省域生態(tài)系統(tǒng)碳源-匯的時(shí)空演變及驅(qū)動(dòng)機(jī)制——以甘肅省為例.pdf

1、碳源/匯即是“碳源”和“碳匯”，它們是兩個(gè)相對(duì)的概念，其源于《京都議定書(shū)》。如果生態(tài)系統(tǒng)固碳量低于碳排放量，被認(rèn)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(rèn)為該生態(tài)系統(tǒng)為大氣CO2的匯，即為碳匯（Carbon SinK，CSK），通常認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯即是凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力（Net Ecosystem Productivity。NEP）。從全球來(lái)看，省域生態(tài)系

2、統(tǒng)碳源/匯的時(shí)空分布和強(qiáng)度存在不確定性。同時(shí)，其是預(yù)測(cè)未來(lái)大氣CO2和其它溫室氣體濃度變化、認(rèn)識(shí)大氣圈與生物圈之間相互作用等科學(xué)問(wèn)題的關(guān)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(chǔ)。
　　在此，本文以甘肅省為靶區(qū)，通過(guò)改進(jìn)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(shì)線分析法、偏相關(guān)系數(shù)、人類活動(dòng)強(qiáng)度指數(shù)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(shí)空差異及其

3、受自然和人文因素的影響，并提出相應(yīng)的建議與對(duì)策，以期為甘肅生態(tài)環(huán)境改善、生態(tài)文明建設(shè)和構(gòu)建西部乃至國(guó)家生態(tài)安全屏障服務(wù)。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)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(shì)。
　　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(duì)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。
　?。?）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(shì)。
　　在2000-2010年，甘肅省四季的NEP空間差異顯著，四季變化強(qiáng)烈，呈現(xiàn)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(duì)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(nóng)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(zhǎng)趨勢(shì)，但增長(zhǎng)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)。
　?。?）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(shì)。
　　在2000-2010年，甘肅省年均NEP的空間分布從東南向西北呈現(xiàn)逐漸遞減趨勢(shì)，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(nóng)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?？傮w上，甘肅省年均NEP有減少的趨勢(shì)；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(duì)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(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)、草原生態(tài)區(qū)和荒漠生態(tài)區(qū)。<

8、br>　　（4）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(guān)系。
　　在2000-2010年，從不同時(shí)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(guān)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(guān)性比年尺度低；其中，降水量是荒漠生態(tài)區(qū)的主導(dǎo)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(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)中降水量和溫度的控制作用相當(dāng)。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(dǎo)氣候因子；其中，在夏季，降水量是草原生態(tài)區(qū)、農(nóng)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(guān)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(nóng)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(dòng)強(qiáng)度的空間格局及其對(duì)甘肅省生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯

10、的影響。
　　甘肅省的人類活動(dòng)強(qiáng)度平均值為0.31，整體表現(xiàn)不強(qiáng)，但區(qū)域分布差異明顯，中間強(qiáng)外圍弱，東南強(qiáng)西北弱；其中，人類活動(dòng)強(qiáng)度在農(nóng)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(jí)行政中心為視角，人類活動(dòng)強(qiáng)度在瓜州縣、金塔縣和肅南裕固族自治縣的周圍對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯起正作用；但在永昌縣、靖遠(yuǎn)縣、通渭縣和文縣之間，人類活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯起負(fù)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(dòng)強(qiáng)度對(duì)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(dòng)強(qiáng)度和生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯上下波動(dòng)的范圍都比較??；在農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)中，人類活動(dòng)強(qiáng)度和生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯減少和增加呈交錯(cuò)分布，并在中間出現(xiàn)明顯的低值區(qū)；對(duì)于荒漠生態(tài)區(qū)來(lái)說(shuō)，人類活動(dòng)強(qiáng)度對(duì)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(diǎn)只是一些小綠洲存在的區(qū)域。
　　（6）甘肅省縣級(jí)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(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的12個(gè)主要指標(biāo)，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?cè)丝趯?duì)生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的影響表現(xiàn)西北高東南低，與年末總?cè)丝诳臻g格局相反。地區(qū)生產(chǎn)總值對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的影響，既有正相關(guān)也有負(fù)相關(guān)，而在數(shù)量上與年末總?cè)丝诘幕貧w系數(shù)恰恰相反。第一產(chǎn)業(yè)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的影響表現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)，第一產(chǎn)業(yè)的回歸系數(shù)在西北和東南比較低，而在中間稍高。第二產(chǎn)業(yè)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的影響既有正相關(guān)也有負(fù)相關(guān)，西北高，東南低。甘肅省縣級(jí)行政單元生態(tài)