申报项目西北森林生态系统碳固存及相关机制公示内容

申报项目“西北森林生态系统碳固存及相关机制”公示内容项目名称：西北森林生态系统碳固存及相关机制提名者：陕西省科学院，提名自然奖二等以上项目简介1.研究背景和主要研究内容利用陆地生态系统固碳是减缓大气CO2浓度升高最为经济可行和环境友好的途径。森林是陆地生态系统最大的生态碳库，贡献了地上碳库的80%和地下碳库的40%。在2009年12月的哥本哈根世界气候大会上，参会各国围绕经济发展和减排义务等热点问题进行了激烈的讨论，我国政府随后决定实施“应对气候变化的碳收支认证相关问题”研究，由中国科学院启动战略性先导科技专项项目群，以阐明我国政府参与履行国际减排行动的生态举措和成就，解决全球变化与生态系统相关研究领域的前沿性科学问题。本研究是基于气候类型区和行政区将全国森林分片设置的子课题，针对我国西北地区森林生态系统，采用统一规范的方法，历时5年进行系统的野外调查、采样分析和机理研究。总体目标是相对准确地估算和预测我国西北森林生态系统的固碳现状、速率和潜力，构建区域（并汇交至全国）的森林固碳研究数据平台，为国家碳减排外交谈判提供科学支撑；揭示典型森林生态系统碳固存相关机制。2.科学发现点及科学价值（1）建立了西北森林生态系统固碳现状和速率的相关数据库，探明了该区域各森林类型碳储量现状及其分布特征。依据IPCC网格化布点和我国土地利用类型/植被类型分布状况，在甘肃、宁夏和新疆三个省区的各种森林类型中设置600个调查样地，并在陕北黄土丘陵区设置15个长期监测样地。采用规范统一的方法，完成了森林生态系统各组分碳库调查和测试分析，建立了西北森林生态系统固碳研究数据库。数据库信息涵盖森林生态系统垂直结构的全部组分，除乔木外，灌木、草本、凋落物、枯死倒木、细根和土壤层（0-1m）为首次大规模精细调查，为精准测算生态系统碳储量并进行相关机制研究构建了数据平台。该数据库与其他6个研究区的数据库共同构成全国森林固碳研究数据库，支撑全国尺度的研究。基于该数据库，深入分析了西部地区20余个主要天然林类型和20余个主要人工林类型分不同龄级和自然环境条件的生态系统碳库格局，并首次采用样地尺度精细调查与森林资源连续清查的面积信息相结合的方法估测了区域（省域）尺度的森林碳库，完成了甘肃、宁夏和新疆的森林固碳现状清查，明确了西北地区森林碳库对全国森林碳库的贡献。（2）定量揭示了西北森林生态系统碳积累的时间格局，评估了固碳速率和潜力。基于各森林类型不同龄级的碳密度特征解析了生态系统固碳速率；以各森林类型在同一气候区的最大碳密度为参照系评估了生态系统固碳潜力；以森林资源连续清查获取的林地面积动态信息，分析了区域尺度上的碳储量多年变化特征，明确了生态工程的实施对生态系统和区域碳库积累的长期影响。本研究的方法体系和相关结果为同类研究和生态环境领域的政府决策提供了参照系和基准。（3）开展了碳积累相关机制的研究，阐明了该区域典型森林生态系统碳密度对气候因子的响应特征；基于样地调查数据和定位监测实验，揭示了典型森林生态系统碳固存和碳排放相关机理。分析了林分因子、立地和气候等因子对植被和土壤碳密度的影响机制；探明了天山森林生态系统碳库空间分布格局、林带垂直宽度和气候因子的协同机制。通过分析黄土丘陵区的典型人工林和天然次生林土壤有机碳、无机碳、全碳及全氮含量和储量的垂直分布规律，明确了黄土区典型林地土壤碳、氮库垂直分布特征，特别是黄土区深层土壤碳库特征，为准确评估黄土区森林土壤碳库提供了理论参考。基于中长期定位监测实验，揭示了半干旱黄土丘陵区典型植被类型土壤CO2通量的动态变化以及对水热环境因子的响应特征与机理，评估了生长季和非生长季林地碳排放特征。3.同行引用及评价截止课题验收，发表论文共计54篇（其中SCI收录16篇），培养硕、博士研究生19人，博士后1人；验收专家组对课题整体成果给予了好评。数据库参与全国数据库建设，支撑了全国尺度的重大成果，项目群系列成果发表在NSR（IF=17.275）、PNAS（IF=11.205）等国际著名期刊，本成果第一完成人作为共同作者参与撰写，美国科学院院士InderVerma和SusanTrumbore积极肯定“通过实例证明了生态恢复工程在减缓全球气候变暖过程中扮演的重要角色”。项目群专家组随我国政府代表团参加了2015年12月的巴黎世界气候大会并举行边会发布了成果，明确了中国近40年来通过改善生态环境的减排贡献，受到国际社会的高度关注和赞赏，西北森林的相关成果是其中重要内容之一。代表性论文（5篇）的他引总次数为127次，其中被SCI他引85次，多数引文为知名期刊论文并对本研究给予正面评价。客观评价：1.中国科学院重大科技任务局组成专家组于2016年7月14日对本课题进行了结题验收，以方精云院士为组长的专家组对课题整体成果给予了积极肯定，概括了三个方面的重要成果（摘自验收意见）：（1）建立了该区域森林固碳现状和速率的相关数据库；（2）定量揭示了森林固碳现状、速率和碳积累时间格局；（3）阐明了该区域森林固碳对气候因子的响应特征。截止验收，发表论文共计54篇（其中SCI收录期刊论文16篇），培养硕士研究生13人，博士研究生6人，博士后1人；验收专家组对整体成果给予好评。2.本课题建立的西北森林固碳研究相关数据库为深入开展生态系统碳循环和区域尺度森林碳汇功能研究提供了重要平台。该数据库参与全国数据库建设，与其他6个研究区（气候区）的数据库共同构成全国森林固碳研究数据库，支撑了全国尺度的重大成果产出。数据平台具有长效作用，在项目结题以后基于该数据平台的学术论文不断面世，对学科发展具有显著推动作用。项目群于2018年4月在美国科学院院刊（PNAS）发表了系列论文，全面、系统地报道了中国陆地生态系统固碳研究的成果，新华社等国内外数十家媒体进行了报道（例如/gn/2018/04-18/8493730.shtml）。以下是采用了本数据库资料的部分论文（均发表在国际知名期刊），本项目第一完成人杜盛研究员被邀请作为共同作者参与了撰写：[1]ZhouGYetal(2019)ClimateandlitterC/Nratioconstrainsoilorganiccarbonaccumulation.NationalScienceReview.(IF=17.275)[2]TangXLetal(2018)CarbonpoolsinChina'sterrestrialecosystems:newestimatesbasedonanintensivefieldsurvey.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica(PNAS)115:4021-4026(IF=11.205)[3]LiuJXetal(2019)PatternsandcontrollingfactorsofplantnitrogenandphosphorusstoichiometryacrossChina’sforests.Biogeochemistry143:191-205(IF=4.825)[4]XuSetal(2017)DifferentspatialpatternsofnitrogenandphosphorusresorptionefficienciesinChina'sforests.ScientificReports7:10584(IF=4.375)[5]YuZetal(2020)MappingforesttypeandageinChina'splantations.ScienceofTheTotalEnvironment.744:140790(IF=7.963)[6]ChangZBetal(2021)NewforestabovegroundbiomassmapsofChinaintegratingmultipledatasets.RemoteSensing.13(15):2892(IF=4.848)3.本成果支撑了项目群的三个重要结论：（1）我国森林生态系统碳储量巨大，固碳量抵消了相当大比例的化石燃料碳排放量；（2）我国森林生态系统当前碳密度仍低于同等气候条件下的其他地区，固碳潜力巨大；（3）我国实施大型生态过程以来不仅增加了整体固碳速率，还创造了更大空间的固碳潜力。美国科学院院士InderVerma和SusanTrumbore积极肯定“通过实例证明了生态恢复工程在减缓全球气候变暖过程中扮演的重要角色”（中科院网站报道）。例如，西北地区在实施天然林保护工程和退耕还林还草工程以来，以低龄林为主的森林面积增加，在今后的数十年内碳密度将不断提升，固碳潜力巨大。此外，本研究首次明确了西北地区森林碳库对全国森林碳库的贡献。4.项目群专家组随我国政府代表团参加了2015年12月的巴黎世界气候大会并举行边会发布了成果，明确了中国近40年来通过改善生态环境的减排贡献，受到国际社会的高度关注和赞赏，西北森林的相关成果是其中重要内容之一。我国在巴黎世界气候大会上的积极举措强有力地回应了哥本哈根世界气候大会上对我国的有关关切。5.多数论文被同行积极评价和引用，体现了较高的国内外公认度。代表性论文（5篇）的他引总次数为127次，其中被SCI他引85次，大多引文为知名期刊论文。本研究成果中关于区域尺度森林生态系统生物量和土壤碳库的测算方法被广泛参考和正面评价[引文1，2]；许多研究关注了与气候区域和森林类型相对应的森林碳储量水平[引文1，5]或固碳机制[引文2–4]；例如北京林业大学学者发表在ForestEcologyandManagement(IF=3.558)的论文[引文1]积极肯定了本研究关于人工林固碳机制的论述。6.本成果获得2019年度陕西省科学院自然科学一等奖表彰。代表性论文专著目录:1. GaoY,ChengJM*(程积民),MaZR,ZhaoY,SuJS.2014.Carbonstorageinbiomass,litter,andsoilofdifferentplantationsinasemiaridtemperateregionofnorthwestChina.AnnalsofForestScience.71(4):427-435.(IF=2.583)2. 关晋宏,杜盛*,程积民,吴春荣,李国庆,邓磊,张建国,何秋月,时伟宇.2016.甘肃省森林碳储量现状与固碳速率.植物生态学报.40(4)：304-317.3.GuanJH,DengL,ZhangJG,HeQY,ShiWY,LiGQ,DuS*(杜盛).2019.SoilorganiccarbondensityanditsdrivingfactorsinforestecosystemsacrossanorthwesternprovinceinChina.Geoderma.352:1-12.(IF=6.114)4. SongBL,YanMJ,HouH,GuanJH,ShiWY,LiGQ,DuS*(杜盛).2016.DistributionofsoilcarbonandnitrogenintwotypicalforestsinthesemiaridregionoftheLoessPlateau,China.Catena.143:159-166.(IF=5.198)5. ShiWY,YanMJ,ZhangJG,GuanJH,DuS*(杜盛).2014.SoilCO2emissionsfromfivedifferenttypesoflanduseonthesemiaridLoessPlateauofChina,withemphasisonthecontributionofwintersoilrespiration.AtmosphericEnvironment.88:74-82.(IF=4.798)主要完成人情况姓名排名行政/技术职称工作单位/完成单位对本项目技术创造性贡献杜盛1研究员中国科学院水利部水土保持研究所负责整个项目研究计划和方案的制定、审定与组织实施；协调、审定各子任务研究进展、数据质量控制、研究结果汇总及成果集成；完成了数据库建设和相关机制研究；负责年度报告、结题验收报告的编写；合作撰写论文。[重要科学发现1.1，1.2，1.3；代表性论文2-5]程积民2研究员西北农林科技大学协助项目研究计划和实施方案制定，负责子任务的并组织实施。完成了宁夏地区森林生态系统各组分碳库调查和测试分析，建立了该区域森林固碳现状和速率的相关数据库；探明了典型森林类型碳储量现状及其分布格局；评估了固碳速率和潜力，并组织开展了相关机制的研究；合作撰写论文。[重要科学发现1.1，1.2；代表性论文1，2]关晋宏3博士后青海师范大学/西北农林科技大学完成了甘肃省境内森林生态系统各组分碳库调查和测试分析，建立了该区域森林固碳现状和速率的相关数据库；探明了30多个典型温带森林生态系统碳储量现状及其分布格局，并评估了固碳速率和潜力；开展了森林固碳相关机制研究，探明了该区域典型森林生态系统植被和土壤固碳与立地类型和气候因素的协同机制。[重要科学发现1.1，1.2，1.3.3；代表性论文2-5]时伟宇4教授西南大学/中国科学院水利部水土保持研究所协助完成了黄土高原地区几种典型森林生态系统各组分碳库调查和测试分析，建立了该区域典型森林固碳现状和速率的相关数据库；开展了森林固碳相关机制研究，探明了典型林地CO2排放动态特征及机理；揭示了该区域典型森林生态系统土壤固碳与立地类型和气候因素的协同机制。[重要科学发现1.3.1，1.3.2；代表性论文2-5]七、主要完成单位情况单位名称排名主要贡献中国科学院水利部水土保持研究所1全面负责项目组织及总体设计、实施方案制定、学术研讨、项目结题验收。组织实施了研究区多数森林类型的各组分碳库调查和测试分析，以及森林固碳现状和速率相关数据库的整体构建；重点分析了甘肃全省和黄土区典型生态系统碳密度、碳储量变化特征，并评估了固碳速率和潜力；揭示了典型植被类型土壤碳排放动态与机制；探明了该区域典型森林生态系统植被和土壤碳积累的关键影响机制。西北农林科技大学2作为研究专题承担单位为专题实施提供学术支持与技术保障。协助完成了西北森林生态系统各组分碳库调查和测试分析，以及森林固碳现状和速率相关数据库的构建；重点研究了宁夏境内