■本報記者 馮麗妃

隨著“雙碳”行動的深入推進，當前與“碳匯”相關的研究正如火如荼展開。

作為國家戰略科技力量主力軍，中科院很早就對生態系統碳循環和碳匯功能研究進行了布局，其中就包括我國首個生態系統碳循環研究基礎工程——中國陸地生態系統通量觀測研究網絡（ChinaFLUX）。

自2002年建成以來，ChinaFLUX這項誕生于中科院知識創新工程重大項目背景下的“001”號基礎工程，見證了中國碳循環研究的三次浪潮，填補了全球陸地生態系統在東亞季風區碳氮水通量觀測網絡的區域空白，在國際通量網絡中發揮的影響力日益增長。

20年見證三次浪潮

談起ChinaFLUX的誕生，中科院院士于貴瑞對20多年前的情景記憶猶新。1999年，從日本千葉大學應招回國的他，成為中科院地理科學與資源研究所的一員，并加入了中國生態系統研究網絡（CERN）的建設和科學研究工作中。

CERN是由孫鴻烈院士等中科院老一輩科學家在1988年建立的。經過20余年的發展，已經形成了一個涵蓋農田、森林、草地、荒漠、濕地、湖泊、海洋、城市生態系統，分布于全國的野外觀測、科學研究、技術示范及科技服務基地，成為全球長期生態研究網絡及我國野外臺站體系中的核心網絡。

于貴瑞認為，在生態系統觀測體系中，生態系統碳循環研究十分重要。他希望在全國能夠建立一個以服務全球變化和碳循環科學研究為主要目標的通量觀測專項網絡。

國際上在1995年就計劃設立一個全球通量網絡FLUXNET，并倡議發展歐洲、北美和亞洲的區域網絡，對全球陸地生態系統碳水通量和能量通量進行網絡化的定位觀測研究。日本在1997年就加入該網絡，而中國當時相關研究處于空白狀態。

“能否以CERN為基礎，建立專項觀測技術系統，發展長期觀測聯網運行的通量觀測體系呢？”在該想法的驅使下，于貴瑞回國后向中科院相關部門遞交的第一份報告，就是陳述中國應對氣候變化問題及生態系統碳通量觀測的重要性，并建議投入千萬元級規模的經費，建設基于CERN的通量專項觀測研究平臺。

然而，由于投資規模過大，他的報告一度被擱置了。

正當他覺得平臺建設推進沒有希望時，好消息來了。彼時，中科院啟動知識創新工程，在全院選拔布局具有戰略性的前沿科技項目，他的建議報告成了當時科學院擬開展全球變化前沿研究的重要組成部分。

2001年，中科院知識創新工程重大項目“001號”——“中國陸地和近海生態系統碳收支研究”正式啟動。

該項目由中科院大氣物理研究所研究員黃耀和于貴瑞共同擔任首席科學家，于貴瑞為項目負責人，對森林、草地、農田、濕地和近海生態系統碳循環過程機理、碳儲量和通量、生態系統建模及國家尺度集成分析開展綜合研究。該項目的一個重要任務就是建設ChinaFLUX，于貴瑞回憶：“當時的總項目經費為5000萬元，其中1/3被用于啟動建設中國通量網。”

這個專項平臺的主要任務是什么？“它不只是關注二氧化碳，同時還對氮、水和能量通量進行協同觀測，為人們理解生態系統過程、物質循環、能量平衡及其耦合關系提供核心參數，認知中國每個典型生態系統的物質和能量交換特性，理解其空間變異和動態變化規律，為中國區域生態系統碳收支評估和模擬分析提供高頻觀測數據。”于貴瑞向《中國科學報》解釋。

據介紹，經過20年發展，ChinaFLUX觀測研究站點已從2002年首期的6個擴展到目前的79個，其觀測樣地涵蓋了中國主要的陸地生態系統類型，極大地增強了我國通量觀測研究的實力。

在于貴瑞看來，ChinaFLUX的發展歷程經歷了過去20年中國碳循環與碳匯研究的“三次浪潮”。

第一次浪潮是以“001”號基礎工程為開端。此前，中國尚未有生態系統碳循環過程及碳通量系統性觀測研究。在ChinaFLUX及中國陸地和近海生態系統碳收支研究項目的帶動下，掀起了中科院及全國碳循環過程研究的第一波浪潮。

第二次浪潮以2011年中科院戰略性先導科技專項啟動的“應對氣候變化的碳收支認證及相關問題”（簡稱碳專項）為標志。該專項中的“生態系統固碳現狀、速率、機制和潛力”項目，是由中科院植物研究所方精云院士和于貴瑞共同擔任首席科學家，于貴瑞為項目負責人。

“現在，大家使用最多的基礎數據和核心結論大多來自‘碳專項’的碳儲量調查和碳通量觀測。這次對全國的碳核算非常系統，從過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、草地和農田等主要生態系統類型，重點評估了中國陸地生態系統的植被、凋落物和0~100厘米土壤的碳儲量大小、空間分布特征，并對中國陸地生態系統碳匯功能進行了概算。”于貴瑞說。

現在，在“雙碳”目標的驅動下，中國的碳循環與碳匯研究進入第三次浪潮。今年3月，中科院啟動實施科技支撐“雙碳”戰略行動計劃，ChinaFLUX已經累計獲取了近20年的碳水通量觀測數據，將為實現國家“雙碳”目標提供更為重要的理論和數據支撐。

五大“硬支撐”，填補國內外空白

在過去20年中，ChinaFLUX這一超前布局的基礎科學平臺，已成為我國碳氮水通量及循環過程研究，特別是理解我國陸地生態系統碳匯功能時空變化機制的“加速器”。

它支撐了一大批國家重大研究項目及國家基金項目，產生了一批創新成果。例如，基于“碳專項”對16000個調查樣地的清查成果，核算出中國陸地生態系統碳固率為每年10.96億噸二氧化碳，中國區域碳匯量占全球的7.2%~15%；確認了中國高強度碳匯功能區主要分布在東北林區、南方丘陵和西南山地。

在這些重大研究項目帶動下，ChinaFLUX也發展成為CERN的一個特色鮮明的專項觀測研究網絡。2012年，“中國生態系統研究網絡的創建及其觀測研究和試驗示范”獲國家科技進步獎一等獎。同期，基于ChinaFLUX完成的“中國陸地碳收支評估的生態系統碳通量聯網觀測與模型模擬系統”和“陸地生態系統變化觀測的關鍵技術及其系統應用”研究成果分別獲得2010和2011年度國家科技進步獎二等獎。

不只是在國內，該網絡的建設和運行還有效填補了亞洲季風區觀測研究的區域空白，成為FLUXNET中的重要區域性網絡。在國際上，北美和歐洲溫帶森林是被廣泛認可的兩大碳匯區。于貴瑞團隊通過觀測，發現了一個長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”。該區域的凈生態系統生產力（NEP）年總量約0.72 Pg C，高于兩大已知碳匯區；其高強度的NEP是由于氮沉降增加、較低的林齡結構和適宜的氣候特征相疊加所帶來的。

ChinaFLUX作為FLUXNET的重要組成部分，從建成之日起就與其他區域的通量觀測網絡開展了密切的交流與合作。2007年啟動的“A3前瞻計劃項目”，目標就是基于中國、日本、韓國的通量網的碳水循環合作研究，量化東亞地區碳源/匯的分布及強度，并認識碳循環的自然及人為驅動機制，形成亞洲區域重要的國際合作研究平臺。

談起ChinaFLUX的“能力”，于貴瑞表示，目前這一基礎性科技平臺主要發揮著五大“硬支撐”作用。首先是對不同區域的不同類型生態系統碳氮水通量變化進行聯網式的動態監測；其次是系統開展多環境因子控制實驗，以揭示生態系統結構、過程和功能對全球變化的響應和適應；其三是在生態系統、區域及國家尺度上探討碳氮水循環及其耦合過程機理、生物控制機理、環境影響機理以及空間變異機制，發展生態系統科學理論和觀測研究技術體系；其四是開發生態系統模型及數據—模型融合系統，評估中國及全球的碳氮水及能量通量的時空變異；其五是提供原始科學數據服務，供本平臺之外的生態和地理以及地球系統科學領域的大尺度資源環境或全球變化問題整合研究、模擬分析或科學預測。

“我們的長期目標是服務兩個重大國家需求：應對全球氣候與環境變化、維持區域和國家可持續發展。”于貴瑞說。

“把中國的事辦好，也就是對世界的貢獻”

過去20年ChinaFLUX的建立與運行，培育了我國生態系統通量觀測、碳氮水循環及其耦合過程研究科學生長點，實現了我國碳氮水通量觀測研究事業從無到有、由國內起步走向國際前沿的跨越式發展。

ChinaFLUX已連續16年舉辦通量觀測理論與技術培訓班，得到了國內有關研究機構和人員的廣泛參與，有力支撐了我國通量觀測研究的持續發展。該平臺的建設和科學研究還帶動了我國林業、氣象和農業部門以及部分高校的碳水通量觀測站的建設工作。目前全國范圍內已經建設了100多套通量觀測系統，形成了具有相當規模的國家尺度碳、氮、水和能量通量觀測研究體系。

站在中國及科學院碳研究第三次浪潮的新起點，下一步要怎么走？“當前的迫切任務是構建和完善科學基礎，加強協同觀測研究，同時加強人才培養。”于貴瑞說。

他表示，指導實現“雙碳”目標的科學基礎是全球氣候變化和全球碳循環及其互饋關系。目前應用于指導“雙碳”目標的基礎理論和方法學還存在諸多不確定性，迫切需要回答與此直接關聯的基礎科學問題，例如碳中和技術和措施的氣候效應、自然碳匯形成與維持機制、自然和人為碳匯的容量及增匯增長潛力，等等。

“把中國的事辦好，也就是對世界的貢獻。”于貴瑞說。