濕地碳匯計算方法？

目前針對碳匯的研究重點集中于森林的研究上,對濕地生態系統的研究有限。濕地植物較高的生物生產量和較低的分解率使得濕地土壤能夠儲存大量的有機碳。影響土壤有機碳儲量的因素很多,主要包括植被(有機質輸入量、物質組成),氣候因子(溫度、濕度),土壤性質(結構、粘粒含量、礦化度、酸度等)以及其他因素如施肥、灌溉。影響土壤有機質礦化的速率主要取決于溫度和氧氣供應(排水狀況)、土地利用方式、作物種類、土壤耕作管理等。不同類型的濕地碳累積或分解的速率不同,碳密度相差很大。因此,估算濕地土壤碳儲量,必須建立在準確掌握濕地的類型、面積和動態變化數據的基礎上。

濕地碳儲量的絕大多數儲存在泥炭地中,而 90%的泥炭地分布在北半球溫帶及寒冷地區。北方森林土壤中由于含有大量泥炭,土壤碳儲量是植被碳儲量的5.4倍。據Zoltai和Mart ikainen(1996)估算,全球森林泥炭地土壤碳儲量約為541吉噸,占陸地生態系統土壤碳儲量的34.6%。又據Gorham(1991)估計有455吉噸的土壤有機碳儲存在北方和次北極的泥炭地,占全球土壤有機碳儲量的近1/320。

濕地土壤的有機碳密度普遍較高。潘根興(1999)根據全國第二次土壤普查的資料,估算濕地土壤(沼澤土和泥炭土)的平均有機碳密度在14.1~60kg(C)/m2之間,遠高于全國平均水平21。馬學慧等(1996)在實測數據的基礎上估算中國三江平原濕地土壤(沼澤土和泥炭土)碳密度為13.9~47.3kg(C)/m222。碳儲存在土壤、植物和凋落物中的平均存留時間不同。如果氣候穩定且無人類干擾,濕地相對于其他生態系統能夠更長期地儲存碳。

陸地生態系統碳動態和氣候反饋 | Nature長文「經典」

Nature:陸地生態系統碳動態和氣候反饋

有充分的實證證據表明，碳循環的地面組成部分正在應對全球范圍內的氣候變化和趨勢。這可以通過全球平均大氣CO2增長率的強烈年際變化來證明，這與 厄爾尼諾-南方濤動氣候變化密切相關 （圖1）。許多證據表明，CO2增長率的變化主要是由陸地效應引起的，特別是熱浪和干旱對亞馬遜西部和亞洲東南部植被的影響，導致生態系統碳損失，降低了植被生產力和/或增加呼吸。然而，這些年際變化反映了碳循環對氣候擾動的短期反應，并且不能期望持續更長的時間尺度。相反，在最后一次冰期循環期間，大氣中CO2、甲烷和N2O濃度與全球氣候之間的密切關系表明，生態系統-氣候相互作用也在數千年及更長的時間尺度上運作。

Figure 1:全球大氣CO2濃度的估計增長率。 全球CO2濃度根據南極和莫納羅亞（夏威夷）長期監測站的測量結果估算。黑點代表以六個月為間隔計算的居年中平均值。彩色背景顯示多重厄爾尼諾-南方濤動指數的變化。藍色陰影表示該指數的負相位，棕色陰影表示正相位。p.p.m.，百萬分之一。

不幸的是，與當前全球氣候變化相關的長時間尺度（幾十年到幾個世紀）的全球碳循環-氣候相互作用的經驗證據非常缺乏。因此，必須通過全面、耦合的碳循環氣候模型在這些時間尺度進行評估。工業時代（過去約150年）和未來100年的不同模型模擬的最近比較，基于標準的CO2排放模型，已經顯示出各種各樣的反應。幾乎所有模型都表明，在十九世紀和二十世紀工業擴張的早期階段，陸地CO2封存，但隨著世界變暖，封存大幅減少（圖2）。在某些模型中， 陸地碳循環甚至成為大氣CO2的重要來源，從而強烈地放大了全球氣候變化 。來自不同模型模擬的相當廣泛的結果一方面證明了模擬氣候變化的真實差異，另一方面表明對這些模型中所表示的功能生態系統中的過程的非常不了解。

Figure 2：碳循環-氣候系統不同模型評估的全球陸地碳吸收的比較。 全球陸地碳吸收由11個耦合的碳循環氣候模型模擬，該模型由SRES-A2排放剖面的碳排放驅動。數據來自耦合碳循環氣候模型比對項目，采集率平滑為30年移動平均值。

生態系統碳動態的概念發生改變

在碳循環-氣候模型中，氣候對陸地生態系統碳平衡的影響，主要通過相對簡單的響應函數、以及光合作用吸收CO2、呼吸作用釋放CO2的動力學概念來描述。研究人員在過去二十年采用的基本范例是光合作用吸收受到CO2濃度上升、以及溫度升高（主要北方和溫帶地區）的刺激，盡管預計兩種效應在這些變量的高水平下都會飽和。另一方面，模型均假設 呼吸作用的生物過程以指數方式響應溫度，但不受CO2濃度的影響 。由此得出結論，生物圈能夠對CO2和溫度升高提供負反饋，直到溫度上升到對呼吸的刺激作用超過CO2施肥效應。這一基本原則反映了前面描述的比較研究中幾乎所有模型的行為。

這種推理背后的基本假設是， 簡單認為地上同化過程（植物光合作用）和地下異養呼吸過程可以在概念上分離并分別進行分析 。盡管這種概念模型為實驗和模型設計提供了有價值的指導，但近年來已經積累了證據表明 地上和地下過程密切相關，構成了一個具有不可忽略的相互作用的復雜而動態的系統 。因此，情況比先前想象的要復雜得多，并且可能通過生態系統內的物理，化學和生物過程之間的相互作用 - 特別是在土壤中 - 產生意想不到的動態。這意味著， 除了CO2濃度升高和溫度升高外，其他氣候和環境因素可能會改變甚至主導全球生態系統的碳平衡 。此外，不僅溫度等參數的平均值的長期變化率，而且其變異性的變化，包括更大的極值，可能對生態系統碳動態至關重要。

多重全球變化下的生態系統

【 水 】世界上一半以上的生態系統的初級生產力受到水資源供應的嚴重限制。因此，降水的變化將直接影響生態系統的碳動態。在一個較溫暖的世界，預計蒸發量會增加，導致更加負面的水平衡，而在富含CO2的世界中通過氣孔減少的水分流失將有助于緩解這種影響。較為負的總體水平衡的凈效應（產量-呼吸）可能取決于土壤的持水能力、土壤中碳和根的垂直分布以及植被的一般干旱敏感性。例如，如果大部分土壤碳含量集中在土壤頂部，而根深入具有較高的持水能力的土壤，，甚至可以挖掘地下水，隨著表土首先變干，相比生產力，土壤碳分解最初會受到干旱的影響。水限制甚至可能抑制溫度對呼吸的有效生態系統水平響應。相反，如果土壤持水能力較低，如淺層土壤，植被生產力將受到負水平衡的強烈影響。因此，有研究預測干燥可以通過抑制呼吸作用和降低生產力來降低碳的凈損和增加增加固存量。

【 氮 】第二個重要的相互作用因素是可利用的氮，它通常決定了CO2施肥效應的大小，并且如果氮是限制性的，可以完全抑制它[8,99（見第293頁）。還有跡象表明水和氮之間存在強烈的相互作用，氮在干燥條件下變得更加有限。

【 光、空氣污染、臭氧 】其他需要考慮的因素是光的數量和質量（直接或漫射）的變化，這會改變植被生產力，以及空氣污染物和臭氧的增加，以及它們對初級生產的不利影響。

氣候變異和極端氣候

同樣，水分缺乏、風速、空氣溫度和濕度的時間變化改變了森林火災的頻率和嚴重程度，以及隨之而來的生物圈中碳的快速損失。一場大風暴造成的風災使樹木死亡，從而使以前 鎖定的碳 受到腐爛和釋放二氧化碳的影響。溫度的季節性變化也會產生影響；例如，2006/2007年北半球大部分地區的冬季和春季變暖，導致植物提前落葉和開花，從而更容易受到晚霜的影響。我們對這種當地天氣狀況的預測能力顯然受到以下兩方面的限制：可以納入大氣-海洋總循環模型的詳細程度，以及我們對生態系統的季節性動態及其在各種時間尺度上的適應能力的理解。

生態系統的非線性反饋循環

Figure 3：氣候變化引起的地下生態系統碳平衡中的反饋循環。 這里給出的3個例子是生態系統中的關鍵過程，以簡化形式顯示。 a ，微生物代謝、永久凍土融化、碳釋放之間的潛在相互作用。 b ，'微生物激發效應'。碳和能源的增加可以刺激微生物對“老”土壤碳的分解，特別是在草地土壤中。在氣候變化的背景下，這種影響可能對CO2增加和全球變暖產生正反饋效應。 c ，碳和氮循環之間的交互作用可能會改變預期的生態系統碳響應氣候變化的主流趨勢。粉紅色箭頭表示陸地生態系統對氣候的影響，橙色箭頭表示氣候變化對陸地生態系統的影響，黑色箭頭表示生態系統內的交互作用。背景圖像是土壤有機碳的世界地圖。

【 微生物代謝、永久凍土融化、碳釋放之間的潛在相互作用 】圖3a顯示了微生物代謝與永久凍土融化和碳釋放的物理學之間的潛在相互作用。目前對永久凍土地區深度冷凍儲存的碳的估計相當于至少400 petagrams（4 1011噸）的碳（參考文獻13），它們相對未被處理和不穩定，因為冷凍狀態保護其免受微生物分解。 苔蘚和草皮層是對大氣非常好的絕緣體 。隨著夏季氣溫上升，這些土壤開始融化，碳被代謝掉，微生物代謝可釋放出足夠的熱量（“糞堆效應”dung-heap effect），以促進進一步融化，提供一個非線性的正反饋機制，以加強永久凍土的融化，并通過甲烷和二氧化碳排放，增加溫室效應。模型模擬表明，模型模擬表明，幾年之后可能會引起不受控制的動態，但這種反饋機制的強度和這些模擬的真實性仍不清楚。

【 微生物激發效應 】另一個可能調動大量碳的機制是所謂的 微生物激發效應。在一些實驗系統中顯示，向土壤中添加具有現成能量的底物（如葡萄糖和纖維素）會刺激 老 土壤碳的分解。Sébastien Fontaine等人15,16表明，僅僅通過向土壤中添加纖維素，他們就可以從草原的底層調動被認為是穩定的碳，而其他因素如溫度、加氮或增加氧氣濃度則沒有影響。與此相反的是，由于土壤中的碳儲量很大，添加這種材料甚至會引起土壤樣本中碳的凈損失。在氣候變化的背景下，這種影響可能會引起正反饋效應，特別是在草原土壤中（圖3b）。二氧化碳濃度的增加可導致通過根和根系滲出物對易耗碳的地下分配增強，這可提高微生物的活性，促進被認為是穩定的碳物質的分解，但實際上由于微生物不活躍而沒有被攻擊。此外，如果由于降水的改變或作為一般植被動態的一部分，根系模式發生了變化，碳輸入到以前沒有生根的深層，可能會通過這一機制引起舊碳的釋放。

【 碳、氮循環之間的交互作用 】最后，碳和氮循環的相互作用提供了過多的機制，可以改變預期的生態系統碳響應氣候變化的主流趨勢。其中一些顯示在圖3c中。在受氮限制的生態系統中，在二氧化碳水平增加幾年后，經常發現氮營養限制了二氧化碳對樹冠的同化作用。也有跡象表明，氮的可用性影響著土壤有機物的分解。真菌利用木質素―一種在植物細胞壁中發現的豐富、穩定的有機物質―在氮供應有限的條件下作為氮源。木質素分解的增強可能會導致對大氣中二氧化碳含量上升的正反饋反應。然而，在數年的時間尺度上，物種組成的適應或變化，或者例如通過增加對土壤的碳水化合物輸入而增加固氮作用，可能會緩解甚至過度補償氮限制效應。此外，通過更密集和更深的植物根系與微生物 引發（見上文）的相互作用也不是不可能的，因為氮供應的減少往往會導致更多的碳分配給根系。

因此，過去認為二氧化碳和溫度逐漸升高，對同化作用和呼吸作用的影響是分離的、非交互式的，這種觀點需要更新，要更多考慮到多種氣候變化因子間的交互作用，需要對環境因素的變化，包括其變異性和極端情況進行更復雜的描述，而且，也許最重要的是，需要對不同組織層次的生態系統過程之間復雜的相互作用進行更有力的綜合考慮。這些新出現的特征大多表明，二氧化碳的吸收潛力比目前的模型所估計的要低，并突出了幾千年來積累的土壤碳的脆弱性。生態系統碳對氣候變化的正反饋可能比目前碳循環-氣候耦合模型所預測的更早、更強烈地發生。

未來的方向

顯然，未來幾十年內對陸地碳循環氣候反饋的能力的評估仍存在很大的不確定性。目前的實驗給出了模糊的結果，也沒有對上述機制的重要性提供明確的結論。總體而言，至少在全球范圍內，陸地生態系統可能會在增溫的世界中提供正的、放大的反饋，盡管幅度不確定。通過將 長期多因子實驗 與 非破壞性生態系統級觀測 （如整個生態系統的通量測量）相結合，并將結果與多約束框架下的生態系統模型相結合，我們的認識可能會有一個重要的改進。只要對所涉及的過程沒有基本的了解，碳循環-氣候耦合模型的模擬就只能說明其重要性，而不能顯示出碳循環-氣候系統眾多可能的反饋的確鑿情況。此外，這里描述的自然過程與土地使用、覆蓋和管理方面的人為變化之間的強烈互動是可以預期的。

論文作者：Martin Heimann & MarkusReichstein【Max Planck Institute for Biogeochemistry】，2008-1-16發表于 Nature 。

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