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1、中国科学 D 辑 : 地球科学 2007 年 第 37 卷 第 6 期 : 804812 http:/ 中国科学杂志社 SCIENCE IN CHINA PRESS 19812000 年中国陆地植被碳汇的估算 方精云 郭兆迪 朴世龙 陈安平 (北京大学环境学院生态学系 , 北京大学地表过程与分析模拟教育部重点实验室 , 北京 100871) 摘要 利用森林和草场资源清查资料、农业统计、气候等地面观测资料 , 以及卫星遥感数据 , 并 参考国外的研究结果 , 对 19812000 年间中国 森林、草地、灌草丛以及农作物等陆地植被的碳汇 进行了估算 , 并对土壤碳汇进行了讨论 . 主要结论如下 :
2、 (1) 中国森林面积 (郁闭度为 20%)由 1980 年初的 116.510 ha, 增加到 2000 年初的 142.810 ha; 森林总碳库由 4.3 Pg C (1 Pg C = 10 g C)增加到 5.9 Pg C; 平均碳密度由 36.9 Mg C/ha (1 Mg C = 10 g C)增加到 41.0 Mg C/ha; 年均碳汇 为 0.075 Pg C/a. 中国草地面积约为 33110 ha, 总碳库 1.15 Pg C, 总碳密度 3.46 t C/ha, 年均碳 汇 0.007 Pg C/a. 中国灌草丛的面积为 17810 ha; 年均碳汇为 0.0140.02
3、4 Pg C/a. 中国农作物的 生物量按 0.01250.0143 Pg C/a 的速率增加 . (2) 在 19812000 年间 , 中国陆地植被年均总碳汇为 0.0960.106 Pg C/a, 相当于同期中国工业 CO2 排放量的 14.6%16.1%. 利用国外结果对中国土壤 碳汇进行了概算 , 为 0.040.07 Pg C/a. 因此 , 中国陆地生态系统的总碳汇 (植被和土壤 )将相当于 同期中国工业 CO2 排放量的 20.8%26.8%. (3) 文中的碳汇估算存在很大的不确定性 , 尤其是对 土壤碳汇的估算 . 为此 , 需要进行更为深入、细致的研究 . 关键词 森林
4、草地 灌草丛 农作物 土壤 陆地生态系统 碳汇 全球和区域碳循环已成为全球变化研究和宏观 类型的区域碳汇进行了估算 , 而缺乏对整个生态系 统的全面评估 . 例如 , 在植被方面 , 刘国华等 , Fang 等 , Piao 等 评估了中国森林植被和中国草地的生 物量碳汇 . 在土壤方面 , Pan 等 分析了中国水稻土的 碳汇和固碳潜力 ; 黄耀和孙文娟 分析了中国耕 作土 (Carbon sink), 反之 , 则为碳源 (Carbon source). 西方 主要发达国家对本国生态系统的碳汇进行了较为全 面的估算 . 例如 , Pacala 等 发现 , 在 1980 年代美国 2 2
5、12% . 相对于这些国家 , 中国仅对某些植被和土壤 (植被和土壤 )的碳汇大小及其变化 . 收稿日期 : 2006-07-11; 接受日期 : 2007-01-19 国家自然科学基金项目 (批准号 : 90211016, 40638039, 40228001, 40021101)和教育部重大科技项目 (编号 : 306019)资助 * E-mail: * 6 6 15 6 6 6 3 4 5,6 7 使用的国际公约 “京都议定书 ”紧密联系 , 所以不 仅是一个 科学命题 , 也成为国际社会广泛关注的焦点 . 壤有机碳储量的变化 . 另外 , Cao 等 利用生态过程 通俗地说 , 当生
6、态系统固定的碳量大于排放的 模型估算了中国陆地生态系统的净生产力 (NEP), 尽 碳量, 该 系 统就 成为 大气 C O 的汇 , 简 称 碳汇 管在区域尺度上 NEP 不等于碳汇 , 但常常作为碳汇 大小的量度 . 本研究利用最新的资料和有关参数 , 参 1 林、灌丛、草地和农作物等 4 种主要植被类型的生物 量碳汇进行较为详细的评估 , 并讨论整个生态系统 2 第 6 期 方精云等 : 19812000 年中国陆地植被碳汇的估算 805 1 主要原理和方法 1.1 森林 目前国家或区域尺度森林生物量的推算大多使 用森林资源清查资料 . 由该资料来推算森林生物量 , 首先要建立生物量与木
7、材蓄积 量之间的换算关系 , 即生物量换算因子 (Biomass Expansion Factor, BEF). 研究表明 , BEF 值随着林龄、立地、林分密度、林分 状况不同而异 , 而林分蓄积量综合反映了这些因素 的变化 , 因此 , 可以作为 BEF 的函数 , 以反映 BEF 的 连续变化 . 基于这一思想 , 作者建立了 “换算因子连 续函数法 ” , 即 x Y Aijl BEFijl xijl (样地尺度 ), (2) i1 j 1 l1 Y BEF xi Ai aAi xi bA, i1 i 1 (区域或省区尺度 ), (3a) Y = Ax BEF , (全国尺度 ), (
8、3b) 式中 , a 和 b 为常数 . 在 (1)式中 , 当蓄积量很大时 (成熟林 ), BEF 趋向 恒定值 a; 蓄积量很小时 (幼龄林 ), BEF 很大 . 这一简 单的数学关系符合生物的相关生长 (Allometry)理论 , 可以适合于几乎所有的森林类型 , 并且由该式可以 非常简单地实现由样地调查向区域推算的尺度转换 , 从而为推算区域尺度的森林生物量提供了简捷的方 法 . 在 (2)和 (3)式中 , Y, A, x 和 BEF 分别是全国的总生 物量、总面积、全国平均蓄积量和所对应的换算因子 ; Ai, Vi, xi 和 BEFi 分别是某一森林类型在第 i 省份的总 面
9、积、总蓄积量、平均蓄积量及所对应的换算因子 . i, j 和 l 分别为省区、地位级和龄级 ; Aijl, xijl 和 BEFijl 分 别为第 i 省区、第 j 地位级和第 l 龄级林分的面积、 平均蓄积量和换算因子 , m, n 和 k 分别为省区、地位 级和龄级的数量 . 其推导过程 , 详见方精云等 . 作者利用各地不同森林类型样地的材积和生物 量实测资料 , 基于连续生物量换算因子法 , 建立了各 类型森林的换算因子等参数 (附表 1). 利用这些 参 数和 19771981, 19841988, 19891993, 1994 1998 和 19992003 年等时期的森林资源清查
10、资料 , 可 以相当方便地计算 19812000 年间中国森林生物量 碳库及其变化 . 需要说明的是 , 作者早期报道的中国森林碳库 及其变化的结果 是基于郁闭度为 30%的森 林标准估算的 . 但自 1994 年以后 , 中国在森林资源 清查中 , 对森林的定义有所改变 , 即由郁闭度为 30% 改为 20%. 尽管这种改变对估算森林碳库带来很大 困难 , 但便于与国际同类工作的比较 , 因为世界上多 数国家采用 20%, 甚至 10%的郁闭度作为森林标准 . 由于森林标准的改变 , 森林的面积、单位面积的森林 碳密度以及相伴随的森林碳汇都会发生较大的变化 . 为了采用新的标准估算森林碳汇
11、, 需要得到不同时 期郁闭度为 20%时的森林面积和碳密度等参数 , 但 早期的森林统计资料 (19771981 和 19841988 年 )缺 乏此类信息 . 分析同时具有两种森林标准的 1993 1998 年的统计数据发现 , 在各省区水平 , 两种森林标 准的森林总面积之间和森林总碳库之间都具有极好 的线性关系 , 即 : 面积之间的关系 : AREA0.2 = 1.183AREA0.3 + 12.137 (R = 0.990, n = 30), (4) 总碳量之间的关系 : TC0.2 = 1.122TC0.3 + 1.157 (R = 0.995, n = 30), (5) 式中 ,
12、 AREA0.2 和 AREA0.3 分别为郁闭度为 20%和 30% 时某省区的森林面积 (10 ha); TC0.2 和 TC0.3 分别为郁 闭度为 20%和 30%时某省区的森林总碳量 (Tg C; 1 Tg C = 0.001 Pg C = 10 g C). 利用上式 , 我们获得了 19771981 和 19841988 两个时期郁闭度为 20%时各省区的森林总面积和总 碳量 , 并由此得到单位 面积的碳密度 (表 1). 1.2 草地 (1) 草地资源清查数据 中国从 1979 年开始 , 分 3 个阶段实施了全国草 表 1 基于森林资源清查资料计算的 19801990 年代中国
13、 森林植被碳库及其变化 (10 ha) (Tg C) (Mg C/ha) (Tg C/a) 19771981 116.5 4302.6 36.9 19841988 124.2 4458.0 35.9 22.2 19891993 131.8 4930.7 37.4 94.5 19941998 132.2 5011.6 37.9 16.2 19992003 142.8 5851.9 41.0 168.1 总平均 75.2 a) 森林郁闭度为 20%. 生物量与 C 量之间的转换系数为 0.5 4,1013 b BEFa , (1) m n k 30 30 11 1013 4,5,12,14,15
14、806 中国科学 D 辑 地球科学 第 37 卷 地资源的统一调查 , 其 中 19811988 年为草地资源的 调查阶段 , 调查范围覆盖了全国 2000 多个县 . 本 文地上生物量的基础数据主要来源于基于此次调查 出版的中国草地资源数据 . 该数据记载了各省 的每一草地类型平均单位面积产草量 . 利用该数据 和方精云等提出的方法 , 计算获得了中国各省区 各类型草地的地上生物量 , 并用 0.45 的转换系数将 生物量转换成碳量 . (2) NDVI 与地上生物量的关系 遥感数据 (均一化植被指数 , NDVI)为研究大尺度 的植被动态及其空间分布提供了有 效信息 . 它与植 被生物量或
15、生产力之间常呈良好的正相关关系 , 因 此常作为其指标 . 本文通过建立 NDVI 和地上生 物量之间的关系来计算中国草地地上生物量及其时 空变化 . 所使用的 NDVI 来自 GIMMS 的 1982 1999 年 8 km 分辨率 , 每 15 天的数据 . 该数据广泛应用于 全球 和中国植被生产力 的研究 . 该数据的 校正和处理 , 详见 Piao 等 . 为了建立 NDVI 与地上生物量的关系 , 我们先计 算每一空间位置上各年的最 大 NDVI, 记为 NDVImax, 然后计算得出 19821999 年间每一省份对应草地类 型的平均 NDVImax. 最后建立以 NDVImax
16、为自变量、 生物量密度为因变量的回归模型 (6)式 ). 利用该模型 和 19821999 年 间每 年的 NDVImax, 分别 计 算了 19821999 年间中国草地地上生物量及其时空变化 . 详细的数据处理过程等 , 见 Piao 等 . Y 179.71NDVImax (R = 0.71, p 0.0001). (6) (3) 地下生物量的估算 在草地生态系统中 , 地下生物量在全部生物量 中占很大比重 . 在我们的估算中 , 利用地下和地上生 物量的比值来估算地下和总生物量 , 并假定同一 草地类型的该比值不变来估算期初和期末的地下生 物量 . 中国 17 种主要草地类型的该比值见
17、朴世龙 等 . 1.3 农作物 中国是一个农业大国 . 农业植被在生态系统碳 循环中起着十分重要的作用 . 估算作物生物量碳库 及其变化的方法是利用作物产量的统计数据及各主 要作物的相关参数来进行 , 即下 式 : B (1W ) P / E, (7) 其中 , B 为作物生物量 , W 为作物经济产量的含水率 , P 为作物经济产量 , E 是收获系数 (harvest index), 即 为经济产量与生物产量之比 . 附表 2 列出各主要作物 的收获系数和经济产量的含水率 . 为了获得作物生物量碳库的空间分布及其变化 , 与推算草地生物量碳库的方法相似 , 我们利用各省 区各作物的平均生物
18、量密度与相对应的平均 NDVI 进行统计回归 , 获得如下回归方程 : Bm = 8.5582 NDVI (R = 0.62), (8) 式中 , Bm 为生物量密度 (t/km 或 g/m ), NDVI 为各像元 的年均 NDVI 值 . 利用该方程以及农业统计数据和各年份的 NDVI 数据 , 就可以估算不同年份中国农 业植被生物量碳 密度的空间分布及其时间变化 . 本研究中 , 生物量与 C 量之间的转换因子为 0.45. 考虑到作物的收获期短 , 作物生物量作为碳汇 的效果不明显 , 因此 , 常设定作物生物量的碳汇为 零 . 本文也采用同样处理 . 1.4 灌草丛 灌草丛是中国分布
19、广泛的另一种植被类型 , 面 积约为 17810 km , 但其生产力和碳汇的研究十分 稀少 . 我们试图用两种方法来计算 . 首先 , 通过建立跨植被类型的植被生产力 (NPP) 和碳汇之间的关系 , 来估算灌草丛的碳汇 . 研究表明 , 不同类型的森林和草地的碳汇 (y, Mg Cha a )与 其 NPP (x, g Cha a )之间呈如下关系 : y 4.010 x 0.0026x 0.243 (R = 0.64), (9) 式中 , NPP 是基于 CASA 模型计算得到的 . 不同 类型森林和草地的碳汇数据来自 Piao 等 和 Fang 等 . (9)式表示碳汇随着 NPP 的
20、增加逐渐增加 ; 当 NPP 增加到某一值时 , 碳汇达到极大 . 这种变化过程 可以从植物生理学上得到一些解释 . 如 , 热带雨林的 NPP 很大 , 但由于其呼吸分解迅速 , 净积累的干物质 并不多 , 即碳汇量不大 ; 干旱 -半干旱区的草原其本 身的 NPP 较低 , 积累的干物质也较低 ; 而温带森林的 碳汇量较大 . 第二种方法是利用“碳汇效率”来估算 . 我们把 某一类型的植被每单位 NPP 所产生的碳汇量定义为 该植被的碳汇效率 (carbon sink efficiency, CSE), 记为 17 18 19 20,21 2224 21,25,26 26 27 1.622
21、8 2 19 6 19 第 6 期 方精云等 : 19812000 年中国陆地植被碳汇的估算 807 CSE = 碳汇量 /NPP, (10) Tg C, 约为森林植被的十分之一 . 因为草地面积约是 一般来说 , 热带林的 CSE 较低 , 而温带林的 CSE 较高 , 因为热带林虽然 NPP 较大 , 但消耗和周转的光 合产物也较快 , 所以净积累的干物质 (碳汇量 )较小 , 温带林则不然 . 例如 , 利用已经发表的 NPP 和碳汇数 据 计算可知 , 中国常绿阔叶林的 CSE 较小 , 为 0.026; 落叶阔叶林最大 , 为 0.078. 中国森林的面积 加权平均 CSE 为 0.
22、057, 草地的面积加权平均 CSE 为 0.015. 灌草丛植被可以看成是介于森林和草丛植被的 中间类型 , 因为较为密集、高大的灌丛进一步生长可 以形成森林 (次生林 ), 从而具有森林的性质 ; 而草丛 则具有草地的性质 . 所以 , 取森林和草地的平均 CSE (0.036)作为中国灌草丛的 CSE. 这样 , 就可以由灌草 丛的 NPP 和 CSE 值 , 求算其碳汇量 . 2 主要结果与分析 2.1 森林 如前所述 , 作者曾对中国过去 50 年森林植被的 碳库及其变化进行了研究 , 发现中国森林在最近的 20 年里是一个显著的碳汇 . 但这些分析是基于郁 闭度为 30%的森林标准
23、进行的 , 并且使用的数据截 至到 1998 年 . 本文报告郁闭度为 20%、森林调查期 限为 19772003 年间的重新估算结果 . 结果显示 , 中 国森林碳库由 1980 年代初 (19771981)的 4.30 Pg C 增加到 21 世纪初 (19992003)的 5.85 Pg C, 年平均增 加 0.075 Pg C/a (表 1). 单位面积的森林碳密度也显著 增加 , 由初期的 36.9 Mg C/ha 增加到研究期末的 41.0 Mg C/ha. 从表 1 还可以看出 , 不同时期的碳汇大小差异较 大 ; 前 10 年的平均碳汇为 0.058 Pg C/a, 后 10
24、年的均 值为 0.092 Pg C/a (表 1). 这表明 , 中国森林植被的碳 汇 功 能 在 显 著 增 加 , 尤 其 是 最 近 一 个 调 查 期 (19992003), 碳汇达到 0.17 Pg C/a. 该值已超过美国 森林植被的碳汇值 (0.110.15 Pg C/a) . 中国森林碳 汇显著增加主要是由于人工造林生长的结果 . 据估 计 , 中国 人工林 对中国 森林总 碳汇的 贡献率 超过 80% . 2.2 草地 基于前述计算方法 , 获得了中国草 地碳汇等参 数 (表 2). 过去的 20 年 , 中国草地的年平均碳汇为 7 森林面积的 3 倍 , 所以 , 中国草地
25、单位面积的碳汇能 力实际上仅相当于森林的 1/30. 尽管中国草地总体上起着碳汇的作用 , 但存在 着巨大的空间异质性 . 内蒙古东部、大兴安岭东侧、 天山、阿尔泰山、藏南等草地起着明显的碳汇作用 , 青藏高原的腹部则起着碳源的作用 . 表 2 中国草地碳库及碳汇的有关参数 项目 数值 总面积 (106 ha) 331.4 地上碳密度 (Mg C/ha) 0.45 总碳密度 (Mg C/ha) 3.46 地上生物量碳 (Pg C) 0.15 总生物量碳 (Pg C) 1.15 总碳汇 (19821999) (Pg C) 0.127 年均碳汇 (Tg C/a) 7.04 2.3 农作物 在过去的
26、 20 年里 , 中国农作物的生物量按每年 0.01250.0143 Pg C 的速率增加 ; 19821999 年间 , 生 物量碳库增加 0.19 Pg C. 但如前所述 , 这些增加的生 物量绝大部分在短期内经分解又释放到了大气中 . 因此 , 设定农作物生物量的碳汇为零 . 2.4 灌草丛 基于碳汇与 NPP 关系 (式 (9), 我们可以估算中 国灌草 丛的碳 汇量 . 中国 灌草丛 的面积 加权平 均 NPP 为 218.9 g C/m a . 那么 , 中国单位面积灌草 丛的碳汇为 0.134 Mg C/haa. 按灌草丛的总面积为 178 10 km 计算 , 中国灌草丛的年碳
27、汇量为 23.9 Tg C/a. 基于碳汇效率 (CSE)得到的中国灌草丛单位面积 的碳汇为 0.079 Mg C/haa, 总碳汇为 13.9 Tg C/a. 该 值比基于碳汇 -NPP 关系计算的要小 41.8%. 如果把前一种方法估算的结果视为极大值 , 后一 种方法得到的为极小值的话 , 中国灌草丛的总碳汇 则在 13.9 与 23.9 Tg C/a 之间 , 其均值为 18.9 Tg C/a. 2.5 中国陆地生态系统 (植被和土壤 )的碳汇 归纳上述各植被类型的估算结果 , 得到中国陆 地植被生物量的总碳汇为 96.1106.1 Tg C/a (表 3). 那么 , 过去 20 年
28、中国植被的总碳汇为 1.922.12 Pg C. 该值并不是整个生态系统的碳汇 . 生态系统的总碳 5,23,27 4,5 1 4 6 808 中国科学 D 辑 地球科学 第 37 卷 汇应该包括植被和土壤两部分 . 因为中国土壤 (尤其 是自然土壤 )碳汇的测定数据极少 , 目前很难对中国 的恢复 , 表明其土壤碳储量在增加 . 另外 , 尽管风蚀能造成土壤有机碳的流失和 CO 36 2 土壤的碳汇作出较为准确的评估 . 但鉴于其重要性 , 本文对其稍作讨论 . 的排放 , 但这种作用主要由风力搬运所导致 , 主要 由于数据积累极少 , 目前土壤的碳源和碳汇大 小是最不确定的 . Pacal
29、a 等 估算美国森林土壤的碳 汇上限值与森林植被的碳汇值相当 (土壤 0.030.15 Pg C/a vs. 植被 0.110.15 Pg C/a); 农业土壤基本持 平或是一个极弱的汇 (0.00.04 Pg C/a); 其他生态系 统的土壤碳汇不明 . 总体来说 , 美国的土壤碳汇是植 被碳汇的 2/3 左右 . 在欧洲 , 土壤碳汇约占生态系 统总碳汇的 30% . 在中国 , 土壤固碳的研究奇缺 , 目前仅见于农业 土壤的报道 . 例如 , Pan 等 报道 1990 年代中国水稻 土的碳汇为 12 Tg C/a; 俞海等 认为在 19801990 年代的 20 年里 , 中国东部地区
30、耕地土壤 的有机碳量 增加了 10.4%. 徐艳等 对过去 20 年来中国潮土区 与黑土区土壤有机质变化进行了对比分析 , 发现潮 土区的土壤有机质呈增加趋势 , 而黑土区则呈降低 趋势 . 实验研究表明 , 肥料的长期施用有利于中国耕 作土壤的有机碳积累 . Lal 和潘根兴等 认为 中国耕作土壤具有很大的固碳潜力 . 最近 , 黄耀和孙 文娟 对近 20 年中国耕作土壤有机碳储量的变化作 了详细分析 , 认为中国耕作土壤的平均碳汇为 1520 Tg C/a. 该 值相当 于中 国年 作 物总 生物 量碳 库的 2.8%3.7% (利用 (8)式计算得出 19801990 年代中国 年平均生
31、物量碳库为 0.545 Pg C). 由此看来他们的 估计是可以接受的数值 . 总之 , 中国耕作土壤起着碳 汇的作用 , 尽管李长生 用模型模拟认为自 1950 年 代以来中国耕作土壤的有机碳是丢失的 . 中国耕作 土壤碳储量的增加是由于秸秆还田、浅耕和免耕的推 广以及化肥的合理施用等因素导致的 . 对于其他植被类型的土壤 , 虽然我们没有见到 碳汇的测定报道 , 但仍可以作出一些定 性的分析 . 过去的 20 多年里 , 中国的森林面积和生物量都 在显著增加 , 这意味着中国森林的土壤碳库也是在 增加的 , 因为一般认为由非森林土壤转变成森林土 壤 , 以及地上生物量的增加都会增加其土壤的
32、有机 碳 . 中国草地的生物量碳库在增加 , 可以推测其土 壤的碳储量也应该在增加 . 另一个分布广泛的植被 类型 灌草丛植被在过去的 20 多年里 , 得到较快 对产生地区 (源 )和接受地区 (汇 )的碳 平衡产生影响 . 就国家尺度来说 , 这种影响应该很小 , 所以 , 本文不 予考虑 . 也就是说 , 中国主要植被类型的土壤都发挥着 碳汇的功能 , 但其数值有多大 , 除耕作土壤外 , 我们 不得而知 . 因此 , 为参考起见 , 本文利用国外的结果 进行估算 . Pacala 等 估算美国的土壤碳汇是植被碳 汇的 2/3 左右 . 欧洲土壤碳汇约占生态系统总碳汇的 30% . 作为
33、保守的估计 , 我们采用欧洲 (土壤碳汇 约占总碳汇的 30%)和北美的数值 (植被碳汇的 2/3)来 概算中国土壤碳 汇的可能范围 . 因为中国植被碳汇 为 96.1106.1 Tg C/a (表 1), 那么 , 土壤碳汇的低值 范围为 4164 Tg C/a, 高值范围为 4671 Tg C/a, 总 范围为 4171 Tg C/a (表 3). 如果以黄耀和孙文娟 的估计作为基数的话 , 该值是耕作土壤碳汇的 34 倍 . 中国农作物的面积约占森林、草地、灌草丛等面积的 1/7 (表 3). 考虑到农作物的高生产力、秸秆还田、较 为精细的生产技术等因素 , 可以认为中国土壤的总 碳汇为
34、 4171Tg C/a 是可以接受的估计值 . 那么 , 在 19812000 年间 , 中国陆地生态系统 (植被 +土壤 )的总 碳汇将达到 2.73.5 Pg C. 为了评估中国陆地生态系统的碳固定在抵消中 国工业源释放 CO2 中的作用 , 我们根据中国化石燃料 的使用量和化石燃料释放碳的计算方法 , 得到 中国于 19812000 年间排放的工业 CO2 总量为 13.2 Pg C. 那么 , 在过去的 20 年里 (19812000), 中国陆 地植 被碳 汇抵 消 了 同 期中 国工 业 CO2 排 放量 的 14.6%16.1%. 该值大于欧洲的相对吸收量 (1995 年 的值为
35、 7%12%), 而小于美国的值 . 在 1980 年代 , 美 国陆地 碳汇 ( 不包括 在木材 和泥沙 中的碳 存积 ) 为 0.250.47 Pg C , 相 当于美国 同期工 业排放 量的 20%40% . 但如 果考虑中国 整个陆地 生态系统 , 则中国的总碳汇相当于同期中国工业 CO2 排放量的 20.8%26.8%. 该值显著大于欧洲的相对吸收量 , 略 小于 美国的值 . 考虑到中国森林面积的快速增加导 致中国森林碳汇 , 尤其是人工林碳汇强劲增加的势 头 , 中国陆地的碳汇能力完全可以与美国相当 , 甚至 1 1 2 7 28 29 30 31 32,33 8 34 8,28
36、,30 35 第 6 期 方精云等 : 19812000 年中国陆地植被碳汇的估算 809 超过美国的水平 . 表 3 19812000 年中国主要陆地生态系统的碳汇 0.120.13 Pg C/a , 占美国总碳汇量的约 30%, 而中 项目 面积 6 低值 1 高值 1 国草灌丛的碳汇仅是美国的 15%16%. 这说明本文 所得出的估算值可能偏小 . 森林植被 草地植被 灌草丛植被 耕作植被 植被合计 土壤合计 生态系统合计 /10 ha 116.5142.8 334.1 178 108 725.6748.0 725.6748.0 725.6748.0 /Tg Ca 75.2 7.04 1
37、3.9 0.0 96.1 41.264.1 137.3160.2 /Tg Ca 75.2 7. 04 23.9 0.0 106.1 45.570. 8 151.6176. 9 (4) 农作物 : 本文假定中国农作物生物量的碳汇 为零 , 因为它们中的绝大部分在较短的时间里分解 释放到大气中 . 这种假 定基本上是成立的 . 虽然农作 物生物量的一部分以秸秆还田的形式进入土壤中 , 成为土壤有机碳的一部分 , 但它们已经计算在土壤 碳汇中 . (5) 土壤 : 中国土壤 (尤其是自然土壤 )碳汇的测 2.6 误差来源分析 上文对中国主要植被类型和土壤的碳汇进行了 估算 , 但其结果具有很大的不确
38、定性 . (1) 森林 : 森林碳汇估算的主要误差源有森林清 查时的误差、生物量测定误差以及利用 BEF 值估算 区域碳库所带来的误差等 . 一般来说 , 清查时的误差 较小 , 在中国应小于 5% ; 生物量的野外测定可能 带来一定的误差 , 但目前无法进行评估 ; 利用 BEF 值 估算省区生物量时可能产生较大误差 , 但全国的总 误差小于 3% . 总的来说 , 不同来源的误差很复杂 , 难以给出准确的估计 , 但与研究的尺度有密切的 关系 . 如在美国的一些州 , 森林蓄积量的误差仅为 1%2%, 但到了县级水平 , 却增加了 8 倍以上 . 在 中国 , 全国总蓄积量的估算误差小于
39、3% . 在本文的估算中 , 一个重要的缺陷是没有估算 经济林、竹林、农田防护林以及四旁绿化树种等的碳 库及其变化 . 在过去的几十年里 , 中国农田防护林以 及四旁绿化造林呈增加趋势 , 因此 , 这部分的碳库应 该是增加的 . 估算这部分的碳汇是今后的一个重要 工作 . (2) 草地 : 草地碳汇估算值的主要误差来源有 : 草场资源清查、遥感数据和地下生物量的估算 . 草场 清查的误差要求在 10%以下 . 由遥感数据估算地 上生物量 (6)式的误差在全国水平为 35.9% . 由地上 地下生物量比来估算地下生物量是草地碳汇估算的 最大误差 , 但目前不能给出误差范围 . (3) 灌草丛
40、: 本文基于碳汇与 NPP 关系和基于碳 汇效率 (CSE)对中国灌草丛的碳汇进行了估算 , 得出 的估算值差异较大 , 这反映了不同方法所带来的误 差 . 中国几乎没有灌草丛碳汇的测定数据 , 因此无法 检 验 本 文 的 估 算 精 度 . 美 国 灌 草 丛 的 碳 汇 为 定数据极少 , 因此目前很难对其碳汇进行较为准确 的评估 , 成为中国碳汇估算中最不确定的部分 . 这也 是未来中国碳汇研究的重点 . 3 展望 3.1 中国陆地碳汇的未来趋势 随着中国人工造 林和天然林保护力度的加强 , 以及水土保持和土地有效管理等事业的推进 , 可以 期待中国陆地生态系统的固碳潜力会得到进一步的
41、 增强 . 本文仅对中国森林未来的固碳潜力作一展望 . 如前所述 , 中国森林的固碳能力在过去 20 年里 显著增加 . 有理由相信 , 在未来的几十年里 , 这 种趋 势仍会保持下去 . 具体表现在两方面 : 森林面积的增 加和森林生长的加速 . (1) 森林面积的增加 : 中国现在的森林覆盖率为 16.5% (郁闭度为 20%的森林面积为 142.810 ha), 平均碳密度为 41 Mg C/ha. 按照中国林业的中长期发 展规划 , 到 2030 年 , 中国的森林覆盖率将达到 24% 以上 . 也就是说 , 在未来的 20 多年里 , 中国成林的总 面积将增加到约 21010 ha. 假定森林植被的平均碳 密度不变 , 中国森林 (成林 )植被 的碳储量则由现在的 5.85 Pg C, 增加到 8.61 Pg C, 净增加 2.76 Pg C. 显然 , 如果再考虑森林地表和土壤中的碳积累 , 这个数值 将更大 . (2) 森林生长的加速 : 目前中国的森林多为生物 量密度 (或碳密度 )较低的人工林和次生林 . 在华南、 华中和华东等广大地区 , 森林的平均碳密度大多低 于 25 Mg C/ha, 远低于全国平均水平的 41 Mg C/ha 和全球中高纬度地区 43 Mg C/ha 的平均值 . 据估 算 , 解放初期 , 中国森林的平均碳密度约为 50 Mg C