本文關(guān)鍵詞：黃土高原退耕區(qū)紙坊溝流域農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)碳平衡分析

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【摘要】：全球變暖是學(xué)術(shù)界最為關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一,人為干擾下的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程是該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳平衡研究中較為復(fù)雜的部分,通過不同形式的人為影響,表現(xiàn)出碳源和碳匯互動的不確定性角色,一方面,農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)通過光合作用固定大氣中二氧化碳蓄積在植被和土壤之中,另一方面農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)又以各種途徑進(jìn)行碳排放,如土壤呼吸、施用化肥、牲畜養(yǎng)殖、交通運(yùn)輸、消費(fèi)化石能源和生物能源等等,極大的影響了陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳收支和平衡。面對陸地碳收支不確定性的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),給我國水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域——黃土高原增添了新的問題:如何在生態(tài)環(huán)境脆弱的區(qū)域,平衡農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)的碳收支,調(diào)節(jié)好人為干擾和自然生態(tài)的和諧發(fā)展,對我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳平衡具有重要的意義。1999年,國家在黃土高原實(shí)施了退耕還林還草工程,這是有史以來最大的一次人為恢復(fù)植被的活動,目前已過去15年,有關(guān)退耕還林還草工程對該生態(tài)系統(tǒng)固碳能力的影響及其碳收支的變化,尤其是人為干擾的前后對比研究缺乏系統(tǒng)性。本文以黃土高原退耕區(qū)一個(gè)典型流域作為研究對象,以年為單位,利用實(shí)驗(yàn)分析、模型計(jì)算、歷史統(tǒng)計(jì)和農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法,估算1938-2010年中的10個(gè)代表年份的農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量和土壤呼吸碳排放量、測定植被生理特征及其光合固碳能力、整理農(nóng)林牧碳足跡的排放清單及人均年碳排放量,進(jìn)而分析該整個(gè)流域的年碳收支和碳平衡狀況,為尋求生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)相互適應(yīng)與協(xié)調(diào)發(fā)展的途徑,促進(jìn)生態(tài)修復(fù),維持碳平衡,優(yōu)化固碳減排措施提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:1、紙坊溝流域的農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)總碳儲量總體呈先降低,后緩慢升高的變化趨勢,碳儲量年均為18148.33tC,密度為21.93tC·hm-2a-1,人均碳儲量密度為41.95t C·a-1,較大的碳儲量有利于穩(wěn)定該流域的碳平衡狀態(tài)。農(nóng)田、林地和草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量分別占總碳儲量的15%、58%和27%,其中植被碳儲量與土壤碳儲量比為2:3。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中,土壤碳儲量所占比例較大,但植被碳儲量比例每年呈增加狀態(tài);林地生態(tài)系統(tǒng)來看,植被碳儲量與土壤碳儲量相差較小;草地生態(tài)系統(tǒng)中,土壤碳儲量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于植被碳儲量。土壤有機(jī)碳豐度指數(shù)的大小說明該流域土壤的碳貯存能力為林地農(nóng)田草地。草地退化已經(jīng)嚴(yán)重影響了土地的碳匯功能;合理的農(nóng)田施肥有助于碳素的積累;林地土壤優(yōu)于其他土地利用類型蓄積碳素。相比農(nóng)田和草地而言,林地生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力較強(qiáng)。2、刺槐是紙坊溝流域退耕還林面積最大的先鋒樹種,不同林齡刺槐的單位葉面積光合固碳釋氧能力表現(xiàn)為:幼齡林成熟林中齡林;單株刺槐光合固碳釋氧能力表現(xiàn)為中齡林成熟林幼齡林;單位冠幅面積的光合固碳釋氧能力表現(xiàn)為幼齡林中齡林成熟林。刺槐各器官有機(jī)碳情況表現(xiàn)為幼齡林和中齡林的枝干有機(jī)碳含量最高,根次之,葉最少,而成熟林的有機(jī)碳含量為葉最高,枝次之,根最少。刺槐林地隨著土層深度的增加,各齡林刺槐林地土壤全氮含量和有機(jī)碳含量整體均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢,尤其是在0-40cm土層厚度變化最為明顯。3、紙坊溝流域的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)碳排放量總體呈近似“W”型發(fā)展趨勢,其變化狀態(tài)與人為干預(yù)密切相關(guān)。碳排放量年均2725.58tC,碳排放量密度為3.29 tC·hm-2a-1,人均碳排放量密度為6.30t C·a-1。由土壤呼吸、碳足跡和人自身碳排放量三個(gè)方面進(jìn)行估算,其中土壤呼吸產(chǎn)生的碳排放(79%)人體碳排放(15%)碳足跡(7%)。土壤呼吸所產(chǎn)生的碳排放量隨著土地利用類型的改變而表現(xiàn)出明顯的變化,尤其是農(nóng)田和林地的互相轉(zhuǎn)變期;碳足跡受人為活動影響最大,與人們的生產(chǎn)生活需要產(chǎn)生相對應(yīng)的變化狀態(tài);人自身的碳排放量從1960-2010年間呈現(xiàn)逐年增長的趨勢。4、紙坊溝流域的生態(tài)系統(tǒng)的碳收支估算結(jié)果:從生態(tài)系統(tǒng)角度分析,凈生態(tài)生產(chǎn)力(NEP1)顯示出,1958年和1975年紙坊溝流域的農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)起到了碳源功能,其余研究年份起到了碳匯作用,從生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)角度分析,增加人為影響的碳排放量估算碳收支(NEP2)則顯示出,1958年、1975年和1985年該流域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)起到碳源作用,其余研究年份表現(xiàn)為碳匯功能。5、從整個(gè)紙坊溝流域的農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)碳平衡角度分析,1958年、1975年和1985年的碳虧缺分別占了實(shí)際碳儲量的11%、8%和4%。人為破壞干擾,造成了年碳虧缺的不平衡,歷史碳儲量給予補(bǔ)給。人為恢復(fù)植被干擾,又增加了碳儲量。從整個(gè)系統(tǒng)來看,紙坊溝流域的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)處于碳平衡狀態(tài)。影響碳平衡的因素有氣候的變化、土地利用的變化、碳沉降以及人為擾動等一些因子,就目前研究成果來看,這些因素的影響碳平衡的機(jī)理仍存在較大的爭議,并且時(shí)空變異性增加了陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和碳收支的不確定性。
【關(guān)鍵詞】：黃土高原 碳儲量 碳排放 碳收支 碳平衡
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S181
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第1章 緒論14-24
• 1.1 研究背景與意義14-17
• 1.1.1 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和低碳經(jīng)濟(jì)14-15
• 1.1.2 我國黃土高原的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀15-16
• 1.1.3 立題目的與意義16-17
• 1.2 國內(nèi)外研究概況17-21
• 1.2.1 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的研究進(jìn)展17-18
• 1.2.2 陸地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)碳排放量的研究進(jìn)展18-20
• 1.2.3 陸地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)碳收支和碳平衡的研究進(jìn)展20-21
• 1.3 研究內(nèi)容和技術(shù)路線21-24
• 1.3.1 研究目標(biāo)和內(nèi)容21-22
• 1.3.2 技術(shù)路線22-24
• 第2章研究區(qū)的概況及研究方法24-36
• 2.1 紙坊溝流域的概況24-27
• 2.1.1 生態(tài)環(huán)境概況24-25
• 2.1.2 社會經(jīng)濟(jì)概況25-27
• 2.1.3 紙坊溝流域生態(tài)環(huán)境變遷過程27
• 2.2 研究方法27-35
• 2.2.1 研究年份28
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)分析法28-32
• 2.2.3 農(nóng)戶數(shù)據(jù)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集32-33
• 2.2.4 模型分析法33-35
• 2.3 數(shù)據(jù)分析35-36
• 第3章 黃土丘陵區(qū)農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量分析36-57
• 3.1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳儲量分析36-42
• 3.1.1 農(nóng)田植被碳儲量36-38
• 3.1.2 農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲量38-40
• 3.1.3 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳儲量分析40-42
• 3.2 林地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量分析42-49
• 3.2.1 林地植被碳儲量42-44
• 3.2.2 林地土壤碳儲量44-46
• 3.2.3 林地枯落物碳儲量46-47
• 3.2.4 林地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量分析47-49
• 3.3 草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量分析49-55
• 3.3.1 草地植被碳儲量49-51
• 3.3.2 草地地土壤碳儲量51-52
• 3.3.3 草地枯落物碳儲量52-53
• 3.3.4 草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量分析53-55
• 3.4 土壤有機(jī)碳豐度指數(shù)55
• 3.5 小結(jié)55-57
• 第4章 林地植被光合生理、養(yǎng)分特征與固碳能力分析57-69
• 4.1 不同林齡刺槐光合生理特征參數(shù)日變化57-61
• 4.1.1 凈光合速率日變化57-58
• 4.1.2 氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和胞間CO2濃度日變化58-60
• 4.1.3 水分利用效率（WUE）和氣孔限制值（Ls）日變化60-61
• 4.2 不同林齡刺槐各器官養(yǎng)分變化分析61-63
• 4.2.1 不同林齡刺槐葉枝根的含氮量61-62
• 4.2.2 不同林齡刺槐根枝葉有機(jī)碳含量62-63
• 4.3 不同林齡刺槐土壤養(yǎng)分變化分析63-64
• 4.3.1 不同林齡刺槐林土壤全氮含量變化63
• 4.3.2 不同林齡刺槐林土壤有機(jī)碳含量變化63-64
• 4.4 林地光合固碳釋氧能力分析64-68
• 4.5 小結(jié)68-69
• 第5章 黃土丘陵區(qū)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的碳排放量估算69-89
• 5.1 農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)土壤碳排放量分析69-72
• 5.1.1 農(nóng)田土壤呼吸70
• 5.1.2 林地土壤呼吸70-71
• 5.1.3 草地土壤呼吸71-72
• 5.2 農(nóng)林牧生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)碳足跡分析72-87
• 5.2.1 農(nóng)田碳足跡72-78
• 5.2.2 林地碳足跡78-82
• 5.2.3 草地碳足跡82-87
• 5.3 人自身二氧化碳排放量87
• 5.4 小結(jié)87-89
• 第6章 黃土丘陵區(qū)農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡分析89-105
• 6.1 農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)碳儲量89-91
• 6.2 農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)碳排放量91-96
• 6.2.1 農(nóng)林牧土壤呼吸產(chǎn)生的碳排放量91-92
• 6.2.2 農(nóng)林牧碳足跡92-94
• 6.2.3 人體碳排放量94
• 6.2.4 生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)碳排放的比重構(gòu)成94-96
• 6.3 紙坊溝流域農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)的碳收支估算與分析96-101
• 6.3.1 農(nóng)林牧自然生態(tài)系統(tǒng)的碳收支96-100
• 6.3.2 農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)的碳收支估算100-101
• 6.4 紙坊溝流域農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)碳平衡分析101-104
• 6.4.1 碳儲量在碳平衡中的作用102
• 6.4.2 影響農(nóng)林牧生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的因素102-104
• 6.4.2 不確定分析104
• 6.5 小結(jié)104-105
• 第7章 結(jié)論與展望105-109
• 7.1 主要結(jié)論105-107
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)107
• 7.3 展望107-109
• 參考文獻(xiàn)109-119
• 作者簡介119

【引證文獻(xiàn)】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 周廣勝;王玉輝;王鳳玉;賈丙瑞;許振柱;;不同土地利用方式下的典型草原土壤呼吸作用及其碳收支評估[A];中國植物學(xué)會七十周年年會論文摘要匯編（1933—2003）[C];2003年

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本文編號：742473