中国湿地温室气体清单编制研究进展

湿地是重要的土地利用类型之一,在陆地生态系统碳循环中起重要作用。在缔约国向《联合国气候变化框架公约》提交的温室气体国家清单报告中,湿地作为“农业、林业及其他土地利用(AFOLU)”的一部分,因其不确定性较高而备受关注。自2006年以来,IPCC先后发布了《2006 IPCC国家温室气体清单指南》、《2013 IPCC 2006国家温室气体清单指南的增补：湿地》和《IPCC 2006年国家温室气体清单指南2019精细化》,为缔约国提供了清单编制的参考方法学。然而,IPCC指南中对湿地的定义和分类与中国现行的土地利用类型和并不统一,其提供的缺省参数对中国的研究亦未充分整合。因此,亟需在IPCC框架下开发适合中国的湿地温室气体清单方法学及参数库,以降低清单编制的不确定性。综述了IPCC湿地清单编制的方法学与中国湿地清单的研究进展,主要包括(1)比较了IPCC三部指南中的湿地清单的方法学,梳理了后两部对《2006 IPCC国家温室气体清单指南》在湿地类型、评估方法和缺省参数的更新内容;(2)比较了中国湿地清单编制与其他湿地温室气体研究结果的差异并探讨原因;(3)梳理了IPCC三部清单指南中湿地...     

城市温室气体排放清单编制研究进展

温室气体排放清单是目前最常用的城市碳排放核算方法,有助于在大尺度上了解城市不同行业或部门的温室气体排放情况.然而,中国城市温室气体清单研究刚刚起步,研究成果还不多,尚缺乏系统、规范的城市温室气体研究方法和指标体系.概述了城市温室气体排放清单的主要参考编制方法,介绍了国内外城市温室气体清单的编制情况,对目前城市温室气体清单编制的特点进行了分析,总结了城市温室气体清单与国家温室气体清单在关键排放源、编制模式、方法体系等方面的差异;在此基础上结合我国城市实际,对适合中国城市的温室气体清单编制方法进行了探索,并针对清单编制过程中存在的具体问题提出了建议;最后对未来城市温室气体清单的发展趋势进行了展望,以期为中国温室气体清单编制及研究提供借鉴.     

产业园区温室气体排放清单

温室气体排放所导致的全球气候变化是国际社会长期关注的热点问题,它严重限制了人类社会的发展并威胁着人类的生存。产业园区通常集中了一个区域主要的生产要素与生产能力,也代表着特定产业在该区域的发展水平,理应作为发展低碳经济的基础单元和减少温室气体排放的重要控制点,也可以成为解决区域资源、环境问题的突破口。明确了产业园区温室气体排放的系统边界和内部结构,梳理了产业园区全生命周期温室气体排放行为,综合考虑产业园区能源消耗、工业生产、物质材料消耗、仪器设备投入、废弃物处理处置、景观绿化等过程,建立产业园区温室气体排放核算方法,并对案例园区进行了清单分析。结果表明:案例园区整个生命周期的温室气体排放量为1872177 t CO2-eq,其中运行管理阶段占全生命周期排放的比例最高,为95.35%。建设阶段的温室气体排放总量中建筑材料消耗引起的排放占到96.95%,主要集中在建筑工程、内部装修工程和外部装饰工程3个环节。运行管理阶段电力消耗、热力消耗和污水处理过程的排放量占到总量的98.69%。根据核算及分析结果提出了案例园区在建设和运行管理阶段实现温室气体减排的建议。     

杉木人工林生物量及其分配的动态变化

根据5个年龄(6、16、23、32和50年生)共15块1000 m2样地的调查资料,利用15株不同年龄和径阶的杉木样木数据,建立以胸径(D)为单变量的生物量回归方程.采用样木回归分析法(乔木层)和样方收获法(灌木层、草本层、地上凋落物)获取不同林龄杉木人工林的生物量,并分析了其组成、分配特征及不同林龄生物量的变化趋势.结果表明:林分总生物量除16 ～23年生因间伐略有下降外均随林龄而增加,6、16、23、32和50年生杉木人工林生物量分别为62.73、172.51、141.65、192.30、247.32 Mg·hm-2,其中活体植物占95.76％ ～98.39％;层次分配方面乔木层占绝对优势,为89.77％ ～96.55％,其随林龄的变化与总生物量一致,其次为地上凋落物,占1.61％ ～4.24％,灌木层和草本层生物量较小,分别占0.01％ ～4.26％和0.27％ ～4.07％,分别以6和23年生最大;乔木层器官分配以干所占比例最高,占54.89％ ～75.97％,根占11.91％ ～ 12.66％,均随林龄而增加,枝、叶分别占11.86％～15.19％和4.80％～13.17％,均随林龄而下降;灌木层器官分配除50年生杉木人工林枝相对生物量小于叶,23和50年生杉木人工林根相对生物量大干枝外,其大小顺序为枝＞根＞叶;草本层分配以6和23年生杉木人工林地上相对生物量最大,其他林龄相反;杉木人工林乔木层各器官、各层次及总生物量具有良好的优化增长模型,其32年生人工林总生物量与其他森林类型相比,处于中上等,是一个光合效率高、固碳潜力大的速生丰产优良造林树种.     

温室作物生物量积累率二阶差分模型

为了研究温室作物生物量积累的变化过程,本文构建了一类二阶差分模型,该模型具有有界性、单调性与全局渐近稳定性.对实验数据的模拟表明,该模型能很好解释温室黄瓜生物量轨迹运动趋势与干重积累率增长特性,比原有的生长模型拟合效果好.     

利用线性混合效应模型模拟杉木人工林枝条生物量

基于福建省将乐林场45株人工杉木解析木的572组枝条生物量数据,采用线性混合效应模型方法,建立杉木人工林枝条总生物量和枝、叶生物量的预测模型,并利用独立样本数据对模型进行检验.结果表明： 线性混合效应模型比传统多元线性回归模型的拟合精度高.不同随机效应参数的组合,其混合模型的精度不同.考虑异方差结构的混合模型能够消除数据间的异方差性,其精度更高,其中,对于枝条总生物量和叶生物量模型,以指数函数作为异方差结构时的模型精度最高;对于枝生物量模型,以常数加幂函数作为异方差结构时的模型精度最高.模型检验结果表明：对于杉木人工林枝条生物量预测模型,考虑随机效应和异方差结构的线性混合模型的检验精度比传统多元线性回归模型的精度有明显提高.     

基于DNDC模型模拟气候变化影响下的中国水稻田温室气体排放

当前国内外开展了很多农业温室气体对气候变化的响应研究,但气候变化对农业温室排放的影响机制研究还很少见.本文利用国际上广泛应用的生物地球化学过程模型——DNDC模型,模拟了中国过去40年(1971—2010年)气候变化对水稻田温室气体排放的影响.结果表明:与1971—1990年相比,1991—2010年的全国稻季平均气温上升了0.49℃,稻季平均降雨上升了11 mm;由于稻季气候变化导致全国水稻田1991—2010年的平均CH4排放量上升了0.25 kg C·hm-2,平均N2O排放量上升了0.25 kg N·hm-2.表明温度升高会促进CH4排放,降雨量增加会促进N2O排放,气候变化影响了水稻温室气体排放机制.     

基于经验模型和机理模型的杉木人工林生物量估测对比研究

为了揭示间伐干扰下杉木人工林生物量的变化规律,研究利用江西省吉水县石阳林场的36块杉木人工林样地的实测数据和研究区气候数据,通过基于经验的引入地位指数(SI)的生物量生长方程组和基于机理的3-PG模型,模拟并预估林分生物量,分析在间伐和非间伐的情况下,不同立地的林分其生物量0-50a的变化。结果表明:(1)构建了生物量生长方程组,并在参数a、b、c中引入地位指数SI,发现改进后的模型对于基础模型拟合精度更高,且对数似然比检验表明,改进效果显著(P<0.05)。(2)通过对3-PG模型预测精度验证发现,预估值和实测值之间有很高的一致性,各因子的决定系数(R²)在0.65-0.96之间,其中,胸径和树高的R²均高于0.92;各因子的平均相对误差(MRE)不超过26%。(3)通过比较经验模型和机理模型的生物量预测发现,经验模型的预测误差MRE为16.50%,机理模型为23.52%,经验模型预估精度更高。进一步对未来预测对比分析表明,机理模型预估值高于经验模型。(4)两个模型模拟的杉木人工林生物量规律一致,即随着林龄的增加,杉木人工林林分总生物量均表现出先快速增加,后逐渐平稳的趋势;并且间伐不会改变这种趋势,但间伐林分在间伐后的生物量生长速率高于无间伐林分。此外,由于SI对经验模型影响显著,改进模型拟合效果更好,更具有生态学意义。参数化后的3-PG模型模预估精度较高,能够为江西杉木人工林生长规律研究提供依据。虽然经验模型和机理模型在对研究区杉木人工林生物量的预估上均具有较好的表现,但各具特点和局限性。经验模型参数较易获得,且经验模型预测生物量、林分胸高断面积和林分平均树高的R²、MRE均优于机理模型;但模型对于建模数据内的评价效果较好,对于建模数据外的应用具有局限性,即经验模型更适合模拟生长期间的某一阶段的林分生物量。机理模型虽然需要的参数较多,但是考虑了生态学原理,弥补了经验模型的不足,可较好解释和模拟环境因子对树木生长的影响,对校正数据之外生长阶段的林分生物量预测更有优势。     

杉木林采伐迹地撂荒后植被恢复早期的生物量与养分积累

撂荒是传统杉木经营制度中的重要内容 ,其目的是通过植被的自然演替来恢复土壤肥力 ,从而实现杉木人工林的可持续经营。通过对湖南会同杉木人工林采伐迹地撂荒后 1～ 5 a内的植被生物量和养分积累的定位观测 ,重点分析撂荒后植被恢复过程中植物生长对策和植物养分积累在杉木人工林可持续经营中的作用。结果表明 :会同杉木林采伐迹地撂荒后的 1～ 4a为草本植物阶段 ,五节芒 ( Misocanthusfloridu-lus)、荩草 ( Arthraxon hispidus)、一年蓬 ( Erigeron annuus)为优势种 ,5 a后进入灌木植物阶段 ,阳性喜光树种占绝对优势 ,且植物的树高生长分化明显 ,大于 3m的树高等级中拟赤杨 ( Alniphyllum fortunei)和小果冬青 ( Ilex micrococca)占有最大的比例 ,在 2～ 3m的高度等级中枫香 ( Liquidambar formosana)、苦楝( Melia azedarach)、山苍子 ( Litsea cubeba)等植株数量最多。植被总生物量从 1 .798t/hm2 增加到 1 6.2 35 t/hm2 ,其中灌木层生物量为 1 .0 4 8～ 7.773t/hm2 ,草本植物生物量为 0 .75～ 6.92 9t/hm2 ,第 5年植被系统的年生产力为 4.1 8t/( hm2 ·a) ,接近 7a生第 2代杉木林年平均生产力。撂荒 2 a后植被系统就开始产生枯落物 ,随植被恢复时间增加死地被物生物量从 0 .892 t/hm2 增加到 2 .0     

基于生态信息诊断框架的杉木人工林生物量生态预测研究

森林生物量会直接影响森林生态系统服务的评估。如何运用景感生态学,准确预测区域尺度下森林生物量的时空演变趋势,是关乎国家重大方针政策制定和生态产业体系建设的关键性战略课题。本研究目的是构建一套生态信息诊断框架,优化趋善化模型(3PG2模型)结构,解决由于模型结构设计所导致在森林景感营造过程中生态预测的不确定性。以杉木林分布广泛的福建南靖县为研究区域,选择合适的阈值范围和空间统计分析识别出模拟生物量的不确定性区域,构建包含Geogdetector软件、遗传技术和计算机程序3个部分组成的生态信息诊断框架,使用Geogdetector软件阐明多重因素交互作用对模型模拟的影响及机理,采用遗传技术优化模型结构以提升模拟精度,运用计算机程序和3PG2模型准确预测区域尺度杉木林生物量的时空演变趋势。结果表明:林龄是导致3PG2模型生物量模拟结果不确定性的主导因素。通过景感生态学(谜码数据和趋善化模型)构建的生态信息诊断框架可以准确预测森林生物量,实现区域尺度上的可持续森林管理。     

浙江省森林生物量动态

以浙江省1976至2004年森林资源连续清查资料为数据源,采用基于生物量与蓄积之间关系的生物量转换因子连续函数法,对全省林分生物量和包括林分在内的森林生物量动态进行估计。森林生物量为包括林分、疏林、灌木林、竹林、经济林和四旁树在内的所有林木生物量之和。结果表明,浙江省1976至2004年间森林生物量从1.00828&#215;10^8Mg上升到2.44426&#215;10^8Mg;其中,林分生物量由0.5712&#215;10^8Mg上升到1.51128&#215;10^8Mg。森林生物量和林分生物量的年平均增长速度分别为5.1%和9.1%。在1999至2004年间,森林生物量和林分生物量增长速度均明显加快,分别达到8.6%和10.1%。在1976至2004年间,全省森林面积年均增长速度为1.0%,森林平均生物量从16.50Mg&#183;hm^-2上升到36.59Mg&#183;hm^-2。但是,在森林资源总量不断增加的同时,全省林分质量仍维持较低水平。2004年全省林分单位面积生物量为38.40Mg&#183;hm^-2,远低于全国平均水平（77.40Mg&#183;hm^-2）。研究还表明,利用森林资源连续清查数据和基于单株测树因子的森林生物量模型能够估计大尺度范围内的森林生物量及其动态,但亟待在统一标准下建立和完善覆盖所有树种的生物量模型。     

湖南会同林区杉木人工林呼吸量测定

对杉木人工林的CO2排放动态和杉木各木质器官呼吸量进行了测定,结果表明,杉木树干呼吸的季节变化规律为3~7月份随着树木生长和气温的升高,树干呼吸呈上升的趋势,在7月份达年呼吸速率的最大值,CO2为0.376m g/(m3.m in)。8月至12月呈逐渐递减的趋势,在1~3月份树干呼吸基本上维持在一定数值上,并且杉木树干呼吸在杆材生长时期随着年龄的增大而减小;杉木树干呼吸的日变化规律为:一天中杉木树干呼吸基本上是随着温度升高而增大,随着温度降低而减小,中午前后出现午休现象。在杉木树干呼吸日变化曲线中出现两次高峰期,一次是在12:00~16:00时,另一高峰出现在24:00。根据测出的有关参数,用积分方法推导出杉木树干、树枝和树根的年呼吸量CO2分别为9.67t/(hm2.a)、2.21 t/(hm2.a)和2.12t/(hm2.a),结合叶片呼吸速率测定,计算出杉木林年呼吸量CO2为21.523 t/(hm2.a),其中,叶片年呼吸量CO2为7.523t/(hm2.a)。并初步确定杉木树干的维持呼吸占年呼吸的39.7%。     

基于生物量因子的山西省森林生态系统服务功能评估

根据森林生态系统的特征和服务功能的内涵,采用物质量和价值量相结合的评价方法,基于生物量因子和前人研究成果,定量评价了山西省森林的生态系统服务价值。结果表明:山西省1995、2000和2005年森林生态系统服务的总价值量分别为377.24×108、428.79×108和501.12×108元,服务单价分别为2.60×104、2.72×104和2.93×104元,均呈加速增加趋势;山西省10 a间增加的森林生态系统服务价值量由栎类贡献最大(39%),油松次之(17%),云杉贡献了14%。10 a间山西省森林面积约增加了18%,生态系统服务的各种物质量和价值量却增加了33%,表明山西省森林生态系统具有极为重要的服务功能。10 a间山西省单位面积森林生态系统服务的物质量和价值量约均增加了13%;各项功能的价值量依次为涵养水源>生物多样性保护>保育土壤>固碳释氧>净化大气环境>积累营养物质。如果不考虑生物量因子,山西省森林生态系统服务的物质量和价值量将比实际值明显偏高,表明生物量因子对森林生态系统服务功能具有重要影响。     

Large‐scale bioenergy from additional harvest of forest biomass is neither sustainable nor greenhouse gas neutral

Owing to the peculiarities of forest net primary production humans would appropriate ca. 60% of the global increment of woody biomass if forest biomass were to produce 20% of current global primary energy supply. We argue that such an increase in biomass harvest would result in younger forests, lower biomass pools, depleted soil nutrient stocks and a loss of other ecosystem functions. The proposed strategy is likely to miss its main objective, i.e. to reduce greenhouse gas (GHG) emissions, because it would result in a reduction of biomass pools that may take decades to centuries to be paid back by fossil fuel substitution, if paid back at all. Eventually, depleted soil fertility will make the production unsustainable and require fertilization, which in turn increases GHG emissions due to N₂O emissions. Hence, large‐scale production of bioenergy from forest biomass is neither sustainable nor GHG neutral.     

模拟氮沉降对中亚热带杉木幼树根系生物量的影响

植物根系是全球陆地生态系统碳储量的重要组成部分,在全球生态系统碳循环中起着重要作用,日益加剧的氮沉降会影响根系生物量在空间和不同径级的分配,进而影响森林生态系统的生产力和土壤养分循环。以杉木幼树为研究对象,通过野外氮沉降模拟实验,研究氮沉降四年后对不同土层、不同径级根系生物量的影响。结果发现：（1）低氮和高氮处理总细根生物量较对照均无显著差异（P > 0.05）,高氮处理粗根生物量及总根系生物量较对照分别增加45%和40%（P < 0.05）;（2）与对照相比,施氮处理显著增加20-40 cm与40-60 cm土层细根和粗根生物量,且在低氮处理下,20-40 cm土层细根、粗根在总土层细根与粗根生物量的占比显著提高。（3）与对照相比,高氮处理显著增加了2-5 mm、5-10 mm及10-20 mm径级的根系生物量,低氮处理显著增加2-5 mm、5-10 mm径级根系生物量,且显著降低20-50 mm径级根系生物量。综上所述表明：氮沉降后杉木幼树通过增加较粗径级根系来增加对养分及水分的输送,同时通过增加深层根系生物量及其比例的策略来维持杉木幼树的快速生长;而根系生物量的增加,在一定程度上会增加根系碳源的输入,影响土壤碳循环过程。     

基于森林调查数据的长白山天然林森林生物量相容性模型

森林生物量估算是进行陆地生态系统碳循环和碳动态分析的基础,但现有估测模型存在着总量与分量不相容的问题.本文以吉林省汪清天然林区为例,提出了基于森林调查的相容性森林生物量模型设计思想,并采用联立方程组为不同森林群落构造了一系列引入林分蓄积因子的相容性生物量模型,得到的预估精度较高.其中,针叶林、阔叶林和针阔混交林群落的森林生物量模型预估精度均在95%以上,基本上解决了森林生物量模型的相容性问题.     

福建地区马尾松生物量转换和扩展因子的影响因素

基于第8次国家森林资源清查福建省331块马尾松的固定样地调查数据,利用增强回归树法(BRT)研究地上生物量转换和扩展因子(BCEF)和地下BCEF的影响因素。研究结果表明:林分特征因子和地形因子是影响地上BCEF以及地下BCEF的主导因素,二者对地上BCEF影响的相对贡献率之和为87.20%、地下BCEF为86.59%。其中,龄组和坡向分别是林分特征因子和地形因子中影响地上BCEF的最大因素(41.13%和14.52%)。地上BCEF随龄组的增大而逐渐减小;在东南坡最大、西坡最小。此外,龄组和坡向分别是林分特征因子和地形因子中影响地下BCEF的最大因素(41.54%和15.16%)。地下BCEF随龄组的增大而逐渐减增大;在东南坡最小、西坡最大。土壤因子对地上BCEF以及地下BCEF的影响都较小(12.80%和13.41%),腐殖层厚度是土壤因子中影响地上BCEF以及地下BCEF的最大因素(9.02%和9.13%)。在所有的影响因素中,龄组对地上BCEF以及地下BCEF的影响均最大,依据龄组计算相应的BCEF或者建立林龄普适的BCEF模型,可以有效地提高生物量的估算精度。     

间伐对杉木不同根序细根形态、生物量和氮含量的影响

以25年生的杉木人工林为对象,研究了间伐对杉木1～5级根的生物量、形态和氮含量的影响.结果表明: 随着根序的增加,杉木细根的生物量、直径和组织密度(RTD)显著增加,而比根长(SRL)、根长密度(RLD)和根数(RN)显著降低.间伐显著提高了1～2级根的生物量、RLD和RN,以及1级和3～5级根的RTD,而对细根的SRL和氮含量无影响;1级和3～4级根的直径显著减小;表层(0～10 cm)土壤中的2级根直径明显小于亚表层(10～20 cm)土壤,而1～3级根的RLD和1～2级根的RN和氮含量均大于亚表层土壤.
间伐和土层的相互作用仅使1～2级根的直径减小.杉木细根的变化主要与间伐后的植被生长及更新密切相关.