生态系统碳汇监测的概念、方法与应用

实现碳达峰、碳中和是一项多维、立体、系统的工程，涉及经济社会发展方方面面。其中，生态系统碳汇能力的持续巩固提升，是实现“双碳”目标的重要一环   。

了解碳汇、开展生态系统碳汇调查监测关键技术研究、深入推进生态系统碳汇监测、全面掌握自然资源全要素碳汇家底，将为碳汇工作全面开展提供高效的理论支撑和技术保障。

 1     碳汇是什么

碳汇   ，是大气圈中的二氧化碳转移到其他地球圈层碳库的过程，具有降低温室气体浓度、减缓气候变化的作用。一般来说，以森林为代表的陆地生态系统是生物圈碳库，海洋是水圈碳库，以岩溶为代表的特殊地质地貌是岩石圈碳库。  

图1 生态系统碳汇过程

森林碳汇   ，指森林植物吸收大气中的二氧化碳并将其固定在植被或土壤中。森林是陆地生态系统中最大的碳库，在降低大气中温室气体浓度、减缓全球气候变暖中，具有十分重要的独特作用。全球陆地生态系统所蕴含的所有碳元素中，有62%至78%蕴藏在森林这个复杂系统里，其中又有近七成蕴藏在森林的土壤里。2020年联合国粮农组织《全球森林资源评估报告》指出，全球森林总碳储量达到6620亿吨，主要储存在森林生物质（约44%）、森林土壤（约45%）以及凋落物（约6%）和枯死木（约4%）中   [1]   。

海洋碳汇   ，是通过海洋活动和海洋生物生长吸收大气中的二氧化碳，并将其固定和储存在海洋中的过程。海洋是地球上最大的碳库，海洋不仅能够每年吸收约81亿吨人类排放的二氧化碳，这相当于人类活动排放二氧化碳年总量的23%   [2]   ，同时也接收河流输入的陆地碳库中的碳。

岩溶碳汇   ，是指岩溶作用过程中，直接吸收大气或土壤中的二氧化碳形成的碳汇。其基本过程是：雨水溶解大气和土壤中的二氧化碳，生成碳酸，随后碳酸溶解碳酸盐岩，生成含 HCO 3 – 和Ca 2 + 的岩溶水体。在此过程中，大气中的二氧化碳被不断移出，以HCO 3 – 的形式进入到岩溶水体中，起到了相应的碳汇效果。   全球岩溶分布面积为2200万平方千米，占陆地面积的15%，全球碳酸盐岩风化溶解产生的碳汇通量为5.5亿吨/年，相当于全球森林碳汇通量的33%、土壤碳汇通量的70%   [3]   。

 2   碳汇如何监测

碳汇主要通过测定两个时点碳储量的差值来估算，主要监测方法是基于自然资源调查监测体系的样地实测法、生物量法及遥感估算法等，不同监测尺度下选取的监测方法也不同。  

 

在国家、省级大范围尺度下监测 ，选取生物量法和遥感估算法相结合的方法，数据易获取、参数明确，能够进行大面积重复观测，即使是人类难以到达的偏远地区，也能够进行连续、全天候的工作，可提供的数据范围更大、成本更低。同时，还可以提供实时变化数据，及时反映碳储量的空间变化，且不会对生态系统产生不必要的干扰。  

 

在市、县级小范围尺度下监测 ，应首选样地实测法，数据精度高，方便国家、省掌握不同类型生态系统碳汇量和分布格局，形成全国生态系统碳汇一张图，统筹自然资源科学规划和高效利用。  

 

 

图2  碳汇监测方法（以林草湿为例）

 3   碳汇如何核算

森林、草原、湿地生态系统。 森林、草原、湿地生态系统碳库主要包括地上生物量、地下生物量和土壤有机质，其中地下生物量根据地上和地下生物量的比例系数（根茎比）计算得到。 利用现有森林、草原、湿地清查数据和全国第二次土壤普查成果即可得到森林、草原、湿地生态系统的碳储量。 计算公式如下：

图3  森林、草原、湿地生态系统碳储量计算公式  

 

图4 某 区域 森林碳储量估算结果  

海洋生态系统。 海洋生态系统碳汇类型包括红树林、盐沼、海草床、浮游植物、大型藻类、贝类等。计算公式如下：

图5 海洋生态系统碳储量计算公式

注：参考自然资源部《海洋碳汇经济价值核算方法（报批稿）》

岩溶。 我国岩溶地貌广泛分布，岩溶碳汇对我国实现“双碳”目标有重要意义。岩溶碳循环通常包括三部分：发生、迁移和转化。70%～80%的岩溶碳循环发生在浅表层的岩溶表层带，只有少部分发生在地下河和地下洞穴中。其计算公式如下：  

图6 岩溶生态系统碳储量计算公式

注：参考中国地质科学院岩溶地质研究所《流域尺度岩溶碳循环监测及固碳增汇技术要求（征求意见稿）》

 4     成果如何应用

图7 碳汇监测成果

充分利用自然资源清查数据、第三次全国国土调查数据以及历史资料数据，结合样地实测数据，可测算区域内生态系统碳汇水平，分析碳储量分布格局及碳汇能力，并编写区域内生态系统碳汇监测报告，构建生态系统碳汇监测数据库和样地（样方）调查数据库等，形成生态系统碳储量现状分布图及重点区域碳汇能力专题分析图，从以下三个方面支撑生态系统固碳增汇。

一是加强碳汇空间管控，稳定生态系统固碳作用。 在碳汇监测的基础上，优化碳汇资源分布格局，强化国土空间规划和用途管制，严守生态保护红线，严控生态空间占用，减少碳汇资源消耗；加强国家公园、自然保护区等重点生态功能区保护力度，加强生物多样性与固碳能力协同保护，防止自然资源过度开发利用，稳定生态系统固碳作用。

二是统筹推进生态修复工程，提升生态系统碳汇能力。   基于碳汇监测成果，科学挖掘自然资源碳汇潜力，推进国土绿化，推动废弃矿山、荒山荒坡、裸露山体植被恢复，保护修复红树林、海草床、珊瑚礁、盐沼等生态系统，衔接全国重要生态系统保护和修复重大工程总体布局，有助于持续提升生态系统碳汇能力。

三是助力推进碳汇交易，加快生态产品价值实现。   在通过监测摸清碳汇家底的基础上，结合国家碳市场建设的总体部署，指导开展碳汇项目开发，推动形成政府主导、企业和社会各界参与、市场化运作的碳市场，实现生态系统碳汇的价值，为人民增收、区域协调绿色发展做出贡献。

国地科技在双碳研究方面具有丰富的实践经验，能够为生态系统碳汇监测工作提供扎实技术支撑，实现生态系统碳汇管理的“数智”赋能。

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