■本報記者 馮麗妃

隨著“雙碳”行動的深入推進，當前與“碳匯”相關的研究正如火如荼展開。

作為國家戰(zhàn)略科技力量主力軍，中科院很早就對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳匯功能研究進行了布局，其中就包括我國首個生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究基礎工程——中國陸地生態(tài)系統(tǒng)通量觀測研究網(wǎng)絡（ChinaFLUX）。

自2002年建成以來，ChinaFLUX這項誕生于中科院知識創(chuàng)新工程重大項目背景下的“001”號基礎工程，見證了中國碳循環(huán)研究的三次浪潮，填補了全球陸地生態(tài)系統(tǒng)在東亞季風區(qū)碳氮水通量觀測網(wǎng)絡的區(qū)域空白，在國際通量網(wǎng)絡中發(fā)揮的影響力日益增長。

20年見證三次浪潮

談起ChinaFLUX的誕生，中科院院士于貴瑞對20多年前的情景記憶猶新。1999年，從日本千葉大學應招回國的他，成為中科院地理科學與資源研究所的一員，并加入了中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡（CERN）的建設和科學研究工作中。

CERN是由孫鴻烈院士等中科院老一輩科學家在1988年建立的。經(jīng)過20余年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個涵蓋農(nóng)田、森林、草地、荒漠、濕地、湖泊、海洋、城市生態(tài)系統(tǒng)，分布于全國的野外觀測、科學研究、技術示范及科技服務基地，成為全球長期生態(tài)研究網(wǎng)絡及我國野外臺站體系中的核心網(wǎng)絡。

于貴瑞認為，在生態(tài)系統(tǒng)觀測體系中，生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究十分重要。他希望在全國能夠建立一個以服務全球變化和碳循環(huán)科學研究為主要目標的通量觀測專項網(wǎng)絡。

國際上在1995年就計劃設立一個全球通量網(wǎng)絡FLUXNET，并倡議發(fā)展歐洲、北美和亞洲的區(qū)域網(wǎng)絡，對全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳水通量和能量通量進行網(wǎng)絡化的定位觀測研究。日本在1997年就加入該網(wǎng)絡，而中國當時相關研究處于空白狀態(tài)。

“能否以CERN為基礎，建立專項觀測技術系統(tǒng)，發(fā)展長期觀測聯(lián)網(wǎng)運行的通量觀測體系呢？”在該想法的驅(qū)使下，于貴瑞回國后向中科院相關部門遞交的第一份報告，就是陳述中國應對氣候變化問題及生態(tài)系統(tǒng)碳通量觀測的重要性，并建議投入千萬元級規(guī)模的經(jīng)費，建設基于CERN的通量專項觀測研究平臺。

然而，由于投資規(guī)模過大，他的報告一度被擱置了。

正當他覺得平臺建設推進沒有希望時，好消息來了。彼時，中科院啟動知識創(chuàng)新工程，在全院選拔布局具有戰(zhàn)略性的前沿科技項目，他的建議報告成了當時科學院擬開展全球變化前沿研究的重要組成部分。

2001年，中科院知識創(chuàng)新工程重大項目“001號”——“中國陸地和近海生態(tài)系統(tǒng)碳收支研究”正式啟動。

該項目由中科院大氣物理研究所研究員黃耀和于貴瑞共同擔任首席科學家，于貴瑞為項目負責人，對森林、草地、農(nóng)田、濕地和近海生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程機理、碳儲量和通量、生態(tài)系統(tǒng)建模及國家尺度集成分析開展綜合研究。該項目的一個重要任務就是建設ChinaFLUX，于貴瑞回憶：“當時的總項目經(jīng)費為5000萬元，其中1/3被用于啟動建設中國通量網(wǎng)。”

這個專項平臺的主要任務是什么？“它不只是關注二氧化碳，同時還對氮、水和能量通量進行協(xié)同觀測，為人們理解生態(tài)系統(tǒng)過程、物質(zhì)循環(huán)、能量平衡及其耦合關系提供核心參數(shù)，認知中國每個典型生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量交換特性，理解其空間變異和動態(tài)變化規(guī)律，為中國區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳收支評估和模擬分析提供高頻觀測數(shù)據(jù)。”于貴瑞向《中國科學報》解釋。

據(jù)介紹，經(jīng)過20年發(fā)展，ChinaFLUX觀測研究站點已從2002年首期的6個擴展到目前的79個，其觀測樣地涵蓋了中國主要的陸地生態(tài)系統(tǒng)類型，極大地增強了我國通量觀測研究的實力。

在于貴瑞看來，ChinaFLUX的發(fā)展歷程經(jīng)歷了過去20年中國碳循環(huán)與碳匯研究的“三次浪潮”。

第一次浪潮是以“001”號基礎工程為開端。此前，中國尚未有生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程及碳通量系統(tǒng)性觀測研究。在ChinaFLUX及中國陸地和近海生態(tài)系統(tǒng)碳收支研究項目的帶動下，掀起了中科院及全國碳循環(huán)過程研究的第一波浪潮。

第二次浪潮以2011年中科院戰(zhàn)略性先導科技專項啟動的“應對氣候變化的碳收支認證及相關問題”（簡稱碳專項）為標志。該專項中的“生態(tài)系統(tǒng)固碳現(xiàn)狀、速率、機制和潛力”項目，是由中科院植物研究所方精云院士和于貴瑞共同擔任首席科學家，于貴瑞為項目負責人。

“現(xiàn)在，大家使用最多的基礎數(shù)據(jù)和核心結論大多來自‘碳專項’的碳儲量調(diào)查和碳通量觀測。這次對全國的碳核算非常系統(tǒng)，從過去單一的森林資源清查走向全面的碳清查，涵蓋了森林、灌叢、草地和農(nóng)田等主要生態(tài)系統(tǒng)類型，重點評估了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)的植被、凋落物和0~100厘米土壤的碳儲量大小、空間分布特征，并對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能進行了概算。”于貴瑞說。

現(xiàn)在，在“雙碳”目標的驅(qū)動下，中國的碳循環(huán)與碳匯研究進入第三次浪潮。今年3月，中科院啟動實施科技支撐“雙碳”戰(zhàn)略行動計劃，ChinaFLUX已經(jīng)累計獲取了近20年的碳水通量觀測數(shù)據(jù)，將為實現(xiàn)國家“雙碳”目標提供更為重要的理論和數(shù)據(jù)支撐。

五大“硬支撐”，填補國內(nèi)外空白

在過去20年中，ChinaFLUX這一超前布局的基礎科學平臺，已成為我國碳氮水通量及循環(huán)過程研究，特別是理解我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能時空變化機制的“加速器”。

它支撐了一大批國家重大研究項目及國家基金項目，產(chǎn)生了一批創(chuàng)新成果。例如，基于“碳專項”對16000個調(diào)查樣地的清查成果，核算出中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳固率為每年10.96億噸二氧化碳，中國區(qū)域碳匯量占全球的7.2%~15%；確認了中國高強度碳匯功能區(qū)主要分布在東北林區(qū)、南方丘陵和西南山地。

在這些重大研究項目帶動下，ChinaFLUX也發(fā)展成為CERN的一個特色鮮明的專項觀測研究網(wǎng)絡。2012年，“中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡的創(chuàng)建及其觀測研究和試驗示范”獲國家科技進步獎一等獎。同期，基于ChinaFLUX完成的“中國陸地碳收支評估的生態(tài)系統(tǒng)碳通量聯(lián)網(wǎng)觀測與模型模擬系統(tǒng)”和“陸地生態(tài)系統(tǒng)變化觀測的關鍵技術及其系統(tǒng)應用”研究成果分別獲得2010和2011年度國家科技進步獎二等獎。

不只是在國內(nèi)，該網(wǎng)絡的建設和運行還有效填補了亞洲季風區(qū)觀測研究的區(qū)域空白，成為FLUXNET中的重要區(qū)域性網(wǎng)絡。在國際上，北美和歐洲溫帶森林是被廣泛認可的兩大碳匯區(qū)。于貴瑞團隊通過觀測，發(fā)現(xiàn)了一個長期被忽視的具有巨大潛力的“亞洲東部亞熱帶森林碳匯功能區(qū)”。該區(qū)域的凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力（NEP）年總量約0.72 Pg C，高于兩大已知碳匯區(qū)；其高強度的NEP是由于氮沉降增加、較低的林齡結構和適宜的氣候特征相疊加所帶來的。

ChinaFLUX作為FLUXNET的重要組成部分，從建成之日起就與其他區(qū)域的通量觀測網(wǎng)絡開展了密切的交流與合作。2007年啟動的“A3前瞻計劃項目”，目標就是基于中國、日本、韓國的通量網(wǎng)的碳水循環(huán)合作研究，量化東亞地區(qū)碳源/匯的分布及強度，并認識碳循環(huán)的自然及人為驅(qū)動機制，形成亞洲區(qū)域重要的國際合作研究平臺。

談起ChinaFLUX的“能力”，于貴瑞表示，目前這一基礎性科技平臺主要發(fā)揮著五大“硬支撐”作用。首先是對不同區(qū)域的不同類型生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量變化進行聯(lián)網(wǎng)式的動態(tài)監(jiān)測；其次是系統(tǒng)開展多環(huán)境因子控制實驗，以揭示生態(tài)系統(tǒng)結構、過程和功能對全球變化的響應和適應；其三是在生態(tài)系統(tǒng)、區(qū)域及國家尺度上探討碳氮水循環(huán)及其耦合過程機理、生物控制機理、環(huán)境影響機理以及空間變異機制，發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)科學理論和觀測研究技術體系；其四是開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)模型及數(shù)據(jù)—模型融合系統(tǒng)，評估中國及全球的碳氮水及能量通量的時空變異；其五是提供原始科學數(shù)據(jù)服務，供本平臺之外的生態(tài)和地理以及地球系統(tǒng)科學領域的大尺度資源環(huán)境或全球變化問題整合研究、模擬分析或科學預測。

“我們的長期目標是服務兩個重大國家需求：應對全球氣候與環(huán)境變化、維持區(qū)域和國家可持續(xù)發(fā)展。”于貴瑞說。

“把中國的事辦好，也就是對世界的貢獻”

過去20年ChinaFLUX的建立與運行，培育了我國生態(tài)系統(tǒng)通量觀測、碳氮水循環(huán)及其耦合過程研究科學生長點，實現(xiàn)了我國碳氮水通量觀測研究事業(yè)從無到有、由國內(nèi)起步走向國際前沿的跨越式發(fā)展。

ChinaFLUX已連續(xù)16年舉辦通量觀測理論與技術培訓班，得到了國內(nèi)有關研究機構和人員的廣泛參與，有力支撐了我國通量觀測研究的持續(xù)發(fā)展。該平臺的建設和科學研究還帶動了我國林業(yè)、氣象和農(nóng)業(yè)部門以及部分高校的碳水通量觀測站的建設工作。目前全國范圍內(nèi)已經(jīng)建設了100多套通量觀測系統(tǒng)，形成了具有相當規(guī)模的國家尺度碳、氮、水和能量通量觀測研究體系。

站在中國及科學院碳研究第三次浪潮的新起點，下一步要怎么走？“當前的迫切任務是構建和完善科學基礎，加強協(xié)同觀測研究，同時加強人才培養(yǎng)。”于貴瑞說。

他表示，指導實現(xiàn)“雙碳”目標的科學基礎是全球氣候變化和全球碳循環(huán)及其互饋關系。目前應用于指導“雙碳”目標的基礎理論和方法學還存在諸多不確定性，迫切需要回答與此直接關聯(lián)的基礎科學問題，例如碳中和技術和措施的氣候效應、自然碳匯形成與維持機制、自然和人為碳匯的容量及增匯增長潛力，等等。

“把中國的事辦好，也就是對世界的貢獻。”于貴瑞說。