陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯(NEP)對抵消人類碳排放至關(guān)重要。過去40多年中國陸地碳匯持續(xù)增長,這一趨勢通常被歸功于大規(guī)模的造林。然而,隨著適宜造林的土地資源日益緊張,現(xiàn)有森林管理可能正在成為我國增匯的幕后推手。明晰該問題是可持續(xù)地增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力和實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵。然而,傳統(tǒng)量化人類活動(dòng)影響的方法(基于多元回歸、機(jī)器學(xué)習(xí)、過程模型的殘差趨勢分析)難以完全剝離全球變化因子的影響,或存在模型結(jié)構(gòu)不一致等問題,限制了土地利用變化(LUCC)和非LUCC的生態(tài)系統(tǒng)管理影響的精細(xì)化評估。
中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所國家生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心何洪林研究組,聯(lián)合國內(nèi)外多家高校和科研機(jī)構(gòu),構(gòu)建了一個(gè)新穎的分析框架。該框架的核心在于融合了結(jié)構(gòu)一致的“遙感驅(qū)動(dòng)”與“氣候驅(qū)動(dòng)”兩種生態(tài)過程模型。遙感驅(qū)動(dòng)的CEVSA-ES模型模擬真實(shí)植被活動(dòng)與全球變化共同影響下的實(shí)際碳匯,而氣候驅(qū)動(dòng)的CEVSA-CLIM模型則模擬僅由全球變化因子驅(qū)動(dòng)下的潛在碳匯。通過比較兩種模型模擬結(jié)果的差異,該框架能有效量化人類活動(dòng)(包括LUCC和生態(tài)系統(tǒng)管理)的影響。利用此框架,研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)量化了2001–2021年LUCC、生態(tài)系統(tǒng)管理措施及全球變化因子對中國NEP的影響。研究發(fā)現(xiàn),森林管理(如森林撫育、封山育林)對增匯的貢獻(xiàn)是造林的4.14倍,成為近期驅(qū)動(dòng)中國陸地碳匯增長的主導(dǎo)因素。這一研究成果于近期發(fā)表于Nature旗下Communications Earth & Environment 期刊。
圖1. 基于結(jié)構(gòu)一致的遙感和氣候驅(qū)動(dòng)的過程模型估算人類活動(dòng)對碳匯影響的框架 內(nèi)-容-來-自;中_國_碳_0排放¥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om
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結(jié)果表明,2001–2021年中國年均NEP為327 Tg C yr–1,且以16.1 Tg C yr–2的速率顯著增長。NEP增長最快的區(qū)域位于南方地區(qū)和黃土高原東南部。森林貢獻(xiàn)了總增匯的77%。其中,現(xiàn)有森林面積廣闊(約177–223萬km2),其碳匯增長趨勢(8.1–10.9 Tg C yr–2)遠(yuǎn)大于新森林(34萬km2,增長趨勢1.5 Tg C yr–2)。
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圖2. 2001–2021年中國NEP的趨勢
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量化分析進(jìn)一步顯示,人類活動(dòng)和全球變化驅(qū)動(dòng)的NEP均呈增加趨勢,但前者更高:8 Tg C yr–2 vs 7.1 Tg C yr–2。然而,在人類活動(dòng)內(nèi)部,生態(tài)系統(tǒng)管理(兩個(gè)模型的殘差)驅(qū)動(dòng)的碳匯增長(6 Tg C yr–2)遠(yuǎn)大于LUCC(2 Tg C yr–2)。生態(tài)系統(tǒng)管理的影響主要由森林管理貢獻(xiàn),高于LUCC中造林的影響(1.6 Tg C yr–2)。此外,2010年后人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的碳匯增速明顯加快,主要?dú)w因于生態(tài)系統(tǒng)管理的增強(qiáng)。 內(nèi).容.來.自:中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com
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圖3. 2001–2021年人類活動(dòng)和全球變化驅(qū)動(dòng)NEP的時(shí)間趨勢 禸*嫆唻@洎:狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm
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將生態(tài)系統(tǒng)管理影響(兩個(gè)模型殘差)明顯變化的省份劃分為5個(gè)區(qū)域,進(jìn)一步發(fā)現(xiàn):在各種森林管理措施中,森林撫育投資和封山育林是驅(qū)動(dòng)碳匯增長最關(guān)鍵的兩項(xiàng)措施。森林撫育投資和封山育林分別貢獻(xiàn)了5.53 Tg C yr–2和2.7 Tg C yr–2的NEP增長。它們的作用在中國南方林區(qū)最明顯(5.28和2.17 Tg C yr–2),而火災(zāi)面積的下降也有輕微正效應(yīng)。在東北林區(qū),封山育林的影響則高于森林撫育投資。在北方草地區(qū),旱災(zāi)面積的下降緩解了殘差的負(fù)效應(yīng)。在高寒草地區(qū)和干旱草地區(qū),牲畜量增加導(dǎo)致管理的正效應(yīng)在下降。此外,2010年后人為NEP的加速與森林撫育投資的加強(qiáng)和火災(zāi)面積的急劇下降密切相關(guān)。 本/文-內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com
圖4. 不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理對碳匯影響的時(shí)間變化
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圖5. 不同生態(tài)系統(tǒng)管理措施和造林對碳匯增長的影響 內(nèi).容.來.自:中`國*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com
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研究團(tuán)隊(duì)還對比了造林(主要LUCC類型)與森林撫育(主要管理類型)的成本效益。雖然單位面積造林帶來的增匯(5.51 g C m–2 yr–2)高于森林管理(3.54 g C m–2 yr–2),但在考慮投資成本后,森林撫育的投資回報(bào)率(ROI,即NEP增益與投資之比)在所有省份均遠(yuǎn)高于造林,平均投資回報(bào)率的差異達(dá)30多倍:8.54 kg C yr–2 $–1 VS 0.25 kg C yr–2 $–1。這表明,在適宜造林土地有限的背景下,加強(qiáng)對現(xiàn)有森林的可持續(xù)經(jīng)營與管理,是未來提升國家陸地碳匯能力更具成本效益的策略。 本+文`內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com
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圖6. 造林和森林撫育的成本效益對比
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該研究創(chuàng)新地提出“基于結(jié)構(gòu)一致的遙感和氣候驅(qū)動(dòng)的過程模型估算人類活動(dòng)影響的框架”,厘清了造林與森林管理對碳匯的相對貢獻(xiàn),明確指出了當(dāng)前中國陸地碳匯增長的主導(dǎo)因素已從早期的造林?jǐn)U張轉(zhuǎn)向?qū)ΜF(xiàn)有森林的強(qiáng)化管理。這一認(rèn)識對優(yōu)化國家生態(tài)工程布局、制定基于自然的解決方案以及實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。
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該研究得到了國家自然科學(xué)基金(42141005,42501597,42030509)和中國博士后科學(xué)基金(2025M770371,2025T180098)的資助。國家生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心何洪林研究員為論文通訊作者,中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所張夢宇博士后為第一作者。 本*文`內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m
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