演讲人：
方精云，中国科学院院士，云南大学校长，北京大学城市与环境学院教授。主要从事全球变化生态学、群落生态与生物多样性、生态遥感、生态草牧业等方面的研究。
方精云院士在碳中和视角下探讨了中国陆地生态系统的碳汇，并展望了未来的研究方向。
一、碳排放碳中和内涵
碳中和是指化石燃料使用及土地利用变化导致的碳排放量与陆地和海洋吸收（即碳汇）及其他技术方式固存的碳量之间达到平衡，即CO2净排放为零。从生态学的角度，实现碳中和有四个核心因素：一是减排和增汇是实现碳中和的两个决定因素。二是节约能源、调整能源结构、提高能源利用效率以及发展低碳和清洁能源是减排的核心。三是生态建设、管理和保护是增汇的核心。四是碳捕获、利用与封存技术（CCUS）只起辅助作用。基于此，碳中和通式如下：碳中和=人为碳排放 -（海陆碳汇+CCUS）= 0。式中，人为碳排放包括化石燃料使用排放和土地利用排放。中国碳中和方程稍有不同。由于中国在估算陆地碳汇时已包含土地利用碳排放，所以土地利用排放为0；同时，考虑到海洋是全球公共资源，各国应平等获取海洋碳汇资源，故中国的碳中和平衡方程式为：化石燃料排放量≈陆地碳汇+全球海洋碳汇×14/75+CCUS。
从全球尺度看，2010至2019年，人为碳排放中的86%来自化石能源，约为9.4Pg C/a，其余14%来自土地利用，约为1.6Pg C/a。大气存储和海陆吸收是碳吸收的主要途径，其中大气年均吸收5.1Pg C，约占46%，陆地年均吸收3.4Pg C，约占31%，海洋年均吸收2.5Pg C，约占23%（1Pg C=3.667Pg CO2=10亿吨碳=36.67亿吨CO2）。
二、中国陆地碳汇估算
过去20年间，中国学者基于森林清查资料、地面观测与统计模型以及过程模型与大气反演等多种手段，评估了中国陆地生态系统碳汇大小。
基于森林清查资料
方精云等2001年在Science上发表论文，首次阐明了过去半个世纪中国森林植被是一个重要碳汇，1970s至1998年间，平均碳汇强度为0.021Pg C/a。
基于地面观测与统计模型
1981至2000年，中国陆地植被碳汇强度为0.096-0.106Pg C/a，抵消了同期中国化石燃料碳排放量的14-16%；如考虑土壤，则总碳汇为0.14-0.18Pg C/a，可抵消化石碳排放的21-27%。
基于地面观测、过程模型与大气反演
Piao等（2009）基于地面观测及尺度转换、碳过程模型模拟和大气反演三种方法，估算得到1981至2000年中国陆地生态系统的固碳能力为0.173-0.228Pg C/a，可抵消同时期中国化石燃料碳排放的28-37%。该值与全球陆地生态系统碳汇占人为排放量的比值相持平。如图1所示，与欧美相比，中国陆地生态系统的碳汇能力小于美国，但与欧洲接近。
图1 中国、欧洲和美国陆地生态系统碳汇能力
资料来源：Piao et al., 2009
基于大规模地面调查
基于中科院碳专项的大规模调查资料，方精云及其团队对中国陆地生态系统碳储量进行了全面清查和系统研究。研究发现，2001至2010年，中国陆地年均碳汇为0.201Pg C，与已有研究数值相当，但抵消同期化石燃料碳排放的比例有所减小，为14.1%。如图2所示，森林生态系统是碳汇主体，贡献了约80%的碳汇，农田和灌丛生态系统各占总碳汇的12%和8%，而草地生态系统则基本处于碳中性或弱碳源状态。
图2 不同类型陆地生态系统碳汇能力
资料来源：Fang et al., 2018
基于大气Co2监测及大气反演模型
最近，Wang et al. (2020)基于CO2监测和大气反演模型对中国陆地生态系统碳汇进行了评估。如图3所示，2010至2016年，中国陆地生态系统年碳汇为1.11±3.8Pg C，相当于同期化石燃料碳排放的45%。然而，该值是偏大的。11亿吨碳相当于全球陆地总碳汇的三分之一，而中国陆地面积仅占全球的6~7%,且一半以上土地处于干旱和半干旱地区。若将11亿吨碳平分到陆地植被中，所得值高于植被初级生产力，而实际上碳汇只是植被生产力中非常小的部分，仅5%-10%，所以研究结论与实际并不符。但值得肯定的是，该研究提供了一种方法，即如何利用大气监控和大气反演模型对陆地碳汇进行评估。
最近，我们基于地面观测数据和经验模型，对我国不同陆地生态系统的碳汇进行了估算，发现：2020年，中国陆地生态系统碳汇的估算值为0.292Pg C/a，其中森林为0.212Pg C/a，灌丛为0.03Pg C/a，草地和荒漠为0.007Pg C/a，农田为0.034PgC/a，湿地为0.009Pg C/a。
总的来说，不同时期、不同方法估算的碳汇结果差异巨大，比较可信的范围为0.12-0.30Pg C/a（4.4-11.0亿吨CO2/a）。因此，减小估算误差是今后的重点任务。
与此同时，方精云教授参与组织和领导的一个国际研究小组还对全球森林生态系统碳源汇进行了综合评估（图4）。研究发现，全球森林总碳汇为4Pg C/a，相当于全球化石燃料排放的一半。热带森林是近中性碳汇，这一结论改变了“热带森林是碳源”的传统观点。
图4 全球不同地区不同时期森林碳汇能力
资料来源：Pan et al., 2011
此外，方精云教授还承担了中国科学院咨询项目，全面系统地评估了中国及全球碳排放，为中国后续气候变化政策的制定奠定了一些基础。基于已有研究成果，他们最近出版了《中国及全球碳排放》一书，此书是一部比较完整反映中国和全球碳排放和碳收支的报告。
三、关键问题与研究内容
目前，陆地生态系统碳汇估算和预测还存在如下问题：首先，几乎所有的生态系统类型以及现在和未来的土壤碳储量变化不清楚。其次，生物量碳汇及其对未来气候变化的响应机制不明晰。再其次，土壤碳排放如何变化？土壤呼吸如何响应未来气候变化？此外，地表有机碳如何在不同生态系统中实现再分配？最后，各类介质对碳的物理与化学吸附作用如何？
从生态系统碳汇的角度来说，将来的科学问题是研究碳汇现状、未来潜力、机制及增强途径。具体而言，研究内容包括以下四个方面：第一，功能属性和多样性对碳循环的调控机制。第二，植被结构及环境变化对碳汇的作用机制。第三，微生物对碳循环关键过程的驱动机制。第四，基于生态系统管理的增汇技术途径。
四、小结
首先，中国陆地生态系统是显著碳汇，但存在巨大不确定性，最大可能的估算值为0.12-0.30PgC/a。其次，减排和增汇是实现碳中和目标的两个决定因素，且增汇的核心是生态建设、管理和保护。最后，未来的研究要加强对碳汇及其潜力的精准估算和预测，加强对增汇技术和实现途径的研究。
整理者：
徐青文，北京大学-林肯研究院城市发展与土地政策研究中心2020级硕士生。
