■本報記者 馮麗妃

隨著“雙碳”行動的深入推進(jìn)，當(dāng)前與“碳匯”相關(guān)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(jìn)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(chǔ)工程——中國陸地生態(tài)系統(tǒng)通量觀測研究網(wǎng)絡(luò)（ChinaFLUX）。

自2002年建成以來，ChinaFLUX這項(xiàng)誕生于中科院知識創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目背景下的“001”號基礎(chǔ)工程，見證了中國碳循環(huán)研究的三次浪潮，填補(bǔ)了全球陸地生態(tài)系統(tǒng)在東亞季風(fēng)區(qū)碳氮水通量觀測網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域空白，在國際通量網(wǎng)絡(luò)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(xué)應(yīng)招回國的他，成為中科院地理科學(xué)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(luò)（CERN）的建設(shè)和科學(xué)研究工作中。

CERN是由孫鴻烈院士等中科院老一輩科學(xué)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(xué)研究、技術(shù)示范及科技服務(wù)基地，成為全球長期生態(tài)研究網(wǎng)絡(luò)及我國野外臺站體系中的核心網(wǎng)絡(luò)。

于貴瑞認(rèn)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(wù)全球變化和碳循環(huán)科學(xué)研究為主要目標(biāo)的通量觀測專項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)。

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

“能否以CERN為基礎(chǔ)，建立專項(xiàng)觀測技術(shù)系統(tǒng)，發(fā)展長期觀測聯(lián)網(wǎng)運(yùn)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(guān)部門遞交的第一份報告，就是陳述中國應(yīng)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(fèi)，建設(shè)基于CERN的通量專項(xiàng)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(dāng)他覺得平臺建設(shè)推進(jìn)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(xiàng)目，他的建議報告成了當(dāng)時科學(xué)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(xiàng)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(xiàng)目由中科院大氣物理研究所研究員黃耀和于貴瑞共同擔(dān)任首席科學(xué)家，于貴瑞為項(xiàng)目負(fù)責(zé)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(jī)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(xiàng)目的一個重要任務(wù)就是建設(shè)ChinaFLUX，于貴瑞回憶：“當(dāng)時的總項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)為5000萬元，其中1/3被用于啟動建設(shè)中國通量網(wǎng)。”

這個專項(xiàng)平臺的主要任務(wù)是什么？“它不只是關(guān)注二氧化碳，同時還對氮、水和能量通量進(jìn)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(guān)系提供核心參數(shù)，認(rèn)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(xué)報》解釋。

據(jù)介紹，經(jīng)過20年發(fā)展，ChinaFLUX觀測研究站點(diǎn)已從2002年首期的6個擴(kuò)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(qiáng)了我國通量觀測研究的實(shí)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(chǔ)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(xiàng)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(dǎo)科技專項(xiàng)啟動的“應(yīng)對氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問題”（簡稱碳專項(xiàng)）為標(biāo)志。該專項(xiàng)中的“生態(tài)系統(tǒng)固碳現(xiàn)狀、速率、機(jī)制和潛力”項(xiàng)目，是由中科院植物研究所方精云院士和于貴瑞共同擔(dān)任首席科學(xué)家，于貴瑞為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

“現(xiàn)在，大家使用最多的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和核心結(jié)論大多來自‘碳專項(xiàng)’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(diǎn)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(jìn)行了概算。”于貴瑞說。

現(xiàn)在，在“雙碳”目標(biāo)的驅(qū)動下，中國的碳循環(huán)與碳匯研究進(jìn)入第三次浪潮。今年3月，中科院啟動實(shí)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(shí)現(xiàn)國家“雙碳”目標(biāo)提供更為重要的理論和數(shù)據(jù)支撐。

五大“硬支撐”，填補(bǔ)國內(nèi)外空白

在過去20年中，ChinaFLUX這一超前布局的基礎(chǔ)科學(xué)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(jī)制的“加速器”。

它支撐了一大批國家重大研究項(xiàng)目及國家基金項(xiàng)目，產(chǎn)生了一批創(chuàng)新成果。例如，基于“碳專項(xiàng)”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(rèn)了中國高強(qiáng)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(xiàng)目帶動下，ChinaFLUX也發(fā)展成為CERN的一個特色鮮明的專項(xiàng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)。2012年，“中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建及其觀測研究和試驗(yàn)示范”獲國家科技進(jìn)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(guān)鍵技術(shù)及其系統(tǒng)應(yīng)用”研究成果分別獲得2010和2011年度國家科技進(jìn)步獎二等獎。

不只是在國內(nèi)，該網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)行還有效填補(bǔ)了亞洲季風(fēng)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(luò)。在國際上，北美和歐洲溫帶森林是被廣泛認(rèn)可的兩大碳匯區(qū)。于貴瑞團(tuán)隊(duì)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(qiáng)度的NEP是由于氮沉降增加、較低的林齡結(jié)構(gòu)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(luò)開展了密切的交流與合作。2007年啟動的“A3前瞻計劃項(xiàng)目”，目標(biāo)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(qiáng)度，并認(rèn)識碳循環(huán)的自然及人為驅(qū)動機(jī)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(chǔ)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(jìn)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(shí)驗(yàn)，以揭示生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程和功能對全球變化的響應(yīng)和適應(yīng)；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(jī)理、生物控制機(jī)理、環(huán)境影響機(jī)理以及空間變異機(jī)制，發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)理論和觀測研究技術(shù)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(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)，供本平臺之外的生態(tài)和地理以及地球系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)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(xué)預(yù)測。

“我們的長期目標(biāo)是服務(wù)兩個重大國家需求：應(yīng)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(xiàn)”

過去20年ChinaFLUX的建立與運(yùn)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(xué)生長點(diǎn)，實(shí)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(shù)培訓(xùn)班，得到了國內(nèi)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)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(shè)和科學(xué)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(shè)工作。目前全國范圍內(nèi)已經(jīng)建設(shè)了100多套通量觀測系統(tǒng)，形成了具有相當(dāng)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(xué)院碳研究第三次浪潮的新起點(diǎn)，下一步要怎么走？“當(dāng)前的迫切任務(wù)是構(gòu)建和完善科學(xué)基礎(chǔ)，加強(qiáng)協(xié)同觀測研究，同時加強(qiáng)人才培養(yǎng)。”于貴瑞說。

他表示，指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的科學(xué)基礎(chǔ)是全球氣候變化和全球碳循環(huán)及其互饋關(guān)系。目前應(yīng)用于指導(dǎo)“雙碳”目標(biāo)的基礎(chǔ)理論和方法學(xué)還存在諸多不確定性，迫切需要回答與此直接關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)科學(xué)問題，例如碳中和技術(shù)和措施的氣候效應(yīng)、自然碳匯形成與維持機(jī)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(xiàn)。”于貴瑞說。