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浙工大等科研团队在《NATURE》发表最新研究成果——原来森林这么能吸“碳”
2020年11月20日 05:27:38 来源: 浙江在线-浙江日报 记者 纪驭亚 通讯员 陈曼姣 袁缘

  浙江在线11月20日讯(记者 纪驭亚 通讯员 陈曼姣 袁缘)冰川退缩,冻土融化,全球海平面逐渐上升……这一切归因于大气中不断积聚的温室气体,而人类活动产生的二氧化碳正是温室气体中最主要的成分。过去多年里,科学家通过长期监测大气中二氧化碳的含量,分析应对全球气候变化的对策。

  基于近10年的碳汇观测,浙江工业大学环境学院教授方双喜联合国内相关科研团队定量估算了中国陆地植被的吸碳能力,比学界对其的固有认知,团队测得的数据可以说翻了一倍。近日,这一最新研究成果在国际顶级期刊《NATURE》上发表,向全球展现了我国在应对气候变化和环境治理上所作出的努力。

  这个重要结论是怎么得出的?它意味着什么?本报记者专访了方双喜教授及其团队青年教师臧昆鹏,请他们逐一解读。

  森林到底做到了多少

  提起二氧化碳,大家并不陌生。它直接存在于动植物生命的摄取和排出中,与人的生命活动息息相关。

  很长一段时间里,地球上的碳基本保持着“边增长、边消耗”的动态平衡。但是进入工业化时代后,人类开始大量开发使用化石燃料,把地球存储下来的碳元素转化为二氧化碳释放到空气中,打破了“碳平衡”,造成全球变暖。

  重新实现“碳平衡”,一方面要减少向大气排放二氧化碳,另一方面要将已排入大气中的二氧化碳移出并封存固定起来。目前的固碳方式主要有两种,物理固碳和生物固碳。前者是将二氧化碳长期存储在开采过的油气井、煤层和深海里,后者则是利用植物的光合作用,将二氧化碳转化为碳水化合物,以有机碳的形式固定在植物体内和土壤里。

  而森林作为陆地生态系统的主体,无疑是生物固碳系统中最大的“碳库”。

  据了解,在全球森林资源持续减少的背景下,截至2019年,我国森林覆盖率由新中国成立初期的8.6%提高到21.66%,森林面积达到2.08亿公顷,人工林保存面积6933万公顷,居世界首位。

  虽然2018年《美国科学院院报》就曾以专辑形式发表论文称,中国陆地生态系统在过去几十年一直扮演着重要的碳汇角色,但对于森林“碳库”究竟发挥了多大的作用,仍缺少确切数据来印证。

  这也是方双喜团队过去十余年的研究重点。为了对植被固碳能力进行精准测定,团队研究人员采用了多源数据来研究中国地区的碳平衡。比如,通过碳卫星遥感技术测量植被绿度、土壤水分可利用性,测量大气数据,推断出二氧化碳通量。

  高塔为何不停抽取空气

  在浙江临安北部山区中矗立着一个高达55米的高塔,高塔的3个采样口,正在24小时不停歇地抽取空气样本。高塔旁几间实验室里的高精密仪器,记录着每一毫升样本中二氧化碳浓度的变化。这是方双喜团队的监测碳汇站点之一。

  想要获取大气二氧化碳浓度数据,采样的选址尤为关键,且条件可谓严苛。例如,在我国气象行业标准《大气成分站选址要求》里,对二氧化碳浓度数据的监测区域环境要求包括了应避开自然灾害多发、频发地区,避开污染源、满足一定净空条件等多项内容。

  而方双喜团队的观测站点主要集中在7个区域,分别是青海瓦里关、北京上甸子、浙江临安、黑龙江龙凤山、云南香格里拉、湖北金沙和新疆阿克达拉,它们分别代表欧亚大陆,以及我国京津冀、长三角、东北、西南、江汉平原和西北等区域的大气本底特征。

  尤其是青海省瓦里关,地处青藏高原,海拔约3816米,属于高原草甸生态系统,受人为活动影响较小,是很好的观测取样点。1991年,中国气象局在瓦里关建立我国首个观测站,开展了温室气体等要素的定点长期观测,至今已达30年,也记录了我国大气二氧化碳的最长时间序列和最完整的观测信息。

  “瓦里关站位于青藏高原上的瓦里关山巅,周围数十公里内人烟稀少,海拔高,空气稀薄,没有水源。我们要在克服高原反应的同时,开展设备安装调试工作,帮助仪器应对高原环境中会遇到的各种突发问题。”臧昆鹏介绍道,瓦里关站业务人员采用轮班制,每次2人一班,10天轮换一次。有一次,因观测设备升级换代,方双喜在瓦里关站连续工作了一个月。

  在方双喜看来,二氧化碳观测设备的不断精进,也为发现这一重要结论提供了强力支持。“上世纪,全球二氧化碳的观测主要采用非色散红外分析仪和气相色谱仪。进入21世纪,观测设备逐步升级为腔增强吸收光谱技术分析仪,这种设备比传统设备精度更高,稳定性更好,可获取更高质量的大气二氧化碳含量观测数据。”

  总的来说,这7个站点连续高质量的观测数据,有力地反映了各区域内生态系统二氧化碳变化的特征,为团队的研究提供了核心性和不可替代性的基础数据源。

  数据的背后证明了什么

  在实验室,方双喜向记者展示了一张团队绘制的图表。图表显示,对植被绿色度的卫星观测表明,2010年到2016年,我国植被覆盖面积逐年增加,与此相对应的是,陆地生物圈二氧化碳的吸收能力呈现出相同的增强趋势。

  “我们从国内7个站点测得2009年至2016年间大气中二氧化碳的摩尔分数,也利用碳卫星遥感技术测量了植被土壤数据,估算出2010年至2016年,中国陆地生物圈的年平均碳排放量为-11.1±3.8亿吨,相当于这一时期国内每年人为排放量的45%。”方双喜解释道,也就是说,在这7年里,中国人为活动的碳排放量,近一半被陆地生物圈吸收。对比此前国际上对中国陆地生物圈的固有认知,团队测得的吸收能力可以说翻了一倍。

  由于森林固碳会受到各种因素的影响,比如温度、降水、光照、热量、径流和土壤性质等。“陆地植被对二氧化碳的吸收能力,会随不同季节光合作用的强弱而变化。因此大气中二氧化碳的含量也会随着季节产生周期性变化。”臧昆鹏说,一年中,大气二氧化碳含量在春季最高,夏秋季降至最低。团队根据数据分析推测,中国西南地区(云南、贵州、广西)全年陆地森林碳汇、东北地区(尤其是黑龙江和吉林)夏季月份的碳汇,以前被低估。

  “这个数据是对我们国家植树造林等政策的绝对肯定,我国持续加大人工植被覆盖的努力终于被确凿的数据所证明。”方双喜说,目前,我国森林面积持续快速增加,陆地植被尤其是新生人工林已经成为二氧化碳的“高效回收站”。

标签: 责任编辑: 王志

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