一、碳循環(huán)、碳達(dá)峰、碳中和介紹

       碳循環(huán)，是指碳元素在地球上的生物圈、巖石圈、水圈及大氣圈中交換，并隨地球的運(yùn)動(dòng)循環(huán)不止的現(xiàn)象。生物圈中的碳循環(huán)主要表現(xiàn)在綠色植物從大氣中吸收二氧化碳，在水的參與下經(jīng)光合作用轉(zhuǎn)化為葡萄糖并釋放出氧氣，有機(jī)體再利用葡萄糖合成其他有機(jī)化合物。有機(jī)化合物經(jīng)食物鏈傳遞，又成為動(dòng)物和細(xì)菌等其他生物體的一部分。生物體內(nèi)的碳水化合物一部分作為有機(jī)體代謝的能源經(jīng)呼吸作用被氧化為二氧化碳和水，并釋放出其中儲(chǔ)存的能量。

      能源消耗不斷增長(zhǎng)，二氧化碳排放量不斷增加，大氣溫室效應(yīng)及其影響愈發(fā)嚴(yán)重。碳達(dá)峰就是為了控制二氧化碳排放總量不再增加，而提出的一個(gè)二氧化碳最高限值控制目標(biāo)。碳中和就是實(shí)現(xiàn)吸收固定轉(zhuǎn)化的二氧化碳數(shù)量與產(chǎn)生排放的二氧化碳數(shù)量相同的碳平衡控制目標(biāo)。中國(guó)承諾：2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。

二、CO2的來源和去向概述

       碳循環(huán)過程，大氣中的二氧化碳大約20年可完全更新一次。自然界中絕大多數(shù)的碳儲(chǔ)存于地殼巖石中，巖石中的碳因自然和人為的各種化學(xué)作用分解后進(jìn)入大氣和海洋，同時(shí)死亡生物體以及其他各種含碳物質(zhì)又不停地以沉積物的形式返回地殼中，由此構(gòu)成了全球碳循環(huán)的一部分。碳的地球生物化學(xué)循環(huán)控制了碳在地表或近地表的沉積物和大氣、生物圈及海洋之間的遷移。

        自然界碳循環(huán)的基本過程如下：大氣中的二氧化碳（CO2）被陸地和海洋中的植物吸收,然后通過生物或地質(zhì)過程以及人類活動(dòng)，又以二氧化碳的形式返回大氣中。

三、CO₂監(jiān)測(cè)案例

案例一：水體（淡水）CO₂監(jiān)測(cè)

項(xiàng)目實(shí)施單位：香港大學(xué)

項(xiàng)目實(shí)施人：香港大學(xué)生物科學(xué)學(xué)院

項(xiàng)目實(shí)施地點(diǎn)：香港南區(qū)的河流

項(xiàng)目監(jiān)測(cè)設(shè)備情況：

• 采用的水下CO₂傳感器（最大入水深度可達(dá)3米）

• 數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)放置在湖邊（岸邊）

• 數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳

• 儀器的主要傳感器為國(guó)際匹配，其他為國(guó)內(nèi)配套

項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)的目的：評(píng)估人類壓力對(duì)淡水碳循環(huán)的影響-對(duì)香港二氧化碳排放和生物多樣性保護(hù)的影響，

項(xiàng)目從兩個(gè)方面進(jìn)行研究

a》人類干擾與碳排放：確定人類對(duì)河流集水區(qū)的干擾是否通過改變微生物組成而使碳循環(huán)失衡，以及這是否會(huì)改變有機(jī)碳的加工速度，從而影響碳排放速度（例如：向大氣中排放二氧化碳）

b》人類干擾與水體生物多樣性的關(guān)系：評(píng)估人類破壞的碳循環(huán)對(duì)河流生物多樣性的影響，并量化有機(jī)碳循環(huán)以及人類干擾梯度上相關(guān)的淡水微觀和宏觀多樣性

項(xiàng)目的預(yù)期結(jié)果運(yùn)用：

*預(yù)測(cè)模型建模：該項(xiàng)目收集的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)將用于構(gòu)建公共領(lǐng)域的預(yù)測(cè)模型，

*解決關(guān)鍵知識(shí)：有助于實(shí)現(xiàn)香港生物多樣性戰(zhàn)略和行動(dòng)計(jì)劃的目標(biāo)，即解決生態(tài)系統(tǒng)功能中關(guān)鍵知識(shí)（問題）

*管理重點(diǎn)生態(tài)溪流：緩解人為氣候變化，以及管理具有生態(tài)重要性的自然溪流和河流

案例二：土壤不同剖面CO₂含量的監(jiān)測(cè)

項(xiàng)目實(shí)施單位：榆林毛烏素沙地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站

項(xiàng)目實(shí)施人：榆林定位觀測(cè)研究站

項(xiàng)目實(shí)施地點(diǎn)：榆林

項(xiàng)目監(jiān)測(cè)設(shè)備情況：

• 采用的傳感器有國(guó)外的（CO₂),有國(guó)內(nèi)的傳感器（土壤多參數(shù)等）

• 數(shù)據(jù)的傳輸系統(tǒng)，數(shù)據(jù)管理平臺(tái)系統(tǒng)為國(guó)內(nèi)獨(dú)立開發(fā)的具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的云平臺(tái)系統(tǒng)

• 運(yùn)用組態(tài)功能實(shí)現(xiàn)了生態(tài)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示

項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)的目的：

• 土壤不同剖面的CO₂含量變化

• 同時(shí)同位置監(jiān)測(cè)土壤水分，溫度，鹽分的變化

• 研究不同剖面溫度水分變化對(duì)CO₂含量變化的關(guān)聯(lián)影響（備注：溫度的變化對(duì)土壤碳的分解有明顯的影響：南方地區(qū)沒有黑土地）

案例三：空氣（農(nóng)田）CO₂監(jiān)測(cè)

項(xiàng)目實(shí)施單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所

項(xiàng)目實(shí)施人：于老師

項(xiàng)目實(shí)施地點(diǎn)：河北邢臺(tái)

項(xiàng)目監(jiān)測(cè)設(shè)備情況：

• 本案例采用Lora技術(shù)將多個(gè)分布在一定范圍的CO₂監(jiān)測(cè)單元，組網(wǎng)集中起來，然后通過一個(gè)集中的網(wǎng)關(guān)上傳到數(shù)據(jù)中心，

• 數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)收集，處理，歸檔

• 可根據(jù)需要，通過數(shù)據(jù)中心下發(fā)指令，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行控制：如啟停，開閉等

項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)的目的：

• 評(píng)估農(nóng)田（可不限于農(nóng)田）的網(wǎng)格面上的CO₂變化

• 通過CO₂的變化來評(píng)估土壤質(zhì)量的變化，

• 并作出土壤質(zhì)量演變趨勢(shì)預(yù)測(cè)