基于碳均衡视角的湖南省碳排放与碳吸收时空差异分析

以中部典型省份湖南省为例,采用湖南省及14个地级市的煤炭、石油、天然气等能源消耗、水泥产量数据以及林地、草地等土地利用数据,基于碳均衡视角,利用碳排放、碳吸收、净排放测算模型,估算并模拟分析湖南省碳排放与碳吸收的时空差异。结果表明:(1)2000-2009年,湖南省碳排放总量年均增加523.98×104 t,其中,化石燃料燃烧碳排放占湖南省碳排放总量的比例长期稳定在85%以上,是最主要碳源;(2)2009年断面数据表明,湖南省碳排放总量存在明显的区域差异,其中,岳阳、娄底、郴州、衡阳、长沙、湘潭6市属高碳区,常德、益阳与株洲3市属中碳区,邵阳、怀化、永州、张家界与吉首5市属低碳区;(3)2003-2009年,湖南省碳吸收量呈现出小幅增长趋势,导致湖南省净排放迅速增加,由2003年的2 608.01×104 t增加到2009年的6 554.62×104 t,7年净排放累计为35 086.11×104 t;(4)2005年断面数据表明,湖南省碳吸收也存在明显的区域差异,其中怀化、永州、郴州与邵阳4市属高值区,衡阳、常德、株洲、张家界、长沙、岳阳及益阳7市属中值区,娄底、湘潭与吉首3市属低值区;(5)2003-2009年,湖南省碳排放与碳吸收之间未达到均衡状态,净排放由2003年的2 608.01×104 t增加到2009年的6 554.62×104 t。     

基于碳收支核算的河南省碳排放峰值预测

[目的]对河南省碳排放及碳足迹峰值进行了预测,旨在了解河南省未来碳减排潜力,寻求低碳发展的对策。[方法]基于省域层面,以河南省为例,对历年的碳收支和碳足迹状况进行了核算和评估,并通过STIRPAT模型和情景分析方法对河南省碳排放峰值进行预测。[结果](1)河南省碳排放总量从2000年的6.83×107 t上升到2012年的1.77×108 t,涨幅为159.2%,其中碳排放的行业差异性大,工业占主导地位,不同途径碳排放的增幅具有明显差异,生态系统的碳汇能力呈明显下降趋势。(2)河南省2000—2012年能源消费的碳足迹呈逐年增加态势,从2000年的1.71×107 hm2上升到2012年的4.42×107 hm2。碳足迹的扩大造成了1.68×108 hm2的生态赤字。(3)在基准和低碳情景下,河南省碳排放峰值有望出现在2040和2035年,在考虑区域碳吸收补偿的前提下,碳排放峰值将分别提前到2035和2025年。[结论]河南省碳收支呈现明显的不匹配状态,但在考虑碳补偿的基础上,河南省具有较大的碳减排潜力空间。     

区域农田生态系统碳足迹时空差异分析——以江苏省为案例

以江苏省为案例,应用江苏省1995—2009年化肥用量、农药消耗量、灌溉面积、农机燃料用量、农膜用量、耕地面积、农作物产量等数据,测算了区域农田生态系统碳吸收、碳排放及碳足迹的变化动态,以及在各地市的空间分布特征。结果表明：近15a来,江苏省农作物碳吸收总量和碳吸收强度呈＂V＂字形变化,变化范围分别为2933.6×104～3896.9×104t·a-1和6.04～7.71t·hm-2·a-1。农业投入碳排放呈逐渐上升趋势,由727.2×104t·a-1增长至882.7×104t·a-1,同时碳排放强度从1.43t·hm-2·a-1上升到1.88t·hm-2·a-1,增长了31.5%,化肥排放始终占据主导地位。农田生态系统碳足迹呈现波动增长,变化在13.68×105～17.56×105hm·2a-1之间,占同期耕地面积的比重达到27.0%～36.1%,碳生态盈余呈明显减少趋势,变化在36.99×105～32.22×105hm2·a-1之间。各地市之间碳足迹存在明显差异,空间分布格局为由北向南递减。     

陕西省关中地区农田生态系统碳源/汇估算

运用改进的CASA(carnegie ames stanford biosphere)模型,基于化肥、农膜、农地翻耕、农机运用4类主要碳排放,结合2010年相关遥感数据和统计数据,以县(区或市)为单元对陕西省关中地区农田生态系统碳吸收、碳排放及净碳汇进行了测算。结果表明:(1)研究区碳吸收总量约为6.44×106 t,其中6,7,8月为碳吸收高值月,12,1,2,3月为碳吸收低值月。碳吸收量高于2.0×105 t的县(区或市)分布在宝鸡市北部,咸阳市西部,渭南市中部和西南部。(2)研究区碳排放总量约为1.41×106 t,农用化肥为主要碳排放源,约占89%。碳排放量超过6.00×104 t的县(区或市)分布在渭南市中部、咸阳市中部偏南。(3)研究区净碳汇总量约为5.03×106 t,各县(区或市)净碳汇量均为正值。净碳汇总量超过2.00×104 t的县(区或市)主要分布在关中地区西北部。     

基于碳足迹和碳承载力的新疆碳安全评价

[目的]探索新疆碳足迹和碳承载力的的变化,评价其碳安全程度,为新疆低碳经济的发展提供理论依据。[方法]利用碳足迹理论对新疆2000—2014年的碳足迹、植被碳承载力、净碳足迹进行计算分析,并利用碳压力指数(CTI)构建了碳安全评价模型。[结果]新疆碳足迹呈上升趋势,从2000年的1.08×108 t上升到2014年的5.04×108 t,其中化石能源碳足迹占总碳足迹的比重达到96%;碳承载力不断增加,草地固碳量所占的比重最大,其次是森林、农田、园地和城市绿地;人均净碳足迹、碳压力指数均呈现增长趋势,导致新疆碳安全程度不断下降,从2009年开始就处于极不安全的状态。[结论]化石能源消费的增加是导致新疆碳足迹升高和碳安全程度下降的主要原因,虽然其能源利用率不断提高,但在未来一段时间仍然面临严峻的生态环境问题。     

基于不同土地利用的吉林省碳排放时空格局分析

利用吉林省2000—2013年的土地利用和能源消耗数据,运用基于碳排放系数的碳排放计算模型、K-均值聚类分析法和碳排放—GDP指标组合法,分析吉林省碳排放时空格局特征。研究结果表明:(1)2000—2013年吉林省净碳排放量迅速增加,由2000年的2 323.66×104t增加到2013年的6 258.79×104t。吉林省碳排放状况可划分为2个阶段,分别是经济低速增长碳排放快速增长阶段(2000—2006年)和经济快速增长碳排放缓慢增长阶段(2007—2013年)。(2)建设用地是主要碳排放源,对碳排放的贡献率超过84%,林地为主要碳吸收,但碳吸收量总体却在减少,平均每年减少1.44×104t。(3)吉林省净碳排放量区域差异显著,呈现出从东向西、从南向北(除白城)逐渐增加的趋势,以不同土地利用和净碳排放量为依据,各市州碳排放类型可以划分为4类。(4)分析吉林省各市州碳排放、GDP的变化,白城、辽源、白山和延边属于"低碳排放—低GDP型",松原、四平、长春和吉林属于"高碳排放—高GDP型",通化属于"中碳排放—中GDP型"。     

基于碳循环的农业净碳排与农业经济的脱钩分析

综合农业碳循环过程中碳源和碳汇的双重特征,结合面板数据分析方法,测算全国2000—2011年各区域农业净碳排;通过构建脱钩指数分析模型和判定标准,以“脱钩”来衡量区域农业净碳量与经济增长的脱钩程度,分析二者的脱钩状态和演化趋势,以期研究区域农业经济增长与农业净碳量的脱钩关系及内在机理。结果表明:2000—2011年全国各省市总的农业净碳量显著递增,碳排量从2000年的23 730.44万t增加到2011年的56 177.24万t,对应年份的碳汇量从46 118.20万t增加到56 845.85万t。期间,农业碳排总量年均增长12.40%,农业碳汇总量年均增长2.10%,空间上,东部沿海发达城市的净碳量高于全国平均水平;从农业经济的地域分布和阶段特征来看,各省市农业经济增长率差异明显且后期农业经济增长率明显低于前期;近10年来,农业经济增长与净碳排放整体处于弱相对脱钩状态,弹性值为0≤e < 1。对比2000-2005年、2006—2011年两时期的脱钩,可以看出实现相对弱脱钩的省域数量逐年增加,约占到全国省域总数的90%,呈现出地区脱钩程度差距逐渐缩小的趋势,后期较前期实现了更为协调的发展。     

中国农田生态系统的碳足迹分析

采用1990-2009年农作物产量、农田生产投入等统计数据,对中国农田生态系统碳排放、碳吸收和碳足迹进行估算,得到以下主要结论：碳排放量和碳排放强度、碳吸收量、碳足迹呈现增加趋势,碳吸收强度表现稳定,随着农用化石能源的大量使用,单位面积碳足迹从1990年的0.08hm2/hm2增加到2009年的0.13hm2/hm2。各省（市、自治区）单位面积碳足迹差异十分明显,2009年最高的福建为0.27hm2/hm2,最低的黑龙江为0.08hm2/hm2。中国农田生态系统存在碳生态盈余,碳足迹占同期生产性土地面积（耕地）的比例在10%左右,但随着年份的递进,所占比例有增大的趋势,1990年为8.46%,2009年为12.75%。     

河南省农业碳排放动态变化及预测研究

基于农业生产中翻耕、灌溉、化肥、农药、农膜和农用柴油等6个方面碳源,测算了河南省1993—2015年的农业碳排放量及排放强度。结果表明:河南省农业碳排放总量整体呈上升趋势,碳排放总量由1993年的347.09×10~4 t增加到2015年的874.59×10~4 t,年均增长4.32%,总体上呈"高速-中速-低速"三阶段演化特征。农业碳排放强度从1993年的每公顷484.11 kg增加到2015年的每公顷1 073.21 kg,年均增长3.72%。河南省农业碳排放总量与经济发展呈典型的倒"U"型曲线关系,且开始出现拐点,但不明显。灰色预测模型显示,2016—2020年,河南省农业碳排放总量将由1 002.85×10~4 t增加到1 184.01×10~4 t。建议河南省采取有效措施,实现农业碳减排。     

河南省农业生产碳汇的演变趋势及其集聚特征分析

农业生产具有碳排放和碳吸收的双重属性,针对当前农业生产碳汇研究系统边界模糊不清、中观尺度研究成果少、核算项目缺失统一性和完整性等问题,本文在全面核算2000—2015年河南省传统农业碳排放和碳吸收的基础上,分析了该省农业生产碳汇的演变趋势,并利用基尼系数和洛伦兹曲线研究其空间集聚特征。研究结果表明,河南省农业生产系统表现碳汇特征,其碳汇量整体呈现逐渐增长趋势,至2015年全省农业生产碳汇量为3 235.11万t,相当于当年能源消费碳排放量的22.53%,因此农业生产对于减缓温室效应等方面具有一定的作用。河南省农业生产碳汇量增长的主要原因在于随着农业现代化的不断推进和农业生产能力的不断提高,其农业生产碳吸收能力快于碳排放增长速度。自然因素是河南省农业碳排放的主要方面,至2015年自然因素产生的碳排放占河南省农业生产碳排放总量的70.15%;而人工农资投入碳排放增长率相对较快,是全省碳排放量增长的主要原因,2000—2015年全省人工农资投入碳排放量年均增长率为3.27%,是其自然因素碳排放年均增长率的3.85倍。河南省各地农业生产碳汇在地域空间上表现增长的普遍性、相对稳定性和较显著集聚性特征,呈现显著的南北和东西差异,东部和北部农业地区碳汇数值相对较高,而南部和西部农业碳汇数值对较低。     

外源有机碳对黑土有机碳及颗粒有机碳的影响

为了阐释外源有机碳在土壤有机碳运转中的作用机制,以黑土为供试材料,进行了5年的室外培养试验,并结合室内全土及颗粒组分单独矿化培养试验,研究了不同外源有机碳对黑土有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)含量及其矿化特征的影响。试验包括单施化肥、牛粪配施化肥、鸡粪配施化肥、秸秆配施化肥和树叶配施化肥5个处理。结果表明:(1)单施化肥黑土SOC的损失主要来源于POC的损失,外源有机碳有利于SOC和POC的累积,与对照相比,禽畜粪便处理的SOC和POC平均增加幅度分别为16.6%和27.8%,植物残体处理的SOC和POC平均增加幅度分别为27.0%和46.4%;(2)一级动力学方程能较好地描述SOC和POC的矿化动态(R~20.9),且POC比SOC易矿化,POC的60d累积矿化量是SOC的3倍以上;(3)禽畜粪便处理和植物残体处理的POC平均矿化率分别为31.5%和29.8%,禽畜粪便处理的POC更易矿化;(4)外源有机碳有效降低了黑土有机碳的矿化,尤其是牛粪,其SOC矿化率为1.9%,比对照低了3.4%,其POC矿化率为24.8%,比对照低17.4%;(5)外源有机碳在黑土中的碳累积能力表现为树叶秸秆牛粪鸡粪。     

不同森林植被下土壤有机碳的分解特征及碳库研究

分析了不同森林植被和同一植被不同林龄的人工杉木林下土壤有机碳的分解特征及土壤有机碳中的活性碳库、缓效性碳库和惰效性碳库的大小和周转时间。结果表明:不同森林植被下土壤有机碳的分解速率不同,总的趋势都是:培养前期分解速度快,后期分解速度慢,土壤剖面A层>剖面B层。在剖面A层中:不同森林植被下分解速率的大小顺序为常绿阔叶林>人工杉木林,不同林龄的人工杉木林为成熟林>中龄林>幼龄林;在剖面B层中:分解速率差异不大。不同森林植被下不同土壤剖面上的土壤活性碳库、缓效性碳库和惰效性碳库的库容和分解速率不同,土壤活性碳库碳含量一般占总有机碳的0 99%～2 89%,田间平均驻留时间为10～23天;土壤缓效性碳一般占总有机碳的17 17%～55 46%,田间平均驻留时间为1 6～24 2年;土壤惰效性碳一般占总有机碳的42 05%～80 66%,田间平均驻留时间为假定的1000年。     

栓皮栎林与油松林土壤有机碳及其组分的研究

土壤有机碳在可持续森林生产力的维持中起重要作用。本文以北京鹫峰地区栓皮栎林和油松林为研究对象,对土壤有机碳及其组分的含量与密度进行了研究。结果表明,在0~20 cm土层中,栓皮栎林土壤总有机碳、轻组有机碳和易氧化碳的含量分别达到14.05 g kg-1、2.97 g kg-1和0.38 g kg-1,显著高于油松林。栓皮栎林0~20 cm土层内土壤颗粒有机碳、轻组有机碳和易氧化碳密度分别较油松林高39.68%、77.77%、145.45%,两植被类型间的的差异均达到了显著水平。在土壤总有机碳中,颗粒有机碳、轻组有机碳和易氧化碳的分配比例分别为23.60%~41.40%、9.10%~33.33%和1.39%~2.80%。因此,栓皮栎林较油松林更有利于土壤总有机碳和活性有机碳的积累。     

生态修复的固碳机制、实现途径及碳中和对策

[目的] 明确生态修复固碳核算指标,为进一步制定固碳的政策措施和开展相关研究,如期实现碳中和目标提供科学依据。[方法] 综述了生态修复固碳的内涵与作用,介绍了生态修复固碳的机制及途径,并分析了不同生态修复固碳措施的效果,提出了生态修复固碳实现途径和对策。[结果] 生态修复主要的3种途径包括林草、土壤、湿地,其固碳效果显著,固碳潜力巨大,具有长期性和持续性。[结论] 为了实现更大程度的固碳,需要在生态修复领域寻求新的突破,推动生态系统提质增效,全面加强资源保护,持续挖掘生态固碳增长的潜力,进一步推进生态修复治理工程和建设。     

合肥市森林碳储量及碳密度研究

利用合肥市第7次森林资源清查资料,对各县（区）森林面积、生物量及其年龄结构进行统计,依据建立的不同森林类型生物量和蓄积量之间的回归方程,估算全市森林蓄积量,并根据含碳率推算森林碳储量和碳密度。结果表明：全市森林多集中在三县,以中幼林为主,森林总面积为47 983.4 hm^2,蓄积量为523 239 m^3,生物量为231 260.87 t,碳储量为115 630.43 t,碳密度为2.41 t/hm^2;以杨类的面积最大,马尾松的生物量、蓄积量和碳储量最大;森林面积以幼龄林最大,随年龄增加而减少;中龄林的蓄积量、生物量、碳储量最高,蓄积量和生物量随年龄的增长先增加后减少;碳密度则是近熟林最高,为12.45 t/hm^2,幼龄林最小,只有0.32 t/hm^2。杨类在整个年龄阶段碳密度相对较大,有利于碳储存,但幼龄林较多,总的碳储量偏小,而且杨类的轮伐期较短,因此,应考虑对现有森林的抚育和管理以及后继树种的筛选,实现社会可持续发展。     

碳达峰与碳中和目标下水土保持碳汇的机理、途径及特征

[目的] 瞄准中国碳达峰、碳中和目标及其时间表,探索水土保持碳汇的主要途径与特征,为全面提升水土保持碳汇能力,科学推进水土流失综合治理高质量发展提供借鉴。[方法] 参考和借鉴国内外相关研究成果,系统性地分析了水土保持碳汇的学科应用基础及其协同作用机理,主要途径和物质表现,总结提出了水土保持碳汇的主要特征。[结果] 水土保持碳汇作用是在植物措施、工程措施和耕作措施3大类水土保持措施的共同参与下,通过植物、土壤和水体等多种途径协同发挥的,可消减大气中CO₂并将其转化为多种含碳化合物储存在植物及其产品、土壤和水体中。水土保持碳汇途径包括植物途径、土壤途径和水体途径。水土保持碳汇物质包括生物量、无生命有机质、土壤有机质和水体碳素。水土保持碳汇主要特征包括多种治理措施共同作用;多种碳汇途径相互交织;碳汇物质的现地性;碳汇特征短历时碳汇明显,全周期呈弱碳汇。[结论] 生态文明建设新阶段的水土保持工作,应全面推行碳汇水土保持,实施碳汇监测评价,扩大高碳汇水土保持措施,开展清洁生态小流域建设,避免水土流失与其治理措施损毁导致的碳排放,进一步提升碳汇增量,巩固碳汇能力。     

中国退耕还林工程固碳现状及固碳潜力估算

为了科学评估中国退耕还林工程的固碳能力,收集整理了退耕还林一期工程（1999—2010年）详细的造林资料,结合中国主要树种的蓄积量（生物量）生长曲线和退耕还林前后土壤有机碳变化特征及各树种碳储量计算的相关参数,估算退耕还林工程1999—2050年的固碳量及其变化。结果表明：截至2010年,退耕还林工程造林总固碳量（土壤和植被）为355.87 Tg;工程实施期间,造林后期固碳量显著大于造林前期,平均每年固碳量为29.66 Tg;工程林固碳增汇潜力不断增加,预计到2050年中国退耕还林工程的固碳增汇潜力为1 234.04 Tg。因此,中国的退耕还林工程产生了巨大的碳汇效益。     

淤地坝保碳、减排、增汇作用与其能力评估

淤地坝是黄土高原地区重要的沟道治理措施,也是陆地生态系统中重要的储碳场所。评估淤地坝的碳汇作用与能力,可为研究其他水土保持措施碳汇提供重要借鉴,也为我国碳达峰、碳中和目标提供科学依据。以黄土高原淤地坝为研究对象,系统探讨淤地坝的碳汇效应与机理,提出淤地坝碳汇能力估算方法。结果表明:淤地坝具有保土保碳、减蚀减排和增绿增汇作用。在过去50年中黄土高原淤地坝保碳能力为2.16×10⁷ t C,减排能力为4.33×10⁶~8.66×10⁶ t C,增汇能力为6.84×10⁵ t C。淤地坝产生积极的碳汇效益,对提升生态系统碳中和能力、降低碳达峰的峰值发挥重要作用。淤地坝与其他主要水土保持措施都具有保土、减蚀等多种水土保持效益,可充分发挥保碳、减排、增汇等多种碳汇作用。推行碳汇水土保持工作、实施水土保持增汇行动,既可全面巩固陆地生态系统碳汇作用,又能持续提升生态系统增汇能力,对碳达峰与碳中和作出水土保持贡献。