一、研究背景

    森林是陆地生态系统最大的生态碳库。中国科学院瞄准全球变化与森林生态系统相关研究领域的前沿性科学问题，结合国际减排行动的科技需求，启动了战略性先导专项的"生态系统固碳"项目群，在"中国森林生态系统固碳现状、速率、机制和潜力"课题下设置子课题（XDA05050202），针对我国中西部温带植被区域的森林生态系统，采用统一规范的研究方法，开展了历时5年的系统调查、采样和分析。研究旨在相对准确地估算和预测我国中西部温带植被区域森林生态系统的固碳现状、速率和潜力，为构建我国森林生态系统固碳研究数据平台提供可靠资料；评价森林生态系统在全球变化环境和经营措施下沿自然环境梯度的变化趋势；揭示森林生态系统的固碳机制、碳收支特征、时空分布规律及动态效应；体现科学探索的前瞻性和鲜明的地域特色，并为国家的环境外交谈判提供科学支撑，推动我国中西部生态环境建设和低碳经济的发展。

二、成果主要内容

1. 依据规范统一的调查和测定方法，完成了600个样地的森林生态系统各组分碳库调查，采集了相关的植物和土壤样本并进行了测试分析，建立了中西部温带植被区域森林固碳现状和速率的相关数据库。

    依据项目群顶层设计，基于IPCC网格化布点和我国土地利用类型/植被类型分布状况，在甘肃、宁夏和新疆等省区设置代表性的天然林和人工林调查样地，实施了统一规范的野外调查和室内分析。每个样地包括林分基本信息26个，乔木层、灌木层、草本层、凋落物、枯死倒木、细根等生物量和碳密度信息44个，土壤碳密度相关信息16个，以及氮、磷含量和综合指标信息40余个。数据库的构建为探明该区域森林固碳现状、速率和潜力，研究林分内部、林分与环境、不同时间和空间尺度的相关机制奠定了基础。

2. 完成了中西部温带植被区域森林固碳现状清查，探明了中西部温带植被区域各森林类型碳储量现状及其分布特征。

    对中西部温带植被区域典型森林类型分不同龄级开展研究，探明了20余种天然林类型和20余种人工林类型的生态系统碳库格局，采用加权法进行尺度上推，估测了区域碳库格局。甘肃省森林生态系统总碳储量为612.43 Tg C，植被和土壤碳储量分别占29.2%和70.8%。天然林是甘肃省碳储量的主要贡献者，其中以冷杉、云杉林碳储量贡献较大。人工林各森林类型中，刺槐、杨树和云杉因其面积较大是碳储量的主要贡献者。宁夏自治区森林总碳储量为43.54 Tg C，植被和土壤碳储量分别为4.46和39.08 Tg C，主要分布于森林较为集中的南部山区。新疆自治区森林碳储量的主要贡献者为优势树种西伯利亚落叶松、雪岭云杉和胡杨的天然林，总碳储量为435.82 Tg C，植被层和土壤层分别为101.48和334.34 Tg C。

3. 定量揭示了中西部温带植被区域森林生态系统碳积累的时间格局，评估了固碳速率和潜力。

    甘肃省天然林从1996年到2011年平均每年固碳1.33 Tg C，人工林为0.92 Tg C。天然林是甘肃森林植被碳汇功能的主要贡献者。自1998年以来随着一系列林业生态工程的开展，幼、中龄林面积增加，人工林的碳汇功能也呈现出显著的上升趋势。林分最大固碳潜力与林龄、树种、现阶段碳库存及造林面积等因素有关，主要人工林乔木层最大固碳潜力为27.55 Tg C。新疆雪岭云杉林平均每年固碳0.25 Tg C，大面积中龄林、近熟林和成熟林固碳潜力巨大，最大固碳潜力为39.5 Tg C。

4. 基于详实的样地数据，结合定位监测实验，分析了森林生态系统碳固持、碳排放和碳平衡等相关机理，阐明了该区域森林固碳对气候因子的响应特征。

    探明了栎类天然次生林生物量碳密度随气温和降雨量梯度的变化特征；定量分析了甘肃省森林土壤碳密度格局和碳固存驱动机制，阐明了森林类型、土壤类型、年均温、降雨量、海拔和立地条件的影响；揭示了黄土区典型森林类型土壤有机碳、无机碳、全碳及全氮含量和储量的垂直分布规律，以及碳排放的季节动态与驱动机制；揭示了新疆天山、阿尔泰山森林生态系统碳库空间分布受地形和气候的影响机制。

三、科技创新贡献

1. 建立了中西部温带植被区域森林固碳现状和速率的相关数据库。数据库作为全国森林生态系统固碳研究数据库的重要组成部分，为全国性研究、评估和政策咨询提供服务。

2. 完成了中西部温带植被区域森林固碳现状清查，定量揭示了中西部温带植被区域碳积累的时间格局，评估了固碳速率和潜力。

3. 阐明了该区域森林固碳对气候因子的响应特征。

四、国内外影响

1. 参与构建了全国森林固碳研究数据库，支撑了全国性的研究和成果集成。项目群于2018年4月在PNAS上发表了系列论文，全面、系统地报道了中国陆地生态系统固碳研究的成果，国内外媒体广泛报道。

2. 项目群专家组还在2015年12月巴黎世界气候大会上举行边会，向全世界展示了我国在该领域的贡献，本研究参与了成果提供。

3. 截止验收，共发表论文54篇，培养硕士研究生13人，博士研究生6人，博士后1人。

4. 相关论文得到了他人引用和评价，14篇代表性SCI论文被引用168次，16篇中文期刊论文被引用198次。