省域生態(tài)系統(tǒng)碳源-匯的時空演變及驅動機制——以甘肅省為例.pdf

1、碳源/匯即是“碳源”和“碳匯”，它們是兩個相對的概念，其源于《京都議定書》。如果生態(tài)系統(tǒng)固碳量低于碳排放量，被認為該生態(tài)系統(tǒng)為大氣 CO2的源，即為碳源（Carbon SourcE，CSE）；同樣，假如生態(tài)系統(tǒng)固碳量高于碳排放量，被認為該生態(tài)系統(tǒng)為大氣CO2的匯，即為碳匯（Carbon SinK，CSK），通常認為生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯即是凈生態(tài)系統(tǒng)生產力（Net Ecosystem Productivity。NEP）。從全球來看，省域生態(tài)系

2、統(tǒng)碳源/匯的時空分布和強度存在不確定性。同時，其是預測未來大氣CO2和其它溫室氣體濃度變化、認識大氣圈與生物圈之間相互作用等科學問題的關鍵，也是理解地球系統(tǒng)水循環(huán)、養(yǎng)分循環(huán)和生物多樣性變化的基礎。
　　在此，本文以甘肅省為靶區(qū)，通過改進的CASA模型、土壤微生物呼吸量估算模型、生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯估算模型、一元線性回歸趨勢線分析法、偏相關系數、人類活動強度指數和 GWR模型等方法，探討不同尺度視角下甘肅省生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的時空差異及其

3、受自然和人文因素的影響，并提出相應的建議與對策，以期為甘肅生態(tài)環(huán)境改善、生態(tài)文明建設和構建西部乃至國家生態(tài)安全屏障服務。本論文的主要研究內容和結論如下：
　?。?）在月尺度視角下，甘肅省不同生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的空間格局及變化趨勢。
　　在2000-2010年，甘肅省月均NEP的空間格局與季和年尺度基本相一致；其中，7月份最高為298.80 g Cm-2month-1，12月份最低為33.13 g Cm-2month-1。

4、甘肅省月均NEP變化最大和最小的月份分別為5月（-1.19 g Cm-2month-1）和3月（0.00 g Cm-2month-1）；而對不同生態(tài)區(qū)而言，月均NEP變化最大的月份有所差異，而變化最小的月份都是1月份。
　　（2）在季尺度視角下，甘肅省不同生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的空間格局及變化趨勢。
　　在2000-2010年，甘肅省四季的NEP空間差異顯著，四季變化強烈，呈現東南高西北低；其中，春季、夏季、秋季和冬季的季均

5、NEP分別為137.77 g Cm-2season-1、279.77 g Cm-2season-1、94.59 g Cm-2season-1和34.72 g Cm-2season-1。對于分區(qū)而言，在春季，森林生態(tài)區(qū)的季均 NEP變化幅度最大為-8.98 g Cm-2season-1，而荒漠生態(tài)區(qū)的變化最小為-0.02 g Cm-2season-1；夏季的季均NEP以減少為主，僅有農業(yè)生態(tài)區(qū)和荒漠生態(tài)區(qū)有少量的增加；秋季的季均

6、NEP有一定的增長趨勢，但增長速率不高；而冬季的植被處于一種緩慢的“冬季休眠期”，季均NEP的變化幅度較小，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。
　　（3）在年尺度視角下，甘肅省不同生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的空間格局及變化趨勢。
　　在2000-2010年，甘肅省年均NEP的空間分布從東南向西北呈現逐漸遞減趨勢，其均值為126.22g Cm-2yr-1；其中，森林生態(tài)區(qū)、草原生態(tài)區(qū)、農業(yè)生態(tài)區(qū)和荒漠生態(tài)區(qū)的年均NEP分別為330.38 g Cm

7、-2yr-1、213.18 g Cm-2yr-1、149.22 g Cm-2yr-1和30.79 g Cm-2yr-1。總體上，甘肅省年均NEP有減少的趨勢；其中，年均NEP顯著增加和輕度增加的面積分別占總面積的6.02％和16.84%，基本不變的區(qū)域占總面積的38.09%，顯著減少和輕度減少的面積分別占總面積的11.99%和27.06%。對于分區(qū)而言，年均NEP的變化速率從大到小依次為森林生態(tài)區(qū)、農業(yè)生態(tài)區(qū)、草原生態(tài)區(qū)和荒漠生態(tài)區(qū)。<

8、br>　?。?）不同尺度視角下，甘肅省生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯與氣候因子的關系。
　　在2000-2010年，從不同時間尺度（月、季和年）探討甘肅省不同生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯與氣候因子（降水量和溫度）的關系：①在月尺度視角下，甘肅省月均NEP與降水量和溫度的相關性比年尺度低；其中，降水量是荒漠生態(tài)區(qū)的主導因子，溫度是森林生態(tài)區(qū)和草原生態(tài)區(qū)的控制因子，而在農業(yè)生態(tài)區(qū)中降水量和溫度的控制作用相當。②在季尺度視角下，降水量是夏季甘肅省季均NEP

9、的控制氣候因子，而氣溫是春季、秋季和冬季的主導氣候因子；其中，在夏季，降水量是草原生態(tài)區(qū)、農業(yè)生態(tài)區(qū)和荒漠生態(tài)區(qū)的控制因子；在冬季，降水量是森林生態(tài)區(qū)的控制因子；氣溫是其它季節(jié)不同生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳/匯的控制因子。③在年尺度視角下，甘肅省年均 NEP與降水量的關系比年均溫密切；其中，森林生態(tài)區(qū)和草原生態(tài)區(qū)主要受年均溫的影響，而降水量是農業(yè)生態(tài)區(qū)和荒漠生態(tài)區(qū)的主要控制因子。
　?。?）人類活動強度的空間格局及其對甘肅省生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯

10、的影響。
　　甘肅省的人類活動強度平均值為0.31，整體表現不強，但區(qū)域分布差異明顯，中間強外圍弱，東南強西北弱；其中，人類活動強度在農業(yè)生態(tài)區(qū)中最大，而在荒漠生態(tài)區(qū)中最小。①以縣級行政中心為視角，人類活動強度在瓜州縣、金塔縣和肅南裕固族自治縣的周圍對生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯起正作用；但在永昌縣、靖遠縣、通渭縣和文縣之間，人類活動強度對生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯起負作用。②以不同生態(tài)區(qū)為視角，在森林生態(tài)區(qū)中，人類活動強度對生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的影響最顯

11、著；而在草原生態(tài)區(qū)中，人類活動強度和生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯上下波動的范圍都比較小；在農業(yè)生態(tài)區(qū)中，人類活動強度和生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯減少和增加呈交錯分布，并在中間出現明顯的低值區(qū)；對于荒漠生態(tài)區(qū)來說，人類活動強度對生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯變化的區(qū)域影響是極不均勻，其高值點只是一些小綠洲存在的區(qū)域。
　?。?）甘肅省縣級行政單元生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯影響因素的GWR分析。
　　本文選取2000-2010年能夠反映社會、經濟和環(huán)境的12個主要指標，并利

12、用 SPSS13.0選取影響生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的主要影響因子。其中，年末總人口對生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的影響表現西北高東南低，與年末總人口空間格局相反。地區(qū)生產總值對生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的影響，既有正相關也有負相關，而在數量上與年末總人口的回歸系數恰恰相反。第一產業(yè)對生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的影響表現明顯的負相關，第一產業(yè)的回歸系數在西北和東南比較低，而在中間稍高。第二產業(yè)對生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的影響既有正相關也有負相關，西北高，東南低。甘肅省縣級行政單元生態(tài)