什么是碳通量？

一、碳通量

（一）什么是碳通量？

碳通量是碳循環研究中一個最基本的概念，表述生態系統通過某一生態斷面的碳元素的總量。例如：某河流的碳通量，就是流過河流斷面的有機碳和無機碳的總量；某森林生態系統碳通量，就是該生態系統單位時間單位面積上的碳循環總量；海洋的碳通量，也就是單位時間和單位面積內碳增減的數量。

（二）為什么要研究碳通量？

自工業革命以來，由于大規模人類活動改變了生態系統碳循環的自然過程以及生物圈固有的收支平衡，導致大氣中CO2, CH4和N2O等溫室氣體濃度的持續升高, 引發了全球變暖等一系列嚴重的全球環境問題，嚴重威脅著人類社會的生存和可持續發展。研究地球系統的碳循環過程和控制機理，評價陸地生態系統對溫室氣體的吸收或排放能力，分析全球碳源/匯的時-空分布特征,預測未來的氣候變化趨勢和評價生態系統碳循環對全球變化的響應與適應特征，是現代地球系統科學、生態與環境科學關注的重大科學問題。

而在對全球碳、水循環關鍵過程的研究中，需要大尺度、長期和連續的生物圈-大氣之間的CO2，H2O和能量通量觀測數據的支撐，碳通量就是其中的關鍵一環。獲取生態系統與大氣之間的碳元素交換信息，計算碳通量，對分析地圈-生物圈-大氣圈的相互作用, 評價陸地生態系統在全球碳循環中的作用具有重要意義。

（三）碳通量有哪些測定技術？

1、基于生物量變化的估算方法

生態系統凈初級生產力(NPP)、凈生態系統生產力(NEP)和凈生物群系生產力(NBP)的概念與碳通量相似，可以直接反映生態系統或生物群落的陸地-大氣間的凈碳交換量。在一定假設條件下，NPP、NEP和NBP都可以利用生態系統生物量變化動態監測數據進行估算。NPP的測定主要有兩種基本的方法，一種方法就是測定生物量(植物體干重)變化的方法，稱為堆積法，堆積法又叫收獲法或現存量法。宏觀上NPP相當于生態系統植物生長量，即單位時間生態系統生物量的增長量�？衫蒙鷳B系統生物量的時間變化數據來推算，這是一種較為廣泛使用的方法，另一種方法就是著眼于光合量和呼吸量，構筑理論方面的數理模型然后進行計算的方法。

2、基于碳平衡方程的估算法

只要我們能夠逐項預定或估計出NPP、NEP、NBP、NEE(生態系統CO2凈交換量)等有關的碳通量參數，就可以評估生態系統的碳平衡狀況該種方法的關鍵是我們能否對各項進行準確的測定或評估。隨著植物葉片的光合作用和呼吸作用、土壤微生物的呼吸通量、凋落物分解過程等測定技術的進步，許多項目的精確測定已經成為可能。葉片光合作用和呼吸作用的測定方法主要有半葉法、堿吸收測定法、氧電極測定法、紅外氣體分析儀測定法。土壤呼吸的測定方法主要有靜態氣室-堿吸收法、靜態箱-氣相色譜法、動態(靜態)氣室紅外二氧化碳分析儀法。對樹干和根呼吸還沒有很好的測定方法，主要方法是利用與土壤呼吸測定相似的原理開發各種適合樹干和根系的測定裝置。凋落物分解的。定一般是分類進行。對于枯葉和小枝的分解速本測定，常用方法是尼龍網袋法對于較大的枝條，則都用拴線法。分解速率通常用失重法來測定(通采用網袋法，將預制凋落物樣品布置于定位樣地中，定期回收，測定凋落物的消失量)。

3、基于碳循環模型的估算法

近年，隨著計算機的發展，將植物的物質生產過程進行數學模式化，利用模型估算生產力成為研究熱點。如碳平衡模型、植被-氣候關系模型、生物地球化學循環模型等幾種碳循環模型。

4、同化箱測定法

同化箱測定法是采用不同類型的同化箱罩住植被地面或土壤表面，通過測定箱內的CO2和CH4等氣體濃度變化來計算植被-大氣或土壤-大氣間的氣體交換通量的一種方法。包括靜態氣室-堿吸收法、靜態箱-氣相色譜法、動態（靜態）氣室-紅外CO2分析法等幾種方法。

（四）碳通量會受到哪些因素的影響？

生態系統CO2通量因植被和環境因子的變化具有明顯的季節和年際變化特征, 引起年際變異的原因可能包括: (1)春季降雪、冰雪融化時間和溫度的年際變化；(2)從LAI（生長季節的最大葉面積指數）估算得到的生長季節長度的年際變化；(3) 雨季溫度和降水的年際變化等。

（五）未來碳通量的研究方向有哪些？

1、加強復雜地形與夜間NEE的校正和估算方法的研究

建立復雜地形和夜間NEE質量評價和校正的方法論體系，是通量觀測研究中所面臨的首要任務。在以往的夜間通量低估和平流對通量影響的研究中,大多是定性或半定量化的，難以在實際中運用。加強以下6個方面的綜合研究工作將有助于這一問題的解決。

(1) 渦度相關觀測和箱式法、空氣動力學方法的平行觀測對比；

(2) 觀測塔的渦度相關觀測與邊界層CO2高空觀測的相互比較；

(3) 渦度相關觀測和生物調查的對比；

(4) Footprint氣候學與尺度效應分析；

(5) 復雜地形條件下湍流運動特征和通量貢獻區分布特征的數值模擬；

(6) 生態系統的水-碳耦合循環的機制與模擬。

2、加強通量觀測、穩定性同位素觀測、過程研究與遙感觀測的綜合集成研究

由于生態系統碳循環受到許多物理的、生物的、生態和人類活動的綜合影響, 而且具有高度的時間和空間異質性和變異性, 因此對生態系統的水和碳循環的研究需要開展多尺度、多途徑和多學科集成性的工作, 以揭示碳循環關鍵過程的變化機理和各種復雜過程與多種影響因素之間的相互作用關系。

3、加強通量觀測研究的區域合作與交流

通量觀測網絡的發展, 需要在進一步增加觀測站點的空間和類型代表性的同時, 更應加強由觀測站點向區域尺度擴展的研究力度,需要強化和綜合各種小尺度通量觀測數據的整合和數據資源共享。建立通量觀測研究網絡聯合組織, 以有效地組織和協調各子網絡間的合作與觀測數據資源共享, 確定通量觀測技術指南、組織觀測技術培訓和觀測系統的標定, 促進科學家之間的交流與合作, 提高觀測研究網絡的綜合研究能力和數據服務能力。

                                   環評服務   朱老師  15237181245