陸-水-氣碳收支與碳輸送是影響陸地生態(tài)系統碳平衡的關(guān)鍵因素，在地球系統碳中和過(guò)程中扮演重要作用，對揭示全球變化下陸地生態(tài)系統“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“區域陸-水-氣碳收支與碳平衡關(guān)鍵過(guò)程對地球系統碳中和的意義”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(diǎn)探討內陸水體碳收支與碳循環(huán)過(guò)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控機制，并進(jìn)一步評估中國區域陸-水-氣碳收支現狀及其湖泊固碳潛力，提出定量人類(lèi)活動(dòng)對陸-水-氣碳運移與碳交換過(guò)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(guò)程的陸-水-氣耦合過(guò)程是涉及4個(gè)成分(DIC、DOC、POC及CO2)在三個(gè)界面(水-陸界面、水-氣界面和底泥-水界面)的復雜循環(huán)過(guò)程。CO2從內陸水體轉化到大氣中，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數據庫。全球內陸水體的水-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)系統通過(guò)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

        內陸水體的碳庫主要分為永久性和活動(dòng)性碳庫，水柱和底泥表面為活動(dòng)性碳庫，這些碳在水-陸界面、水-氣界面和水-底泥界面通過(guò)無(wú)機碳庫轉化過(guò)程、有機碳庫轉化過(guò)程、無(wú)機與有機碳庫之間的轉化過(guò)程進(jìn)行碳的固定和釋放(圖2)。內陸水體生態(tài)系統固碳過(guò)程主要包括植物通過(guò)光合作用將無(wú)機碳轉化為有機碳、水體固碳及底泥固碳。無(wú)機與有機碳庫之間的轉化過(guò)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(jìn)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(guò)呼吸作用直接向大氣釋放CO2，而浮游生物、動(dòng)物通過(guò)呼吸作用釋放CO2形成水體的DIC；同時(shí)微生物對有機碳庫的降解和礦化過(guò)程也能將有機碳轉化為無(wú)機碳。

圖2內陸水體碳收支與碳循環(huán)過(guò)程

     氣候變化是河流碳輸送的重要推動(dòng)力。受河流運輸的限制，降水量大的流域有更高的碳釋放率，快速的河流運輸將導致幾倍的陸地碳輸送并干擾沿海碳收支(圖3)。預測風(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(shí)控制陸-水-氣碳循環(huán)的生物和非生物過(guò)程，對碳通量的凈效應在不同地區可以區分為有機碳和無(wú)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(huì )導致陸-水-氣界面的有機碳和無(wú)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(wú)機碳的大小變化。人類(lèi)活動(dòng)引起水平衡的改變將導致流域碳儲量及碳流動(dòng)的變化，如植被蓋度變化和灌溉作用都是調控地表蒸散發(fā)和地表溫度的重要手段。堤岸建設、城市污水排放、疏浚、航道蓄水等人類(lèi)活動(dòng)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)調控機制

       如圖4所示，整個(gè)中國區域的陸地碳匯量為(0.41±0.12)PgC a–1，而通過(guò)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致陸-水以及陸-海碳運移存在極大的不確定性，也是整個(gè)全球碳循環(huán)與碳“丟失”評估缺失監測數據的重要環(huán)節。根據碳中和戰略，預計我國將在2030年左右達到峰值，排放量為每年113億噸，意味著(zhù)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(lái)中和。因此，科學(xué)評估我國關(guān)鍵區域陸-水-氣的碳收支對于提高陸地生態(tài)系統的碳匯潛力具有重要意義。

圖4中國區域陸-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雜性和不確定性，很難區分自然或者人類(lèi)活動(dòng)如何影響陸-水-氣碳循環(huán)變化。盡管人類(lèi)活動(dòng)調控陸-水的碳通量、陸-氣及水-氣的碳交換等一系列驅動(dòng)力都已確定，但是定量分析這些人為活動(dòng)干擾對碳通量的影響卻很困難。所以了解不同人類(lèi)活動(dòng)對陸-水-氣碳運移與碳交換過(guò)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(lái)源：中國科學(xué)雜志社 

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