荒漠人工植被区典型生物土壤结皮的固碳模型研究

生物土壤结皮（BSC）是荒漠生态系统组成和地表景观的重要特征,在荒漠系统碳的源-汇功能中发挥着重要的作用。本文以沙坡头人工植被区两种典型的BSC（苔藓结皮和藻类结皮）为研究对象,通过对土壤水分的连续测定,确定BSC光合和呼吸作用的有效湿润时间及其与土壤水分、温度和太阳辐射的关系,建立了土壤水分驱动下的固碳模型。以2012年5月19—25日为例,计算了苔藓结皮和藻类结皮在试验期间的日固碳量,并估算了两类结皮的年际固碳量。结果表明:苔藓结皮和藻类结皮由于自身水文物理性质的差别显著影响到其下层土壤水分和温度的变化;降雨是BSC固碳活性的重要来源,并且苔藓结皮更容易受到非降雨水（如雾水、凝结水等）的影响而使其固碳潜力大于藻类结皮。初步估算苔藓结皮和藻类结皮的年固碳量分别可以达到33.33 g·m-2·a-1和14.01 g·m-2·a-1,其中由非降雨水所引起的固碳量达到了6.58 g·m-2·a-1和2.65 g·m-2·a-1,分别占到了全年固碳量的19.7%和18.9%。充分肯定了BSC在荒漠人工植被区碳汇的功能。     

基于模型模拟的中国秸秆还田固碳潜力空间格局分析（英文）

农作物秸秆还田作为农田土壤和养分管理的推荐做法之一,对于土壤有机碳(SOC)固定和CO_2减排具有重要意义。本研究利用环境政策综合气候模型(EPIC)模拟了4种作物秸秆还田情形下2001年至2010年中国农田表层土壤有机碳变化及其空间格局。模拟结果显示,秸秆完全移除(CR0%)下的土壤有机碳损失为28.89 Tg yr^–1,当前30%的秸秆还田(CR30%)能够减缓22.38 Tg C yr^–1的碳损失。若秸秆还田率从30%提高至50%(CR50%)乃至75%(CR75%),中国农田表层土壤将变为净碳汇。中国农田表层土壤固碳潜力在CR50%和CR75%情形下分别可达25.53 Tg C yr^–1和52.85 Tg C yr^–1,且在不同农业区存在空间异质性。单位面积土壤固碳潜力在西北和华北地区最高,而华东最低。华北地区具有最高的区域固碳潜力。在这十年间,CR50%和CR75%情形下增加的土壤表层有机碳相当于减少了1.4%和2.9%的中国CO_2排放总量。总之,我们建议鼓励我国农民将原本直接焚烧或用作家用燃料的秸秆返还田间以改善土壤性质和减缓大气CO_2增加,尤其是华北地区更应推行这一举措。     

珠江流域东江至虎门出口的河流有机碳来源与输运特征（英文）

Transport of organic carbon via rivers to estuary is a significant geochemical process in the global carbon cycle.This paper presents bulk total organic carbon(TOC) from the Dongjiang catchment to the adjacent Humen outlet,and discusses the applicability of δ13C and ratio of carbon to nitrogen(C/N) as indicators for sources of organic matter in the surface sediments.Survey results showed that organic carbon concentration in summer were higher than in the winter.An elevated trend of TOC occurred along the river to the Humen outlet in both surveys,and the highest mean values of dissolved and particular organic carbon(DOC~279 μmol L–1 and POC~163 μmol L–1) were observed in the urban deltaic region in summer flood flow.Winter samples had a wide range of δ13C and C/N(δ13C –24.6‰ to –30.0‰,C/N 4–13),and summer ones varied slightly(δ13C –24.2‰ to –27.6‰,C/N 6–18).As results suggest that POC in the three zones of upstream-delta-outlet dominantly came from riverbank soil,phytoplankton and agricultural C3 plants in winter,whereas main sources were from the riverbank and mangrove soil in summer.Moreover,anthropogenic sewage inputs had 11% and 7% contribution to POC in the deltaic and outlet.Transport accompanied with seasonal freshwater variation,phytoplankton production and degradation,and removal behavior caused variation of organic carbon concentration.The results also discovered that TOC export bulk in Dongjiang was approximately one quarter of Humen flux in the dry flow,and anthropogenic activity significantly impacted the river export contribution.     

中国荒漠C4木本植物和土壤无机固碳研究回顾与展望

碳是贯穿自然和社会的首要元素之一,碳循环是自然和社会系统的重要纽带。陆地生态系统的自然固碳途径有2种,一种是植物碳同化,另一种是土壤碳同化,人们一直关注植物的有机固碳,对于土壤的无机固碳重视不够。本文回顾了中国荒漠区固碳能力强的C₄木本植物和土壤无机固碳研究进展。通过解剖结构观察、δ¹³C值和气体交换特征全面分析得出,荒漠植物梭梭（Haloxylon ammodendron）和沙拐枣（Calligonum mongolicum）为典型的C₄木本植物,梭梭同化枝有大量的含晶细胞,沙拐枣同化枝有大量的黏液细胞。干旱区荒漠的非生物固碳能力至今缺乏合理解释。通过对戈壁、沙漠和壤质荒漠土壤无机碳密度和碳储量分析,提出了土壤碳同化（soil carbon assimilation）概念,并给出了土壤碳同化途径的3个阶段,解释了土壤无机固碳这一现象;与植物碳同化比较,土壤碳同化是荒漠固碳的主要途径。最后,展望了荒漠C₄木本植物和土壤碳同化的研究方向及对中国2060年前实现碳中和目标的可能贡献。     

基于CSCS改进CASA模型的中国草地净初级生产力模拟

将草原综合顺序分类系统（CSCS）中的热量指标（∑θ）和湿润度指标（K）引入CASA模型。利用该模型模拟了2004-2008年中国41个草地类的净初级生产力（NPP）,并分析了其时空变化和不同草地类NPP变化。结果表明：2004-2008年中国草地NPP模拟平均值与实测平均值分别为503.8 g·m^-2·a^-1和567.3 g·m^-2·a^-1,两者较为接近。各类草地的平均误差和平均相对误差均值分别为4.85 g·m^-2·a^-1和7.6%。草地NPP的实测值和模拟值相关性较好。改进CASA模型模拟值比Miami和Thornthwaite Memorial模型模拟值更接近实测值。NPP空间分布呈东高西低,南高北低,从西北向东南逐渐增加的趋势,体现了K和∑θ的水平和垂直地带性分布规律。2004-2008年中国草地NPP总体呈现增加趋势,其总量增加了23.0%。草地NPP年均值在不同植被类型中差异显著,分布规律与CSCS划分草地类的K和∑θ密切相关。总之,改进后的CASA模型模拟精度较高,实现了草地NPP模拟与草地分类的相互关联。     

基于LandTrendr模型的亚热带森林干扰与恢复动态变化分析

掌握区域森林干扰与恢复动态特性是科学合理地开展森林资源经营管理的重要基础.以1984—2015年的Landsat时间序列数据提取森林信息为基础,结合森林资源连续清查资料,采用LandTrendr时间分割算法对浙江省中东部地区进行森林干扰与恢复动态监测,对监测结果进行精度验证,并分析其时空分布格局与干扰因素.结果表明:(...     

基于PLUS-InVEST模型的陕南地区土地利用变化多情景模拟与碳储量评估

在PLUS模型中纳入POI驱动因子并利用LASSO回归进行驱动体系筛选与精度验证,设定自然发展、经济保护与生态保护3 种情景,利用筛选后的驱动因子模拟 2030 年各情景下陕南地区的土地利用格局,利用InVEST模型分析2000-2020 年陕南地区碳储量的时空分异特征,探讨不同发展情景下土地利用变化对陕南地区碳储量的影响.结果表明:(1)2000-2020 年,陕南地区的建设用地面积由 23 648.49 hm2 增长到 78 000.21 hm2,侵占了耕地、林地和草地的生存空间,使其分别减少了39 415.05 hm2,8 787.51 hm2 与17 476.56 hm2,2030 年3 种发展情景下的建设用地均保持扩张的趋势.(2)在PLUS模型中加入POI驱动因子且利用LASSO算法筛选驱动因子有效提升了模型的精度与运行效率,模型的Kappa系数和OA系数分别提高了2.53%和0.20%,更精准地模拟了建设用地的分布情况.(3)2000-2020 年陕南地区碳储量总量呈下降趋势,由2.188 7×109 t下降至2.177 5×109 t.2030 年经济保护情景与自然发展情景的碳储量总量均小于2020 年,生态保护情景下的碳储量总量最高,达到了2.183 0×109 t.(4)生态保护情景更有利于陕南地区的可持续发展策略,以陕南地区平均碳密度分区分布为基础,可为陕南地区分区发展与区域碳收支平衡提供参考,对未来不同情景下土地利用对区域碳储量的影响和双碳背景下的国土空间规划具有借鉴意义.     

华东地区农田土壤有机碳动态模拟研究——模型的验证与灵敏度分析

以建成的农田土壤有机碳动态模拟模型为基础,增加土壤pH值影响函数,利用3组土壤pH值迥异的长期定位试验数据对模型进行验证。这些定位试验在地理位置、气象条件、农作方式和土壤性质等方面都具有较大差异。结果表明:修正后的模型可以较好地模拟不同pH值条件下土壤有机碳的变化趋势,模拟值和观测值间的线性相关系数(r2)为0.96(n=137);模型输入参数的敏感程度为温度>外源有机碳>土壤pH值>难分解组分初值>降水>土壤粘粒。     

基于FLUS-InVEST模型的中国未来土地利用变化及其对碳储量影响的模拟

基于代表性浓度路径情景（Representative Concentration Pathways, RCPs）,耦合FLUS-InVEST（Future Land Use Simulation-Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs, FLUS-InVEST）模型,以土地利用视角模拟了中国2100年的陆地生态系统碳储量,探讨其空间分异。结果表明：1）历史土地利用变化作用下,中国生态系统碳储量减少中心由华北地区转向东北地区,增加中心由西北地区转向西南地区;碳储量的减少由林地生态系统转向草地生态系统。2）未来RCPs情景下,中国林地生态系统碳储量都将持续增加,草地生态系统碳储量持续减少。RCP 6.0情景下,中国林地面积将增加9.43%左右,草地面积减少5.42%,全国林地碳储量较2010年增加2 332.64 Tg,而草地碳储量将损失1 719.03 Tg。在RCP 8.5情景下,全国林地面积增加5.15%,草地面积将减少5.10%,林地碳储量较2010年将增加1 754.59 Tg,草地碳储量将损失2 468.80 Tg。3）RCP 6.0情景对未来碳汇贡献度较RCP 8.5情景大。在RCP 6.0情景下,植被地上碳储量和表层土壤碳储量分别净增加127.12和83.67 Tg。但在RCP 8.5情景下,植被地上碳储量和表层土壤碳储量分别净减少24.67和32.41 Tg。4）不同RCPs情景下,碳储量增长均集中在横断山-秦岭-太行山-大兴安岭和雪峰山-太行山-大兴安岭两带;减少区域主要分布于云贵高原、四川盆地和京津冀地区。