深度|“自然资源部自然生态系统碳汇工程技术创新中心”落户云南!助力云南生态文明建设
开屏新闻2023-11-13 22:14



2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和是我国对国际社会作出的庄严承诺,并已被纳入生态文明建设的总体布局。近日,由云南省人力资源和社会保障厅主办的“彩云英才荟”第四场院士(高端人才)沙龙暨“碳汇创新中心”大型引智项目落地活动在昆明举行。自然资源部自然生态系统碳汇工程技术创新中心(以下简称碳汇创新中心)在活动中授牌落地云南,同时在中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心(以下简称昆明中心)挂牌。

据记者了解,此前,碳汇创新中心工作已在昆明中心建设运行,2023年8月25日,实施方案顺利通过自然资源部现场审查。碳汇创新中心以昆明中心为依托单位,获批建设一年来,致力于服务“双碳”目标,聚焦自然资源碳汇调查监测和固碳增汇关键问题,深入开展全国典型地区自然资源碳汇综合调查与潜力评价地质调查工程,初步构建自然资源碳汇调查监测技术方法体系,成为自然资源部碳汇调查监测和双碳规划管理工作的重要支撑力量。

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揭牌仪式

这一年来,昆明中心是如何围绕自然资源碳汇调查监测和固碳增汇这一核心工作运行的?取得了哪些成果?为此,记者专访了昆明中心副主任兼总工程师、自然资源部自然生态系统碳汇工程技术创新中心主任张连凯研究员。他表示,碳汇创新中心紧紧围绕自然生态系统碳汇调查-监测-观测技术、评估体系和自然生态系统固碳增汇技术体系难题,加强理论研究和实践探索,开展碳汇技术研发,完善碳汇调查方法体系建设,推进碳汇技术制度化、标准化、规范化等工作,强化碳汇调查评估成果转化,推动提升我国生态系统碳汇领域技术研发的国际化水平,为云南培养和储备顶尖碳汇人才,助力云南争当生态文明建设排头兵。

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自然资源部平台办实地审查

应对气候变化:基于自然的解决方案

习近平总书记在党的二十大报告中强调,积极稳妥推进碳达峰碳中和,力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。在“双碳”治理中,碳汇和碳源是两个重要的概念。

碳汇是整个生态系统中能涵盖和吸纳二氧化碳的数量,碳源则是指碳排放的数量。自然界中,碳源主要是海洋、土壤、岩石与生物体。另外,工业生产、生活等都会产生二氧化碳等温室气体,也是主要的碳排放源。这些碳有一部分累积在大气圈中,使得温室气体浓度升高,打破了大气圈原有的热平衡,影响了全球气候。而减少碳排放和增加碳汇能力则是实现碳中和的两个重要途径。

为了实现碳中和目标,除了从根本上减少碳排放源,还需要积极增加碳吸收汇,以达到温室气体净零排放,实现碳中和目标。张连凯介绍,有数据显示,陆地和海洋吸收55%的人类排放的二氧化碳,大约45%释放的二氧化碳进入大气,55%被自然汇所消除。由此可见,增加碳吸收汇,可以借助自然的力量,通过生态修复、植树造林等方式吸收大气中的二氧化碳,还可以通过人工技术手段,进行碳捕集利用与封存,实现负排放。

党的二十大报告提出,巩固和提升生态系统碳汇能力。因为森林、草原、湿地、海洋、土壤、冻土、岩溶等这些组成生态系统的要素,所蕴含的碳汇能力是巨大的。

就国际上而言,早在上世纪70 年代,全球碳循环研究起步,主要侧重宏观政策和政府合作。具有标志性的事件是1997年12月,149个国家和地区的代表在日村签署《京都协定》,明确碳减排义务,这是一部限制各国二氧化碳排放量的国际法案,2005年2月在全球正式生效。至2022年2 月,“碳呼吁”项目形成了科学、慈善和政府间组织间的碳核算体系。

2008年,世界银行提出了基于自然的解决方案(Nature-based Solution, NbS)。1850年至2019年,陆地和海洋吸收了1430亿吨二氧化碳,占人类二氧化碳排放的59%,基于自然的解决方案能够为实现《巴黎协定》目标贡献30%左右的减排潜力。从大自然构成的主要元素森林、农业与草原、湿地来看,在保有森林方面,可以从造林、避免毁林、改进天然林经营、人工林管理、避免木质薪柴的使用、火控管理入手;就农业与草原方面看,要使用生物炭、农林复合、耕地养分管理、放牧管理改善饲料、保护耕作、保护草原等;在湿地建设中,做好滨海湿地恢复和保护、泥炭地恢复和保护等。

中国自然资源系统的碳汇潜力巨大,当前中国陆地生态系统固碳能力约为3.3~11.1亿吨/年;到2060年,大约每年有20~25亿吨需要通过生态系统吸收。中国对“双碳”的研究虽然起步较晚但发展较快,2002年出台了中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制,2010年开始典型流域岩溶碳汇调查和天然森林和草地土壤固碳功能与固碳力研究,次年又开启了对生态系统碳储量和固碳能力进行调查和观测。至2021年8月,中海油在恩平15-1油田群启动国内首个海洋地质碳汇示范工程,9月22日,出台了《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》。截止目前,中国已形成了丰富的陆地生态系统的研究资料。

国情调查:生态碳汇的调查监测

今年4月,自然资源部、国家发展改革委、财政部、国家林草局联合印发了《生态系统碳汇能力巩固提升实施方案》,其中明确了依托和拓展自然资源调查监测体系,建立生态系统碳汇监测核算体系,开展森林、草原、湿地、海洋、土壤、冻土、岩溶等碳汇本底调查和碳储量评估,实施生态保护修复碳汇成效监测评估等重点任务。

自2020年1月,自然资源部印发《自然资源调查监测体系构建总体方案》,此后几年,又印发了《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划(2021—2035年)》《自然资源调查监测标准体系(试行)》等。2022年7月,财政部、自然资源部、生态环境部召开山水林田湖草沙一体化保护和修复工程推进会。进一步阐明了碳汇理论、调查监测体系构建、碳汇标准、固碳增汇技术、碳汇交易等。

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基地


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自然资源部办公厅关于公布工程技术创新中心建设名单的通知

2020年10月28日,《自然》科学期刊刊载了一个国际团队的研究报告:中国的西南地区和东北地区的碳汇,占了中国陆地的35%左右。驻扎于云南的中国地质调查局昆明自然资源调查中心占有得天独厚的地理资源优势,自然资源部将碳汇创新中心的工作交至他们手中。

2023年,中国地质调查局提出了探索开辟碳储汇国情调查的任务和要求:服务国家重大战略要求探索开辟碳汇碳储、地表基质、地下空间、地质储能等国情调查新领域;实施拓展、全面参与水资源、地质灾害、碳储碳汇、地下空间、地质储能等国情调查;加快推进战略性矿产、地质碳汇碳储等急需领域标准研制。

今年8月25日,自然资源部自然生态系统碳汇工程技术创新中心建设运行实施方案顺利通过自然资源部现场审查。10月28日,在云南省人力与社会保障厅主办的彩云英才荟院士(高端人才)云南行的分享会上,碳汇创新中心作为大型引智项目授牌落地,同时在昆明中心挂牌,这也意味着碳汇创新中心在云南落户并开启了全新的“双碳”工作的运行。

探索:建立系统全面的碳汇调查监测体系

碳在多种自然资源要素中迁移转化的过程是怎样的,又具有怎样的规律?回答这一问题,首先要在不同碳库间建立起调查监测体系,追踪自然界中碳的“行动轨迹”。

自2022年起,张连凯兼任了碳汇创新中心主任一职,与同事们开始了探索之旅。碳汇创新中心以昆明中心为依托单位,联合云南大学、中国自然资源航空物探遥感中心和北京千予汇国际环保投资有限公司共同组建的非法人性质的技术创新实体启步开始了关于碳汇的调查监测。

同位素定量追踪技术,是追踪碳“轨迹”的一项有效技术。由昆明中心牵头实施的全国典型地区自然资源碳汇综合调查与潜力评价工程,形成了碳在不同碳库的定量示踪技术,大大提高了碳源/汇的计算精度。该项技术达到国内领先水平,目前已在长江、珠江、黄河、乌江、湘江等岩溶碳循环调查中得以应用,并申请获得专利3项,编制标准1部。

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第三届中国同位素水文学论坛

依托全国典型地区自然资源碳汇综合调查与潜力评价工程,昆明中心还探索形成了碳汇调查技术方法,主要通过建立典型样地,对植被及土壤碳储量进行实测,并结合连续观测来获取一定时期内碳储量的变化情况。基于此,以流域为单元,昆明中心联合中国地质调查局西宁自然资源综合调查中心(以下简称西宁中心)和中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心(以下简称长沙中心),在青藏高原、云贵高原和南方丘陵选择典型区,建立了基于地球关键带的林—草—水—土—岩碳循环调查方法。

为了更精准地评估碳汇的动态变化,预测未来碳汇演化趋势,昆明中心初步构建了碳汇观测网络。目前,昆明中心与西宁中心、长沙中心、海口中心(中国地质调查局海口海洋地质调查中心)共同建设了三江源高寒冻土碳汇、云贵高原石漠化生态修复区碳汇、金沙江干热河谷碳汇、南方丘陵喀斯特小流域碳汇以及三亚热区生态系统碳汇五个观测站点。这些观测站点将为碳汇的精确评估提供长时间序列的连续观测数据。

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水样采集

之后,昆明中心还将联合碳汇创新中心共建单位通过卫星遥感解译、无人机快速监测与数据采集和地面调查,形成不同尺度空—天—地碳汇立体观测技术,提高遥感卫星的解译精度和地面调查效率。

“要统筹考虑不同类型区生态地质环境条件和自然资源禀赋,研发相关固碳增汇技术,大力提升生态修复价值和碳汇功能。”张连凯介绍,除了调查和评估碳汇外,基于资源禀赋,还要研发固碳增汇技术。因为自然资源禀赋的多样化,不同区域固碳增汇技术适用性存在差异。碳汇创新中心主要围绕西南红土区干热河谷和石漠化等脆弱生态区,在自然资源综合调查分析基础上,开发基于碳汇能力巩固提升的生态修复技术,探索典型脆弱生态区“生态修复+固碳增汇”模式。

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现场调研

依托全国典型地区自然资源碳汇综合调查与潜力评价工程,昆明中心目前初步探索形成了基于自然的固碳增汇技术方案。如:在云南省西双版纳傣族自治州大渡岗乡茶园,开展不同铁氧化物对土壤有机碳积累的影响研究,研发了不同类型的铁氧化物对土壤固碳增汇的技术,可通过土壤干湿交替,促进纳米级磁铁矿沉淀,从而提升土壤碳汇;选择青海“三江源”地区和西藏“一江两河”地区的人工草地进行固碳能力评估,发掘人工草地固碳增汇潜力,集成人工草地固碳增汇技术,通过混播、增加草地的物种多样性和根冠比,可使20年左右的人工草地相对黑土滩增加碳汇10%~20%;在洞庭湖湿地开展自然淡水湿地固碳增汇方法研究,通过植被恢复育种、微生物固碳、人工湿地营造,提高湿地固碳效率20%。

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新型肥料标识牌

在我国西南广袤的岩溶石漠化区,碳酸盐岩溶解,可以产生显著的碳汇效应。基于石漠化生态修复的固碳增汇技术,昆明中心通过国家自然科学基金、地调项目等的实施研发,通过石漠化区牧草种植、人工造林地、土壤改良、坡改梯等,实现了碳汇量增加。目前研发团队在云贵高原进行的耐旱耐瘠薄植物材料的筛选与快繁技术、林草土水的资源优化配置技术,建成了云南建水生态修复碳汇示范区,总面积达5000多亩,形成标准规范3部、专利产品5项。

分享:把论文写在大地上

一年多,昆明中心联合相关科研单位和兄弟单位在工作中取得了一定进展,获得了相应成果。就在10月28日碳汇创新中心挂牌当天,来自全国各地和兄弟单位的专家们齐聚昆明中心,参观了昆明中心并分享了各自在碳汇方面的研究和实践。

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专家聘任仪式

张连凯在分享会上分享了如何开展自然资源碳汇调查,并就创新中心一年来开展的工作进行了介绍。他说,通过开展的主要工作与进展,他们系统查明了四个大区的生态系统碳储量的时空分布规律,为区域碳汇评估提供基础数据。例如,利用实地调查数据,在云贵高原、南方丘陵、青藏高原收集了7950个样地数据,占全国43%的土地碳储量占62%,高于全国其他地区2~6倍。区域森林面积和生物量的增长,主要得益于大规模生态修复保护工程的实施,提高了碳汇能力。森林生态系统地上碳密度大于地下碳密度,草地生态系统地下大于地上森林生态系统横断山脉地上所占比例最大等等。

国土资源部高层次杰出科技创新人才、中国地质科学院岩溶地质研究所研究员、博士生导师曹建华围绕“岩溶碳汇作为自然生态系统碳汇的3个问题”,分享了什么是岩溶碳汇,它的原理何在,其与自然生态系统的什么联系。岩溶碳汇是指通过岩溶碳循环产生的碳汇效应。岩溶碳循环是指以碳酸盐岩风化溶解为驱动力,将大气或土壤CO2转移到地下、地表水系统中,主要以无机碳(HCO3-)形式存在,且在物理、化学和生物作用下发生碳形态迁移转化的过程。

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 专家分享(记者   周明佳  摄 )

曹建华说,有资料数据显示,地球演化过程中,古老地球大气中的二氧化碳绝大部分都以碳酸盐岩的方式储存在岩石圈中。碳酸盐岩属于沉积岩,形成于海洋,其沉积环境需要5个基本条件:浅海、见光、温暖、清洁和生物活跃,因此,碳酸盐岩蕴藏着地球环境演化的信息。碳酸盐岩是海洋生物化学产物,并随地球生物圈的发展而不断累积,其形成的量与地球生物圈的演化关系密切。

碳酸盐岩的风化溶解会像植物光合作用一样,对大气圈产生碳汇效应。碳酸盐岩是可溶岩,是一类在雨水作用下能发生快速溶解的岩石,其风化溶解速率是花岗岩的几十倍至上百倍,在此过程中,大气圈的二氧化碳不断移出,主要以碳酸氢根离子(HCO3-)的形式进入到水圈中,这对大气圈而言就起到了碳汇的效果。在现代地球表层系统中,碳酸盐岩是地球表层系统中最大的碳库,赋存在碳酸盐岩中的碳含量是海洋的1562倍、陆地植被的3×104倍。由此可以看出,碳酸盐岩不仅是过去地球大气高浓度二氧化碳的归属,其快速风化溶解过程对现代地球大气二氧化碳的调控也起到了一定的作用。

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自然生态系统交流座谈会(记者  周明佳 摄 )

 “‘碳中和’就是人类活动中直接或间接排放的二氧化碳,被人为努力通过植树造林、节能减排等形式以及自然过程(即吸收)完全抵消。岩溶默默地参与地球碳循环,参加到‘碳中和’中。”曹建华说,岩溶地质碳汇效应如森林碳汇一样,通过人为努力(人工造林、土壤改良、外源水灌溉等)将更多的大气二氧化碳转移到水圈中去,在水库、湖泊、河流、乃至海洋中储存。另外,保护和修复南方54万平方千米裸露岩溶区的生态环境,不仅是国家石漠化治理的需求,也是国家碳中和的需求。

由于化石燃料燃烧和人类活动,自19世纪80年代, 全球大气二氧化碳浓度增加了约23%,全球平均地表温度自19世纪50年代至今大约上升1.09℃。陆地生态系统在全球碳循环中扮演重要角色,植被通过光合与呼吸作用,起到调节全球气候和减少大气二氧化碳浓度的作用。植被的生产力值得关注。北京师范大学地理科学学部遥感科学与工程研究院教授、博士生导师孙睿围绕他对“植被生产力遥感估算”这一课题的研究,阐述了准确估算植被生产力,在区域及全球生态环境监测、碳收支(碳汇)估算、全球变化研究中具有重要意义。由于不同学者、不同模型及方法估算的全球植被生产力差异较大,很有必要进一步改进模型,结合遥感数据进行植被生产力估算。最后他阐述了植被生产力的估算方法。

随后,北京林业大学教授、博士生导师周金星就“扎根中国大地、服务国土生态安全”进行了精彩分享。中国地质调查局西宁、昆明、长沙中心以及青岛海洋地质研究所、地质科学院水文地质环境地质研究所的专家就各自工作领域的碳汇情况也进行了分享。

正如分享会中一位专家说:“我们要把论文写在大地上”。张连凯表示,下一步,昆明中心将着力建设好碳汇创新中心平台,对现有技术进行深入研究、优化完善,进行成果转移转化和示范推广,实现技术的市场化应用。

开屏新闻记者  邓建华  通讯员  肖永华  图为供图  视频  记者  杜帆

一审  杨茜

责任编辑  胡巍

责任校对  吴龙贵

主编  杨茜

终审  编委  李荣


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