作者：于贵瑞,朱剑兴,徐丽,何念鹏

作者单位：中国科学院地理科学与资源研究所；中国科学院生态系统网络观测与模拟重点实验室 

　　2030 年前碳达峰、 2060 年前碳中和已被确定为中国经济社会发展的重要战略目标。当前，中国陆地生态系统碳汇能力约为每年 10 亿—13 亿吨二氧化碳（CO2）。

巩固和提升生态碳汇功能，需要与国土空间规划和生态保护等相结合，稳定现有森林、草原、湿地、滨海碳碳汇，进而实施生态保护与修复等重大增汇工程，同时还需要推动生态系统管理及新型生物/生态碳捕集、利用与封存技术（Bio-CCUS/Eco-CCUS）的开发应用。

通过统筹陆地-河流-海洋国土空间规划和各种增汇技术，有望实现中国区域生态系统自然和人为碳汇功能倍增目标，即在 2050—2060 年实现每年 20 亿—25亿吨 CO2 的碳汇贡献。当前，亟待系统梳理生态系统碳汇提升关键技术，科学评估其增汇效应、经济可行性和时间可持续性，集成不同区域增汇技术并开展区域示范。

亮点论述：

提升生态系统碳汇功能的途径及其关键技术

　　从《京都议定书》（1997年）、《哥本哈根协议》（2009年）到《格拉斯哥气候公约》（2021年），生态系统碳保护和增汇都被认为是最绿色、最经济、最具规模效益的技术途径。过去几十年，中国生态环境建设取得了巨大成就，为生态碳库保护和碳汇能力提升奠定了基础，对构建当下的生态建设与固碳增汇协同的理论体系、应用技术和模式也具有重大意义。在此基础上，还应从地质系统碳循环、地表系统碳循环、生态系统碳循环、人文社会系统碳循环耦合的新视角，建立支撑“双碳”战略的地球系统碳循环的理论及人为调控体系。在致力于发展地质工程的CCUS理论和技术的同时[2]，更加重视新型基于生物学或生态学理论的CCUS（Bio-CCUS或EcoCCUS）的开发应用。

　　2.1 传统的农林业减排增汇技术途径

　　传统的农林业减排增汇技术，主要包括造林、再造林和森林管理、农业保护性耕作、畜牧业减排、草地和湿地管理、滨海生态工程（如蓝碳养殖业）等绿色低碳减排或增汇技术措施[8, 12]。当前应致力于应用和发展的技术措施包括：①实施生态保护修复重大工程，开展不同地理单元的山水林田湖草沙冰一体化保护和修复，持续增加森林面积和蓄积量。②大力推进国土绿化行动，巩固退耕还林还草成果，实施森林质量精准提升工程。③采取多样化的森林经营和管理措施，如延长森林间伐时间、人工林抚育、防火和病虫害防治等。④加强草原生态保护修复，强化内陆河岸、湖泊和沼泽湿地保护。⑤整体推进滨海（湿地）生态保护和修复，尤其是红树林、海草床、盐沼等保护。⑥开展耕作制度变革及耕地质量提升行动，实施黑土、黄土和红壤的保护工程，提升土壤碳库及其稳定性。⑦加强内陆盐碱土和岩溶区域地质碳汇功能的研究与开发（表 1）。

　　相关研究表明，农业的保护性耕作和有机肥使用等措施的固碳潜力每年约1.4亿—1.7亿吨CO2；草地围栏和种草等措施的固碳潜力每年约0.6—0.8亿吨CO2。然而，上述这些增汇潜力还都是基于小范围、短时间的调查结果推测获得，仍存在较大的不确定性，并且其经济可行性尚待研究。

　　2.2 生态工程的增汇途径

　　生态工程增汇模式的构建需要统筹国土空间绿化与生态环境治理，围绕提升森林、农田、草地、荒漠、内陆湿地、湖泊、滨海湿地、近海养殖业等生态碳汇功能，挖掘现有成熟技术，整合形成适用于景观、流域到区域的系统化技术模式。应充分总结各类生态系统定位观测、研究和增汇相关技术研发和示范成果，汇集碳汇功能提升的技术模式库，支撑区域碳汇综合示范。

　　过去几十年，科学家已经发展和系统总结了众多行之有效的生态增汇措施（表 1），如造林再造林、退耕还林、天然草地封育等。然而，在落实碳中和战略的应用过程中，亟待科学评估这些增汇技术的碳汇效应、时间可持续性、空间适用性、经济可行性，分级和分类型地推荐可以大规模推广的生态工程增汇措施。我国的新增造林、路岸河岸带和城市绿地生态建设规模还在不断增大，依据国家统计的各省新造林和城市绿地面积，结合各区域所对应的固碳速率分析表明，实施新规划的生态恢复和国土绿化工程具有巨大的固碳潜力，新增造林及城市绿地预计具有每年0.3亿—0.8亿吨CO2的固碳潜力。

　　2.3 新型生物/生态碳捕集、利用与封存途径

　　Bio-CCUS或Eco-CCUS是指通过提升陆地生态系统生产力途径来更多地固定大气CO2，并将其转换为有机生物质，进而作为能源、化工或建筑材料替代化石产品，或直接埋藏或地质封存。光合作用是地球上最大规模的能量和物质转换过程，是高效转换光能固定CO2的自然过程，可为Bio-CCUS或Eco-CCUS提供充足原料。

　　（1）利用分子生物学原理，研发高新生物固碳技术。分子生物学的转基因及分子设计等技术正在快速发展，为开发生物碳汇封存提供了潜在技术，在构建CO2高效生物利用或封存的技术模式集成体系方面具有广泛的应用前景。潜在的技术突破包括：①利用分子生物学的技术改良光合生物的捕光、固碳和代谢途径，提升生物光合固碳效率；②改良筛选出更高效的固碳、抗盐碱或抗干旱的树种和草种；③有可能培育出高效固碳且减污的微生物或水生植物。

　　（2）基于现代生物合成原理，开发人工模拟光合作用新技术。现代生物技术的发展为生物改良及模拟光合作用的技术突破提供了条件。人工利用和模拟生物光合作用，将阳光、水和CO2转化为碳水化合物的技术突破，有可能为Bio-CCUS或Eco-CCUS提供颠覆性关键技术。潜在的技术突破领域包括：①发展化学与生物催化相耦合技术，构建形成简单的固碳淀粉人工合成途径。②挖掘生物酶催化剂，突破自然界淀粉合成的复杂调控障碍。③开发模块组装优化与时空分离策略，解决人工碳固定途径中的底物竞争、产物抑制等问题。④突破应用技术的成本限制，提高人工固碳技术的应用价值和产业化进程。

　　（3）利用污染或废弃地等土地资源，发展生物/ 生态固碳技术。中国存在一些污染土地、污染湿地、废弃矿区等土地资源。这些土地虽然不适合种植人畜食用的农作物，但可以用于种植高光效的高生物量植物（如杨树、芨芨草、蓖麻、玉米、甜高粱、甘蔗等）；这些植物生产的生物量既可以作为生物能源和生物化工原料，也可以将收获物压缩为颗粒或者炭化后直接埋藏，实现长期的碳封存。以种植玉米或高粱为例，每公顷每年可收获秸秆和籽粒30吨，其年净碳固持速率可达49.4吨CO2/公顷；如果按CCUS途径的每吨CO2的价格为1 300—2 000元计算，则其单位面积的碳汇经济效应甚至会超过传统农业种植的经济价值。

　　（4）利用农业和林业残余生物量，发展生物/生态固碳技术。森林和农田生态系统每年会产生大量的废弃物或秸秆生物质，是巨大的生物资源。Yan等通过生物量热值研究发现中国陆地生态系统每年新增有机物质积累非常巨大；因此，利用好森林更新、砍伐、抚育所移除的生物量将提供巨大的生物质替代能源，助力“双碳”目标的实现。根据相关研究，中国现存林植被生物量增长速率在2035—2040年有可能达到峰值。因此，需要采用必要的次生林抚育及合理的采伐才能够稳定和提升其生产力，同时这也有利于防止森林火灾和病虫害导致的碳泄漏。这个研究结果为未来的森林木材择伐或抚育提供了理论依据，也为开展森林生物量的生物质发电或生物碳封存技术开发等提供应用前景。假设将当年森林生产力的1/4移除生态系统，则其规模可能在3亿立方米木材（或当量的枝叶）左右，相当于每年约有2.7亿—3.0亿吨CO2的森林生物量可以被用于Eco-CCUS。另外，我国的粮食年产量约6.5亿吨，其作物秸秆年生产量约10.7亿吨CO2；若扣除用于秸秆还田、农村家庭能源利用、牲畜消耗的量（约为总量的70%）将剩余30% 的秸秆用于Eco-CCUS，其年增汇潜力最高可达3.2亿吨CO2。类似地，加强废弃家具、建筑材料等封存处理，也将是一项不可忽视的碳汇。