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题 目：Contribution of land use to the interannual variability of the land carbon cycle
作 者：Chao Yue，Philippe Ciais，Richard A. Houghton，Alexander A. Nassikas
期 刊：Nature Communications
时 间：2020.06.23
一作单位：State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Northwest A&F University, Yang ling, Shaanxi 712100, People’s Republic of China
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-16953-8
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研究背景
大气中二氧化碳年增长率显示出巨大的年际变化，这些变化是由土地生态系统净碳平衡主导的，因此了解土地净碳平衡（Snet）年际变化（IAV）的驱动机制对于预测未来气候碳循环反馈非常重要。过去研究表明，土地净碳平衡的年际变化与热带气候变化相关，但今天的陆地生态系统也处于人类广泛的土地使用和管理之下，本研究通过使用一个改进的生物圈模型，报告了以前隐藏的土地利用在驱动土地净碳平衡年际变化方面的作用，研究发现1959-2015年间完整的土地贡献减少了一半以上。鉴于土地利用在调节未来土地气候碳循环反馈方面的重要性，应努力减少土地利用的排放，提高管理土地碳汇的气候弹性。
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研究结果
如图2所示，ORCHIDEE模型可以严格区分管理性的和完整性的生态系统的碳通量，在1990-2015年间，Eluc（土地利用变化排放）在热带地区显示的是净碳源，主要由农业扩张导致的森林损失驱动。相反，在中国、欧洲和美国部分地区，由于森林管理、植树造林和农业废弃，Eluc显示是净碳汇。SIntact（整体土地碳汇）显示，在环境变化驱动下，大气中的二氧化碳在空间上更加均匀，因此土地净碳平衡主要由SIntact主导。如图2d到图2g所示，Eluc的空间分布进一步分解为其组成通量。热带地区主要是即时排放（Efire）,以及遗留的数值和土壤碳排放（Elegacy）,而木材产品退化的排放（Ewood）在森林管理广泛的北半球占主导地位，这里忽略了国际贸易带来的木材产品流动，恢复的次生林的碳汇在整个植被土地上普遍存在，但更集中在欧洲和东亚。
如图3所示，本研究进一步比较了原生林和次生林的碳汇，1990-2007年不同地区森林和全球森林库存综合情况如图所示。对于温带和北方地区ORCHIDEE中完整性森林和管理性森林的碳汇被归纳在一起，并与Pan等人的研究进行比较，因为后者没有对这两种森林进行区分。ORCHIDEE估计的整个温带和北方地区的森林碳汇与森林库存数据基本吻合。1990-2007年，其中四分之一是管理性森林，管理性森林在中国系西欧发挥重要作用，而在北美，碳汇完全由完整性森林主导。
在1850-2015年间，本研究模拟结果显示了与HN2017相似的时间特征和幅度，不仅是在估计的全局性的Eluc，也包括其个别成分，如图4所示。在1959-2015年间，HN2017估计的Eluc显示出适度的变异性，Efire明显占优势，相比之下，OECHIDEE估计的Eluc的方差要高两倍。该通量显示IAV主要与厄尔尼诺气候异常有关，在较温暖和干燥的厄尔尼诺年份排放量较大，而在较冷的厄尔尼诺年份排放量较小。HN2017估计的总排放量和恢复汇都比ORCHIDEE高，而且时间再往前推差异更明显，这可能是因为HN2017所使用的森林恢复的响应函数是静态的，其碳储存量和生长速度比实际历史值要高。
图5显示将ELuc的不同组成部分及其IAV纳入全球碳循环，产生了与IPCC AR5以及直到最近由GCP发布的年度碳预算中传统的全球碳预算不同的面貌。传统的
显示管理性的土地是一个单一的组合的Eluc，几乎没有IAV。Sintact是作为其他预算项的残差而得出的，它单独吸收了Snet的大部分IAV，并几乎完全驱动了大气中二氧化碳的增长变化。在最新的GCP全球碳预算中，Sintact对IAV的这种支配地位仍然没有改变。
图6进一步详细比较了Snet、Eluc和使用簿记和剩余预算法得出的Sintact，并由ORCHIDEE模拟了1959-2015年的数据。ORHIDEE模拟的Snet与1959-2015年的显示出合理一致性。此外ORCHIDEE模拟的Eluc也与HN2017和参考文献中的估计值一致。此外，该模型还重现了观察到的Snet对热带陆地温度变化的敏感性，这表明ORCHIDEE可以充分模拟Snet以及其IAV。图6d显示了在Snet中，ELuc的贡献相当大，占全球IAV的28%，而用HN2017只有5%。
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编者按
本研究强调了土地利用在推动土地碳平衡的IAV及其气候敏感性方面的作用，随着历史上人类土地使用面积的不断扩大，今天人类管理着地球上约70%的总土地面积。在过去50年中，每年大气中的二氧化碳增长对温度敏感性有了明显提高。本研究建议，未来土地政策应着眼于加强森林碳汇的气候适宜性，并尽量减少土地使用和管理活动的遗留排放，例如选择抗旱的次生林物种，并促进碳保留的农业实践，如免耕。
转自：“西农RE学术社”微信公众号
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