《碳汇形成分类与计算评估方法学概论》连载之三

编者按  为给全国煦丰碳中和组织各级工委，国内985、211、双一流等高校，全球碳排放权、碳汇交易机构提供全球范围内的碳汇形成分类和碳汇计算评估方法学专业理论知识和具体实践办法，全国煦丰碳中和知识产权组织和《碳同化碳中和组合物光合溶剂、其制备方法及其应用》发明专利发明团队编著了中共中央国务院新质生产力杰出代表/煦丰碳中和技术培训系列教材之九《碳汇形成分类与计算评估方法学概论总目录》。本教材总目录共分37章172节570分节。今天发布的是：

《碳汇形成分类与计算评估方法学概论》连载之三

第03章

碳固定是碳汇形成的过程

碳固定是生态系统将大气中的二氧化碳（CO₂）转化为有机物质并长期储存的过程，它是碳汇功能得以稳定和持久的核心环节。下面这个表格能帮你快速抓住核心要点。

第01节  什么是碳固定

碳固定是生物将无机碳（主要是二氧化碳）转化为有机化合物的过程，这是地球生命维持和碳循环的核心环节之一。下面快速抓住核心要点。

一、核心概念

（一）核心过程：将无机碳（二氧化碳）转化为有机化合物。

（二）主要类型：光合作用（最主要，利用光能）和化能合成（无光条件下，利用无机物氧化产生的化学能）。

（三）关键路径：卡尔文循环（植物、藻类和蓝菌的主要途径）等至少六种已知的生物化学路径。

（四）生态角色：是碳汇功能的基础，为整个食物链提供物质和能量来源。

二、碳固定的关键路径

生物界演化出了多种碳固定路径来适应不同环境：

（一）卡尔文循环（C3途径）：这是最普遍的一种方式，常见于大多数植物、藻类和蓝细菌。该途径以二氧化碳受体RuBP为起点，在叶绿体中通过一系列反应，最终将二氧化碳固定成糖类。

（二）C4途径：玉米、甘蔗等植物采用此途径以适应高温强光环境。它通过一种类似“二氧化碳泵”的机制，先将二氧化碳在叶肉细胞中固定成四碳化合物，再运输到维管束鞘细胞中释放，供给卡尔文循环使用，从而提升光合效率并减少水分流失。

（三）景天酸代谢（CAM）途径：仙人掌、景天等多肉植物为适应干旱环境而采用此策略。它们在夜间开放气孔吸收二氧化碳并固定成有机酸储存，白天则关闭气孔减少水分散失，同时分解有机酸释放二氧化碳进行光合作用。

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三、碳固定与碳汇的关系

碳固定是形成碳汇的起点和根本前提。所谓碳汇，是指能够吸收并储存二氧化碳的系统、活动或机制。

（一）提供物质基础：碳固定通过光合作用等过程捕获大气中的二氧化碳，将其转化为有机物，这是碳汇能够形成的物质基础。据估计，全球每年的碳固定过程能将约2580亿吨的二氧化碳转化为有机化合物。

（二）决定碳汇潜力：碳固定的速率和总量直接决定了一个生态系统碳汇能力的大小。例如，森林通过光合作用固定碳，并将其储存在树木的木材、根系以及土壤中，从而形成强大的自然碳汇。

（三）连接自然与人工碳汇：除了森林、海洋等自然碳汇，人类也通过技术创新创建人工碳汇，例如碳捕集、利用与封存技术，其核心也是实现对碳的“固定”与封存。

四、总结：飘散-抓住-转化

简单来说，碳固定是地球生命将“飘散”的二氧化碳“抓住”并“转化”为生命物质的神奇过程。它是整个生态系统碳循环的基石，也是我们应对气候变化、发挥森林、草原、土壤等自然生态系统碳汇功能的理论基础。

第02节  层面/核心概念 

一、生物化学层面

碳固定：植物等通过光合作用将CO₂转化为有机物（如葡萄糖、淀粉）。这是碳汇形成的物质基础，决定了碳的“入口”和初始捕获。

二、生态系统层面

碳储存与固存：固定的碳被分配到植物生物量（如树干、根系）和土壤中，形成长期碳库。直接决定碳汇的稳定性和持久性。关键在于碳被“锁”在生态系统中的时间长短。

第03节  碳固定决定碳汇稳定性

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碳固定的关键作用在于它实现了碳从“活跃”到“稳定”的转化：

一、创造稳定的碳库

碳固定最大的贡献是将气态的、活跃的CO₂，转化为固态的、相对稳定的有机碳。这些有机碳构成了生态系统的碳库，例如：

（一）植物生物量：木材等木质部组织分解缓慢，可将碳储存数十年至数百年。

（二）土壤有机质：这是更长期稳定的碳库。通过微生物分解和转化，并与土壤矿物颗粒结合形成稳定的团聚体结构，有机碳可以在土壤中储存数百年甚至数千年。有研究表明，微生物残体碳在土壤有机碳库中的积累量可占50%以上。

二、影响碳的滞留时间

碳固定的方式和路径直接影响碳在生态系统中的停留时间。例如，形成木材的碳比形成叶片（会很快凋落分解）的碳储存时间要长得多。因此，生态系统的类型（如森林vs.草地）、物种组成和年龄结构都直接影响碳汇的稳定性。

三、抵抗分解与干扰

稳定的碳汇意味着固定的碳能够抵抗快速的分解和释放。这依赖于健康的生态系统功能，例如：

（一）土壤团聚体的物理保护：有机质被包裹在土壤微团聚体内，物理上隔绝了微生物的分解。

（二）化学稳定性：有机质与土壤中的矿物质（如金属氧化物、粘土）结合，形成难以被分解的复合体。

第04节  增强碳汇稳定性的方向

理解碳固定的核心作用，也为我们增强碳汇功能指明了方向：

一、保护与恢复生态系统

特别是森林、湿地、草原等具有强大碳固定能力的生态系统。例如，保护结构复杂的森林有助于提升其碳储量，而红树林等海岸带生态系统也表现出很强的固碳能力。

二、促进长期碳储存

在生态管理和恢复中，不仅要考虑植被覆盖率，更要关注哪些措施能促进碳向长寿命的碳库（如木材、稳定的土壤有机质）中分配。

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三、减少碳库的扰动

防止森林砍伐、土壤退化等破坏性活动，避免已固定的碳被重新释放回大气。