【摘要】：2009年12月7日舉行的哥本哈根氣候大會(huì)，將碳減排的研究提到政治高度。雖然目前針對(duì)碳減排的最有效的措施是掌握碳捕獲與封存技術(shù)，將氣態(tài)形式的碳封存到地下。但是這是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的革新，要在全國(guó)甚至全球推廣需要很長(zhǎng)的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，我們也需要采取其他的減緩措施，改善由土地利用和管理變化造成的二氧化碳排放就是一個(gè)在現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)十分有效的同時(shí)經(jīng)濟(jì)可行的舉措。 本文從土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和地理信息系統(tǒng)理論的角度，對(duì)濱海新區(qū)土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行分析及預(yù)測(cè)，并利用從氣候變化角度對(duì)由于土地利用變化引起的土壤有機(jī)碳累積及釋放動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析研究，從點(diǎn)模擬到空間模擬進(jìn)行了全面的分析驗(yàn)證。首先在數(shù)據(jù)可獲范圍內(nèi)，同時(shí)在GIS和RS技術(shù)支持下，研究濱海新區(qū)自1979年至2010年的土地利用變化，根據(jù)濱海新區(qū)的土地利用途徑將土地類型分為林地、草地、農(nóng)田、城市綠地、建設(shè)用地、水體、裸地等幾類；在此基礎(chǔ)上根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)在研究土地利用演化規(guī)律時(shí)采用元胞自動(dòng)機(jī)與Logit多元回歸擬合的方法，從空間、時(shí)間維度上分析土地利用的動(dòng)態(tài)演化，預(yù)測(cè)未來(lái)濱海新區(qū)至2050年的土地利用模式，驗(yàn)證模型采用歷史數(shù)據(jù)及2020和2050土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行。結(jié)果表明：濱海新區(qū)土地利用自1979至2010發(fā)生了巨大的變化，根據(jù)遙感解譯數(shù)據(jù)匯總分析，農(nóng)田的面積變化在1979-1990年代呈急速上升趨勢(shì)，在2000-2010年間基本處于恒定狀態(tài)，在2010年后急速減少，明顯看出濱海新區(qū)的城市化速度；裸地的變化呈逐年下降趨勢(shì)，表現(xiàn)出該區(qū)域?qū)ν恋氐睦眯手饾u加大；灘涂的變化趨勢(shì)緩慢，但是一直處于減少的總趨勢(shì)；林地的總面積較小，在濱海新區(qū)內(nèi)未表現(xiàn)明顯增加。模擬結(jié)果顯示未來(lái)濱海新區(qū)土地利用的城市化進(jìn)程仍然較快。 為研究土地利用與土壤有機(jī)碳之間的關(guān)系，本研究于2010年在濱海新區(qū)采集了表層0-30cm內(nèi)的土壤樣品，共248個(gè)樣方，分別測(cè)試其土壤有機(jī)碳、土壤pH、土壤質(zhì)地、土壤含鹽量、土壤容重等指標(biāo)，并對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)的正態(tài)性、分散程度、峰度和偏度進(jìn)行了分析，對(duì)非正態(tài)性的數(shù)據(jù)變換后，對(duì)各個(gè)因子之間的相互關(guān)系及土壤有機(jī)碳與其他指標(biāo)間的回歸關(guān)系作了研究。結(jié)果表明：土壤有機(jī)碳和土壤容重、土壤粘粒、土壤全鹽、土壤pH均呈極顯著相關(guān)（p=0.01）；而土壤環(huán)境之間，土壤全鹽與土壤粘粒呈極顯著相關(guān)，土壤粘粒含量中，鹽離子占比例較大；而土壤全鹽與土壤pH相關(guān)性不大，僅為-0.010，說(shuō)明土壤粘粒含量中的堿性離子含量不大；此外，土壤容重與土壤粘粒含量和土壤pH呈顯著相關(guān)關(guān)系(p=0.05)，土壤容重的主要來(lái)源為土壤粘粒和堿性離子；其他因子之間無(wú)明顯相關(guān)性。土壤環(huán)境因子之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)一步說(shuō)明土壤容重、土壤粘粒、土壤全鹽、土壤pH之間互相影響，并共同對(duì)土壤有機(jī)碳的積累產(chǎn)生影響。 根據(jù)土壤樣品的分析測(cè)試結(jié)果，利用ROTHC及ROTHC-salinity模型原理，將土壤有機(jī)碳分為DPM、RPM、HUM、BIO、IOM五部分，每部分的降解速率不同，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)降解公式對(duì)土地利用變化下的土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬，并利用統(tǒng)計(jì)學(xué)擬合優(yōu)度LOFIT、誤差均值M、相關(guān)系數(shù)r等參數(shù)對(duì)模擬數(shù)據(jù)和未參與模擬的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明：濱海新區(qū)的土地利用轉(zhuǎn)化方式有草地轉(zhuǎn)林地、草地轉(zhuǎn)農(nóng)田、草地轉(zhuǎn)城市綠地，草地轉(zhuǎn)建設(shè)用地，農(nóng)田轉(zhuǎn)草地，農(nóng)田轉(zhuǎn)建設(shè)用地，裸地轉(zhuǎn)農(nóng)田幾種類型，ROTHC和ROTHC-salinity的模擬結(jié)果都在統(tǒng)計(jì)可信范圍之內(nèi)，但是從參數(shù)比較上看，ROTHC-salinity模型顯然更適合模擬濱海新區(qū)的土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)變化，因此在以后的空間分析研究中采用ROTHC-salinity的模擬結(jié)果。 結(jié)合天津市土壤質(zhì)地圖、土地利用分類圖及預(yù)測(cè)圖、土壤有機(jī)碳模擬數(shù)據(jù)，建立空間模型，從7848個(gè)空間網(wǎng)格內(nèi)獲取每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的數(shù)據(jù)，將每個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)點(diǎn)模型運(yùn)行ROTHC-salinity，在1979至2050的時(shí)間維度上預(yù)測(cè)濱海新區(qū)土地利用變化導(dǎo)致的土壤有機(jī)碳及溫室氣體排放演化動(dòng)態(tài)。結(jié)果表明：1979-2050年的土壤碳排放增加了30-50t/hm~2，平均每年土壤碳排放增加0.42-0.70t/hm~2。
【學(xué)位授予單位】：南開大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X144;S153.6
【圖文】：

圖 1.1 濱海新區(qū)地理位置圖候?qū)儆谂瘻貛О敫珊蛋霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，較大，夏季易盛行東南風(fēng)，冬季易盛行西北風(fēng)春秋短且干旱多風(fēng)、溫度適中，夏季高溫雨水以上且寒冷少雪，整個(gè)區(qū)域的四季變化非常明平均溫度 12.6℃，年均溫差 30.7℃，無(wú)霜期 2 毫米，主要集中在夏季，約占全年降水量的 7占年均降雨量的 3 倍，蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量日照百分率為 64.7%，年太陽(yáng)能輻射量 539kJ/的地區(qū)[15]。貌屬于濱海沖積平原，從東南向西北地勢(shì)逐漸米之間，地面坡度也非常小，通常小于萬(wàn)分之一

圖 1.2 天津土壤圖壤的特征內(nèi)地勢(shì)低平地下水位高，通常在 1m 以上，因此土壤長(zhǎng)期的演化多形成草甸鹽土、鹽化草甸土、鹽化濕地粘、緊，通氣、透水性差，土壤貧瘠且含鹽量高含 CL-化合物的貢獻(xiàn)量最大，然后是碳酸氫根和硫酸而來(lái)。在城市化過(guò)程中形成的城市土壤也產(chǎn)生了許多不良的易溶性鹽如氯離子、鈉離子、鎂離子等，最終導(dǎo)生長(zhǎng)耐鹽堿植物的那些土壤[19]。鹽堿土壤按照其理土和鹽化土壤、堿土和堿化土壤、蘇打土和蘇打化由 NaCl、Na2SO4、CaCl2、MgCl2等中性鹽類組成， 1.1）。

6圖 1.2 天津土壤圖1.3.1.4 城市土壤的特征濱海新區(qū)內(nèi)地勢(shì)低平地下水位高，通常在 1m 以上，因此土壤容易發(fā)生草甸化過(guò)程，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的演化多形成草甸鹽土、鹽化草甸土、鹽化濕潮土等，總體特點(diǎn)為土壤質(zhì)地粘、緊，通氣、透水性差，土壤貧瘠且含鹽量高[18]。在鹽分組成中主要是以含 CL-化合物的貢獻(xiàn)量最大，然后是碳酸氫根和硫酸根負(fù)離子，土壤鹽分即由此而來(lái)。濱海新區(qū)在城市化過(guò)程中形成的城市土壤也產(chǎn)生了許多不良性狀。鹽堿土是指含有過(guò)多的易溶性鹽如氯離子、鈉離子、鎂離子等，最終導(dǎo)致?lián)p害植物正常生長(zhǎng)或只能生長(zhǎng)耐鹽堿植物的那些土壤[19]。鹽堿土壤按照其理化性狀可劃分為三大類：鹽土和鹽化土壤、堿土和堿化土壤、蘇打土和蘇打化土壤[20]。鹽土和鹽化土壤是由 NaCl、Na2SO4、CaCl2、MgCl2等中性鹽類組成，按土壤含鹽量進(jìn)行分級(jí)（表 1.1）。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2745655