ERL编辑优选：四十年来中国农田收获碳显著增长
文章介绍
通讯作者：
- 袁文平,北京大学碳中和研究院、城市与环境学院
研究背景：
农田作为关键的陆地生态系统，在全球碳循环中扮演重要角色，其植被生产力占全球的12%-16%，并影响碳循环的季节性波动。农作物籽粒中的碳会随着人类和牲畜的消耗迅速释放到大气中，对其的估算直接影响到农田生态系统碳源汇核算准确性的关键。尽管陆地生态系统模型考虑了随着籽粒收获碳移除的影响，但其模拟能力仍然存在巨大的不确定性。作为农业大国，中国农田生态系统对于国家碳收支扮演着重要的角色，但关于其农田收获碳的数据仍不完善。本研究旨在评估中国农作物收获碳的规模和趋势，并利用新生成的网格化数据集评估七个最新模型的性能。
研究内容：
本研究收集了1981-2020年中国31个省的作物产量统计数据，分析了随着农作物籽粒收获的碳移除量的长期变化趋势，并基于2001-2019年的县级数据生成网格化收获碳数据集（Terrestrial Ecosystem Disturbance-HCC, TED-HCC），在此基础上检验了7个陆地生态系统模型对于农作物收获碳的模拟能力。
本研究发现，中国农田收获碳在过去四十年间显著增加，总量从1981年的0.18 亿吨碳/年增长到2020年的0.42亿吨碳/年，增加了约2.3倍。谷物类作物（如稻谷、小麦和玉米）是主要贡献者，占总增长量的68.3%（图 1）。
图 1. 中国农田生态系统农作物收获碳长期变化。
此外，基于本研究生成的TED-HCC数据集，我们发现中国的农作物收获碳主要分布在东北、华北和西南地区。收获碳的强度从1 g C m⁻² yr⁻¹到467 g C m⁻² yr⁻¹不等。在过去的二十年（2001-2019年）中，超过42.1%的地区显示出收获碳强度的增加趋势（34.4%显著增加），只有18.4%的地区显示出减少趋势（5.1%显著减少）。需要注意的是，减少趋势主要发生在东南地区（图 2）。
图 2. 2001 年至 2019 年收获的作物碳强度（a）和趋势（b）.b 图左下角的小图 I 显示了以下情况的比例：显著减少（p<0.05）、不显著减少、不显著增加和显著增加.小图 II 显示了网格点趋势在>10、0-10、-10-0 和 <-10 g C m-2yr-1 中的比例。
本研究评估了七个最先进的陆地生态系统模型在模拟农作物收获碳方面的表现。虽然一些模型能够再现农作物收获碳的数量和时间变化，但模型在模拟农作物收获碳的趋势和空间分布方面有一定的局限性。这突显了模拟作物产量和碳循环的挑战和不确定性（图 3）。
图 3. 基于统计数据和七个模型模拟的收获碳对比。(a) 收获碳的时间变化；(b) 去趋势后的收获碳时间变化；(c) 2001年至2019年间的平均收获碳量；(d) 2001年至2019年间的收获碳趋势平均值。
本研究成果揭示了收获碳在农业生态系统碳预算中的关键作用，并展示了其对国家和全球碳循环的重要影响。生成的数据集在改进国家碳预算估算方面具有重大潜力，并可作为陆地生态系统模型的基准，有助于制定优化农田碳管理的可持续农业政策。理解收获碳的时空动态可以为支持可持续农业和环境政策提供重要数据，推动更有效的碳管理实践。
我们的数据发布在figshare上，公开供大家使用，具体的地址如下：https://doi.org/10.6084/m9.figshare.22785800.v5
作者介绍
袁文平 教授
北京大学碳中和研究院和城市与环境学院
- 袁文平，北京大学碳中和研究院和城市与环境学院博雅特聘教授。主要从事陆地生态系统碳循环模型研究，发展和改进的陆地碳循环模型参加全球碳计划，并制备了中国土地覆盖、主粮作物分布、生态系统扰动等多套数据集，能够直接服务于评估陆地生态系统碳源汇。
期刊介绍
- 2023年影响因子：5.8 Citescore: 11.9
- Environmental Research Letters（ERL）以金色开放获取模式出版，作者可选择将原始数据作为补充资料与文章一起发表。所有研究人员可以免费获取这些研究成果。ERL汇聚了关注环境变化及其应对的研究团体和政策制定团体的意见，涵盖了环境科学的所有方面，出版研究快报、综述文章、观点和社论。ERL顺应了环境科学的跨学科发表的趋势，反映了该领域相关的方法、工具和评估战略，得到了来自不同领域的广泛贡献。