谈谈“碳”

张文英

内蒙古包头市林业和草原工作站

全球气候变化主要原因是温室气体过度排放导致全球温室效应加剧，从而引发一系列的生态后果，如冰川融化、海平面上升、森林分布变化、沙漠化面积增大、极端气候灾害频发等。为了保护人类生存的地球环境，国际社会进行了不懈努力，1979年在瑞士召开了第一次世界气候大会，并成立了联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）；1992年通过了《联合国气候变化框架公约》；1995年通过了《柏林授权书》；1997年通过了《京都议定书》；2007年形成了《巴厘路线图》；2009年达成《哥本哈根协议》；2010年达成《坎昆协议》；2015年达成《巴黎气候协议》；2021年通过了《格拉斯哥气候协议》……这些都是针对碳排放与温室效应的。

人类过度排放以碳为主的温室气体，从而导致全球变暖，地球环境发生了明显的变化。因此“碳”成了热点与焦点，出现各种与“碳”有关的词语。如何认识“碳”，我们从以下几个方面谈谈。

一、碳是生命体的重要元素和生命过程的基本要素

1.碳是物质组成的一种元素

碳（Carbon）是一种非金属元素，化学符号为C，分子量为12，碳以纯净物、无机分子和有机分子的方式出现，广泛存在于大气、地球表面、岩石和生命体中，如石墨、金刚石、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、酒精、糖类、石灰岩、生物有机体、石油、煤等。

2.碳是地球生命体的基本组成要素

碳是地球生命体的重要组成成分和主体部分。以碳基为基础，可以衍生成糖分、纤维、脂肪、蛋白质和核酸等生命物质。

3.碳是地球生命体和生态系统能量转换的主要载体

植物通过光合作用把太阳能贮存在碳水化合物中，并通过叶、茎、根等器官进行物质和能量的再分配。生态系统中，由绿色植物固定的太阳能通过消费者取食，使能量借助碳基物质在生产者和各级消费者间传递，并通过各级生物的呼吸作用把获取的能量进行释放，保证生命活动所需能量，维系生态系统结构与功能的稳定（图1）。

图1 碳对生命体与生态系统的物质循环与能量传递示意图

4.碳是维持地球气候稳定的重要调节器

绿色植物的光合作用和生物的呼吸作用促进了CO2在大气、水体、土壤中的循环，维系着地球生态系统与大气的碳氧平衡。同时，光合作用与呼吸作用中又有水分的参与，从而使碳循环对稳定全球温度变化起到重要的调节作用（图2）。

图2 碳源、碳汇示意图

二、关于碳的热点认识

通过初步查证和中国知网检索，涉及碳的名词包括碳源、碳汇、碳库、碳票、低碳、零碳、碳税、碳排放、碳捕捉、碳达峰、碳中和、碳足迹、碳购买、碳预警、碳补偿、碳奖励、碳交易、碳市场、碳配额、碳政治、碳金融、碳关税、碳封存、碳贮量、碳通量、碳循环、碳密度、碳含量等。

这些关于碳的说法，总结其内涵，共分为三类，即固碳、排碳及固碳与排碳的转换过程。上述有关固碳的词语有碳汇、碳库、碳票、低碳、零碳、碳税、碳捕捉、碳中和、碳封存、碳贮量、碳密度、碳含量等，有关排碳的词语有碳源、碳排放、碳达峰、碳足迹、碳预警、碳配额等，有关固碳和排碳转换过程的词语有碳购买、碳补偿、碳奖励、碳交易、碳市场、碳通量、碳循环等。

1.碳源与碳汇

碳源与碳汇是碳流通的两种方式，其合称为碳通量，二者在一定条件下可以相互转换，如森林一般情况下是碳汇，但随着森林被干扰或林龄老化，可能就会转变为碳源（图2）。

不同生态系统对碳汇的能力和作用方式不同。森林是以碎屑食物链为主的生态系统类型，而草原、湿地、水域及农田是以捕食食物链为主的生态系统，因此其碳循环过程中的输入与输出途径也不同。

森林的初级生产者主要是木本植物，这些木本植物通过光合作用固定下来的碳基主要贮存在木材中，只要不燃烧，其就是永久固碳的形式，而其他器官的碳进入地表进行分解，一方面形成土壤碳汇，另一方面归还到森林，重新进行固碳，总体碳被封存在森林生态系统内。所以森林是陆地生态系统中最主要也是最长久的碳汇系统。而草原、湿地、水域等生态系统所固定的碳大部分流向了消费者，并通过食物链进行分解而形成了碳排放，如动物通过呼吸、粪便排遗及反刍发酵等排出CO2、CH4等温室气体（图3）。

图3 不同生态系统关于碳汇过程的模式

研究表明，2016年中国陆地生态系统年均吸收11.1 亿吨碳，为同期碳排放的45%，其中森林吸收39%，约为4.34 亿吨；草原吸收30%，约为3.33 亿吨；湿地吸收20%，约为2.22 亿吨。

2.碳达峰与碳中和

2020年9月，中国在第七十五届联合国大会上提出2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标，简称“双碳”目标。碳达峰是指化石燃料使用导致CO2排放量达到峰值，而碳中和是指化石燃料使用及土地利用变化导致的碳排放量，与陆海生态系统吸收及其他技术方式固存的碳量之间达到平衡，即净排放量为零。

从碳达峰和碳中和的关系可以看出，碳达峰是控制碳排放的最高阈值，通过减排、节能、能源结构调整、利用效率提高等途径实现，而碳中和则通过增加生态系统碳汇能力提高对碳排放的吸收。

实现碳中和的主要途径是保护森林的规模。2021年4月24日，中共中央、国务院印发的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》指出：到2025年全国森林覆盖率达到24.1%，森林蓄积量达到180 亿立方米；到2030年森林覆盖率达到25.0%左右，森林蓄积量达到190亿立方米。

“双碳”目标对促进我国清洁能源开发、节能降耗等具有重要的战略和现实意义。借此，可推动生态系统的保护与恢复，人人保护生态环境，有助于践行生态文明理念。对我们个人而言，要尽可能消除或降低我们的碳足迹，厉行节约、低碳出行，全民植树造林，保护和恢复生态。