一、碳循環(huán)、碳達峰、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，并隨地球的運動循環(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)光合作用轉化為葡萄糖并釋放出氧氣，有機體再利用葡萄糖合成其他有機化合物。有機化合物經(jīng)食物鏈傳遞，又成為動物和細菌等其他生物體的一部分。生物體內的碳水化合物一部分作為有機體代謝的能源經(jīng)呼吸作用被氧化為二氧化碳和水，并釋放出其中儲存的能量。

      能源消耗不斷增長，二氧化碳排放量不斷增加，大氣溫室效應及其影響愈發(fā)嚴重。碳達峰就是為了控制二氧化碳排放總量不再增加，而提出的一個二氧化碳*高限值控制目標。碳中和就是實現(xiàn)吸收固定轉化的二氧化碳數(shù)量與產生排放的二氧化碳數(shù)量相同的碳平衡控制目標。中國承諾：2030年實現(xiàn)碳達峰，2060年實現(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年可更新一次。自然界中絕大多數(shù)的碳儲存于地殼巖石中，巖石中的碳因自然和人為的各種化學作用分解后進入大氣和海洋，同時死亡生物體以及其他各種含碳物質又不停地以沉積物的形式返回地殼中，由此構成了碳循環(huán)的一部分。碳的地球生物化學循環(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過程以及人類活動，又以二氧化碳的形式返回大氣中。

三、CO2監(jiān)測案例

案例一：水體（淡水）CO2監(jiān)測

項目實施單位：香港大學

項目實施人：生物科學學院

項目實施地點：香港南區(qū)的河流

項目監(jiān)測設備情況：

• 采用的水下CO2傳感器（最大入水深度可達3米）

• 數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)放置在湖邊（岸邊）

• 數(shù)據(jù)自動上傳

• 儀器的主要傳感器為國際匹配，其他為國內配套

項目的監(jiān)測的目的：評估人類壓力對淡水碳循環(huán)的影響-對香港二氧化碳排放和生物多樣性保護的影響，

項目從兩個方面進行研究

a》人類干擾與碳排放：確定人類對河流集水區(qū)的干擾是否通過改變微生物組成而使碳循環(huán)失衡，以及這是否會改變有機碳的加工速度，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系：評估人類破壞的碳循環(huán)對河流生物多樣性的影響，并量化有機碳循環(huán)以及人類干擾梯度上相關的淡水微觀和宏觀多樣性

項目的預期結果運用：

*預測模型建模：該項目收集的經(jīng)驗數(shù)據(jù)將用于構建公共領域的預測模型，

*解決關鍵知識：有助于實現(xiàn)香港生物多樣性戰(zhàn)略和行動計劃的目標，即解決生態(tài)系統(tǒng)功能中關鍵知識（問題）

*管理重點生態(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

項目實施單位：榆林毛烏素沙地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站

項目實施人：榆林定位觀測研究站

項目實施地點：榆林

項目監(jiān)測設備情況：

• 采用的傳感器有國外的（CO2),有國內的傳感器（土壤多參數(shù)等）

• 數(shù)據(jù)的傳輸系統(tǒng)，數(shù)據(jù)管理平臺系統(tǒng)為國內獨立開發(fā)的具有知識產權的云平臺系統(tǒng)

• 運用組態(tài)功能實現(xiàn)了生態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)實時顯示

項目的監(jiān)測的目的：

• 土壤不同剖面的CO2含量變化

• 同時同位置監(jiān)測土壤水分，溫度，鹽分的變化

• 研究不同剖面溫度水分變化對CO2含量變化的關聯(lián)影響（備注：溫度的變化對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（農田）CO2監(jiān)測

項目實施單位：中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所

項目實施人：于老師

項目實施地點：河北邢臺

項目監(jiān)測設備情況：

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

• 數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)自動數(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，對現(xiàn)場設備狀態(tài)進行控制：如啟停，開閉等

項目的監(jiān)測的目的：

• 評估農田（可不限于農田）的網(wǎng)格面上的CO2變化

• 通過CO2的變化來評估土壤質量的變化，

• 并作出土壤質量演變趨勢預測