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(dòng)循環(huán)不止的現象。生物圈中的碳循環(huán)主要表現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(dòng)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(cháng)，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(gè)二氧化碳*高限值控制目標。碳中和就是實(shí)現吸收固定轉化的二氧化碳數量與產(chǎn)生排放的二氧化碳數量相同的碳平衡控制目標。中國承諾：2030年實(shí)現碳達峰，2060年實(shí)現碳中和。

二、CO2的來(lái)源和去向概述

       碳循環(huán)過(guò)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(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，由此構成了碳循環(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(guò)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(guò)生物或地質(zhì)過(guò)程以及人類(lèi)活動(dòng)，又以二氧化碳的形式返回大氣中。

三、CO2監測案例

案例一：水體（淡水）CO2監測

項目實(shí)施單位：香港大學(xué)

項目實(shí)施人：生物科學(xué)學(xué)院

項目實(shí)施地點(diǎn)：香港南區的河流

項目監測設備情況：

• 采用的水下CO2傳感器（最大入水深度可達3米）

• 數據記錄系統放置在湖邊（岸邊）

• 數據自動(dòng)上傳

• 儀器的主要傳感器為國際匹配，其他為國內配套

項目的監測的目的：評估人類(lèi)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(gè)方面進(jìn)行研究

a》人類(lèi)干擾與碳排放：確定人類(lèi)對河流集水區的干擾是否通過(guò)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(lèi)干擾與水體生物多樣性的關(guān)系：評估人類(lèi)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(lèi)干擾梯度上相關(guān)的淡水微觀(guān)和宏觀(guān)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)驗數據將用于構建公共領(lǐng)域的預測模型，

*解決關(guān)鍵知識：有助于實(shí)現香港生物多樣性戰略和行動(dòng)計劃的目標，即解決生態(tài)系統功能中關(guān)鍵知識（問(wèn)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含量的監測

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

項目實(shí)施人：榆林定位觀(guān)測研究站

項目實(shí)施地點(diǎn)：榆林

項目監測設備情況：

• 采用的傳感器有國外的（CO2),有國內的傳感器（土壤多參數等）

• 數據的傳輸系統，數據管理平臺系統為國內獨立開(kāi)發(fā)的具有知識產(chǎn)權的云平臺系統

• 運用組態(tài)功能實(shí)現了生態(tài)數據的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示

項目的監測的目的：

• 土壤不同剖面的CO2含量變化

• 同時(shí)同位置監測土壤水分，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(guān)聯(lián)影響（備注：溫度的變化對土壤碳的分解有明顯的影響：南方地區沒(méi)有黑土地）

案例三：空氣（農田）CO2監測

項目實(shí)施單位：中國農業(yè)科學(xué)院農業(yè)環(huán)境與可持續發(fā)展研究所

項目實(shí)施人：于老師

項目實(shí)施地點(diǎn)：河北邢臺

項目監測設備情況：

• 本案例采用Lora技術(shù)將多個(gè)分布在一定范圍的CO2監測單元，組網(wǎng)集中起來(lái)，然后通過(guò)一個(gè)集中的網(wǎng)關(guān)上傳到數據中心，

• 數據中心實(shí)現自動(dòng)數據收集，處理，歸檔

• 可根據需要，通過(guò)數據中心下發(fā)指令，對現場(chǎng)設備狀態(tài)進(jìn)行控制：如啟停，開(kāi)閉等

項目的監測的目的：

• 評估農田（可不限于農田）的網(wǎng)格面上的CO2變化

• 通過(guò)CO2的變化來(lái)評估土壤質(zhì)量的變化，

• 并作出土壤質(zhì)量演變趨勢預測