■本報(bào)記者 馮麗妃

隨著“雙碳”行動(dòng)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(kāi)。

作為國(guó)家戰(zhàn)略科技力量主力軍，中科院很早就對(duì)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(guó)首個(gè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究基礎(chǔ)工程——中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)通量觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)（ChinaFLUX）。

自2002年建成以來(lái)，ChinaFLUX這項(xiàng)誕生于中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目背景下的“001”號(hào)基礎(chǔ)工程，見(jiàn)證了中國(guó)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(cè)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域空白，在國(guó)際通量網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮的影響力日益增長(zhǎng)。

20年見(jiàn)證三次浪潮

談起ChinaFLUX的誕生，中科院院士于貴瑞對(duì)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(guó)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(guó)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(guò)20余年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個(gè)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(guó)的野外觀測(cè)、科學(xué)研究、技術(shù)示范及科技服務(wù)基地，成為全球長(zhǎng)期生態(tài)研究網(wǎng)絡(luò)及我國(guó)野外臺(tái)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(cè)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(guó)能夠建立一個(gè)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(cè)專項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)。

國(guó)際上在1995年就計(jì)劃設(shè)立一個(gè)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(duì)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(cè)研究。日本在1997年就加入該網(wǎng)絡(luò)，而中國(guó)當(dāng)時(shí)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(cè)技術(shù)系統(tǒng)，發(fā)展長(zhǎng)期觀測(cè)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的通量觀測(cè)體系呢？”在該想法的驅(qū)使下，于貴瑞回國(guó)后向中科院相關(guān)部門(mén)遞交的第一份報(bào)告，就是陳述中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化問(wèn)題及生態(tài)系統(tǒng)碳通量觀測(cè)的重要性，并建議投入千萬(wàn)元級(jí)規(guī)模的經(jīng)費(fèi)，建設(shè)基于CERN的通量專項(xiàng)觀測(cè)研究平臺(tái)。

然而，由于投資規(guī)模過(guò)大，他的報(bào)告一度被擱置了。

正當(dāng)他覺(jué)得平臺(tái)建設(shè)推進(jìn)沒(méi)有希望時(shí)，好消息來(lái)了。彼時(shí)，中科院?jiǎn)��?dòng)知識(shí)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(bào)告成了當(dāng)時(shí)科學(xué)院擬開(kāi)展全球變化前沿研究的重要組成部分。

2001年，中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目“001號(hào)”——“中國(guó)陸地和近海生態(tài)系統(tǒng)碳收支研究”正式啟動(dòng)。

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(duì)森林、草地、農(nóng)田、濕地和近海生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程機(jī)理、碳儲(chǔ)量和通量、生態(tài)系統(tǒng)建模及國(guó)家尺度集成分析開(kāi)展綜合研究。該項(xiàng)目的一個(gè)重要任務(wù)就是建設(shè)ChinaFLUX，于貴瑞回憶：“當(dāng)時(shí)的總項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)為5000萬(wàn)元，其中1/3被用于啟動(dòng)建設(shè)中國(guó)通量網(wǎng)。”

這個(gè)專項(xiàng)平臺(tái)的主要任務(wù)是什么？“它不只是關(guān)注二氧化碳，同時(shí)還對(duì)氮、水和能量通量進(jìn)行協(xié)同觀測(cè)，為人們理解生態(tài)系統(tǒng)過(guò)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(guó)每個(gè)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(dòng)態(tài)變化規(guī)律，為中國(guó)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳收支評(píng)估和模擬分析提供高頻觀測(cè)數(shù)據(jù)。”于貴瑞向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》解釋。

據(jù)介紹，經(jīng)過(guò)20年發(fā)展，ChinaFLUX觀測(cè)研究站點(diǎn)已從2002年首期的6個(gè)擴(kuò)展到目前的79個(gè)，其觀測(cè)樣地涵蓋了中國(guó)主要的陸地生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型，極大地增強(qiáng)了我國(guó)通量觀測(cè)研究的實(shí)力。

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

第一次浪潮是以“001”號(hào)基礎(chǔ)工程為開(kāi)端。此前，中國(guó)尚未有生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程及碳通量系統(tǒng)性觀測(cè)研究。在ChinaFLUX及中國(guó)陸地和近海生態(tài)系統(tǒng)碳收支研究項(xiàng)目的帶動(dòng)下，掀起了中科院及全國(guó)碳循環(huán)過(guò)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(dòng)的“應(yīng)對(duì)氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問(wèn)題”（簡(jiǎn)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(lái)自‘碳專項(xiàng)’的碳儲(chǔ)量調(diào)查和碳通量觀測(cè)。這次對(duì)全國(guó)的碳核算非常系統(tǒng)，從過(guò)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(lèi)型，重點(diǎn)評(píng)估了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)的植被、凋落物和0~100厘米土壤的碳儲(chǔ)量大小、空間分布特征，并對(duì)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能進(jìn)行了概算。”于貴瑞說(shuō)。

現(xiàn)在，在“雙碳”目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，中國(guó)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?jiǎn)��?dòng)實(shí)施科技支撐“雙碳”戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃，ChinaFLUX已經(jīng)累計(jì)獲取了近20年的碳水通量觀測(cè)數(shù)據(jù)，將為實(shí)現(xiàn)國(guó)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(guó)內(nèi)外空白

在過(guò)去20年中，ChinaFLUX這一超前布局的基礎(chǔ)科學(xué)平臺(tái)，已成為我國(guó)碳氮水通量及循環(huán)過(guò)程研究，特別是理解我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能時(shí)空變化機(jī)制的“加速器”。

它支撐了一大批國(guó)家重大研究項(xiàng)目及國(guó)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(duì)16000個(gè)調(diào)查樣地的清查成果，核算出中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳固率為每年10.96億噸二氧化碳，中國(guó)區(qū)域碳匯量占全球的7.2%~15%；確認(rèn)了中國(guó)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(dòng)下，ChinaFLUX也發(fā)展成為CERN的一個(gè)特色鮮明的專項(xiàng)觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)。2012年，“中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建及其觀測(cè)研究和試驗(yàn)示范”獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。同期，基于ChinaFLUX完成的“中國(guó)陸地碳收支評(píng)估的生態(tài)系統(tǒng)碳通量聯(lián)網(wǎng)觀測(cè)與模型模擬系統(tǒng)”和“陸地生態(tài)系統(tǒng)變化觀測(cè)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(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

不只是在國(guó)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(cè)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(guó)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(guò)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)長(zhǎng)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(lái)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(cè)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展了密切的交流與合作。2007年啟動(dòng)的“A3前瞻計(jì)劃項(xiàng)目”，目標(biāo)就是基于中國(guó)、日本、韓國(guó)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(shí)碳循環(huán)的自然及人為驅(qū)動(dòng)機(jī)制，形成亞洲區(qū)域重要的國(guó)際合作研究平臺(tái)。

談起ChinaFLUX的“能力”，于貴瑞表示，目前這一基礎(chǔ)性科技平臺(tái)主要發(fā)揮著五大“硬支撐”作用。首先是對(duì)不同區(qū)域的不同類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量變化進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)式的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；其次是系統(tǒng)開(kāi)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(guò)程和功能對(duì)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(guó)家尺度上探討碳氮水循環(huán)及其耦合過(guò)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(cè)研究技術(shù)體系；其四是開(kāi)發(fā)生態(tài)系統(tǒng)模型及數(shù)據(jù)—模型融合系統(tǒng)，評(píng)估中國(guó)及全球的碳氮水及能量通量的時(shí)空變異；其五是提供原始科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)，供本平臺(tái)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(wèn)題整合研究、模擬分析或科學(xué)預(yù)測(cè)。

“我們的長(zhǎng)期目標(biāo)是服務(wù)兩個(gè)重大國(guó)家需求：應(yīng)對(duì)全球氣候與環(huán)境變化、維持區(qū)域和國(guó)家可持續(xù)發(fā)展。”于貴瑞說(shuō)。

“把中國(guó)的事辦好，也就是對(duì)世界的貢獻(xiàn)”

過(guò)去20年ChinaFLUX的建立與運(yùn)行，培育了我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)通量觀測(cè)、碳氮水循環(huán)及其耦合過(guò)程研究科學(xué)生長(zhǎng)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)碳氮水通量觀測(cè)研究事業(yè)從無(wú)到有、由國(guó)內(nèi)起步走向國(guó)際前沿的跨越式發(fā)展。

ChinaFLUX已連續(xù)16年舉辦通量觀測(cè)理論與技術(shù)培訓(xùn)班，得到了國(guó)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(guó)通量觀測(cè)研究的持續(xù)發(fā)展。該平臺(tái)的建設(shè)和科學(xué)研究還帶動(dòng)了我國(guó)林業(yè)、氣象和農(nóng)業(yè)部門(mén)以及部分高校的碳水通量觀測(cè)站的建設(shè)工作。目前全國(guó)范圍內(nèi)已經(jīng)建設(shè)了100多套通量觀測(cè)系統(tǒng)，形成了具有相當(dāng)規(guī)模的國(guó)家尺度碳、氮、水和能量通量觀測(cè)研究體系。

站在中國(guó)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(cè)研究，同時(shí)加強(qiáng)人才培養(yǎng)。”于貴瑞說(shuō)。

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(wèn)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(zhǎng)潛力，等等。

“把中國(guó)的事辦好，也就是對(duì)世界的貢獻(xiàn)。”于貴瑞說(shuō)。