我國地質(zhì)碳匯潛力研究項目取得新進展

　　節(jié)能：中國地質(zhì)碳匯潛力研究由中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所蔣忠誠研究員主持完成，項目編號為12120110871。該項目以評估對全球氣候變化的影響為目標(biāo)，研究巖溶、土壤和礦物等的地質(zhì)作用下的碳匯機制，構(gòu)建地質(zhì)碳匯評價模型，調(diào)查、評價我國地質(zhì)碳匯潛力。發(fā)揮我國巖溶、土壤和礦物的地質(zhì)碳匯調(diào)查研究的地域優(yōu)勢，形成系列國際領(lǐng)先水平創(chuàng)新成果，培育地質(zhì)碳匯調(diào)查研究水平專業(yè)隊伍，提高我國地質(zhì)碳匯的研究水平及在應(yīng)對全球氣候變化研究中的學(xué)術(shù)地位。建立我國地質(zhì)碳匯監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和評價信息平臺，加強我國全球變化研究的基地建設(shè)和信息平臺建設(shè)。同時發(fā)掘地質(zhì)過程增匯技術(shù)方法，為國家實施碳減排提供新途徑。

　　主要成果

　　1．地質(zhì)碳匯調(diào)查取得了新的科技認(rèn)識和發(fā)現(xiàn)

　　通過開展我國典型地區(qū)的巖溶碳匯、土壤碳匯和礦物碳匯調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了地質(zhì)碳匯被水生生物大量吸收，促進了生態(tài)系統(tǒng)碳匯；地質(zhì)碳匯過程并不局限于碳酸鹽巖巖溶地區(qū)，而是整個流域全覆蓋，因巖性不同存在量上差異；巖溶區(qū)石灰土剖面中CO2濃度普遍出現(xiàn)雙向梯度，且石灰土土壤有機碳比酸性土穩(wěn)定；土地覆蓋和土地利用方式對地質(zhì)碳匯具有顯著影響，地質(zhì)碳匯是人為可以干預(yù)的；玄武巖風(fēng)化形成碳匯的速度與碳酸鹽巖巖溶速度相當(dāng)；我國富鎂的尾礦與礦山環(huán)境中微生物種類豐富，有利于實施二氧化碳封存。

　　2．地質(zhì)碳匯監(jiān)測表明，地質(zhì)碳匯過程對環(huán)境變化敏感，并存在促進碳匯穩(wěn)定性的機制

　　通過監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)不同類型巖溶水系統(tǒng)的碳循環(huán)及碳水鈣反應(yīng)過程均非常迅速，而且該過程對環(huán)境變化非常敏感。土壤CO2呼吸具有日和季節(jié)變化規(guī)律，但不同土地利用方式的土壤呼吸速率和強度存在明顯差異，耕地和休耕地的土壤呼吸峰值強度大于自然荒地，自然荒地的碳穩(wěn)定性更大。監(jiān)測還表明，地質(zhì)碳匯除了以溶解無機碳形式被帶入海洋外，還有相當(dāng)部分的量通過生物作用被固定在水體、植物和土壤等陸地生態(tài)系統(tǒng)中。

　　3．對我國地質(zhì)碳匯通量進行了重新估算

　　利用我國主要河流中硅酸鹽和碳酸鹽礦物風(fēng)化所形成的陽離子組分，結(jié)合流域面積和流量數(shù)據(jù)來計算硅酸鹽和碳酸鹽風(fēng)化所消耗的大氣CO2，我國大陸地區(qū)無機地質(zhì)碳匯總量為31.7百萬噸碳。

　　4．探索了水生植物體光合作用固碳過程和碳匯強度

　　結(jié)果表明，水生植物體光合作用可為碳儲作貢獻，是一種潛在的碳減排途徑。通過一些巖溶湖泊和水庫取得的調(diào)查研究資料，初步計算了水生植物利用重碳酸氫根固定的碳匯。以草海為例，沉水植物、挺水植物和浮水植物均具有固定重碳酸氫根的能力，以沉水植物固碳能力最強。

　　5．揭示了我國東部農(nóng)耕區(qū)的土壤有機碳密度的變化及差異

　　21世紀(jì)初與上世紀(jì)80年代之間土壤有機碳密度變化對比表明，東北平原區(qū)表現(xiàn)為土壤碳源，而華東地區(qū)起到了土壤碳匯作用。中國東部147.47萬km2農(nóng)耕區(qū)1米深度范圍內(nèi)土壤平均碳密度為9.94kg/m2，但不同地區(qū)土壤有機碳密度差異較大，其中，以成都盆地土壤有機碳密度最大（14kg/m2），西北地區(qū)最低（一般低于2kg/m2），此外，華北農(nóng)田區(qū)土壤平均碳密度也較低，土壤碳匯潛力很大。

　　6．圈定了典型省份土壤碳匯源區(qū)

　　根據(jù)第二次土壤普查資料和多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查資料，完成吉林、海南、河北三省土壤碳匯源區(qū)的圈定。三省結(jié)果顯示，從上世紀(jì)80年代到本實際初，農(nóng)耕區(qū)土壤表層海南、吉林為碳源區(qū)，河北為碳匯區(qū)。其中吉林省碳源區(qū)占主體，河北省碳匯區(qū)占主體，海南省碳源區(qū)略大于碳匯區(qū)。

　　7．探索了基性和超基性巖礦物尾礦固碳潛力及條件

　　通過對蛇紋石、石棉、銅鎳硫化物、超貧釩鈦磁鐵礦等超基性巖礦的尾礦實地調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)我國基性、超基性巖礦產(chǎn)資源開發(fā)利用產(chǎn)生的尾礦量巨大。針對超基性巖尾礦開展了微生物淋濾實驗。通過氧化亞鐵硫桿菌與蛇紋石作用實驗，發(fā)現(xiàn)在氧化亞鐵硫桿菌與單質(zhì)硫的存在下，蛇紋石的溶解作用十分明顯，有利于硫化物尾礦與超基性巖尾礦共存礦區(qū)的CO2封存。在富鎂的尾礦與礦山環(huán)境中發(fā)現(xiàn)一種能在高Mg、Ni環(huán)境下生存的真菌，其能顯著加快超基性巖尾礦固碳，為開展低成本、工業(yè)化超基性巖尾礦固碳提供了條件。

　　8．揭示生態(tài)環(huán)境和土地利用方式因素對地質(zhì)碳匯的影響

　　打狗河?xùn)|西兩岸地下河流域的土地覆蓋條件及巖溶碳匯分析表明，生態(tài)恢復(fù)和土地利用方式的改善對促進巖溶碳匯具有重要作用。植被和土壤覆蓋好的流域，其地下河的巖溶碳匯比石漠化流域的地下河高十倍以上。原始林地土下巖溶作用碳匯量是次生林地的3倍、灌叢的9倍、耕地的15倍。

　　9．發(fā)現(xiàn)了西南石漠化治理工程具有巨大的增匯潛力

　　初步估算，“十一五”期間西南石漠化治理工程增加的巖溶碳匯量約1000萬噸，相當(dāng)于該區(qū)植樹造林生物碳匯的25%。如果進一步研發(fā)利用廣泛存在于巖溶區(qū)植物、土壤和水環(huán)境中的碳酸酐酶生物技術(shù)，還可加速巖溶作用及生物固碳作用，增匯效果還可提高1個數(shù)量級，因此，我國西南巖溶地區(qū)石漠化治理的碳匯潛力巨大。

　　10．提出了我國地質(zhì)過程固碳增匯的對策和措施

　　地質(zhì)碳匯潛力大、成本低，應(yīng)當(dāng)列入國家增匯政策和行動中。具體提出了七個方面的地質(zhì)碳匯增匯措施：因地制宜治理石漠化，大幅度提高巖溶碳匯；人工干預(yù)水生生態(tài)系統(tǒng)，增強水生生物的固碳效應(yīng)；加強濕潤地區(qū)水土保持，防止土壤有機碳遷移；調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、提高農(nóng)業(yè)耕作水平，增加農(nóng)田土壤碳匯；實施石灰土的土壤改良工程，促進巖溶土壤有機碳的固定；加強礦物尾礦固碳試驗，開辟大氣二氧化碳地質(zhì)封存新途徑；開發(fā)利用碳酸酐酶生物技術(shù)，顯著提高地質(zhì)碳匯效果。

　　研究意義

　　近年來，科學(xué)界建立了現(xiàn)代地球系統(tǒng)碳循環(huán)平衡模型，主要針對工業(yè)革命以來人類活動不斷增加大氣CO2濃度，全球變暖而建立的。根據(jù)地球各碳庫之間的源匯的估算，源值大于匯值，存在一個遺漏匯，即“未知匯”，該遺漏匯從1985年的1.7PgC/yr，增加到2005年的2.5PgC/yr。目前，對如此大的“遺漏匯”，多數(shù)人認(rèn)為是估算的可靠性問題，沒有考慮地質(zhì)碳匯。該項目研究表明，生物作用參與下的地質(zhì)碳匯過程主要是短時間尺度過程，能及時響應(yīng)氣候、降雨、植被的變化，而且碳匯量和潛力大，是“未知匯”的重要部分，這是科學(xué)研究的新發(fā)現(xiàn)。

　　我國具有巖溶面積遼闊（占全球巖溶面積的1/6）、土壤類型多樣、礦物利用潛力大的地質(zhì)優(yōu)勢，自然地質(zhì)過程產(chǎn)生的碳匯就很可觀，并隨著大氣二氧化碳濃度的升高，地質(zhì)碳匯明顯增加。更加重要的是，不同植被覆蓋和土地利用方式下巖溶碳匯和土壤碳匯效應(yīng)差別很大，石漠化治理、生態(tài)建設(shè)、濕地建設(shè)、農(nóng)田管理、土壤改良和水土保持等措施都可使區(qū)域地質(zhì)碳匯量顯著增加。因此，地質(zhì)碳匯是我國一個重要匯項，其調(diào)查研究成果可為我國增匯行動開辟新的技術(shù)途徑，對于降低大氣CO2濃度具有重要意義，也可為我國參加國家政府間履約談判提供新的數(shù)據(jù)支撐。