植被固碳能力是陆地生态系统碳汇的基础,可通过净生态系统生产力(NEP)这一重要指标来反映.估算植被固碳能力是生态学和地表生态系统研究领域的共同科学问题,揭示其变化特征及其因素影响对于区域生态系统具有重要意义.以京津风沙源治理区为研究区,估算了 2000-2020年京津风沙源治理区NEP,并利用趋势分析法和稳定性分析法等方法分析其时空变化特征,并利用地理探测器探究了影响NEP的自然因素与人类活动因素.结果显示:(1)2020年,京津风沙源治理区的NEP均值为110.09 gC m-2a-1,碳汇区面积约为3.591×105 km2,占总面积的78.80％;(2)2000-2020年,京津风沙源治理区多年平均NEP为77.54 gC m-2a-1,年际变化率为4.118 gCm-2a-1,总体上呈上升趋势,研究区以NEP明显增加区为主,占比55.16％,主要分布在研究区南部,NEP呈下降趋势地区仅占比0.15％,主要分布在北部干旱草原沙地治理区,呈斑块状分布;(3)不同生态系统NEP从高到低依次为林地、农田和草地,林地固碳作用较强,未来林地固碳潜力较大,草地面积占研究区的70％,其总固碳量远超其他类型且呈增加趋势;(4)影响京津风沙源治理区NEP的主导因素为年降水量,其次,生态工程的实施也是NEP变化的重要影响因素,不同因素对京津风沙源治理区NEP的影响表现为双因子增强或非线性增强.围绕京津风沙源植被固碳能力估算以及影响因素的空间分异性,研究也在一定程度上提出了空间恢复的建议,以期为京津风沙源加强植被固碳能力以及生态修复等决策提供科学依据.

森林径级结构是树木生长、竞争、死亡等过程的综合反映,也是估算森林生物量、判断森林演替阶段与健康状态以及预测森林碳汇潜力的基础依据.林学领域早期对径级结构的研究以统计描述为主,多采用常见的概率分布函数来拟合样地尺度上径级结构的动态变化,缺乏对其形成机制的阐释.随着宏观生态学的发展,最大熵原理、中心极限定理等被用于解释大尺度上发现的相对一致的森林径级结构,但这类模型侧重概率统计,对具体生态学过程的分析仍然欠缺.2000年以来,在原始成熟森林中发现的径级结构的幂律特征催生了一系列理论研究,包括代谢尺度理论、林窗演替理论等.这些理论尝试从树木个体大小和资源利用之间的关系,以及树木对资源的竞争过程来演绎径级结构达到稳态时幂律特征的形成机制.种群统计平衡理论为稳态径级结构的分析提供了一般性框架,揭示了不同的树木生长速率和死亡率如何导致径级结构特征的变化;在此基础上,种群统计最优性假设为径级结构的分析提供了新的视角.数学层面上,转移矩阵、积分投影、偏微分方程等都是径级结构动力学分析的有力工具,但由于这类数学模型的时间动态解析求解较为困难,研究中通常预先假定森林处于理想的结构平衡状态.而在实际情况下,结构非平衡往往是森林的常态,也是森林碳库变化与碳汇潜力估算的基础.为了更好预测全球变化背景下的森林动态趋势,应明确环境因子对径级相关的树木生长速率、死亡率的影响,并发展径级结构动态特征的解析方法.

珊瑚礁作为一种典型的海洋生态系统,具有巨大的固碳和储碳潜力.然而,目前对于珊瑚礁的净碳能力(碳释放与碳吸收)仍存在争议,主要归因于珊瑚共生体碳代谢的多样性和复杂性.珊瑚礁在生物钙化、呼吸过程中向大气释放二氧化碳(CO2);但在生物合成和沉积过程中却可以将碳进行固定与埋藏;为此,珊瑚礁的碳源碳汇身份还有待明确.现有部分研究表明,共生体通过碳代谢可以促进珊瑚礁吸收大气中的CO2.此外,珊瑚礁和海岸带蓝碳生态系统通常表现出很强的连通性,珊瑚共生体碳代谢能有效提高海岸带盐沼植被、海草床、海洋浮游植物等生物的碳汇功能.为了加深对珊瑚礁碳源-碳汇功能的理解,综述了珊瑚共生体的碳代谢特征,梳理了共生体中碳的关键生态过程(有机碳的迁移、无机碳的转化、两者的赋存状态),总结了细菌-虫黄藻-病毒在共生体碳代谢中的作用,评述了珊瑚礁碳源-碳汇特征及影响因子.旨在阐明珊瑚共生体碳代谢的关键过程,并基于此寻求有效的珊瑚礁碳增汇技术,形成以碳增量为主的珊瑚保护与修复技术,提升珊瑚礁在蓝碳生态系统中的贡献.

在全球气候变暖的背景下,土壤在减缓气候变化中的巨大潜能逐渐被人们所重视.农田是受人为因素影响较大又可在较短时间内调节的生态系统,其土壤碳汇能力的充分发挥将有助于减缓全球气候变暖的趋势.文章通过梳理大量已发表文献,综述了中国农田土壤有机碳库自 20世纪 50年代以来的演变特征,指出中国农田土壤 1950-1980年期间以丢碳为主,1980年以后经过农业管理措施的改变,有机碳含量逐渐提升.总结了中国农田固碳潜力相关研究,虽然不同估算方法的出的结果存在一定差异,但总体来看中国农田土壤有较大的固碳潜力.分析了农田土壤有机碳库的影响因素,虽然气候因素和土壤理化性质的差异能对农田土壤有机碳库造成影响,但农业管理措施才是农田土壤有机碳含量产生变化的关键.指出了中国农田土壤有机碳库研究方面存在的问题以及今后的发展方向,为气候变化背景下中国农田土壤碳减排提供了新的参考与借鉴.

牡蛎礁生境是指由聚集的牡蛎和其他生物及环境堆积形成的复合生态系统,其固碳和储碳潜力巨大,在海岸带生态系统中发挥着重要的作用.然而,目前对牡蛎礁生境碳源与汇的认识仍存在不足,主要在于牡蛎钙化和呼吸作用都释放CO2,而碳源与汇的评估忽视了钙化、同化和沉积过程带来的整体碳汇价值及牡蛎礁生态系统功能带来的碳汇效应.因此,有必要重新认识牡蛎礁生境的碳汇价值.一方面,牡蛎礁生境的碳源和碳汇需要从牡蛎礁自身的整体碳循环中进行评估,包括牡蛎礁系统中的沉积、钙化、呼吸作用及侵蚀、再悬浮和再矿化作用;另一方面,牡蛎礁生态系统服务引起的碳汇效应需从牡蛎礁的生态系统服务价值角度进行评估,将生态系统服务价值及碳价值进行关联,从而纳入碳汇核算体系.从实现海岸带可持续增汇角度出发,综述了牡蛎礁生境中碳的源与汇;阐述了容易被人们忽视的微生物在牡蛎礁生境碳汇中的作用;以保护和生态修复为目的,进一步提出可实现牡蛎礁生境最大潜在碳汇的策略,以期为实现海洋负排放及践行"国家双碳战略"提供理论和技术支撑.

泥炭藓(Sphagnum)作为泥炭藓湿地中的优势种,是泥炭藓湿地最主要的固碳(C)植物,其生理与形态特征关系着泥炭藓湿地的碳汇潜力.氮(N)沉降对泥炭藓生理和形态特征具有显著影响,但有关N沉降对湿地泥炭藓生理及形态特征的影响还存在很大的争议,并且N沉降对亚热带湿地泥炭藓生理及形态特征影响的研究鲜有报道.该研究以鄂西南泥炭藓湿地为研究对象,通过原位喷洒不同浓度的NH4C1溶液,探讨模拟N沉降对泥炭藓生理及形态特征的影响.模拟N浓度设置4个水平,分别为0(N0)、3(N3)、6(N6)、12g·m-2·a-1(N12),其中N0为对照(CK).研究结果表明:(1)N沉降对泥炭藓体内总C、总N含量有显著影响.其中,N3处理下的总C、总N含量最高,相比于CK分别增加了3.78％和88.52％.(2)N沉降对泥炭藓叶绿素含量和荧光活性影响不显著,但对泥炭藓抗氧化酶活性和渗透调节物质的含量有显著促进作用,尤其是可溶性糖含量与过氧化物酶活性.(3)随N沉降量增加,泥炭藓株高、分枝数、单株质量及叶细胞面积均表现为先增加后降低趋势,且最大值出现在N3处理.(4)泥炭藓对N沉降很敏感,2年的N沉降对泥炭藓的生理及形态特征的影响存在一定的N沉降负荷值,约为3g·m-2·a-1,大于该值后,泥炭藓各类形态指标受到抑制,受到胁迫显著增加.该研究表明,当前自然大气N沉降量对鄂西南湿地泥炭藓生长有一定的促进作用,但持续或加倍的N沉降可能会对泥炭藓生长造成伤害.

碳中和愿景下,量化森林碳汇有利于制定森林碳战略和碳交易机制,提升应对气候变化的抗御力,对守卫国家生态安全、实现碳中和目标和减缓全球变暖具有重要意义.本文基于国家森林清查数据,利用生物量转换因子连续函数法和碳税法,分析黑龙江省1999-2018年森林碳储量、碳汇量及其经济价值的变化趋势,并结合GM(1,1)模型对黑龙江省乔木林的碳储量进行预测,从而得到碳达峰目标年的碳汇量和碳汇经济价值的预估值.结果表明:黑龙江森林碳储量由1999-2003年6.96×1011 kg增至2014-2018年的9.14×1011 kg.其中乔木林碳储量占黑龙江省森林碳储量的99.51％～99.65％;1999-2018年黑龙江省乔木林的碳汇量整体呈上升趋势,由2004-2008年的1.68×1010 kg·a-1增至2014-2018年的1.76×1010 kg·a-1,碳汇经济价值受汇率的变化呈下降趋势,由2004-2008年的2.06×109元·a-1降至2014-2018年的1.66× 109元·a-1;在研究期内,各龄组中成熟林的平均碳汇量最大,阔叶混交林是森林碳汇的主要贡献者,占乔木林总碳汇量的93.93％,随植树造林力度的增强,人工林的碳汇量占总碳汇量的比重增大;预测到2030年黑龙江省乔木林碳汇量和碳汇经济价值分别为1.80×1010 kg·a-1和1.89×109元·a-1.

面对全球变化,准确掌握陆地森林生态系统生物地球化学循环过程及其影响因素,有助于维持生态系统多功能性与稳定性,实现增汇并延长碳汇服务,持续增进并改善人民福祉.为了探究贺兰山山地森林生态系统优势建群种青海云杉(Picea crassifolia)林土壤生态化学计量特征对海拔的生态响应及其影响因素,从土壤、林分、地形影响因素的角度出发,采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)和方差分解分析(Variance partitioning analysis,VPA)阐明影响其非根和根围土壤生态化学计量特征空间变异的关键因素.结果表明:(1)贺兰山青海云杉林非根和根围土壤C、N养分含量均维持在较高水平,高海拔区域青海云杉生长受土壤P限制高;相较非根土壤,根围土壤虽养分含量较低,但具有较高的养分周转能力,如有机质分解与矿化、固持P的潜力等.(2)随海拔变化,非根和根围土壤养分及其生态化学计量比变化趋势不同,非根土除了全氮(TN)含量外其他养分含量及化学计量比在不同海拔间均差异显著(P<0.05),根围土全磷(TP)、碳磷比(C/P)具有显著性差异(P>0.05).(3)土壤、林分、地形 3 组影响因子共同累计解释了非根和根围土壤养分计量特征 61.35%、39.64%的变异;海拔、微生物量碳(MBC)和微生物量磷(MBP)是影响青海云杉林非根土壤养分计量垂直分异的主导因子,而归一化植被指数(NDVI)则显著影响其根围土壤养分计量空间特征;土壤因子对非根和根围土壤生态化学计量特征的单独作用分别是林分因子的 2 倍、3 倍.综上所述,贺兰山青海云杉林非根和根围土壤养分及其生态化学计量特征的空间异质性主要受到土壤因子的驱动,林分因子次之,地形因子的作用主要通过对环境因子的再分配改变植被、土壤性质等特征进而影响土壤生态化学计量的空间格局.本研究有助于科学评估山地生态系统土壤养分盈亏状况及其关键的影响因素,以期从生态化学计量角度为林地土壤养分调控与可持续经营管理提供科学依据和理论支持.

资源节约集约循环利用,提高资源利用效率是实现碳达峰碳中和(双碳)的重要途径,已成为普遍共识.作为国家战略性资源的中药资源是中医药产业和健康服务业发展的物质基础和根本保障,但随着我国中医药产业的快速增长和产业链的不断拓展延伸,中药资源利用效率低下的问题更加突出,中药废弃物处理和排放过程中造成的资源浪费和环境污染已成为行业发展面临的新的重大问题,引起业内的广泛关注.该文结合"双碳"目标深入探讨中药资源循环利用、循环经济产业发展在碳达峰碳中和中发挥的作用与潜力,以中药资源循环利用典型模式为案例分析中药农业和中药工业过程的循环经济产业在减少碳源和增加碳汇的具体形式,进而提出服务"双碳"减排增效目标的倡议主要包括强化"双碳"目标的政策导向和战略引领作用、构建中药资源全产业链低碳减排客观评价体系、打造中药资源循环利用的产业示范园区、切实推进中药资源全产业链循环经济体系的建立.以期为中药资源产业由线性经济模式向循环经济模式的低碳绿色转型提供示范和参考,为中药资源利用效率提升和可持续发展提供必要支撑,也为中药资源产业低碳高效发展和"双碳"目标的实现提供助力.

中国在相对较低的经济发展水平条件下提出了"碳达峰、碳中和"目标,在全球气候治理中起着关键作用.中国是全球人工林面积最多的国家,中国森林生态系统碳储量增加的主要贡献者是人工林,是中国陆地碳汇的主要来源,具有较高的碳汇增长潜力,加强人工林碳增汇方案研究对中国实现"碳达峰、碳中和"目标具有非常重要的作用.研究梳理了中国人工林生态系统碳汇能力提升的主要因子和环节,分别从增加碳汇强度型增汇、保护修复型增汇、减少碳排放型增汇、技术提高型增汇和市场引领型增汇5个方面提出了12条人工林碳增汇途径,以期为中国实现"碳达峰、碳中和"目标作出更大贡献.