中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室傅伯杰研究组通过多源遥感数据与观测数据融合，改进了遥感植被光合和呼吸模型，并采用机器学习方法，分离了气候变化和人类活动对中国植被固碳的贡献。该研究系统分析了大规模植被恢复以来中国陆地生态系统植被固碳的时空变化特征，对于我国植被恢复和保护、实现“碳达峰”和“碳中和”目标具有重要的指导意义。
陆地生态系统固碳是实现绿色碳汇的重要途径，相关研究表明中国生态工程提高了植被碳汇，对全球变绿有重要贡献。同时农业发展和城市扩张也从不同方向影响着植被的空间格局和固碳效应。然而，在国家和区域尺度生态系统固碳量化方法不确定性较大，21世纪以来自然气候和人类活动影响下中国植被固碳的变化趋势、路径及稳定性特征还不甚明确。
针对上述问题，傅伯杰团队一方面优化遥感光能利用率模型框架，包括：1）发展了基于通量观测数据和遥感植被观测的水分胁迫方程优化方法；2）发展了全球植被最适生长温度（Topt）空间制图方法；3）发展了基于遥感叶绿素荧光（SIF）和总初级生产力（GPP）相关关系的植被光能利用率（Emax）空间制图算法。另一方面，发展生态系统自养呼吸（Ra）模型，并通过收集样点观测数据和运用机器学习方法确定地上和地下Ra模块中的关键参数，从而有效提升遥感量化全国尺度植被固碳的准确性。研究采用机器学习、控制变量等归因分解方法识别人类干扰对生态系统植被固碳的影响特征，量化了2000年以来气候变化和人类活动（包括生态恢复、农田扩张和城市化等）对中国植被碳吸收的贡献及其路径。
研究发现：2001-2018年间，我国植被的GPP不断增加（49.1-53.1 TgC yr-2），气候和人类活动对GPP增加的贡献相当，分别为48%-56%和44%-52%。在空间上，生态恢复是中国北方农牧交错带、黄土高原和西南喀斯特地区森林覆盖扩展和固碳增加的主要途径，而气候条件促进了中国东南部大部分地区的植被覆盖和GPP增加。对于净初级生产力（NPP）而言，其增长趋势（22.4-24.9 TgC yr-2）与人类活动高度相关（71%-81%），尤其是在中国南部、东部和东北部。值得注意的是，2001-2010年期间气候条件（如辐射和降水减少）导致的NPP损失抵消了生态恢复产生的植被固碳收益。但2010年后，受中南、东部和西南地区辐射和降水条件改善的影响，中国陆地生态系统GPP和NPP均出现加速增长，说明近十年来气候作用进一步凸显了生态恢复的碳汇效益。
以上研究成果近期发表在国际著名期刊Global Change Biology和Journal of Geophysical Research-Biogeosciences上。论文第一作者是博士研究生陈永喆，通讯作者分别是傅伯杰研究员和冯晓明研究员。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和中国科学院项目等的资助。
文章链接：
1）https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.15854
2）https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020JG005651
注：相关数据发布在PANGAEA网站https://www.pangaea.de/?q=Chen%2C+Yongzhe。全球Topt，Emax和GPP产品已发布于https://doi.pangaea.de/10.1594/PANGAEA.911385；中国实际和气候影响下的植被与水、热、碳循环参量模拟结果则将于近期发布。
图1：气候变化和人类活动对中国2001~2018年间植被固碳影响的路径
图2：2001-2018年间中国植被固碳变化（a）GPP变化趋势；（b）气候驱动下GPP的变化趋势；（c）GPP的年际变化；（d）NPP变化趋势；（e）气候驱动下NPP的变化趋势；（f）NPP的年际变化
城市与区域生态国家重点实验室
2021年8月30日