陸-水-氣碳收支與碳輸送是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的關(guān)鍵因素，在地球系統(tǒng)碳中和過程中扮演重要作用，對揭示全球變化下陸地生態(tài)系統(tǒng)“丟失”的碳匯具有重要意義。

     近日，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所于貴瑞院士與高揚研究員在《中國科學(xué): 地球科學(xué)》上發(fā)表了題為“區(qū)域陸-水-氣碳收支與碳平衡關(guān)鍵過程對地球系統(tǒng)碳中和的意義”的評述文章。文章集成分析了全球陸-水-氣碳運移與碳收支變化及其影響機制，重點探討內(nèi)陸水體碳收支與碳循環(huán)過程在陸-海-氣碳收支的重要作用，揭示全球變化下陸-水-氣碳收支與碳平衡的調(diào)控機制，并進一步評估中國區(qū)域陸-水-氣碳收支現(xiàn)狀及其湖泊固碳潛力，提出定量人類活動對陸-水-氣碳運移與碳交換過程的確切影響與幅度對于全球碳平衡與碳中和具有重要意義。

   銜接陸-氣交換與陸-海交互過程的陸-水-氣耦合過程是涉及4個成分(DIC、DOC、POC及CO2)在三個界面(水-陸界面、水-氣界面和底泥-水界面)的復(fù)雜循環(huán)過程。CO2從內(nèi)陸水體轉(zhuǎn)化到大氣中，即所謂的“碳逃逸”，是全球碳循環(huán)的一部分，但目前缺少估算全球水體表面積和氣體交換速率的框架和全球CO2數(shù)據(jù)庫。全球內(nèi)陸水體的水-氣界面的溪流和河流的碳通量為1.8PgC a–1，湖泊和水庫的碳通量為0.32PgC a–1，其凈CO2逃逸率達1PgC a–1。陸地生態(tài)系統(tǒng)通過全球河流輸送的碳量達1.7PgC a–1, 其中0.2PgC a–1沉積埋藏于內(nèi)陸水體，約0.85PgC a–1輸送至近海。

圖1 全球陸-水-氣碳運移與碳收支

        內(nèi)陸水體的碳庫主要分為永久性和活動性碳庫，水柱和底泥表面為活動性碳庫，這些碳在水-陸界面、水-氣界面和水-底泥界面通過無機碳庫轉(zhuǎn)化過程、有機碳庫轉(zhuǎn)化過程、無機與有機碳庫之間的轉(zhuǎn)化過程進行碳的固定和釋放(圖2)。內(nèi)陸水體生態(tài)系統(tǒng)固碳過程主要包括植物通過光合作用將無機碳轉(zhuǎn)化為有機碳、水體固碳及底泥固碳。無機與有機碳庫之間的轉(zhuǎn)化過程主要包括：浮葉植物、挺水植物直接利用大氣CO2，而浮游植物利用水體中的CO2和HCO3–進行光合作用產(chǎn)生總初級生產(chǎn)力；浮游植物和挺水植物通過呼吸作用直接向大氣釋放CO2，而浮游生物、動物通過呼吸作用釋放CO2形成水體的DIC；同時微生物對有機碳庫的降解和礦化過程也能將有機碳轉(zhuǎn)化為無機碳。

圖2內(nèi)陸水體碳收支與碳循環(huán)過程

     氣候變化是河流碳輸送的重要推動力。受河流運輸?shù)南拗?，降水量大的流域有更高的碳釋放率，快速的河流運輸將導(dǎo)致幾倍的陸地碳輸送并干擾沿海碳收支(圖3)。預(yù)測風(fēng)暴頻率與降雨變化對準確了解流域碳吞吐量、水流路徑、溶解率、流域碳儲量，以及對評估陸地-河流碳輸送至沿海的有機碳值至關(guān)重要。溫度同時控制陸-水-氣碳循環(huán)的生物和非生物過程，對碳通量的凈效應(yīng)在不同地區(qū)可以區(qū)分為有機碳和無機碳兩種形式。氣候變化下的永久凍土消融、海平面上升及濕地退化等引起的生物地球化學(xué)循環(huán)改變都會導(dǎo)致陸-水-氣界面的有機碳和無機碳源、匯的方向與大小、CO2排放量以及大陸架上輸出的有機碳和無機碳的大小變化。人類活動引起水平衡的改變將導(dǎo)致流域碳儲量及碳流動的變化，如植被蓋度變化和灌溉作用都是調(diào)控地表蒸散發(fā)和地表溫度的重要手段。堤岸建設(shè)、城市污水排放、疏浚、航道蓄水等人類活動也逐漸成為影響陸-水-氣碳循環(huán)和碳收支的重要因素(圖3)。

圖3全球變化下陸-水-氣碳循環(huán)調(diào)控機制

       如圖4所示，整個中國區(qū)域的陸地碳匯量為(0.41±0.12)PgC a–1，而通過河流輸送的陸地碳量為7.5×10–2PgC a–1，水-氣界面的CO2凈逃逸量為4.0×10–3PgC a–1。目前僅有湖泊碳沉積的評估量為2.0×10–3PgC a–1，而河流及水庫沉積碳評估的缺失導(dǎo)致陸-水以及陸-海碳運移存在極大的不確定性，也是整個全球碳循環(huán)與碳“丟失”評估缺失監(jiān)測數(shù)據(jù)的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)碳中和戰(zhàn)略，預(yù)計我國將在2030年左右達到峰值，排放量為每年113億噸，意味著中國每年還有約40億~80億噸的CO2當量需要依靠替代能源或者負排放來中和。因此，科學(xué)評估我國關(guān)鍵區(qū)域陸-水-氣的碳收支對于提高陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯潛力具有重要意義。

圖4中國區(qū)域陸-水-氣碳運移與碳收支(單位：PgC a–1)

       全球變化下陸-水-氣碳收支評估具有復(fù)雜性和不確定性，很難區(qū)分自然或者人類活動如何影響陸-水-氣碳循環(huán)變化。盡管人類活動調(diào)控陸-水的碳通量、陸-氣及水-氣的碳交換等一系列驅(qū)動力都已確定，但是定量分析這些人為活動干擾對碳通量的影響卻很困難。所以了解不同人類活動對陸-水-氣碳運移與碳交換過程的確切影響方向與幅度不僅對于全球碳收支平衡具有重要意義，而且對于衡量全球陸地碳匯也很重要。

來源：中國科學(xué)雜志社 

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