地理資源所揭示中國陸地生態系統生物能值時空動態分布規律

2020-04-23 地理科學與資源研究所

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  植被所固定的太陽能既是生態系統運行最重要、最基本的驅動力,同時也是一種可再生的生物質能源。中國作為世界上最大的能源消費國,生物質能源占能源消耗總量不足1%,而傳統的化石燃料卻長期占能源消耗總量的60%以上。中國現有的能源格局會排放大量的CO2,加劇全球暖化效應,并引發一系列環境問題,制約著國家的可持續發展戰略。

  當前,生物質能源作為一種重要的可再生能源,其發展與利用受到各國政府和公眾的廣泛關注。然而,受原料供應和應用技術的限制,生物質能的應用和推廣遠落后于預期,特別是一些農業傳統國家,其耕地開發接近飽和,很難有新的、可用于種植優質能源作物的土地。為了促進生物質能產業的發展,科研工作者提出了可通過多源的生物質能供應來解決生物質能原料供給不足的觀點,其中,歐美發達國家發展最快,并對其國家的生物質能多源供應潛力開展了大量的評估工作(甚至包括清除入侵物種來獲得生物質能),并期望能整合生物質能原料供應作為一項重要的生態系統服務功能,以解決自然保護領域高投入低產出的窘境。然而,目前中國的生物質能產業仍強烈依賴于傳統生物質能原料的供應,這嚴重阻礙了中國生物質能產業的發展。

  中國生物能值儲量、時空格局及可應用潛力如何?其區域分布特征與當前社會區域發展是否一致?當前,這些基本問題仍不清楚,很大程度限制了中國生物質能的發展和應用潛力。雖然學者們針對中國生物質能潛力開展了很多評估工作,但絕大多數評估局限于某一方面,如針對農業秸稈、森林砍伐廢棄物或邊際土地開發潛力等,鮮有開展綜合性潛力評估的研究。中國科學院地理科學與資源研究所何念鵬團隊利用其系統性植物功能性狀數據之熱值(中國生態系統植物功能性狀數據庫, China_Traits),首先獲得了不同區域、不同植被類型、不同器官(葉、枝、干、根)的熱值含量數據,再結合大量地面調查數據和本小組自主開發的FCS模型預測的未來氣候變化情景(RCP 8.5, RCP 4.5, and RCP 2.6)下中國植被生物量增長及其分配數據,首次系統揭示了中國陸地生態系統植被的生物質能儲量、空間分布規律及其時間動態(19802060年);并探索其區域分配特征與不同區域社會經濟發展的關系,為相關研究工作的深入開展奠定了扎實的基礎。

  中國陸地生態系統植被的生物質能儲量為535.91 EJ,相當于18.29GT標準煤或三峽大壩1520多年的發電量總和(圖1和圖2)。19802060年,中國植被的生物質能儲量一直呈增加的趨勢,但如果按現在植被類型不改變情景下,將在2030年增速達到峰值。同時,研究人員也發現中國生物質能的儲量與區域發展程度呈現顯著負相關(圖3)。研究結果說明中國具有豐富的生物質能儲量,政府應該大力支持生物質能產業的發展,尤其是在目前煤和生物質能共氣化技術迅猛發展的背景下,生物質能的高效利用技術應該被大力發展。同時,政府應該注意其區域發展的可持續性,落后地區的部分生物質能利用可通過經濟補償轉移至發達地區以滿足其能源需求,實現雙贏。

  研究成果近期在線發表于可持續能源與燃料領域期刊Renewable and Sustainable Energy Reviews。論文第一作者為地理資源所研究生閆鏷,通訊作者為何念鵬。研究受到中科院戰略先導專項(XDA23080401)、國家自然科學基金項目31988102, 31870437, 31872683)和國家重點研發計劃項目(2016YFC0500202, 2017YFA0604803)等資助。

  論文鏈接

地理資源所揭示中國陸地生態系統生物能值時空

圖1 中國陸地生態系統植被(包括農田秸稈)生物質能估算結果

地理資源所揭示中國陸地生態系統生物能值時空

圖2 中國陸地生態系統生物質能的時空演變規律

地理資源所揭示中國陸地生態系統生物能值時空

圖3 生物質能與區域發展的關系