土地利用與土地覆蓋變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響
發(fā)布時間：2021-03-04 03:41
隨著人口的增長和人類社會的發(fā)展,土地利用與土地覆蓋變化已經(jīng)是不可避免。土地利用與土地覆蓋變化不僅對生態(tài)系統(tǒng)的要素、結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,也會對全球變化產(chǎn)生反饋作用。針對土地利用與土地覆蓋變化的過程、驅(qū)動機(jī)制以及在各個方面可能產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的科學(xué)研究已經(jīng)全面開展。該文綜述了土地利用與土地覆蓋變化對氣候、土壤、生物地球化學(xué)循環(huán)、生物多樣性以及區(qū)域生態(tài)環(huán)境等影響方面的研究進(jìn)展,并提出了相關(guān)研究的前沿方向展望。隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展,學(xué)者們將更多地側(cè)重預(yù)測未來全球變化背景下的土地利用與土地覆蓋變化趨勢、合理性以及適應(yīng)性,為可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)資料和理論依據(jù)。
【文章來源】：植物生態(tài)學(xué)報. 2020,44(05)北大核心
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
2000–2019年發(fā)表的全球和中國的土地利用和土地覆蓋變化相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量變化(A)及其主要分布領(lǐng)域(B)。以“l(fā)and use and land cover change”為關(guān)鍵詞在Web of Science搜索而得,截止時間為2019年11月。
由于生物地球化學(xué)循環(huán)過程引起的溫室氣體變化會對全球變化產(chǎn)生重要的影響,當(dāng)前有關(guān)土地利用對生物地球化學(xué)循環(huán)影響的研究熱點(diǎn)仍然聚焦在溫室氣體上,其中含碳的兩種溫室氣體為CO2和CH4。1850–1990年LUCC引起的CO2排放占人類活動引起的CO2總排放的1/3,但在1990–2010年間降低到1/8 (Houghton et al.,2012)。Houghton和Nassikas(2017)認(rèn)為2006–2015年間LUCC導(dǎo)致的全球凈碳排放量平均為(1.11±0.35) Pg·a–1且主要來自熱帶((1.41±0.17) Pg·a–1),而中緯度北部為凈碳匯((–0.28±0.21) Pg·a–1),中緯度南部為碳中性(圖2)。LUCC引起的凈碳排放量的增加,主要是通過兩個碳循環(huán)過程的變化:一是通過LUCC改變光合作用通量從而使植被固碳量減少,如森林砍伐直接減少植被生物量,從而減少生態(tài)系統(tǒng)的初級凈生產(chǎn)力;第二是通過LUCC改變呼吸作用過程,使植物根系呼吸、凋落物分解或者土壤微生物呼吸增加(Quesada et al.,2018)。目前,關(guān)于LUCC導(dǎo)致的CO2排放變化機(jī)制已經(jīng)成為學(xué)界關(guān)注重點(diǎn),尤其在LUCC導(dǎo)致的林火、蟲害等方面尚需要進(jìn)一步關(guān)注(Lai et al.,2016)。而對于CH4而言,由于CH4在土壤中可以被甲烷氧化菌氧化,也可以在甲烷還原菌的作用下生成,因此,土壤是CH4的源還是匯主要取決于甲烷氧化菌或甲烷還原菌的相對比例,或者說氧化-還原過程的通量差值。一般來說,通氣良好的土壤如森林、草地土壤,是大氣中CH4的重要的匯;而淹水產(chǎn)生的厭氧條件,是產(chǎn)甲烷菌生存的必要條件。因此,LUCC對CH4排放的影響主要在濕地的排水與恢復(fù)這一土地利用變化過程(Turetsky et al.,2014),但由于這兩個過程存在平衡問題并可能相互影響,因此目前濕地生態(tài)系統(tǒng)的土地利用變化過程中的碳源/匯關(guān)系仍存在較大爭議(Huang et al.,2010,Hergoualc’h&Verchot,2011),而對于CH4產(chǎn)生和消耗過程的細(xì)化和機(jī)制分析則有利于進(jìn)一步了解LUCC引起的CH4通量的變化(Bridgham et al.,2013)。LUCC對氮循環(huán)最為重要的影響在于由自然生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成農(nóng)田過程中氮肥的使用。自1860至2000年,由于自然系統(tǒng)向農(nóng)田土地利用的轉(zhuǎn)變,全球農(nóng)田氮的輸入增加了近9倍,其中氮肥使用由基本為0增加到70 Tg·a–1。當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)氮輸入增加后,氮在生態(tài)系統(tǒng)中的一系列循環(huán)過程,比如礦化作用、硝化作用、反硝化作用、氨揮發(fā)、氮淋失等過程,均可能發(fā)生改變,這些過程產(chǎn)生的氣態(tài)氮(如NH3、N2O、NO和HONO)排放量一般會隨之增加(Wang et al.,2017)。自1860至2000年,農(nóng)田排放的NH3、N2O、NO和淋溶氮流失分別增加了2.7、17、20和10倍(Wang et al.,2017)。由于N2O是溫室氣體,其增加會加劇全球變暖,而氮淋溶可造成水體的富營養(yǎng)化等問題,因此目前相關(guān)研究主要集中在LUCC對氮的氣體排放和淋溶氮的影響,而忽略了產(chǎn)生氣體和淋溶氮的具體氮循環(huán)過程和機(jī)制,需要在未來加強(qiáng)這些方面的研究。此外,在土地利用不變土地覆蓋變化的情況下,氮循環(huán)過程也會受到影響,比如草地的放牧利用方式不變,利用強(qiáng)度增加后牲畜排泄物的增多可直接加速氮循環(huán)(李香真和陳佐忠,1997)。森林擇伐一般會降低土壤氮的有效性,而對氮循環(huán)各個過程的速率的影響比較復(fù)雜,需要對多個過程的協(xié)同作用進(jìn)行研究(李光耀等,2014)。研究大尺度LUCC對氮循環(huán)的影響通常需要利用模型,氮循環(huán)過程的模型模擬相關(guān)工作較碳循環(huán)的模型開發(fā)利用滯后許多(Houlton et al.,2015),因此,對于氮循環(huán)過程的測定、模擬以及如何將氮循環(huán)過程更為細(xì)致地并入土地利用模型都是目前的研究熱點(diǎn)。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]浙江天童森林砍伐對土壤養(yǎng)分庫和氮礦化-硝化特征的影響[J]. 李光耀,楊曉東,史青茹,馬文濟(jì),王希華,閻恩榮. 生態(tài)學(xué)雜志. 2014(03)
[2]土地利用變化對土地生產(chǎn)力的影響研究進(jìn)展[J]. 潘佩佩,楊桂山,蘇偉忠. 地理科學(xué)進(jìn)展. 2012(05)
[3]Spatial patterns and driving forces of land use change in China during the early 21st century[J]. LIU Jiyuan1, ZHANG Zengxiang2, XU Xinliang1, KUANG Wenhui1, ZHOU Wancun3, ZHANG Shuwen4, LI Rendong5, YAN Changzhen6, YU Dongsheng7, WU Shixin8, JIANG Nan91. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China; 2. Institute of Remote Sensing Applications, CAS, Beijing 100101, China; 3. Chengdu Institute of Mountain Hazards and Environment, CAS, Chengdu 610041, China; 4. Northeast Institute of Geography and Agroecology, CAS, Changchun 130012, China; 5. Wuhan Institute of Geodesy and Geophysics, CAS, Wuhan 430077, China; 6. Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, CAS, Lanzhou 730000, China; 7. Nanjing Institute of Soil Science, CAS, Nanjing 210008, China; 8. Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Urumqi 830011, China; 9. Nanjing Institute of Geography and Limnology, CAS, Nanjing 210008, China. Journal of Geographical Sciences. 2010(04)
[4]土地利用變化對生物多樣性的影響[J]. 吳建國,呂佳佳. 生態(tài)環(huán)境. 2008(03)
[5]放牧對草原土壤的影響[J]. 高英志,韓興國,汪詩平. 生態(tài)學(xué)報. 2004(04)
[6]生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量與價值量評價方法的比較分析[J]. 趙景柱,肖寒,吳剛. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報. 2000(02)
[7]放牧草地生態(tài)系統(tǒng)中氮素的損失和管理[J]. 李香真,陳佐忠. 氣候與環(huán)境研究. 1997(03)
本文編號：3062496
【文章來源】：植物生態(tài)學(xué)報. 2020,44(05)北大核心
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
2000–2019年發(fā)表的全球和中國的土地利用和土地覆蓋變化相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量變化(A)及其主要分布領(lǐng)域(B)。以“l(fā)and use and land cover change”為關(guān)鍵詞在Web of Science搜索而得,截止時間為2019年11月。
由于生物地球化學(xué)循環(huán)過程引起的溫室氣體變化會對全球變化產(chǎn)生重要的影響,當(dāng)前有關(guān)土地利用對生物地球化學(xué)循環(huán)影響的研究熱點(diǎn)仍然聚焦在溫室氣體上,其中含碳的兩種溫室氣體為CO2和CH4。1850–1990年LUCC引起的CO2排放占人類活動引起的CO2總排放的1/3,但在1990–2010年間降低到1/8 (Houghton et al.,2012)。Houghton和Nassikas(2017)認(rèn)為2006–2015年間LUCC導(dǎo)致的全球凈碳排放量平均為(1.11±0.35) Pg·a–1且主要來自熱帶((1.41±0.17) Pg·a–1),而中緯度北部為凈碳匯((–0.28±0.21) Pg·a–1),中緯度南部為碳中性(圖2)。LUCC引起的凈碳排放量的增加,主要是通過兩個碳循環(huán)過程的變化:一是通過LUCC改變光合作用通量從而使植被固碳量減少,如森林砍伐直接減少植被生物量,從而減少生態(tài)系統(tǒng)的初級凈生產(chǎn)力;第二是通過LUCC改變呼吸作用過程,使植物根系呼吸、凋落物分解或者土壤微生物呼吸增加(Quesada et al.,2018)。目前,關(guān)于LUCC導(dǎo)致的CO2排放變化機(jī)制已經(jīng)成為學(xué)界關(guān)注重點(diǎn),尤其在LUCC導(dǎo)致的林火、蟲害等方面尚需要進(jìn)一步關(guān)注(Lai et al.,2016)。而對于CH4而言,由于CH4在土壤中可以被甲烷氧化菌氧化,也可以在甲烷還原菌的作用下生成,因此,土壤是CH4的源還是匯主要取決于甲烷氧化菌或甲烷還原菌的相對比例,或者說氧化-還原過程的通量差值。一般來說,通氣良好的土壤如森林、草地土壤,是大氣中CH4的重要的匯;而淹水產(chǎn)生的厭氧條件,是產(chǎn)甲烷菌生存的必要條件。因此,LUCC對CH4排放的影響主要在濕地的排水與恢復(fù)這一土地利用變化過程(Turetsky et al.,2014),但由于這兩個過程存在平衡問題并可能相互影響,因此目前濕地生態(tài)系統(tǒng)的土地利用變化過程中的碳源/匯關(guān)系仍存在較大爭議(Huang et al.,2010,Hergoualc’h&Verchot,2011),而對于CH4產(chǎn)生和消耗過程的細(xì)化和機(jī)制分析則有利于進(jìn)一步了解LUCC引起的CH4通量的變化(Bridgham et al.,2013)。LUCC對氮循環(huán)最為重要的影響在于由自然生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成農(nóng)田過程中氮肥的使用。自1860至2000年,由于自然系統(tǒng)向農(nóng)田土地利用的轉(zhuǎn)變,全球農(nóng)田氮的輸入增加了近9倍,其中氮肥使用由基本為0增加到70 Tg·a–1。當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)氮輸入增加后,氮在生態(tài)系統(tǒng)中的一系列循環(huán)過程,比如礦化作用、硝化作用、反硝化作用、氨揮發(fā)、氮淋失等過程,均可能發(fā)生改變,這些過程產(chǎn)生的氣態(tài)氮(如NH3、N2O、NO和HONO)排放量一般會隨之增加(Wang et al.,2017)。自1860至2000年,農(nóng)田排放的NH3、N2O、NO和淋溶氮流失分別增加了2.7、17、20和10倍(Wang et al.,2017)。由于N2O是溫室氣體,其增加會加劇全球變暖,而氮淋溶可造成水體的富營養(yǎng)化等問題,因此目前相關(guān)研究主要集中在LUCC對氮的氣體排放和淋溶氮的影響,而忽略了產(chǎn)生氣體和淋溶氮的具體氮循環(huán)過程和機(jī)制,需要在未來加強(qiáng)這些方面的研究。此外,在土地利用不變土地覆蓋變化的情況下,氮循環(huán)過程也會受到影響,比如草地的放牧利用方式不變,利用強(qiáng)度增加后牲畜排泄物的增多可直接加速氮循環(huán)(李香真和陳佐忠,1997)。森林擇伐一般會降低土壤氮的有效性,而對氮循環(huán)各個過程的速率的影響比較復(fù)雜,需要對多個過程的協(xié)同作用進(jìn)行研究(李光耀等,2014)。研究大尺度LUCC對氮循環(huán)的影響通常需要利用模型,氮循環(huán)過程的模型模擬相關(guān)工作較碳循環(huán)的模型開發(fā)利用滯后許多(Houlton et al.,2015),因此,對于氮循環(huán)過程的測定、模擬以及如何將氮循環(huán)過程更為細(xì)致地并入土地利用模型都是目前的研究熱點(diǎn)。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]浙江天童森林砍伐對土壤養(yǎng)分庫和氮礦化-硝化特征的影響[J]. 李光耀,楊曉東,史青茹,馬文濟(jì),王希華,閻恩榮. 生態(tài)學(xué)雜志. 2014(03)
[2]土地利用變化對土地生產(chǎn)力的影響研究進(jìn)展[J]. 潘佩佩,楊桂山,蘇偉忠. 地理科學(xué)進(jìn)展. 2012(05)
[3]Spatial patterns and driving forces of land use change in China during the early 21st century[J]. LIU Jiyuan1, ZHANG Zengxiang2, XU Xinliang1, KUANG Wenhui1, ZHOU Wancun3, ZHANG Shuwen4, LI Rendong5, YAN Changzhen6, YU Dongsheng7, WU Shixin8, JIANG Nan91. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China; 2. Institute of Remote Sensing Applications, CAS, Beijing 100101, China; 3. Chengdu Institute of Mountain Hazards and Environment, CAS, Chengdu 610041, China; 4. Northeast Institute of Geography and Agroecology, CAS, Changchun 130012, China; 5. Wuhan Institute of Geodesy and Geophysics, CAS, Wuhan 430077, China; 6. Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, CAS, Lanzhou 730000, China; 7. Nanjing Institute of Soil Science, CAS, Nanjing 210008, China; 8. Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Urumqi 830011, China; 9. Nanjing Institute of Geography and Limnology, CAS, Nanjing 210008, China. Journal of Geographical Sciences. 2010(04)
[4]土地利用變化對生物多樣性的影響[J]. 吳建國,呂佳佳. 生態(tài)環(huán)境. 2008(03)
[5]放牧對草原土壤的影響[J]. 高英志,韓興國,汪詩平. 生態(tài)學(xué)報. 2004(04)
[6]生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量與價值量評價方法的比較分析[J]. 趙景柱,肖寒,吳剛. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報. 2000(02)
[7]放牧草地生態(tài)系統(tǒng)中氮素的損失和管理[J]. 李香真,陳佐忠. 氣候與環(huán)境研究. 1997(03)
本文編號：3062496
本文鏈接：http://sikaile.net/jingjilunwen/nongyejingjilunwen/3062496.html
最近更新
教材專著
