碳通量的概念是什么？
一、碳通量
（一）什么是碳通量？
碳通量是碳循環(huán)研究中一個(gè)最基本的概念，表述生態(tài)系統(tǒng)通過某一生態(tài)斷面的碳元素的總量。例如：某河流的碳通量，就是流過河流斷面的有機(jī)碳和無機(jī)碳的總量；某森林生態(tài)系統(tǒng)碳通量，就是該生態(tài)系統(tǒng)單位時(shí)間單位面積上的碳循環(huán)總量；海洋的碳通量，也就是單位時(shí)間和單位面積內(nèi)碳增減的數(shù)量。
（二）為什么要研究碳通量？
自工業(yè)革命以來，由于大規(guī)模人類活動(dòng)改變了生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的自然過程以及生物圈固有的收支平衡，導(dǎo)致大氣中CO2, CH4和N2O等溫室氣體濃度的持續(xù)升高, 引發(fā)了全球變暖等一系列嚴(yán)重的全球環(huán)境問題，嚴(yán)重威脅著人類社會(huì)的生存和可持續(xù)發(fā)展。研究地球系統(tǒng)的碳循環(huán)過程和控制機(jī)理，評(píng)價(jià)陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)溫室氣體的吸收或排放能力，分析全球碳源/匯的時(shí)-空分布特征,預(yù)測(cè)未來的氣候變化趨勢(shì)和評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)對(duì)全球變化的響應(yīng)與適應(yīng)特征，是現(xiàn)代地球系統(tǒng)科學(xué)、生態(tài)與環(huán)境科學(xué)關(guān)注的重大科學(xué)問題。
而在對(duì)全球碳、水循環(huán)關(guān)鍵過程的研究中，需要大尺度、長(zhǎng)期和連續(xù)的生物圈-大氣之間的CO2，H2O和能量通量觀測(cè)數(shù)據(jù)的支撐，碳通量就是其中的關(guān)鍵一環(huán)。獲取生態(tài)系統(tǒng)與大氣之間的碳元素交換信息，計(jì)算碳通量，對(duì)分析地圈-生物圈-大氣圈的相互作用, 評(píng)價(jià)陸地生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)中的作用具有重要意義。
（三）碳通量有哪些測(cè)定技術(shù)？
1、基于生物量變化的估算方法
生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)、凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(NEP)和凈生物群系生產(chǎn)力(NBP)的概念與碳通量相似，可以直接反映生態(tài)系統(tǒng)或生物群落的陸地-大氣間的凈碳交換量。在一定假設(shè)條件下，NPP、NEP和NBP都可以利用生態(tài)系統(tǒng)生物量變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。NPP的測(cè)定主要有兩種基本的方法，一種方法就是測(cè)定生物量(植物體干重)變化的方法，稱為堆積法，堆積法又叫收獲法或現(xiàn)存量法。宏觀上NPP相當(dāng)于生態(tài)系統(tǒng)植物生長(zhǎng)量，即單位時(shí)間生態(tài)系統(tǒng)生物量的增長(zhǎng)量。可利用生態(tài)系統(tǒng)生物量的時(shí)間變化數(shù)據(jù)來推算，這是一種較為廣泛使用的方法，另一種方法就是著眼于光合量和呼吸量，構(gòu)筑理論方面的數(shù)理模型然后進(jìn)行計(jì)算的方法。
2、基于碳平衡方程的估算法
只要我們能夠逐項(xiàng)預(yù)定或估計(jì)出NPP、NEP、NBP、NEE(生態(tài)系統(tǒng)CO2凈交換量)等有關(guān)的碳通量參數(shù)，就可以評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡狀況該種方法的關(guān)鍵是我們能否對(duì)各項(xiàng)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定或評(píng)估。隨著植物葉片的光合作用和呼吸作用、土壤微生物的呼吸通量、凋落物分解過程等測(cè)定技術(shù)的進(jìn)步，許多項(xiàng)目的精確測(cè)定已經(jīng)成為可能。葉片光合作用和呼吸作用的測(cè)定方法主要有半葉法、堿吸收測(cè)定法、氧電極測(cè)定法、紅外氣體分析儀測(cè)定法。土壤呼吸的測(cè)定方法主要有靜態(tài)氣室-堿吸收法、靜態(tài)箱-氣相色譜法、動(dòng)態(tài)(靜態(tài))氣室紅外二氧化碳分析儀法。對(duì)樹干和根呼吸還沒有很好的測(cè)定方法，主要方法是利用與土壤呼吸測(cè)定相似的原理開發(fā)各種適合樹干和根系的測(cè)定裝置。凋落物分解的。定一般是分類進(jìn)行。對(duì)于枯葉和小枝的分解速本測(cè)定，常用方法是尼龍網(wǎng)袋法對(duì)于較大的枝條，則都用拴線法。分解速率通常用失重法來測(cè)定(通采用網(wǎng)袋法，將預(yù)制凋落物樣品布置于定位樣地中，定期回收，測(cè)定凋落物的消失量)。
3、基于碳循環(huán)模型的估算法
近年，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，將植物的物質(zhì)生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)學(xué)模式化，利用模型估算生產(chǎn)力成為研究熱點(diǎn)。如碳平衡模型、植被-氣候關(guān)系模型、生物地球化學(xué)循環(huán)模型等幾種碳循環(huán)模型。
4、同化箱測(cè)定法
同化箱測(cè)定法是采用不同類型的同化箱罩住植被地面或土壤表面，通過測(cè)定箱內(nèi)的CO2和CH4等氣體濃度變化來計(jì)算植被-大氣或土壤-大氣間的氣體交換通量的一種方法。包括靜態(tài)氣室-堿吸收法、靜態(tài)箱-氣相色譜法、動(dòng)態(tài)（靜態(tài)）氣室-紅外CO2分析法等幾種方法。
（四）碳通量會(huì)受到哪些因素的影響？
生態(tài)系統(tǒng)CO2通量因植被和環(huán)境因子的變化具有明顯的季節(jié)和年際變化特征, 引起年際變異的原因可能包括: (1)春季降雪、冰雪融化時(shí)間和溫度的年際變化；(2)從LAI（生長(zhǎng)季節(jié)的最大葉面積指數(shù)）估算得到的生長(zhǎng)季節(jié)長(zhǎng)度的年際變化；(3) 雨季溫度和降水的年際變化等。
（五）未來碳通量的研究方向有哪些？
1、加強(qiáng)復(fù)雜地形與夜間NEE的校正和估算方法的研究
建立復(fù)雜地形和夜間NEE質(zhì)量評(píng)價(jià)和校正的方法論體系，是通量觀測(cè)研究中所面臨的首要任務(wù)。在以往的夜間通量低估和平流對(duì)通量影響的研究中,大多是定性或半定量化的，難以在實(shí)際中運(yùn)用。加強(qiáng)以下6個(gè)方面的綜合研究工作將有助于這一問題的解決。
(1) 渦度相關(guān)觀測(cè)和箱式法、空氣動(dòng)力學(xué)方法的平行觀測(cè)對(duì)比；
(2) 觀測(cè)塔的渦度相關(guān)觀測(cè)與邊界層CO2高空觀測(cè)的相互比較；
(3) 渦度相關(guān)觀測(cè)和生物調(diào)查的對(duì)比；
(4) Footprint氣候?qū)W與尺度效應(yīng)分析；
(5) 復(fù)雜地形條件下湍流運(yùn)動(dòng)特征和通量貢獻(xiàn)區(qū)分布特征的數(shù)值模擬；
(6) 生態(tài)系統(tǒng)的水-碳耦合循環(huán)的機(jī)制與模擬。
2、加強(qiáng)通量觀測(cè)、穩(wěn)定性同位素觀測(cè)、過程研究與遙感觀測(cè)的綜合集成研究
由于生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)受到許多物理的、生物的、生態(tài)和人類活動(dòng)的綜合影響, 而且具有高度的時(shí)間和空間異質(zhì)性和變異性, 因此對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的水和碳循環(huán)的研究需要開展多尺度、多途徑和多學(xué)科集成性的工作, 以揭示碳循環(huán)關(guān)鍵過程的變化機(jī)理和各種復(fù)雜過程與多種影響因素之間的相互作用關(guān)系。
3、加強(qiáng)通量觀測(cè)研究的區(qū)域合作與交流
通量觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展, 需要在進(jìn)一步增加觀測(cè)站點(diǎn)的空間和類型代表性的同時(shí), 更應(yīng)加強(qiáng)由觀測(cè)站點(diǎn)向區(qū)域尺度擴(kuò)展的研究力度,需要強(qiáng)化和綜合各種小尺度通量觀測(cè)數(shù)據(jù)的整合和數(shù)據(jù)資源共享。建立通量觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組織, 以有效地組織和協(xié)調(diào)各子網(wǎng)絡(luò)間的合作與觀測(cè)數(shù)據(jù)資源共享, 確定通量觀測(cè)技術(shù)指南、組織觀測(cè)技術(shù)培訓(xùn)和觀測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)定, 促進(jìn)科學(xué)家之間的交流與合作, 提高觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)的綜合研究能力和數(shù)據(jù)服務(wù)能力。
來源：碳交易研究所
