專利名稱：用于測定碳排放信用額度的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于測定碳排放信用額度的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明還涉及用于測定碳隔離的方法。本發(fā)明還涉及碳排放信用額度的交易方法。
背景技術：
全球變暖的危脅已經(jīng)在過去的二十年內產(chǎn)生了科學和公共利益方面日益增加的警告。盡管辯論仍在繼續(xù)，但是眾多領軍的環(huán)境科學家認為全球變暖是大氣中二氧化碳和其它溫室氣體水平增加的結果。研究證實上世紀五十年代后期的大氣二氧化碳水平約為315ppm并且從此開始逐步上升。近期的數(shù)據(jù)已經(jīng)證實大氣中的二氧化碳水平在2003年底已經(jīng)上升到約376ppm。
大氣二氧化碳水平的增加主要歸因于礦物燃料的燃燒逐步增加。
因對全球變暖潛在破壞性作用日益增長的關注，1992年批準了有關氣候改變的聯(lián)合國框架條約(United Nations FrameworkConvention on Climate Change)(UNFCCC)。截止到1993年6月，該條約已經(jīng)接受了來自166個國家的簽署。京都議定書在1997年12月11日在日本京都的第三屆UNFCCC各方會議期間得到批準，它是UNFCCC的方案。京都議定書的條款嘗試通過已經(jīng)簽署和批準該方案的成員國來調節(jié)二氧化碳的排出。盡管許多國家已經(jīng)同意京都議定書的條款的約束，但是澳大利亞和美國都沒有批準該方案。
大氣的二氧化碳水平由兩種因素控制，它們是(a)排放入大氣中的二氧化碳的量；和(b)從大氣中排出而進入碳阱的二氧化碳的量。碳阱作為儲存二氧化碳的貯庫起作用。碳阱可以包括生物量(諸如森林和作物)、浮游生物、土壤、水體和地質隔離沉積。因此，通過測定總二氧化碳排放和由碳阱吸收的總二氧化碳就可以計算出任何具體國家的二氧化碳凈排放。
UNFCCC允許碳交易系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，建立碳阱的各方獲得有關二氧化碳吸收入碳阱的量方面的“碳排放信用額度”。這種碳排放信用額度可以與溫室氣體排放國進行交易，以便使所述的排放國滿足其京都議定書的目標。
已知作為植物生長的結果，碳基物質在植物結構中形成并且碳基物質可以返回到土壤中而形成含碳的沉積物。存在建立的用于測定土壤有機碳含量的方法，而土壤有機碳含量對那些控制農業(yè)業(yè)務而言是所關注的因素。返回到土壤中的大部分有機物最終腐敗并且其碳含量隨該物質腐爛而在一定時間期限內被排放。
植物化石，也稱作植物蛋白石，為作為生物礦化結果在植物中形成的二氧化硅物質。在土壤中出現(xiàn)的二氧化硅以硅酸(SiOH4)的形式被植物的根系吸收并且隨后在遍及其葉、莖和根系的胞內和胞外結構中沉積。Piperno(1988)，Phytolith Analysis“An Archaeological和Geological Perspective”(Academic Press London)中描述了植物組織中二氧化硅沉積的三個部位。這些部位包括(1)細胞壁沉積物，通常稱作膜硅化；(2)浸潤入細胞腔；和(3)外皮的胞間隙中。細胞壁沉積物通常復制活細胞形態(tài)，而那些在腔中形成的沉積物不會復制活細胞形態(tài)。
植物化石中存在碳首先由澳大利亞CSIRO科學家Jones和Milne(1963)在“Studies of Silica in the Oat Plant”，Plant和SoilXVIII(2)207 220詳述。在這一最初的研究后，進行了有關化石中植物化石的碳的大量研究。這類研究集中在化石中植物化石的放射性碳紀年方面，以便建立考古學和古植物學研究地層學年表或δ13C同位素值，從而基于C3和C4標記確定古植物型。已認識到植物化石中有機碳的存在在放射性碳紀年中的作用。本發(fā)明者已經(jīng)進行了放射性碳年代測定并且證實在約達1.2m土壤深度中的植物化石內封閉的碳約有8,000年。本發(fā)明者的研究未探查到植物化石中碳的限定位置隔離，也沒有證據(jù)表明在大部分土壤條件下有可估計到的更為久遠的植物化石儲存期內碳釋放的證據(jù)。
還已知可以通過重液體浮選(例如使用2.35gcm-3比重)，或如本發(fā)明者之一(即Parr)報導的對有機物和碳酸鹽成分的酸消化，由此遺留二氧化硅殘基，來從其它有機部分中分離植物化石(參見本發(fā)明者之一(即Parr)的公開文獻“Acomposition of heavy liquid floatationand microwave digestion techniques for the extraction of fossilphytoliths from sediments”-Review of Palaeobotany &Palynology，120(2002)315-336)。
發(fā)明簡述本發(fā)明在第一個方面中提供了用于測定一定位置或區(qū)域上的植物型的植物化石有機碳產(chǎn)量的方法，包含a)采集在該位置或區(qū)域中生長的植物型的樣品；b)對樣品中的植物化石有機碳進行定量；c)對該位置或區(qū)域上生長的植物型的總生物量進行定量；和d)對該位置或區(qū)域上的植物型的總生物量測定植物化石有機碳的總量。
本發(fā)明第一個方面的方法能夠對在一定位置或區(qū)域上生長的特定植物型的植物化石有機碳進行定量。在該方法中，從該位置或區(qū)域采集植物型的樣品。樣品可以包含植物型的單一實例，或更優(yōu)選其可以包含該植物型的多個樣本。然后分析樣品以便測定樣品中植物化石有機碳的含量?？梢酝ㄟ^任意合適的方法測定樣品中植物化石有機碳的含量。例如，可以對樣品進行低溫燃燒、進行酸消化或微波消化。
Parr，J.F.，Lentfer，C.J.和Boyd，W.E.，(2001)“Acomparative analysis of wet and dry a shing techniques for theextraction of phytoliths from plant material.”Journal ofArchaeological Science 28875-886；和Parr，J.F.，Dolic，V.，Lancaster，G.和Boyd，W.E.，(2001)“A microwave digestionmethod for the extraction of phytoliths from herbariumspecimens.”Review of Palaeobotany and Palynology，116(2001)203-212，這兩篇文獻都描述了幾種用于從植物中提取植物化石的方法。將這些文章的全部內容引入本文作為相互參照。
一旦從樣品中提取了植物化石，就可以分析植物化石以便測定其碳含量(下文稱作植物化石有機碳或PhytOC)且由此測定樣品中植物化石有機碳含量。
可以通過本領域技術人員公知的很多方法測定提取的植物化石的碳含量。本發(fā)明者還獨特地使用了LECO碳分析儀來測定提取的植物化石中的碳含量。
通常在描述了植物化石后進行的植物化石碳含量的測定包括使用LECO儀器進行有機碳測定、重鉻酸鹽消化或其它合適的方法。
本發(fā)明第一個方面的方法還包括對所述位置或區(qū)域上的植物型的總生物量進行定量。
可以通過本領域技術人員已知合適的許多不同方法測定所述植物型的總生物量。這些方法可以包括-直接采樣；-使用采集的數(shù)據(jù)和已知的收獲指標間接測定；-遙感技術；和-使用適當?shù)纳锪坷鄯e曲線(例如，參見Montague等“Carbon Sequestration Predictor for Land Use Change in InlandAreas of New South Wales-Background User Notes，Assumptionsand Preliminary Model Testing，Version 2.0.”，Research andDevelopment Division State Forests of New South Wales，Sydney2003)。
本領域技術人員可很容易地認可和理解上述方法和其它方法可以用于測定在所述位置或區(qū)域上生長的植物型的總生物量并且不需要提供這類方法的額外描述。
一旦測定了樣品中植物化石有機碳的含量并且還測定了植物型的總生物量，就可以簡單地計算出存在于在該位置或區(qū)域上生長的植物型中的植物化石有機碳總量?？梢岳斫獠襟E(b)和(c)可以按照任意的順序進行。
如果混合的植物在所述位置或區(qū)域上生長，那么本發(fā)明第一個方面的該方法優(yōu)選包括取在該區(qū)域或位置上生長的一種或多種，優(yōu)選所有植物型的樣品；對每種植物型的樣品測定植物化石有機碳的含量；對在該位置或區(qū)域上生長的每種植物型的總生物量進行定量；并且測定植物化石有機碳的總量。
存在于植物化石中的碳在植物化石結構內長期，超過幾千年保持隔離。本發(fā)明者已經(jīng)認識到植物化石提供了隔離碳的機會。本發(fā)明者進一步認識到這一結果通過碳封閉在植物化石結構中而為獲得碳排放信用額度提供了機會。
因此，本發(fā)明在第二個方面中提供了用于測定碳排放信用額度的方法，包括下列步驟a)取在一定位置或區(qū)域中生長的植物型的樣品；b)對樣品中的植物化石有機碳進行定量；c)對該位置或區(qū)域上的植物型的總生物量進行定量；d)對該位置或區(qū)域上的植物型的總生物量測定植物化石有機碳的總量；和e)基于上述步驟(d)中測定的植物化石有機碳的總量測定適合于該位置或區(qū)域的碳排放信用額度。
在本發(fā)明第二個方面的方法中測定的碳排放信用額度因生長在所述位置或區(qū)域上的特定植物型的植物化石有機碳含量代表了植物化石結構中基本上永久性隔離的碳而出現(xiàn)。因此，植物化石有機碳主要為不能生物降解的并且代表了基本上已經(jīng)從大氣中排除一千年的碳。按照本發(fā)明的該方面計算的碳排放信用額度請求植物化石中隔離的所有碳的信用額度。
如果對所述的位置或區(qū)域進行耕作或施以農藝，其中植物型的作物以定期間隔周期性生長(例如每年一種作物)，那么存在于作物中的總植物化石有機碳代表了每一收獲周期中與大氣永久隔離的碳的累積總量。因此，可以對每一耕作周期請求保護相當于作物的植物化石有機碳總量減去若未栽培作物而已經(jīng)隔離的植物化石有機碳總量的碳排放信用額度。
如果對所述位置或區(qū)域不進行定期耕作，那么可以將因一定時間期限內植物生長而導致的生物量在該位置或區(qū)域上的增加請求為碳排放信用額度。在這方面，可以理解當在所述位置或區(qū)域上生長的植物產(chǎn)生較多的地上生物量時，植物中植物化石有機碳的量就會增加。這種增加代表了可以按照本發(fā)明方法測定的碳排放信用額度。
還能夠通過分析土壤測定由生長在一定區(qū)域或位置上的特定植物型產(chǎn)生的植物化石有機碳。在這方面，發(fā)現(xiàn)不同的植物型(包括不同的植物科和不同的植物種類)具有在形態(tài)上彼此不會重疊的植物化石類型。
本發(fā)明的第三個方面是提供涉及碳隔離的數(shù)據(jù)的方法，包含a)采集在植物型已經(jīng)生長或正在生長的選定位置上的土壤樣品；b)從樣品中分離植物化石；c)對來自該植物型的樣品中的植物化石有機碳進行定量以便提供數(shù)據(jù)；和d)提供數(shù)據(jù)預測以便支持在所述位置上生長的植物型的碳排放信用額度請求。
步驟(c)可以包含對植物化石進行顯微鏡觀察評價以便使其與來源于所關注的植物型的植物化石結構建立相關性?？梢允褂酶∵x法，諸如致密介質浮選從土壤中分離植物化石。或者，可以通過本發(fā)明者之一Parr(2002)最先倡導的微波消化的方法從土壤中分離植物化石，以便從土壤樣品中除去土壤和可降解的有機碳而遺留下含有植物化石的殘渣，參見Parr，J.F.(2002)“A comparison of heavy liquidfloatation and microwave digestion techniques for theextraction of fossil phytoliths from sediments.”Review ofPalaeobotany and Palynology 120(3-4)315-336。將該參考文獻的全部內容引入本文作為相互參照。
本發(fā)明第二個方面和第三個方面的方法都提供了為支持碳排放信用額度的請求而提供數(shù)據(jù)的方法。第二個方面使用了對植物型樣品的分析以便提供必要的數(shù)據(jù)，而第三個方面使用了對土壤的分析以便獲得對生長在所述位置上的植物型的植物化石有機碳含量的測定。
還能夠通過分析從所述位置的地面上回收的物質的植物化石含量測定該位置上產(chǎn)生的植物化石的量。通過測定有間隔的位置的地面上的物質的植物化石含量，能夠測定在間隔期過程中添加到物質中的植物化石物質的量。因此，在本發(fā)明在第四個方面中提供了用于測定在一定時間期限內累積在一定位置上的植物化石有機碳的方法，包含下列步驟a)從所述位置的地面上采集物質樣品；b)測定該物質的植物化石有機碳含量；c)使用上述步驟(b)中測定的數(shù)據(jù)測定該位置上的物質中的總植物化石有機碳含量；d)在預定時間期限過去后，從所述位置的地面上采集進一步的物質樣品；e)測定樣品中該物質的植物化石有機碳含量；f)由上述步驟(e)中測定的數(shù)據(jù)測定該位置上物質中的總植物化石有機碳含量；和g)通過從步驟(f)中測定的量中扣除步驟(c)中測定的量而測定在預定時間間隔內在該位置上累積的植物化石有機碳的量。
本發(fā)明第四個方面的方法測定了在一定時間間隔開始時存在于地面上(諸如在土壤中)的植物化石有機碳物質的量。在預定時間間隔結束，一般為一年以后(與在該位置上生長的植物型的生長周期相關)，再次測定從地面上采集的物質中植物化石有機碳含量。由于在預定時間間隔過程中在該位置上生長的植物有可能使植物化石物質在該時間間隔過程中沉積到地面上，那么存在于在地面上采集的物質中的植物化石有機碳應該已增加。本發(fā)明第四個方面的方法測定了這種增加。
從地面上采集的物質優(yōu)選包括落葉、腐殖土和至少土壤的上層。
本發(fā)明在第五個方面中提供了用于隔離碳的方法，包含下列步驟確定已經(jīng)提高了植物化石有機碳產(chǎn)量的一種或多種植物型并且在一定位置或區(qū)域上栽培此一種或多種植物型，以便增加在該位置或區(qū)域上植物化石有機碳的產(chǎn)量。
本發(fā)明的第五個方面可以進一步包含下列步驟用已經(jīng)提高了植物化石有機碳產(chǎn)量的一種或多種植物型取代在所述位置或區(qū)域上現(xiàn)存生長的生物量。所謂“植物化石有機碳產(chǎn)量提高”意指一種或多種植物型的植物化石有機碳產(chǎn)量高于在所述位置或區(qū)域上生長的現(xiàn)存植物型的植物化石有機碳產(chǎn)量。大部分天然草場；沼澤地的草本植物，諸如巨大的燈心草；莎草科(cyperaceae)種類；和馴化植物，諸如大麥、玉米、稻米、甘蔗和小麥具有大量的植物化石。
其它植物具有高植物化石含量，但尚未計算出植物化石內封閉的碳，這些植物如下所列(取自J.F.Parr，L.A.Sullivan，SoilBiology and Biochemistry 37(2005)117-124 121)。
在載玻片上，400X放大倍數(shù)下目視評價對來自出現(xiàn)在Numundo和拜倫海灣地點的植物種類的蠟葉標本的提取的植物化石的豐度。
高量紫菀科(Asteraceae)夜香牛(Vernonia cinerea(L.)Less.)；烏毛蕨科(Blechcaceae)Blechnum indicucm Burm.F.；莎草科Gahnia sieberana Kunth.；桑科Artocarpus cumingiana Trec.，F(xiàn)icus coronata Spin.；桃金娘科(Myrtaceae)大葉桉(Eucalyptusrobusta Smith)；露兜樹科(Pandanaceae)露兜樹(Pandanustectorious Solms.)；禾本科Bambusa forbesii(Ridl.)Holttum、柵狀臂形草(Brachiaria brizantha(Hoscht.Ex A.Rich)Stap f.)、Buergersiochloa macrophylla S.T.Blake，Blumea Supp.、薏苡(Coixlachryma-jobi L.)、Hetaropogon triticus(R.Br)Stapf.Ex Cralb、印度白茅(Imperata cylindrica P.Beauv.)、高升白茅(Imperataexaltata(Roxb.)Brogn.)，多穗狼尾草(Ischaemum polystachyum(L.))、Polytoca macrophylla Benth.、甘蔗(Saccharum officinarum(L.))、甘蔗野生大莖種(Saccharum robustum(L.))、Seteriasphacelata(K.Schum.)Stapf.& C.E.Hubb、Schizostachymbrachycladum(Blanco)Mer.、Themeda arguens(L.)Hack、粽葉蘆(Thysanolsara maxima(Roxb.)O.K.；蕨類植物門(Pteridophyta)過溝菜蕨(Diplazium esculentum(Retz.)Sw.)；茜草科(Rubiaceae)Massaenda ferruginea K.Sch.Var.scandens Val.；海茜樹；玄參科(Scrophulariaceae)Buchnera tumentosa Bl.；苦木科(Simaroubaceae)毛葉南臭椿(Ailanthus integrifolia Lamk.)中等番荔枝科(Annonaceae)刺果番荔枝(Annona muricata L.)；棕櫚科檳榔(Areca catachu L.)、Caryota rumphiana Mart.、Cocas nucifera L.；橄欖科(Burseraceae)Canarium indicum L.；使君子科(Combretaceae)欖仁樹(Terminalia catappa L.)；葫蘆科(Cucurbitaceae)落地生根(Bryophyllum pinnatum(Lamk)Kurz.)、絲瓜(Luffa cylindrica(L.)Roem.)；莎草科Cyperuskyllingia Endl.；?？艶icus nodosa Teysm.& Binn、Ficus papusPeekel、Ficus pungens Reinw.ex Bl.；桃金娘科花皮桉(Eucalyptus maculata Hook.)；薄子木屬的種類(Leptospermumsp.)；胡椒科(Piperaceae)萎葉(Piper betal L.)；蕨類植物門毛葉腎蕨(Nephrolepis hirstulata(Forst.)Presl)；茜草科Massaenda ferruginea K.Sch.Var.scandens Val.；蕓香科(Rutaceae)羽狀復葉茱萸(Euodia hortensis J.R.&G.Forst.)；山欖科(Sapotaceae)倒卵伯克山欖(Burckella obovata(Forst.)Pierre)；苦木科印度苦木(Quassia indica(Gaertn.)Nooteboom)。
低等爵床科(Acanthaceae)匍匐半插花(Hemigraphis reptans(Forst.F.)And.ex Hemsley)；莧科(Amaranthaceae)杯莧(Cyathula prostrata Bl.)；漆樹科人面樹(Dracontomelon dao(Blanco)Merr& Rolfe)、食用檳榔青(Spondias dulcis Soland.exForst.)；番荔枝科依蘭(Cananga odorata Hook.)；夾竹桃科(Apocynaceae)糖膠樹(Alstonia scholaris R.Br.)、海芒果(Cerbera manghas L.)、腰骨藤(Ichnocarpus frutescens(L.)R.Br.)；天南星科(Araceae)芋(Colocasia esculenta(L.)Schott.)、廣西落檐(Schismatoglottis calyptrata(Roxb.)Zol & Mor.)、Pothos helwigii Engl.；五加科Polyscias cummingiana(Presl.)F.-Vill.；棕櫚科Licuala peckelii Laut.、西米棕(Metroxylonsagu Rottb.)、水椰(Nypa fruticans Wurmb.)；馬兜鈴科(Aristolochiaceae)耳葉馬兜鈴(Aristilochia tagala Cham.)；玉蕊科檳玉蕊(Barringtonia asiatica L.)、Barringtonianovae-hiberniae Laut.；紫草科(Boraginaceae)橙花破布木(Cordia subcordia Lamk.)；石竹科(Caryophyllaceae石竹科荷蓮豆(Drymaria cordata(L.)Willd.Ex Roem& Schult.)；旋花科(Convolvulaceae)甘薯(Ipomea batatus L.)、Ipomea congestaR.Br.；蘇鐵科(Cycadaceae)Cycus rumphii Miq.；莎草科Mapaneamacrocephala(Gaud.)K.Sch.；薯蕷科(Dioscoreaceae)五葉薯蕷(Dioscorea pentaphylla L.)；柿樹科(Ebenaceae)Diospyrospeekelii Laut.；大戟科(Euphorbiaceae)Macaranga aleuritoidesF.Muell.、血桐(Macaranga tararius(L.)Muell.-Arg.)、Macarangaurophylla Pax & Hoffm.、花葉木薯(Manihot esculenta Crantz.)；豆科濱刀豆(Canavalia rosea(Sw.))、Casia alata L.；鞭藤科(Flagallariaceae)Flagallerea gigantia Hook.f.、須葉藤(Flagallarea indica L.)；大風子科(Flacourtiaceae)Homaliumfoetidum(Roxb.)Benth.、Pangium edule Reinw.；買麻藤科(Gnetaceae)顯軸買麻藤(Gnetum gnemon L.)、寬葉買麻藤(Gnetumlatifolium L.)；草海桐科(Goodeniaceae)草海桐(Scaevolataccada(Gaertn.)Roxb.)；蓮葉桐科Hernandia nymphaefolia(presl)Kubitski；唇形科羅勒(Ocimum basilicum L.)；樟科(Lauraceae)無根藤(Cassytha filiformis L.)、Litseagrandiflora Teschn.；百合科(Liliaceae)朱蕉(Cordylinefruiticosa(L.)A.Chev.)、朱蕉(Cordyline terminalis Kunth)；錦葵科(Malvaceae)菜芙蓉(Hibiscus manihot L.)、黃槿(Hibiscustiliaceus L.)、白背黃花稔(Sida rhombifolia L.)；竹芋科(Marantaceae)竹葉蕉(Donax canniformis(Forst.)K.Sch.)；野牡丹科(Melastomataceae)金錦香(Osbeckia chinensisL.)；?？艫rtocarpus cumingiana Trec.；芭蕉科(Musaceae)比海蝎尾蕉(Heliconia bihai L.)、印度蝎尾蕉(Heliconia indicaLamk.)、小果野蕉(Musa accuminata(simons))、Musabecarrii(simons)、Musa erecta(simons)、大蕉(Musa paradisicaL.)、Musa peekellii Laut.、Musa schizocarpa(simons)、Musatruncata var.horizontalis Holtlum.、Ensete calosperma F.U.M.；桃金娘科Syzigium bevicymum(Diels)Merr.& Perry、Syzigiummalaccence(L.)Merr.& Perry；紫茉莉科(Nyctaginaceae)Pisonia longirostris Teys.& Binn.；蘭科(Orchidaceae)Dendrobium bifalce Lindl.、Dendrobium peekelii schltr.；胡椒科Piper mestorii F.M.Bail.、Piper peekelii C.DC.；海桐花科(Pittosporaceae)Pitosporum ferrugineum Ait.；羅漢松科(Podocarpaceae)雞毛松(Dacrycarpus imbricatus Bl.)；山龍眼科(Proteaceae)貝克斯屬的種類(Banksia sp.)；蕨類植物門Bolbitis quogana(Gaud.)Ching；鼠李科(Rhamnaceae)Alphitonia macrocarpa Mansf.、Alphitoria molaccana Reiss.exEndl.；紅樹科(Rhizophoraceae)木欖(Brugiera gymnorrhiza(L.)Lamk)、紅樹(Rhizophora apiculata Bl.)；薔薇科(Rosaceae)Cyolendophora laurina(A.Gr.)Kosterm.、空心泡(Rubusrosaefolius Sm.)；茜草科Uncaria bernaysii F.Muell.；無患子科(Sapindaceae)番龍眼(Pometia pinnarta J.R.& G.Forst.)；玄參科母草(Lindernia crustaceae(L.)F.Muell.)；茄科(Solanaceae)洋金花(Datura metal L.)、山煙草(Solanumerianthum D.Don.)、水茄(Solanum torvum Sw.)；梧桐科(Sterculiaceae)銀葉樹(Heritiera littoralis Dryand ex W.Ait.)、鷓鴣麻(Kleinhohia hospita L.)、長梗黃花稔(Melochiaodorata L.f.)；蕁麻科(Urticaceae)Dendrocnide warburgii(Winkl.)Chew、Leukosyke capitellata Poir.、Pipturus argenteus(Forst.)Wedd.；馬鞭草科(Verbenaceae)傘序臭黃荊(Premnaserratifolia L.)；黃脂木科Xanthorrhoea resinosa Pers。高等＞66％覆蓋載玻片；中等＞33-＜66％覆蓋；和低等＞1-＜33％覆蓋。
本發(fā)明在第六個方面中提供了用于測定碳排放信用額度的方法，包含a)確定可以用于提高植物化石有機碳產(chǎn)量的一種或多種植物品種；b)在適合于選定位置的環(huán)境條件下建立針對一種或多種植物品種的植物化石有機碳隔離數(shù)據(jù)；c)將植物品種中的至少一種在所述位置上栽培；和d)基于植物化石有機碳隔離數(shù)據(jù)和栽培措施測定碳排放信用額度。
該方面還包括對可以用于提高植物化石有機碳產(chǎn)量的植物品種進行育種。在本說明書的上下文中，植物的育種包括常規(guī)的植物育種技術、遺傳操作技術、組織培養(yǎng)技術和實際上任意其它可培育植物新變種的技術。
本發(fā)明在第七個方面中提供了請求保護碳排放信用額度的方法，包括a)測定由在一定位置或區(qū)域上生長的植物生物量產(chǎn)生的植物化石有機碳的量；b)測定因在該位置或區(qū)域上栽培已經(jīng)提高了植物化石有機碳的產(chǎn)量的一種或多種植物而產(chǎn)生的植物化石有機碳的量；
c)在該位置或區(qū)域上栽培植物化石有機碳已經(jīng)提高的一種或多種植物；和d)基于步驟(b)與步驟(a)中測定的量之間的差異請求保護碳排放信用額度。
步驟(a)適當測定了由在指定時間期限內在所選擇的位置或區(qū)域上生長的植被生物量產(chǎn)生的植物化石碳的量。例如，在澳大利亞的拜倫海灣地區(qū)周圍低矮的沼澤地中，本發(fā)明者確定了以0.9gCm2/年的率生長的自然植被隔離碳。步驟(b)適當測定了因在類似時間期限內在所選擇的位置或區(qū)域上栽培已經(jīng)提高了植物化石有機碳的產(chǎn)量的一種或多種植物而產(chǎn)生的植物化石有機碳的量?？梢砸筇寂欧判庞妙~度，其中步驟(b)中測定的量大于步驟(a)中測定的量。
本發(fā)明在第八個方面中提供了使用公式(1)請求碳排放信用額度的方法A＝B1-B2(1)其中A＝請求為因在指定位置或區(qū)域中栽培特定植物型產(chǎn)生的碳排放信用額度的碳的量；B1＝在指定時間期限內在該選擇的位置或區(qū)域上栽培所述的植物型產(chǎn)生的植物化石中隔離的碳的量；且B2＝在類似時間期限內在該選擇的位置或區(qū)域上栽培所述植物型之前在植物化石中隔離的碳的量。
如果B1超過B2，那么可以要求碳排放信用額度。
在本發(fā)明的該方面中，栽培植物型包括下列步驟中的一個或多個選擇植物型或栽培品種；添加增補品種以便改善植物型的生長率；使該植物型強化生長；使植物型在人工條件(諸如在溫室中，使用水栽法，使用水產(chǎn)養(yǎng)殖等)下生長或目的在于影響或增加植物化石碳隔離的量的任意其它實踐。
在本發(fā)明的該方面中，可以按照下面的公式(2)計算B1B1＝(PhytOC產(chǎn)量)×(植被生物量產(chǎn)量) (2)
其中PhytOC產(chǎn)量＝在指定時間期限過程中作為植物化石有機碳存在的植物型的生物量比例；且植被生物量產(chǎn)量＝在指定時間期限過程中產(chǎn)生的植被生物量的量。
可以通過本說明書上文中披露的任意方法對指定時間期限和選擇的位置或區(qū)域直接測定PhytOC產(chǎn)量?；蛘?，可以使用上述針對指定植物型的PhytOC數(shù)據(jù)估計它。
可以按照公式(3)計算B2B2＝(預先PhytOC產(chǎn)量)×(預先植被生物量產(chǎn)量) (3)其中預先PhytOC產(chǎn)量＝作為植物化石有機碳存在的預先栽培的植物型的植被生物量的比例；且預先植被生物量產(chǎn)量＝在類似時間期限內在所選擇的位置或區(qū)域上栽培所述植物型前產(chǎn)生的植被生物量的量。
B2為植物化石中隔離的碳的量并且可以通過下列方式測定(1)由在栽培植物型前存在的植物化石中隔離的碳的量(通過測定或估計)；或(2)使用對植物PhytOC估計的總體平均值(如由本發(fā)明者確定的約0.9gCm2/年)。
本發(fā)明在第九個方面中提供了用于隔離碳的方法，包括下列步驟a)處理植被生物量以便產(chǎn)生含有植物化石的物質；b)通過使用步驟(a)中產(chǎn)生的物質將植物化石隔離為掩埋物、路基或生產(chǎn)過程中的成分；c)測定所述物質中植物化石的碳含量；和d)基于測定的碳含量請求碳排放信用額度。
步驟(a)可以包含單純采集生長的植物，或它還可以包含進一步處理采集的植物。例如，進一步處理可以包括低溫燃燒以便產(chǎn)生含有植物化石的灰?；蛘?，可以包含酸消化或微波消化以便從植被生物量中提取植物化石。
步驟(b)可以包括將含有植物化石的物質放入掩埋物并且任選用土壤或其它在掩埋物中處理的廢物覆蓋所述物質?；蛘撸梢詫⑺龅奈镔|作為路基材料使用。這在封閉植物化石方面是有效的，因為路基材料在建造道路過程中被瀝青、柏油或混凝土所覆蓋。作為另一種選擇，可以將含有植物化石的材料物質用作生產(chǎn)過程中的成分。合適的生產(chǎn)方法的某些實例包括水泥生產(chǎn)；混凝土生產(chǎn)；建筑材料諸如粘土磚、混凝土磚、護墻板材料或其它建筑材料的生產(chǎn)。
涉及請求碳排放信用額度的政府規(guī)程或國際條約可能需要在指定的起始期確定一定位置或區(qū)域的碳隔離(例如UNFCCC目前指定1990年為起始期)，從而確定在后期時的碳隔離，其中在碳隔離方面的任何差異均導致對碳排放信用額度的請求。因此，在本發(fā)明不同方面中測定碳排放信用額度的步驟可以包括下列步驟測定在指定的起始期時于所述位置或區(qū)域上由PhytOC產(chǎn)生的碳隔離的量，并且從在后期測定的在所述位置或區(qū)域上由PhytOC產(chǎn)生的碳隔離的量中將其扣除。
還將認識到除PhytOC隔離外，其它因素也包括在碳排放信用額度的計算中，例如由于在所述位置或區(qū)域上額外的植被生物量而從大氣中取得的碳。因此，因PhytOC隔離請求的碳排放信用額度可以形成，并且是總體碳排放信用額度請求的組成部分。
可以根據(jù)需要對碳排放信用額度進行交易。因此，本發(fā)明還包括用于交易按照本發(fā)明不同方面計算的碳排放信用額度的交易系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明涉及測定碳排放信用額度的方法基于對如下概念的認識，即可以驗證植物化石中的碳隔離，對其定量并且應用于基于農業(yè)的業(yè)務，由此可以使對農用業(yè)務的經(jīng)營者而言有用的經(jīng)濟利益得到實際化。在某些方面中，這一概念包括以驗證的方式確立土壤或植物材料中的植物化石，由此可以形成在碳排放信用額度請求方面的經(jīng)濟利益。
本發(fā)明某些方面的優(yōu)選實施方案為這類實施方案，其中改進經(jīng)驗證的數(shù)據(jù)以便確立最佳或接近最佳的農業(yè)操作，從而基于歷史數(shù)據(jù)或通過分析預測碳隔離。
在本發(fā)明某些方面的優(yōu)選實施方案中，該方法包括，基于涉及植物型和該植物型生長或將生長的位置的碳隔離的數(shù)據(jù)對碳排放信用額度的請求。驗證碳排放信用額度的請求可以考慮到具體的生長條件，并且如果可能和相關，那么包括例如通過為優(yōu)化植物結構中植物化石碳發(fā)展而改變濕度水平、pH和/或肥料方案來改變生長條件。
在某些方面中，本發(fā)明的方法可以包括涉及生長周期的進一步驗證性測定，以便確立產(chǎn)生的生物量和植物化石碳隔離，從而進一步論證和驗證所述的主張。
公認天然環(huán)境，諸如森林，并且特別是雨林會隔離碳，其中的某些為植物化石形式并且由此固定了隔離的形式。然而，本發(fā)明者指出為食品生產(chǎn)而使其它種類，特別是草場作物種類，包括小麥以最廣泛的方式生長，并且指出了這些種類在產(chǎn)生植物化石有機碳中的明顯效率。本發(fā)明者指出了生物來源的二氧化硅植物化石在碳排放信用額度中的作用及其在碳隔離和碳排放信用額度主張中的可靠性已經(jīng)被忽略。基于這一認識，本發(fā)明者提出了對為經(jīng)濟利益而確立并且優(yōu)選優(yōu)化碳隔離的農用業(yè)務手段的優(yōu)化。
本發(fā)明者的研究證實特定類型的習生地和植物種類在不同條件下產(chǎn)生了不同量的植物化石。目前已經(jīng)在來自巴布亞新幾內亞島(PapuaNew Guinea)的潮濕熱帶、托雷斯海峽島、北新南威爾士(northern NewSouth Wales)海岸及其內地的條件下對沿岸平原、海灘地區(qū)、雨林、泥炭地、沼澤地和森林習生地獲得了數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)顯示在包含213個種類的最初81個植物科中測試的約59個科和約100個種類的結果具有特征性的植物化石類型，它們在形態(tài)學方面彼此不會重疊。
此外，本發(fā)明者已經(jīng)建立了上述習生地并且植物種類在它們產(chǎn)生的植物化石內保持了可變量的碳(PhytOC)(表1&2)。因此，從這些數(shù)據(jù)中可以看出，可以對特定類型的陸地計算出植物化石產(chǎn)生的有利條件和由此的碳隔離。
一旦從周圍植物材料中分離了植物化石并且將其在自然界燃燒，它就可以耐腐化并且可以將隔離的碳保持超過8,000年的期限。因此，本發(fā)明者已經(jīng)通過田地和實驗室實驗證實碳可以在天然環(huán)境中被隔離為PhytOC。如果這類環(huán)境在最優(yōu)化條件下由人誘導，那么可以預測植物化石產(chǎn)量且特別是PhytOC并且最終進行開發(fā)利用。這遵從傳統(tǒng)的耕作實踐，其中從天然環(huán)境中可以觀察到最佳條件并且操作它以便提高對指定作物的開發(fā)利用。
表1.具有相同年降雨量、不同的土壤pH水平、在這些習生地內不同的優(yōu)勢植物種類和計算的在來自各習生地的0.25克土壤中提取的植物化石含量中隔離的碳的不同習生地的概括。
表2.來自使用微波消化從植物材料中提取的稻米(Oryzasativa)和刺屬(spinifex)草Triodia reptins并且通過LECO總碳分析所分析的植物化石碳含量的實例。
本領域技術人員可以理解可以對本發(fā)明進行沒有具體描述的變型和修改。應理解本發(fā)明包括所有這類屬于其實質和范圍內的變型和修改。
權利要求
1.測定一定位置或區(qū)域上植物型的植物化石有機碳產(chǎn)量的方法，包括a)取在該位置或區(qū)域中生長的植物型的樣品；b)對樣品中的植物化石有機碳進行定量；c)對該位置或區(qū)域上生長的植物型的總生物量進行定量；和d)對該位置或區(qū)域上的植物型的總生物量測定植物化石有機碳的總量。
2.如權利要求1所述的方法，其中該方法包含獲取在一定區(qū)域或位置中生長的多種植物型的樣品；對每種植物型樣品中的植物化石有機碳進行定量；對在該位置或區(qū)域處生長的每種植物型的總生物量進行定量；并且對該位置或區(qū)域上的植物型的總生物量測定植物化石有機碳的總量。
3.如權利要求1或權利要求2所述的方法，其中通過如下技術測定植物型的總生物量，所述的技術選自直接采樣、使用采集數(shù)據(jù)和已知收獲指數(shù)的間接測定、遙感技術和使用生物量累積曲線。
4.測定碳排放信用額度的方法，包括下列步驟a)獲取在一定位置或區(qū)域中生長的植物型的樣品；b)對樣品中的植物化石有機碳進行定量；c)對該位置或區(qū)域上的植物型的總生物量進行定量；d)對該位置或區(qū)域上的植物型的總生物量測定植物化石有機碳的總量；和e)基于上述步驟(d)中測定的植物化石有機碳的總量測定適合于該位置或區(qū)域的碳排放信用額度。
5.如權利要求4所述的方法，其中該方法包括獲取在一定區(qū)域或位置中生長的多種植物型的樣品；對每種植物型樣品中的植物化石有機碳進行定量；對在該位置或區(qū)域上生長的植物型的總生物量進行定量；對該位置或區(qū)域上的每種植物型的總生物量測定植物化石有機碳的總量并且基于植物化石有機碳的總量請求碳排放信用額度。
6.如權利要求4或權利要求5所述的方法，其中對所述的位置或區(qū)域進行栽培或實施農藝，其中使植物型的作物以定期間隔周期性生長并且存在于所述作物中的總植物化石有機碳代表了每一收獲周期的與大氣永久隔離的碳的累積總量，并且對每一耕作周期請求相當于作物的植物化石有機碳總量減去如果未栽培作物而已經(jīng)隔離的植物化石有機碳總量的碳排放信用額度。
7.如權利要求4或權利要求5所述的方法，其中對所述的位置或區(qū)域不進行定期耕作并且將因一定時間期限內植物生長導致由該位置或區(qū)域上生物量增加而產(chǎn)生的植物化石有機碳總量的增加請求為碳排放信用額度。
8.提供與碳隔離相關的數(shù)據(jù)的方法，包括a)取在植物型已經(jīng)生長或正在生長的選定位置上的土壤樣品；b)從樣品中分離植物化石；c)對來自該植物型的樣品中的植物化石有機碳進行定量以便提供數(shù)據(jù)；和d)提供數(shù)據(jù)預測以便支持在所述位置上生長的植物型的碳排放信用額度請求。
9.如權利要求8所述的方法，進一步包含由步驟(d)的計劃計算碳排放信用額度的請求。
10.用于測定在一定時間期限內的一定位置上累積的植物化石有機碳的方法，包括下列步驟a)從所述位置的土地上采集物質樣品；b)測定該物質的植物化石有機碳含量；c)使用上述步驟(b)中測定的數(shù)據(jù)測定該位置的物質中的總植物化石有機碳含量；d)在預定時間期限過去后，從所述位置的地面上采集另一種物質樣品；e)測定樣品中該物質的植物化石有機碳含量；f)由上述步驟(e)中測定的數(shù)據(jù)測定該位置上物質中的總植物化石有機碳含量；和g)通過從步驟(f)測定的量中扣除步驟(c)中測定的量而確定在預定時間間隔內在該位置上累積的植物化石有機碳的量。
11.如權利要求10所述的方法，其中從地面采集的物質優(yōu)選包括落葉、腐殖土和至少土壤的上層。
12.用于隔離碳的方法，包括下列步驟確定已經(jīng)提高了植物化石有機碳產(chǎn)量的一種或多種植物型并且在一定位置或區(qū)域上栽培一種或多種植物型，以便增加在該位置或區(qū)域上植物化石有機碳的產(chǎn)量。
13.如權利要求12所述的方法，進一步包括下列步驟用已經(jīng)提高了植物化石有機碳產(chǎn)量的一種或多種植物型取代在所述位置或區(qū)域上現(xiàn)存生長的生物量。
14.用于測定碳排放信用額度的方法，包括a)確定可以用于提高植物化石有機碳產(chǎn)量的一種或多種植物品種；b)在適合于選定位置的環(huán)境條件下建立針對一種或多種植物品種的植物化石有機碳隔離數(shù)據(jù)；c)將植物品種中的至少一種在所述位置上栽培；和d)基于植物化石有機碳隔離數(shù)據(jù)和栽培措施測定碳排放信用額度。
15.如權利要求14所述的方法，進一步包含培育提高植物化石有機碳產(chǎn)量的植物品種。
16.請求碳排放信用額度的方法，包括下列步驟a)測定由在一定位置或區(qū)域上生長的植被生物量產(chǎn)生的植物化石有機碳的量；b)測定因在該位置或區(qū)域上栽培已經(jīng)提高了植物化石有機碳的產(chǎn)量的一種或多種植物而產(chǎn)生的植物化石有機碳的量；c)在該位置或區(qū)域上栽培植物化石有機碳已經(jīng)提高的一種或多種植物；和d)基于步驟(b)與步驟(a)中測定的量之間的差異的請求碳排放信用額度。
17.使用公式(1)請求碳排放信用額度的方法，包含A＝B1-B2(1)其中A＝因在指定位置或區(qū)域中栽培特定植物型產(chǎn)生的請求為碳排放信用額度的碳的量；B1＝在指定時間期限內在該選擇的位置或區(qū)域上由所述的植物型產(chǎn)生的植物化石中隔離的碳的量；且B2＝在類似時間期限內由在該選擇的位置或區(qū)域上載培所述植物型之前的植物化石中隔離的碳的量。
18.如權利要求17所述的方法，其中栽培植物型包括下列步驟中的一個或多個選擇植物型或栽培品種；添加增補品種以便改善植物型的生長率；使該植物型強化生長；使植物型在人工條件下生長。
19.如權利要求17或權利要求18所述的方法，其中按照下面的公式(2)計算B1B1＝(PhytOC產(chǎn)量)×(植被生物量產(chǎn)量) (2)其中PhytOC產(chǎn)量＝在指定時間期限中作為植物化石有機碳存在的植物型的生物量比例；且植被生物量產(chǎn)量＝在指定時間期限中產(chǎn)生的植被生物量的量。
20.如權利要求17或權利要求18所述的方法，其中按照公式(3)計算B2B2＝(預先PhytOC產(chǎn)量)×(預先植被生物量產(chǎn)量)(3)其中預先PhytOC產(chǎn)量＝作為植物化石有機碳存在的預先栽培植物型的植被生物量的比例；且預先植被生物量產(chǎn)量＝在類似時間期限內在所述選擇的位置或區(qū)域上栽培所述植物型前產(chǎn)生的植被生物量的量。
21.用于隔離碳的方法，包括下列步驟a)處理植被生物量以便產(chǎn)生含有植物化石的物質；b)通過使用步驟(a)中產(chǎn)生的物質將植物化石隔離為掩埋物、路基或生產(chǎn)過程中的成分；c)測定所述物質中植物化石的碳含量；和d)基于測定的碳含量請求碳排放信用額度。
22.如權利要求21所述的方法，其中步驟(a)包含采集生長的植物。
23.如權利要求21所述的方法，其中步驟(a)進一步包含處理采集的植物以便產(chǎn)生含有植物化石的物質，其具有高于所采集植物的植物化石濃度。
24.如權利要求23所述的方法，其中進一步處理包括低溫燃燒以便產(chǎn)生含有植物化石的灰或酸消化或微波消化以便從植被生物量中提取植物化石。
25.如權利要求21所述的方法，其中步驟(b)包括將含有植物化石的物質放入掩埋物并且任選用土壤或其它在掩埋物中處理的廢物覆蓋所述物質；或使用該物質作為路基材料中的成分；或使用含有植物化石的材料的物質作為生產(chǎn)過程中的成分。
26.如權利要求1-3或10-11中任意一項所述的方法，進一步包括根據(jù)測定的植物化石有機碳量計算碳排放信用額度。
27.如權利要求4-9，14-25或26中任意一項所述的方法，進一步包括如下列步驟在指定的起始期及所述位置或區(qū)域上測定由PhytOC產(chǎn)生的碳隔離的量，并且從在后期時在所述位置或區(qū)域上測定的由PhytOC產(chǎn)生的碳隔離的量中將其扣除。
28.如權利要求4-9，14-25，26或27中任意一項所述的方法，其中因PhytOC隔離請求的碳排放信用額度形成，并且是總體碳排放信用額度請求的組成部分。
29.用于交易碳排放信用額度的交易方法，包括根據(jù)權利要求4-9，14-28中任意一項計算碳排放信用額度并且交易所述的碳排放信用額度。
全文摘要
測定碳排放信用額度的方法，包括下列步驟a)取在一定位置或區(qū)域中生長的植物型的樣品；b)對樣品中的植物化石有機碳進行定量；c)對該位置或區(qū)域上的植物型的總生物量進行定量；d)對該位置或區(qū)域上的植物型的總生物量測定植物化石有機碳的總量；和e)基于上述步驟(d)中測定的植物化石有機碳的總量測定適合于該位置或區(qū)域的碳排放信用額度。
文檔編號G01N33/50GK101052876SQ200580037454
公開日2007年10月10日 申請日期2005年7月29日 優(yōu)先權日2004年8月30日
發(fā)明者利·艾伯特·沙利文, 杰弗里·弗朗西斯·帕爾 申請人:利·艾伯特·沙利文, 杰弗里·弗朗西斯·帕爾