汇生态工程

增汇中国建设的协调统济转型与新生碳生态与大气优化经略全

环境建设、路径·

农林业·

自然碳

生态工生物碳

生物碳目标统筹陆地

实现生态人

为

碳

排陆地-河流-海洋系统统筹域国土空间，发展协同生态

基于自然的碳中和行动方案。减排增汇(LULUCF)汇管护(NBS/NbMEA)程增汇(REDD++)捕集/利用(BioCU)捕集/封存(BioCS)、江湖及海洋的碳循环过程，

碳汇的倍增目标，承担1/4放的中和任务?陆地生态系统对碳中和”行动中的潜在贡献增加生态系统碳汇功能的基本科学向题统筹陆地-江湖-海洋环境治理及生态恢复，实现中国生态系统碳汇倍增目标

，为全球碳中和做出新的贡献。五个基本科学问题问题1:陆地生态系统有机碳储量动态变化?问题2:陆地生态系统储量还有增加潜力吗?问题3:中国陆地生态系统固碳速率有多大?问题4:中国陆地的碳增汇目标及增汇途径?问题5:中国陆地-海洋的生态碳汇科学研究?生态系统碳属性储量状态、固碳速率、增汇潜力潜力水平CSC(CSC.

或

CSC)增汇潜力(PICSICSC,-CSC=J,CSR(t))团

基准水平(CSC问

题

1

:陆地生态系统有机碳储量的动态变化?分

解土壤碳周转生态系统碳循环过程及碳库时空分布机制取食、根系碳分泌

凋落物碳输入动物微生物碳库土壤有机碳库

排泄植物有机碳库植物碳分配6

109

20

259309350

Dayofyear碳通量季节动态模式土壤无机碳库?碳通量长期联网定位观测7094G7P-/GPn7cC7资源清查法：地面、卫星CO₂NP呼

吸光合时

间t.0gw涡度相关6-100”2t中国的植被恢复及森林蓄积量增长(Chen

et

al.,2019,NatureSustainability)●森林覆盖率：23.06%●草原综合覆被率：56%●自然保护区面积：15%●

人工造林：7954万公顷●

森林蓄积量：175亿立方米(

数据来自：全国森林资源清查)□2000-2017年，全球绿地面积增加了5%,中国贡献了增加总量的

25%实际森林蓄积量

151.37亿立方米实际森林蓄积量175亿立方米实际森林蓄积量

137.21亿立方米计划森林蓄积量

190亿立方米“十四五规划“十二五规划“十三五规划“十一五”规划中国陆地生态系统有机碳库的现存量及蓄积速率中国陆地生态系统碳储量(3653亿吨)≈森林/灌丛(1520.2)+草地/荒漠(1424.2)+农田(576)+湿地(132.2)(555.1亿吨)+土壤(3097.6亿吨)0.09亿随CO.7年湿地=植被

1.342速CO

年6

ax(gca1980和2010年代两期样地数据对比结果，中国陆地生态系中国陆地碳储量：36

53亿吨CO2植被约为555.1亿吨CO2

土壤约为3097.9亿吨CO2森林及灌丛891草地及荒漠3.27亿吨CO/年农田样地清查数据分析结果KBKgfm统碳蓄积/固持速率为：10.96亿吨CO2/年(Xu

et

al.,2018.SR)c,magem中国陆地碳储量约4763-7438亿吨CO₂

中国陆地碳储量约3653亿吨CO₂■植被约为1099-1576亿吨CO2◆植被约为555.1亿吨

于CO2■土壤约为3664-5862亿吨CO2

◆土壤约为3097.9亿吨零

CO2OBM

CEVSA

BIOME3文献模型模拟结果Tang

et

al.,2018.PNAS中国陆地有机碳储量3500亿吨CO2植被约为500亿吨CO2

土壤约为3000亿吨CO2全球推算The

global

carbon

cycle二中国陆地生态系统碳储量的多途径论证中国陆地(森林、灌丛、

草地、农田)碳储量约2903亿吨CO2本研究组基碳专项及文献

数据整合中国陆地碳储量约3500-6500亿吨CO2E(a)(c)80006000

。400020000(b)(d)第1S0E潜力水平CSC(CSC,

或

CSC)增汇潜力(PICS=CSC.-CSCB=5。CSR(t))基准水平(CSCB)时间tot.△t生态系统碳容量及自然增汇潜力概念模型(于贵瑞，2010)◆生态系统碳储存容量有多大?◆是否会饱和?◆何时会饱和?问题2

:陆地生态系统的碳储量还有增加潜力吗?GSR(t)eSC(t)CSC、CSR碳容量增汇潜力167亿吨CO₂增汇潜力37亿吨CO₂土壤碳库变化2010s

2060

饱和容量森林植被和土壤碳库容量及增汇空间森林生态系统(植被+

土壤)碳容量约为2015亿吨CO₂。刘迎春等，2015,中国科学；任伟，博士论文；

Heet

al.,2017,GCB森林生态系统(植被+

土壤)碳现存量约为1520亿吨CO₂。生物量碳库变化2010s

2030-2035

2060碳容量728亿吨CO₂增汇潜力291亿吨CO₂现存量437亿吨CO₂--2060年蓄积量-1287亿吨CO₂

1120亿吨CO₂现存量1083亿吨

CO森林土壤碳储量森林生物量◆2060年陆地有机和无机碳蓄积量有多大(6-7000亿吨CO2?

)◆未来40年新增(包括新

认定)陆地有机碳储量：1000亿吨CO2?(相当于目前的全球平均水平)生态系统全组分碳的现存量及储存潜力?陆地1米深度的土壤

及植被碳储量大约为3653

亿吨CO2新增有机碳以10~15亿吨/年计算40年计，

亿吨CO2

?未确认的有机碳

3100

亿吨CO2

?生态系统碳蓄积量未确认的无机碳

1954

亿吨CO2

?正在讲话：学术报告；问题3:中国陆地生态系统的固碳速率有多大?化论blbl研究方法：资源清查-动态观测-过程模拟-大气反演-经济统计29于贵瑞院士的屏幕共享遥感技术

大气反演模型(MODIS,AVHRR)

(CO2

浓度观测数据)·

固碳速率及分布.动态变率及稳定·增汇潜学持续性地面调查和清查(生物量、土壤碳)生态过程认知(能量流动、物质循环)生态系统模型(CLM,ORCHIDEE)涡度相关技术(FLUXNET)10co.souCO,so挖制试0,r中国区域平均(吨CO2/

公顷/年)GPP:35.2±2.05RE:26.3±1.57NEP:8.7±0.7816002008004006004002001200S00图

例4002,000Km(a)GEP1(hER1三

二中国典型生态系统及区域固碳速率的网络观测■精细观测全国164

个生态系统碳收支速率，分析确认“中国高强度

的碳汇功能区主要分布在东南和东北林区”。按生态区计算全国气候潜力(PgC/yr):GPP:7.95RE:5.97Yu

er

al,2013,Glob.Change

BioL;Yu*et

al,2010.Environ.Sci.TechnoL;Zhu

and

Yu*etal,2014.Glob.Planet.Change草地农田森林湿地>NEP:1.92高：7273

低10表画

森林草N

ANFeii(0

5001.900China

DEM出编icCP中国陆地生态系统的碳汇功能现状多途径论证GgiGe1Ge2Ge3Ge(CP)(AR)(HR)(RONatura

EcosystemsGg1-GeGain

NEP)Human

BeingsConsumption(&((3)

Truesink

GainCe+Gg2+Gg3+G

9NaturalSink

Gain-CgdLan功能亿吨

CO2/

年中国陆地碳汇8.33

亿

吨CO₂/

年碳源=能原86%34亿路COy年LULCC14%57亿吨CO2

年全球陆地面积：中国陆地面积：碳汇大气46%186亿吨CO,年陆地31%125亿吨COy年海洋23%92亿吨COy年1.49亿平方千米960万平方千米区域收支分离的碳汇评估12.88亿吨CO2/年Atmosphere森林

及0城产荒捏327亿吨CO,7年资源清查大约为10.96

亿吨CO2/年(中国占全球陆地1/15=6.7%)衣面0.09亿吨C2湿地地多种统计方法平均：4.3~12.8亿吨CO₂/

年9.88亿吨CO2/年(大未气校反正演》吧1.0-

清查

08-0.6墨200地多种统计方法的中国陆地碳汇10

13模型生反大

演)Ce1

Ce2

(Bann)(BRO校正(Cg³1)◆自然生态系统固碳速

率的动态变化?◆自然生态系统固碳速率是否会饱和?◆生态系统增汇技术途径是什么?◆生态增碳汇的目标及实现途径?问题4:中国陆地生态系统的增汇倍目标及增汇途径?陆地生态系统通量单位时间通过单位界面的能量或物质质量(gm2s-生物环境控制下的动态变化和地理分异已经被确认的现有陆地有机碳汇大约10~13

亿吨CO2/

年未确认的陆地和海洋有机碳汇3.46亿吨CO2/

年?·城市绿地碳汇：0.29亿吨CO2/

年·海域生态系统：2.38亿吨CO21

年·海洋蓝碳生态系统：0.79

亿吨CO2/

年全域国土空间的固碳速率及其增强潜力?陆地和海洋有机碳汇功能15-16

CO2吨

/

年?未确认的陆地无机碳汇1.78亿吨CO2/年?·

碳酸盐岩风化：1.78

亿

吨CO21年·

陆地无机碳固持(沙漠、盐碱地、黄土高原)生态系统碳汇功能亚洲东部亚热带森林碳汇功能区域的发现认知亚洲东部亚热带森林GPP、RE

及NEP

的纬度分布

■

亚洲东部亚热带森林也是高碳汇功能区√平均净固碳速率达13.27±1.43吨CO

2/公顷/热条件三者共同作

用

，形成了亚洲东部亚热Age(yr)Wet

aitrogen

depositiondkg

Nhm²y

NEP(gCm³ye林龄和氮沉降对区域高强度碳吸收作用

(Yu

带森林高碳汇功能区。

al,2014,PNAS)√固碳总量26.4亿吨CO2

,

约占全球总量8%。■

高氮沉降量、年幼林0%i0大气氮沉降等全球变化对陆地碳循环的影响Heand

Wang…Yu*,2019,Natl.Sci.Rev.

Zhu...

Yu*,2017,Environ.Res.Lett.发现了转型变化特征及机制6L

·

站希U工

U中国氮沉降总量增长趋稳状态◆NH4

沉降量已开始降低◆NO3沉降增速趋于减缓◆总氮沉降量转型为趋稳。沉降模式转型趋势◆由湿沉降为主逐步转型为

湿沉降与干沉降并重；◆NH₄沉降为主转换为

NH₄+和NO3

氮沉降贡

献相当。氮沉降促进光合、增加净碳汇

功能，其贡献率在10%左右(+)GPP

Ra(+)

(+)土壤碳

MBC

Rh库

(+

)

(+/-)

(+/-)氮促碳汇：0.037PgCyr10%)NEPYu

etal,2019,Nat.Geosci.认知生态环境效应凋落物(+)氮沉降(+)R

E中国农田有机碳储量~15

Gt

C土壤固碳速率~15.5

Tg

C

yr117.8

TgCyr按Xie

et

al.,2007,GCB2,

n

an

7

000S

,

Science

Bulletin

Zhaoetal.,2018PNAS06,据20数d0g类H3全球推算耕地土壤：13-21

Gt(475-760亿吨CO2)Theglobalcarboncycle中国农田土壤有机碳储量与固碳速率的多途径论证0-100cm农田土壤碳储量：15.17

Gt

C(575

亿吨CO2)

固碳速率：2.46

Tg

C

yr10.09亿吨CO2/

年=0-100

cm土填碳储量*

=15.00

GtC(550

亿吨

CO2)=1980s-2000s■土壤固碳速率m23.6

Tg

Cyr-1■(0.86亿吨CO2/

年

)WO-100cm土壤碳储量■13.76

GtC(493亿吨CO2)=1980年-2011年■中站壤固碳速率r-1■(0.66亿吨CO2/

年)本研究组基于碳专项及文献数据整合f解人0

tCh自然碳汇保护陆地碳汇

未来森林碳汇(10~13)

(10~13)农林减排增汇人为固碳潜力①传统碳汇计量体系的碳汇功能陆地-水域-海洋统筹的生态碳汇倍增目标?(1.6~1.9)③自然固碳+管理艹增汇+未认证碳汇

汇(21.5-27.2

亿吨CO2/

年

?

)年?)建立碳汇计量

新体系汇选度生态工程增汇

地质工程封存

生物质碳利用木材及秸秆等

生物质炭利用

(5.4~6.0)海洋碳汇(2.2~2.4)滨海蓝色及海洋碳汇(0.7~0.9)无机碳汇造林、城市绿地建设(0.3~0.8)草地管理(0.6~0.8)耕地管理(1.4~1.7)未来森林碳汇(10~13)人为管理固碳潜力(2.3~3.3)②自然固碳能力+人为管理固碳潜力(10-13

亿

吨CO2/年?)(13~16

亿吨CO2/低碳农林产业减排增汇生态固碳增汇中和措施保碳封存3.统筹国土空间绿化与生态增汇生态工程增汇(REDD++)开发新型BioCUs关键技

术及模式生物碳捕集/封存/利用封存(BioCUS/EcoCUS1.发展绿色低碳农林产业农林业减排增汇(LULUCF)2.构建国家自然碳汇保护体系自然碳汇管护(NBS+/NbMEA)陆地生态系统固碳增汇的技术途径自然碳库保护

生物封碳技术生态碳汇工程[技术途径1]:农林业减排增汇

(LULUCF

固碳潜力：案例分析农业管理●合理施肥●

免

耕●秸秆还田●海藻养殖●贝类养殖口生物质炭●集约化养殖6.67亿吨CO2/年韩冰等，2008,生态学报0.04亿吨CO2/年唐启升，2010,科学时报3.52-12.7亿吨CO2/年李飞跃等，2013,农业工程畜牧业减排潜力：发展绿色-低碳农林牧渔产业?海洋蓝碳/养殖核心问题：学报产业化、规模化、模式化?有效性、可行性、经济性?生物碳利用畜牧业生产●改善饲料养分

1.5亿吨CO2/年人工林经营●人工林改造●林业经营1990-2009:0.21亿吨CO2/年1990-2050:1.16亿吨CO2/年侯振宏，2010,博士学位论文p116[技术途径2]:自然碳汇的管护(NBS/NbME

A)天然林保护草地保护管理湿地保护冰冻圈保护1.43亿吨CO2/年储量：1.04PgC郭然等，2008,生态学报0.073亿吨CO21

年段晓男等，2008,生态学报青藏高原多年冻土区碳储量：1847亿吨CO2/年Wang

et

al,2020,ScienceAdvance发展人工草地、制定合理的载畜量、开展草场围栏、退耕还草、加强法制宣传力度禁止填湖造田、湿地恢

复，建设湿地保护区合理管控生态压力、加强植被人工改良、实施冰冻圈保护区建设构建国家自然碳汇保护体系2核心问

题

：国家公园-自然保护地?

生态屏障-区域示范区?保护措施增汇潜力：案例开展天然林保护工程、优

0.32亿吨CO2/

年化天然林保护政策、规范

储量：79.41亿吨管理、加强监督

胡会峰和刘国华，2006,生态学报植树造林

现状□2020年森林：面积2.2亿公顷，蓄积175.6亿立方米口如新增4500万公顷碳汇林，固碳潜力6.6亿吨CO2/年城市公园绿地口现有230

余万公顷，

人

均

14.8

平方米中国森林分布图

可造林地的分布美丽中国健康中国安全中具赵圆圆，宫鹏，清华大学；陈镜明，福建师范大学口全国公路绿化里程300万公

里口全国铁路绿化里程5.76万公里数据来源：2020年中国国土绿化状况公报统筹国土空间绿化与生态增汇[技术途径3]:生态工程增汇城镇、农田、森林、草地、荒漠湿地、沼泽、河流、湖泊海洋、海岛、海湾、海岸、海滩公路绿化带铁路绿化带碧水、蓝

天肥土、丰产美

丽、永续人类栖息地生物碳捕集◆国土绿化的碳汇森林(造林、再造林与质量提升)◆高光效细菌、绿藻等生物碳捕集(富营养化湖泊治理)◆高光效芨芨草、杨树和高粱等生物碳捕集(污染土地治理)◆海岸带/近海海洋的生物碳泵(海草养殖/牧场)

生物碳利用◆森林采伐、木材利用(家具、建筑材料、化工原料)◆生物能源、沼气、燃料(清洁能源)、生物发电◆农区饲料、作物秸秆、有机肥和生物碳

生态碳封存◆高原/荒漠区域的高光效生物质工业化生产(利用及封存)◆污染土地和湖泊生物质生产(工业化利用及直接封存)◆植物残体、生活垃圾的工业化利用及直接封存键技术及模式?

1

走人◆污染土地、污染湿地、废弃矿区0.44亿盹CO2

野生哺乳动物0.017亿吨CO2T

n圈养牲畜0.55亿吨CO:泥炭地551.1亿吨CO0-1m

土壤2988±186亿吨CO2

土壤无机碳0-1m:1727

亿吨CO20-2m:1954.3

亿吨CO2◆南方岩溶、内陆盐海、滨海盐滩[技术途径4]:生物碳捕集封存利用(BioCUS/EcoCUS)

开

友新

型BIO/ECOCUS

天湖

泊0.88亿吨CO2

水库0.

056亿吨

CO2植

物498±119亿吨CO2深层土壤

2667.8亿吨问题5:中国陆地-海洋的生态碳汇科学研究?实现碳达峰-碳中和战略目标推进高质量绿色发展、培育新兴生态经济协同治理生态文明建设增汇保碳连蒸瓦职性发展模式与碳管理政策体

系OPP3.55±16PO解证今网rot

TM国家战略与路径选择目标、路径、布局2212电CO/年阳植协国读00连D.5亿地G产业结构调整减污降碳科学数据与观测

模拟分析1

径t31

化西C0泽无初能源结构转型脱碳替代气候变化与碳

循环科学基础16切速停课4m土

瞳DE

配

9质加C

期

0土衡天热IBVmC041业mCD喜石6xtG土哪呼

36三06PgC223±0Pp

年架大气碳库?就右单料然娇

1002地COy年格助中以程趣C04红

称

修

445×10F通

T

有酬

!生态系统碳汇科学研究的核心生态学问题理论认知、

技术集成、

观测认证评估

：:确定性时空

变异性效果

：持续性格局：稳定性影响：敏感性变化：适应性过程机制、动态演变地理分布、经营管理蓄积速率模拟

技术、措施、模式管理

实验、示范、普及碳库周转监测、评估、

预测、认证、现存量循环过程固碳速率碳库容量增汇潜力◆GPP◆NPP◆NEP◆NBP生物

物理

化学

◆地质社会经济发展地球环境变化陆地碳收支

陆地水域/河流碳收支

海岸带-海洋碳收支陆地碳汇：10-15亿吨CO2/

年

c02内陆水体碳排放：359亿吨CO2/

年498±119亿吨CO2DOC

CO2动物碳储量?0-1m

土壤碳储量DIC

湖泊近海POC0-2m

土壤无机碳湖泊有