方精云院士组织PNAS专题系列论文,系统报道我国碳循环研究成果

2018-04-18 来源:院科研办公室
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以全球变暖为主要特征的全球气候变化是当前人类生存和发展所面临的严峻挑战,受到世界各国的高度关注。人类使用煤、石油、天然气等化石燃料所导致的CO2等温室气体排放被认为是引起全球变暖的主要原因。因此,节能减排不仅是治理环境污染的需要,也是应对全球温暖化的重要举措。

陆地生态系统通过植被的光合作用吸收大气中的大量CO2,被认为是最经济可行和环境友好的减缓大气CO2浓度升高的重要途径。因此,如何提高陆地生态系统碳储量和固碳能力,不仅是全球变化研究的前沿领域,也是国际社会广泛关注的焦点和重大民生问题。

最近,北京大学城市与环境学院、北京大学生态研究中心方精云院士组织并带领科研人员,在我国陆地生态系统碳循环研究方面取得系统性突破,在国际著名学术期刊-美国科学院院刊(PNAS)上,以“Climate change, policy, and carbon sequestration in China”为专题(special feature),系列发表了7篇论文,全面、系统地报道了中国陆地生态系统结构和功能特征及其气候变化和人类活动的影响,量化了中国陆地生态系统固碳能力的强度和空间分布,阐明了生物多样性和大尺度养分条件对生态系统生产力的影响。在这7篇论文当中,其中4篇为北京大学作为第一作者或通讯作者单位的论文。

2011-2015年,方精云院士在担任中科院植物所所长期间,主持承担了中国科学院战略性先导科技专项——“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”专项中关于中国生态系统固碳潜力的研究项目。全国近30研究院所和高校的350多名科研人员参与了该项目。科研人员按照统一的实验设计和调查方法,系统调查了中国陆地生态系统(森林、草地、灌丛、农田)碳储量及其分布,调查样方17000多个、采集各类数据20万个,是当今世界范围最大的野外调查项目,为研究中国植被生产力、碳收支以及生物多样性的宏观格局提供了大量野外实测数据,也为我国国土资源规划、保护与利用,以及生态文明建设提供了重要的本底资料。

自2015年6月起,方精云院士带领科研人员创新科研模式、打破课题间壁垒、实施数据完全共享,在凝练出重大科学问题的基础上,对所有采集数据,实施统一整理与分析、统一数据质量监控,从多个侧面,系统深入地分析了中国陆地生态系统碳源汇特征、驱动因素以及相应的生态系统功能,取得了一系列原创性成果。

这7篇系列性研究论文的代表性成果有:(1)中国陆地生态系统在过去几十年一直扮演着重要的碳汇角色。例如,在2001-2010年期间整个陆地生态系统年均固碳约2亿吨碳单位,相当于抵消了同期中国化石燃料碳排放量的14.1%;(2)人类活动以及局部的气候变化显著提高了中国陆地生态系统的固碳能力;(3)我国的重大生态工程(如天然林保护工程、退耕还林工程、退耕还草工程、长江和珠江防护林工程)和秸秆还田农田管理措施的实施,对中国陆地生态系统碳吸收做出了重要贡献,分别贡献了全国总碳汇的36.8%和9.9%;(4)首次从国家尺度验证了生态系统生产力与植物养分之间的定量关系,解释了植被生产力形成的化学计量机制;(5)在国家尺度,首次证实了在自然生态系统中,生物多样性不仅提高生产力,而且增加土壤碳储量,起到了增汇的作用。

《美国科学院院刊》(PNAS)是国际权威的学术刊物,在资源和生态环境领域,其影响力与英国的《自然》(Nature)和美国的《科学》(Science)齐名,有缩写“NSP”一说。在这个刊物上以专题形式,系统地、集中地发表系列研究成果,在中国是首次,在亚洲也是首次,在国际上也十分少见。该系列成果的发表将大大提升我国科学家在碳循环及全球变化领域的国际地位,体现了我国科学家在该领域的研究从国际跟跑、并行到领跑的跨越。

该项研究成果的发表不仅为验证和发展相关的生态学基本理论、评估生态系统对未来环境变化的响应提供了基本数据,也为今后中国应对气候变化的国际谈判和国土资源的保护利用提供了重要科学支撑,对正在经历与中国类似的经济和社会变革的其他国家也将提供有益的经验和启示。

图1 PNAS第115卷第16期(http://www.pnas.org/content/115/16)。封面标题为“中国的碳固存”(Carbon sequestration in China)


图2 本专辑的研究思路和基本原理。该图显示植被结构、气候变化和人类活动如何影响碳固存和生物生产力等生态系统功能特征。同时,生物物理过程和政府政策通过影响植被结构和气候变化等而与生态系统功能特征发生作用。


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