全新世渭河流域植被演替对陆地生态系统碳储量的影响

陆地生态系统古碳储量演化历史既是理解过去区域碳循环过程的基础,也是预测未来陆地碳库变化趋势的重要参照。以往由于实测记录的缺乏和现代碳循环模型应用的局限,难于实现过去陆地碳库的准确重建。本研究通过地质时期86个点位的孢粉记录与古碳循环模型模拟的结合,在定量化重建全新世渭河流域古气候参数空间格局的基础上,模拟了自然植被时空演化过程及其陆地生态系统碳储量变化。结果表明,全新世早期到中期,流域森林面积覆盖度由34%增至63%,导致陆地生态系统碳储量从2.48 Pg C增至3.40 Pg C;全新世中期到晚期,流域森林面积覆盖度降至20%,陆地生态系统碳库储量随之减少了1.03 Pg C。空间上,流域碳密度变化主要受控于植被类型的分布,后者又与地貌条件密切相关。全新世中期全球增温情形下渭河流域森林植被大面积扩张和碳储量显著增加的结果,预示着未来全球变暖背景下该流域陆地生态系统具有较强的碳汇潜力。     

EFFECTS OF LAND USE CHANGES ON THE CARBON STORAGE OF TERRESTRIAL ECOSYSTEM——A CASE STUDY OF HULUN LAKE AND TAIHU LAKE BASINS

土地利用和覆被变化对陆地生态系统碳循环有着显著的影响,研究土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响,有利于揭示人类活动和气候变化对陆地生态系统碳循环的驱动机制,同时为制定合理的区域碳排放政策提供参考.本研究采用1980年、1995年、2000年和2005年4期遥感影像解译的土地利用数据,借助IPCC第四次报告推荐的计算方法和对应参数,选择我国东部亚热带和温带的两个典型大湖——太湖流域和呼伦湖流域1980～2005年碳收支情况进行估算,结果表明:1)1980～2005年太湖流域的土地利用结构变化主要表现为农田的逐年减少和聚居地的持续增长,而呼伦湖流域则主要表现为由于林地向草地的转化和草地向其他土地的转化所导致的林地面积的减少和其他土地面积的增加.2)在碳源/汇方面,太湖流域和呼伦湖流域均表现为碳汇,对于太湖流域来说,林地和农田是主要的碳汇,聚居地是碳支出的主要贡献者,2000年以来呼伦湖流域固碳能力出现比较明显的下降,林地和草地的变化是导致碳储量变化的主导因素.3)通过两个流域碳储量变化情况的比较,发现人类活动对陆地生态系统碳储量的影响较为显著;此外,植被类型差异以及成林时间也是影响固碳能力的主要原因.     

末次间冰期以来陆地生态系统的碳储量与气候变化

陆地生态系统的碳收支是全球气候变化和碳循环研究的核心内容之一.准确估算陆地生态系统的碳储量及其收支状况,对正确评价陆地生态系统在全球碳循环中的作用有重要意义.本文总结了近10年来各国研究者利用不同方法对陆地碳储量变化的研究进展,并对估算陆地碳储量的不确定性进行评价.同时,对陆地生态系统碳储量变化研究结果的分析表明,末次间冰期以来,全球陆地生态系统碳储量存在较大幅度的变化.在末次间冰期5e阶段、末次盛冰期和全新世中期,陆地生态系统碳储量分别为现在的l30～150%、50～85%和105～130%.并且,陆地生态系统碳储量与气候变化有显著的正相关性,但不同区域的生态系统碳储量随气候变化并非具有相同的变化规律.     

兰州—白银地区1987年与2014年表层土壤有机碳储量和碳密度变化趋势及影响因素探讨

土壤碳库研究及碳汇问题是近年来土壤碳循环与全球变化研究的热点领域,土壤是陆地生态系统的核心,研究土壤有机碳储量和碳密度的影响因素对正确评价本区碳循环有重要意义,本文利用土壤类型、土地利用类型、地貌类型、生态系统等影响因素对研究区表层土壤有机碳密度和碳储量进行了评价,分析了兰州—白银地区1987年和2014年土壤有机碳储量、碳密度的变化,其中2014年土壤有机碳储量增加了3.58×106 t,说明这些年土壤固碳效果明显,土地利用方式更合理。认为研究区有机碳碳密度、碳储量在空间上的分布极不均匀,与成土母质、土壤自身理化特性、土地利用方式及自然景观条件、人类活动等因素密切相关,是多因素综合影响的结果。     

基于InVEST模型的辽宁省海岸带碳储量时空变化研究

陆地生态系统碳储量与全球气候变化密切相关,研究海岸带地区土地利用变化对生态系统服务碳储量的影响,对于区域生态系统保护及社会经济可持续发展具有重要意义.以辽宁省海岸带地区为例,分析了1995—2018年海岸带地区的土地利用变化特征,运用InVEST模型碳储量模块估算了1995—2018年区域生态系统的碳储量,结果表明:(...     

江西省鄱阳湖及周边经济区土壤有机碳储量分布特征

土壤是陆地生态系统的重要组成部分,土壤碳储量研究在碳循环和全球变化中具有重要意义。本文利用江西省鄱阳湖及周边经济区多目标区域地球化学调查取得的土壤碳数据,计算了研究区表层、中层、深层土壤的全碳储量和有机碳储量,分析其有机碳储量和有机碳密度的分布特征。结果表明：研究区总体碳储量是以有机碳储量为主;表层土壤（0~0.2 m）的有机碳密度为3512 t/km²,有机碳储量为1.38亿吨;中层土壤（0~1.0 m）的有机碳密度为11156 t/km²,有机碳储量为4.39亿吨;深层土壤（0~1.8 m）的有机碳密度为15617 t/km²,有机碳储量为6.14亿吨。与全国农业地质调查数据进行对比,研究区表层土壤的有机碳密度高于全国农业地质调查区内表层土壤有机碳密度的10.86%,中层及深层土壤的有机碳密度与全国农业地质调查区平均水平接近,显示研究区土壤的有机碳储量巨大。进一步分析研究区不同土壤类型、不同土地利用类型、不同地貌单元、不同行政单元的土壤有机碳密度及有机碳储量,系统查明了土壤有机碳的分布和分配特征。研究认为,区域内各层土壤有机碳密度空间分布具有同一性特征,与所处区域的成土地质背景和植被覆盖率密切相关。土壤有机碳密度高值区均分布在山地和丘陵区,包括江西丰城市北部、高安市南部、乐平市周边地区等古生代炭质岩和煤系地层区,其中乐平市表层土壤的有机碳密度最高;低值区均分布在湖区和水系河谷地区。该成果可为江西省的碳循环和碳排放研究提供可靠的数据基础。     

中国陆地生态系统总初级生产力VPM遥感模型估算

陆地生态系统总初级生产力(Gross Primary Productivity,简称GPP)时空格局及其变化动态的准确监测是区域碳收支研究的核心问题之一,遥感模型正在为区域碳通量监测提供更为实时、准确的模拟数据。基于中分辨率成像光谱仪(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer,简称MODIS)遥感数据和涡度相关碳通量观测数据发展而来的VPM模型经过10年的努力,目前已经在全球涵盖十类生态系统的21个站点上开展模型的校验与验证研究,为区域GPP的准确估算与监测奠定了方法基础。本研究构建了评估GPP区域格局的VPM模型区域模式,以空间分辨率500m、时间步长8天的MODIS卫星影像数据以及相同时空分辨率的温度与光合有效辐射数据为模型输入数据,模拟估算我国2006~2008年GPP及其空间分布格局。VPM模型模拟的中国陆地生态系统GPP年总量平均值为5.0Pg C/a,其中森林、草地、农田和灌丛生态系统分别占34%,17%,37%和12%。本研究模拟的全国GPP总量与多模型模拟的平均结果(5.40 Pg C/a)相当,但不同模型估算的各类生态系统GPP存在较大差异。本研究通过利用遥感数据对VPM模型中的关键参数(最大光能利用率)进行参数空间化,表达同一土地覆被类型内部光能利用率的空间异质性;应用目前我国准确性最为可靠的土地利用与植被数据提取土地覆被数据,首次将农业多熟种植作为单独的植被类型引入模型中,模型参数与输入数据的精度保障了模型模拟结果的可靠性。     

土地利用变化对中国土壤碳储量变化的间接影响

中国土壤有机碳储量及其在全球变暖背景下的变化趋势是影响全球碳循环的一个重要因素。土地利用变化对土壤有机碳储量既有直接影响,也有间接影响。一方面,土地利用变化直接改变了生态系统的类型,从而改变了生态系统的净初级生产力（NPP）及相应的土壤有机碳的输入。另一方面,土地利用变化潜在地改变了土壤的理化属性,从而改变了土壤呼吸对温度变化的敏感性系数（常用Q10表示）。在全球变暖背景下,Q10值的改变显著影响着土壤有机碳释放的强度。利用生态系统碳循环过程模型（CASA模型）反演了不同土地利用类型下的Q10值,并评价了土地利用类型的改变对土壤有机碳储量变化的间接影响。研究结果表明,林地与草地转换成耕地后将增大土壤呼吸的Q10值,此外,人类通过灌溉、氮肥的施用也能增大土壤呼吸的Q10值,从而使得全球变暖背景下土壤呼吸的碳通量有所增强。     

碳同位素技术在土壤碳循环研究中的应用

碳在土壤中的储量和存储时间是陆地生态系统碳库中最大和最长的,而土地利用方式会影响到土壤碳储量及其循环周期,因此有效的土地利用管理可使土壤成为一个碳汇。土壤储存碳的过程就是土壤有机碳动态平衡的变化,因此认识土壤有机碳的动态变化是揭示土壤碳循环过程及其调控机制的重要方面。首先介绍了碳的一种稳定性同位素(13C)和放射性同位素(14C)在生态系统长期动态过程的重建(如C3/C4植被的历史格局)、土壤有机碳周转周期等方面的应用,探讨了同位素示踪技术在土壤有机碳来源、周转周期、土壤CO2通量的变化和组分区分、同位素富集等研究领域的应用,归纳了土壤碳循环研究中的基本问题,提出了未来土壤碳循环同位素示踪的主要研究方向。     

甘肃省兰州—白银地区土壤有机碳库储量估算与空间分布特征

土壤有机碳库是陆地碳库的主要组成部分,并在陆地碳循环研究中有着重要作用。根据甘肃省兰州—白银地区多目标地球化学测量数据,结合各土壤类型分布面积,估算表层土壤（0～20 cm）有机碳密度和储量,并探讨其空间分布特征。研究表明,兰州—白银地区表层土壤有机碳平均密度为1.52～7.73 kg/m^2。在空间分布上,榆中县有机碳密度最高,达2.69 kg/m^2,会宁县有机碳密度最低,仅1.56 kg/m^2,总体上呈四周高,中间低的趋势。从土壤类型上看,草甸土有机碳密度最高,达7.73 kg/m^2,灰褐土、栗钙土和石质土次之,为2.96～5.18 kg/m^2,红黏土及淡灰钙土有机碳密度较低,仅为1.52～1.53 kg/m^2。从土地利用现状看,林地有机碳密度最高,这与气候、植被、人类活动有关。     

近30年西北内陆荒漠资源大区土地利用驱动下生态系统碳储量时空变化

依据1990—2020年遥感影像、高程模型、植被、气象等数据,通过定量计算与定性分析相结合的区划分析,获取西北内陆荒漠资源大区的自然资源综合区划。根据西北内陆荒漠资源大区气候因子对全国水平下不同土地类型的碳密度进行修正,获取西部干旱区碳密度数据,利用InVEST模型,分析1990—2020年土地利用变化对碳储量的影响。结果表明：(1)近30 a来该研究区以草地退化为主,耕地和荒漠是草地主要转出的类型,其中2010—2020年土地利用类型变化显著;(2)研究区碳储量呈现西多东少的空间分布,其中西部阿尔泰山与塔城盆地温带草原亚区和伊犁盆地温带草原亚区由于草地面积较丰富而碳储量较高;(3)1990—2020年西北内陆荒漠资源大区的碳储量总体呈波动下降趋势,土地利用类型的转化引起碳储量净减少1.86×108 t,其中2000年和2020年研究区大量草地转化为荒漠,使土壤碳储量明显下降,固碳潜力有所下降。本次对西北内陆荒漠资源大区土地利用对生态系统碳储量时空变化的评估,有助于判断生态系统功能的转化趋势,为生态系统调控和促进该地区低碳可持续发展提供参考。     

河流碳循环模型研究进展

河流是连接陆地和海洋两大碳库的“重要管道”和“生物反应器”,深入理解河流碳循环过程并建立河流碳循环模型是估算区域尺度河流碳通量的重要手段。当前,对河流碳循环模型构建与应用的探讨还较为缺乏。通过文献调研对河流碳循环机理和已有模型研究进行回顾和总结,首先归纳了河流中颗粒有机碳、溶解有机碳和溶解无机碳的主要来源及相关迁移转化过程,然后对经验统计和机理过程两大类河流碳循环模型的模拟方法、应用现状和优缺点进行了综述。经验统计模型采用统计或机器学习方法建立河流碳通量与环境因子的关系,建模较为简单,但普适性和外推性较差;机理过程模型在陆面模式或水文模型中耦合河流碳循环相关过程,物理性和可靠性较强,但较为复杂。不同模型的侧重点和对河流碳循环过程的表达各不相同,适用场景也不相同。河流碳循环模拟研究目前尚处于起步阶段,现有模型对陆地和水体碳循环过程以及人类活动影响的表达普遍不足,无法准确模拟和预测河流碳循环过程的长期变化。今后应加强对河流碳循环过程的观测,提高对陆地和水体碳循环机理的认识,进而完善其在模型中的表达,提高河流碳循环模拟的精度,为中国实现“双碳”目标提供科学支撑。     

河流碳输移与陆地侵蚀-沉积过程关系的研究进展

河流碳输移与陆地侵蚀-沉积过程紧密相关。首先就机械和化学风化两种不同的陆地侵蚀机制在提供河流碳源方面所发挥的不同作用作了详细论述,并比较了季风流域和非季风流域间河流碳输移在通量及性质上的差异。之后对陆地碳沉积机制进行了归纳,指出了包括大坝截留,河漫滩、河口-近岸带沉积及陆地碳沉降等几种可能的陆源碳踪迹。陆地环境的截留效应相对于侵蚀尚不太清楚,今后应加强对陆地碳沉积的研究,进一步明确各种碳沉积的作用机制及其对全球陆地碳汇的贡献量。此外,人类活动对陆地侵蚀-沉积过程及河流碳循环所产生的直接或间接的影响也有待于今后继续深入探索。     

无定河流域碳氮稳定同位素研究

对黄河中游一条很有特点的高悬沙支流--无定河流域进行了碳氮稳定同位素调查,发现该流域植被的碳氮同位素组成分布范围很广,碳同位素组成呈现出明显的双峰特征,说明该流域生态系统属于C3和C4混合植被类型.植物的氮同位素组成与碳同位素组成之间并不存在相关关系.沿河沉积物中的碳氮同位素组成之间存在有弱负相关性.河水悬浮体中碳氮同位素组成显示出良好的负相关关系,反映出该河悬浮体中主要有2种物质来源以及具保守性的物理混合特征.根据无定河流域植被、土壤、沉积物的碳同位素调查结果,估算出该河流颗粒有机质中C3植物碳的贡献可占75%～80%.河水悬浮体中有机质的控制性来源是中下游陆地侵蚀物质,同样也反映了流域植被的同位素特征,C3植物碳的贡献占优势.初步的研究结果已经证明,在研究河流中生源要素的输送通量与降水及径流过程之间的关系和河流物质与陆地生态环境变化之间的关系时碳氮稳定同位素示踪应该是十分有效的手段.     

人类活动影响下的青海湖流域生态系统服务空间格局

人类活动改变生态格局和变化,进而影响生态系统服务。因此,探讨人类活动影响下的生态系统服务空间格局,对于区域生态安全、可持续发展和人类福祉等至关重要。以青海湖流域为研究区,基于InVEST模型计算了流域2018年产水量、水质净化、生境质量、土壤保持和碳储量五种生态系统服务,并分析了不同生态系统服务的空间自相关性、相互关系以及人类活动影响下的空间格局。结果表明：流域生境质量整体较好,土壤流失整体较小。碳储量受植被覆盖的影响存在明显空间差异。农业生态系统和城镇生态系统氮、磷负荷较高。产水量环湖区和山区差异明显;产水量、碳储量和生境质量的Moran's I分别为0.786、0.742和0.705,空间聚集性最强,氮负荷最弱;协同关系主要表现在氮负荷与磷负荷、碳储量与生境质量、产水量与土壤流失之间。权衡关系主要是生境质量与产水量和氮负荷,碳储量与产水量和土壤流失之间;碳储量、生境质量和土壤流失随人类活动的增强呈现递减趋势。氮、磷负荷随人类活动的增强呈现递增趋势。人类活动通过改变不透水表面进而影响产水量。通过高分辨率遥感影像精细化定量描述人类活动以及详细探讨人类活动影响下各生态系统服务空间格局、聚集程度,可为流域科学评价生态系统服务、生态环境保护及可持续发展提供依据。     

辽宁西部沿海地区土壤碳库时空分布特征及其影响因素

沿海地区是海陆交互特殊地带,其土壤碳库变化对全球碳循环具有特殊意义。本文选择辽宁西部沿海多目标区域地球化学调查覆盖区作为研究重点,计算了区内土壤碳储量和碳密度,对其空间分布特征及近40年来土壤碳库变化状况和影响因素进行研究,旨在为该区今后土地利用规划、生态环境保护提供数据支撑。结果表明:研究区表、中、深层土壤碳密度空间分布规律基本一致,从20世纪80年代至今,表、中层土壤有机碳储量和碳密度总体均呈显著增加态势,表层土壤有机碳储量增加1.93 Mt,中层土壤有机碳储量增加9.88 Mt。其空间分布特征显示,高海拔、低温多雨有利于土壤有机碳的积累,降水增多、土壤酸化不利于土壤无机碳的积累。此外,土壤类型、土地利用类型、地貌类型和地质单元均与土壤碳密度显著相关,土地利用类型对土壤碳库影响最为深刻。     

伊通河流域土地利用变化及其生态响应

通过遥感影像解译获取伊通河流域1986、1996、2005和2017年土地利用数据,采用土地利用动态模型、土地利用度和生态系统服务价值等方法,研究伊通河流域土地利用变化特征及其生态响应。研究结果表明,耕地、城镇建筑用地和林地是伊通河流域主要的土地利用类型,1986—2017年间,研究区土地利用综合动态度降低,土地利用度上升,土地利用结构趋于稳定。在31年间,生态系统服务价值整体下降33.97%,林地、草地、湿地和水域面积的减小导致生态系统服务价值显著降低。     

多目标区域地球化学调查与土壤碳储量问题——以江苏、湖南、四川、吉林、内蒙古为例

在全国多目标区域地球化学调查获得土壤高密度和大数据量碳分布数据基础上,提出"单位土壤碳含量"概念和建立土壤碳储量实测计算方法,为精确计算土壤碳储量和估算土壤碳库提供了新的途径。依据"单位土壤碳含量"进行土壤碳储量实测计算,可以按照土壤类型、土地利用分类、生态系统及自然景观等任意划分方式,从不同途径取得市县、省区、流域及至国家土壤碳储量,并在各级次上进行土壤碳库问题研究,解决土地利用、农业种植和环境评估中的实际问题。文章以江苏、湖南、四川、吉林、内蒙古为例进行土壤有机碳储量计算,结果表明,全国土壤碳储量分布不均匀。按照土壤有机碳储量和土壤平均有机碳储量分布,四川省四川盆地西部区土壤有机碳储量为1779887583t,平均有机碳储量最高,为29107.86t/km2;依次为:吉林省平原区有机碳储量2618973357t,平均有机碳储量27427.25t/km2;湖南省洞庭湖区有机碳储量837159672t,平均有机碳储量21977.31t/km2;江苏省有机碳储量1818603526t,平均有机碳储量17117.61t/km2;内蒙古河套地区有机碳储量286247058t,平均有机碳储量9592.73t/km2。     

土壤碳蓄积量变化的影响因素研究现状

土壤碳库的动态平衡影响作物产量和土壤肥力的高低，是土壤肥力保持和提高的重要研究内容。简要评述了土壤理化特性、温度和降水变化、大气CO₂浓度上升、人类的农业活动对土壤有机碳蓄积量的影响，介绍了当前对土壤碳蓄积量动态变化的研究进展，认为应加强气候变化和土地利用/土地覆被变化与土壤碳循环研究的结合，提高对陆地生态系统碳循环变化的认识，并需要从生态环境保护的利益和可持续发展的理论出发，进一步加强土地管理方式的改变，促进土壤有机质的积累，提高土壤对碳的固定。     

河北省南部平原区土壤有机碳储量估算

土壤中碳储量的估算是当前研究全球大气碳循环和变化的基本问题。本文以河北省多目标地球化学调查所获大量土壤数据为基础,在GIS平台中采用中国地质调查局提出的"单位土壤碳含量"概念,按土壤类型和土地利用分类两种划分方式计算了河北省南部平原区土壤有机碳储量。结果表明,河北省南部平原区土壤有机碳储量为819402498t,平均有机碳储量为13206.1t/km2。