我国城市生态系统有机碳储量及其变化

The urban carbon storage and its role in global carbon budget remain largely neglected. This is likely to be related to the traditional perception that urban ecosystems have limited ecological values because they are relatively small in size and significantly modified by humans. However, urbanization of the globe is accelerating, and its ecological impacts go far beyond the city limits. For example, 78% of global carbon emissions, 60% of residential water use, and 76% of wood used for industrial purposes are attributed to cities. As the world’s most populous country, China has experienced rapid urbanization in parallel with its economic boom over the past three decades. China's urban population surpasses its rural population for the first time in 2011. By 2030, 68.7% of the China's population would be living in cities, with a population of about 10 billion, and the proportion of China's urban land covers is forcasted to amount to approximately 17.7%. Therefore, a good understanding of China’s urban carbon stock and its change is critical to mitigating climate change not just for China, but the entire world. Unfortunately, to date there is no such data available. In this proposed project, for the first time, we will estimate the organic carbon storage (including both natural and anthropogenic pools) and its change in China’s urban areas at the national and regional scales using the meta-analysis, and field measurements, integrated with data compiled from literature review and statistical yearbooks. The objectives of this project are to answer the following two questions: 1) what is the magnitude of carbon stock in China's urban area, how is its regional heterogeneity, and how much does each component account for it; and 2) how does the carbon stock in China's urban areas change, and what are the possible mechanisms?

城市生态系统碳储量及其在全球碳循环中的作用基本长期被忽略，可能因为城市占整个地球表面的面积比例相对较小，但城市化的影响远远超过城市本身范围，且全球的城市用地在迅速扩张。中国作为世界第一人口大国，过去30年经历了快速的城市化。据预测到2030年，中国将有68.7%的人口居住在城市，城市面积比例可能会高达17.7%。所以了解中国城市系统的碳储量及其变化对中国乃至全球碳平衡和气候变化研究具有重要意义，但从区域或国家尺度上系统研究中国城市生态系统碳储量，包括天然碳库（植被和土壤）和人为碳库（建筑物等）及其变化的工作到目前为止还未见报道。本项目将以中国大陆所有城市为研究对象，采用数据整合和样地调查相结合的方法，估算中国城市生态系统的碳储量及其变化，从而回答如下两个科学问题：1）我国城市系统碳储量有多大，其区域分异如何，各组份如何贡献; 2）我国城市系统的碳储量是如何变化的，可能的机制是什么?

全球城市化，尤其是发展中国家的快速城市化，极大地改变了区域的生物地球化学循环，了解全球城市化发展最快的中国的城市系统的碳储量及其变化对中国乃至全球碳平衡和气候变化研究具有重要意义。因此，本文着眼于研究十分薄弱，但在全球气候变化和碳平衡中可能会起着越来越重要作用的城市生态系统，基于实测数据、多源遥感数据、统计数据和文献数据，在城市尺度、区域尺度和全国尺度，采用实测、遥感技术、数据整合和不确定性分析等方法，对我国城市、区域以及整个生态系统的有机碳储量及其变化进行系统研究。主要结论如下：1) 2016年，我国城市生态系统碳储量为1131.1 ± 71.6 Tg C，约占整个陆地生态系统碳储量的1.2%，碳密度为20.8 ± 1.3 kg C m-2，整个陆地生态系统碳密度的2倍。2) 从1997到2016年，我国城市生态系统碳储量和碳密度分别增加了近3.3倍和0.6倍；年均增长量为45.5 ± 4.0 Tg C yr-1，为整个陆地生态系统碳固存的12.4%，相当于我国同期化石燃料燃烧碳排放的3.2%。3) 2016年，土壤为我国城市生态系统的最大有机碳库(36.4%)，此次为建筑物(30.7%)、垃圾填埋场(27.4%)，植被(4.9%)和有机体(0.6%)则为较小碳库。4）我国城市生态系统碳储量分布不均，表现为华东、华中南和华北地区碳储量较高，华北、西南和西北地区较低。财富是绝大多数地区的碳储量增长最重要的驱动力，其次是人口，库存强度（技术）具有抵消增长动态的能力，但在极个别地区在特定时期会转化成碳储量增长的推动力。除此以外，国家政策也会对碳储量的时空分布产生深远影响，可通过对局部地区的宏观调控来改变城市碳储量分布。5) 城市尺度上，植被和土壤碳储量和碳密度具有明显的时间规律，其随着时间的延长而具有逐渐增加的趋势，但不同地区差异性较大。土壤深度和土地利用方式对土壤碳密度也有显著影响。以上研究结果不仅有助于我们对我国城市生态系统碳储量进行系统理解，而且为我国城市生态系统碳循环丰富了数据，推动了我国城市生态学的发展，亦为我国的城市建设以及城市景观的构建提供了重要参考。