收藏本站
《兰州大学》 2015年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

省域生态系统碳源/汇的时空演变及驱动机制

刘春雨  
【摘要】:碳源/汇即是“碳源”和“碳汇”,它们是两个相对的概念,其源于《京都议定书》。如果生态系统固碳量低于碳排放量,被认为该生态系统为大气CO2的源,即为碳源(Carbon SourcE,CSE);同样,假如生态系统固碳量高于碳排放量,被认为该生态系统为大气CO2的汇,即为碳汇(Carbon SinK,CSK),通常认为生态系统碳源/汇即是净生态系统生产力(Net Ecosystem Productivity,NEP)。从全球来看,省域生态系统碳源/汇的时空分布和强度存在不确定性。同时,其是预测未来大气CO2和其它温室气体浓度变化、认识大气圈与生物圈之间相互作用等科学问题的关键,也是理解地球系统水循环、养分循环和生物多样性变化的基础。在此,本文以甘肃省为靶区,通过改进的CASA模型、土壤微生物呼吸量估算模型、生态系统碳源/汇估算模型、一元线性回归趋势线分析法、偏相关系数、人类活动强度指数和GWR模型等方法,探讨不同尺度视角下甘肃省生态系统碳源/汇的时空差异及其受自然和人文因素的影响,并提出相应的建议与对策,以期为甘肃生态环境改善、生态文明建设和构建西部乃至国家生态安全屏障服务。本论文的主要研究内容和结论如下:(1)在月尺度视角下,甘肃省不同生态区生态系统碳源/汇的空间格局及变化趋势。在2000–2010年,甘肃省月均NEP的空间格局与季和年尺度基本相一致;其中,7月份最高为298.80 g Cm-2month-1,12月份最低为33.13 g Cm-2month-1。甘肃省月均NEP变化最大和最小的月份分别为5月(-1.19 g Cm-2month-1)和3月(0.00 g Cm-2month-1);而对不同生态区而言,月均NEP变化最大的月份有所差异,而变化最小的月份都是1月份。(2)在季尺度视角下,甘肃省不同生态区生态系统碳源/汇的空间格局及变化趋势。在2000–2010年,甘肃省四季的NEP空间差异显著,四季变化强烈,呈现东南高西北低;其中,春季、夏季、秋季和冬季的季均NEP分别为137.77 g cm-2season-1、279.77gcm-2season-1、94.59gcm-2season-1和34.72gcm-2season-1。对于分区而言,在春季,森林生态区的季均nep变化幅度最大为-8.98gcm-2season-1,而荒漠生态区的变化最小为-0.02gcm-2season-1;夏季的季均nep以减少为主,仅有农业生态区和荒漠生态区有少量的增加;秋季的季均nep有一定的增长趋势,但增长速率不高;而冬季的植被处于一种缓慢的“冬季休眠期”,季均nep的变化幅度较小,基本处于稳定状态。(3)在年尺度视角下,甘肃省不同生态区生态系统碳源/汇的空间格局及变化趋势。在2000–2010年,甘肃省年均nep的空间分布从东南向西北呈现逐渐递减趋势,其均值为126.22gcm-2yr-1;其中,森林生态区、草原生态区、农业生态区和荒漠生态区的年均nep分别为330.38gcm-2yr-1、213.18gcm-2yr-1、149.22gcm-2yr-1和30.79gcm-2yr-1。总体上,甘肃省年均nep有减少的趋势;其中,年均nep显著增加和轻度增加的面积分别占总面积的6.02%和16.84%,基本不变的区域占总面积的38.09%,显著减少和轻度减少的面积分别占总面积的11.99%和27.06%。对于分区而言,年均nep的变化速率从大到小依次为森林生态区、农业生态区、草原生态区和荒漠生态区。(4)不同尺度视角下,甘肃省生态系统碳源/汇与气候因子的关系。在2000–2010年,从不同时间尺度(月、季和年)探讨甘肃省不同生态区生态系统碳源/汇与气候因子(降水量和温度)的关系:①在月尺度视角下,甘肃省月均nep与降水量和温度的相关性比年尺度低;其中,降水量是荒漠生态区的主导因子,温度是森林生态区和草原生态区的控制因子,而在农业生态区中降水量和温度的控制作用相当。②在季尺度视角下,降水量是夏季甘肃省季均nep的控制气候因子,而气温是春季、秋季和冬季的主导气候因子;其中,在夏季,降水量是草原生态区、农业生态区和荒漠生态区的控制因子;在冬季,降水量是森林生态区的控制因子;气温是其它季节不同生态区生态系统碳/汇的控制因子。③在年尺度视角下,甘肃省年均nep与降水量的关系比年均温密切;其中,森林生态区和草原生态区主要受年均温的影响,而降水量是农业生态区和荒漠生态区的主要控制因子。(5)人类活动强度的空间格局及其对甘肃省生态系统碳源/汇的影响。甘肃省的人类活动强度平均值为0.31,整体表现不强,但区域分布差异明显,中间强外围弱,东南强西北弱;其中,人类活动强度在农业生态区中最大,而在荒漠生态区中最小。①以县级行政中心为视角,人类活动强度在瓜州县、金塔县和肃南裕固族自治县的周围对生态系统碳源/汇起正作用;但在永昌县、靖远县、通渭县和文县之间,人类活动强度对生态系统碳源/汇起负作用。②以不同生态区为视角,在森林生态区中,人类活动强度对生态系统碳源/汇的影响最显著;而在草原生态区中,人类活动强度和生态系统碳源/汇上下波动的范围都比较小;在农业生态区中,人类活动强度和生态系统碳源/汇减少和增加呈交错分布,并在中间出现明显的低值区;对于荒漠生态区来说,人类活动强度对生态系统碳源/汇变化的区域影响是极不均匀,其高值点只是一些小绿洲存在的区域。(6)甘肃省县级行政单元生态系统碳源/汇影响因素的GWR分析。本文选取2000-2010年能够反映社会、经济和环境的12个主要指标,并利用SPSS13.0选取影响生态系统碳源/汇的主要影响因子。其中,年末总人口对生态系统碳源/汇的影响表现西北高东南低,与年末总人口空间格局相反。地区生产总值对生态系统碳源/汇的影响,既有正相关也有负相关,而在数量上与年末总人口的回归系数恰恰相反。第一产业对生态系统碳源/汇的影响表现明显的负相关,第一产业的回归系数在西北和东南比较低,而在中间稍高。第二产业对生态系统碳源/汇的影响既有正相关也有负相关,西北高,东南低。甘肃省县级行政单元生态系统碳源/汇的影响因素与立地环境、资源禀赋、经济发展和政策措施等有关。最后,从政策制度、立法执法、交通运输和管理部门等方面提出相应的建议与对策。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:X171

中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026