基于InVEST模型的北京山区森林生态系统碳储量评估分析

本文基于北京山区遥感影像数据和标准样地调查数据,利用In VEST模型碳储量模块,评估分析了北京山区森林生态系统的碳储量。结果表明,北京山区森林生态系统的平均碳密度为99. 95 Mg/hm~2,其中乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层平均碳密度分别为10. 51、3. 16、0. 86、8. 61、76. 81 Mg/hm~2。植被碳密度与土壤碳密度呈现显著正相关关系,土壤碳密度与凋落物碳密度呈现显著正相关关系。各林分类型平均碳密度表现为落叶针叶林(153. 99 Mg/hm~2)针阔混交林(132. 45Mg/hm~2)落叶阔叶林(125. 10 Mg/hm~2)常绿针叶林(111. 78 Mg/hm~2)灌木林(72. 26 Mg/hm~2)。北京山区森林生态系统总碳储量为77. 41 Tg,其中乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层的碳储量分别为8. 14、2. 45、0. 67、6. 67、59. 48 Tg。各林分类型总碳储量表现为落叶阔叶林(43. 23 Tg)灌木林(25. 90 Tg)常绿针叶林(6. 21 Tg)针阔混交林(1. 42 Tg)落叶针叶林(0. 65 Tg)。落叶阔叶林和灌木林是北京山区森林生态系统碳储量的主要贡献者,分别占55. 84%和33. 46%。在北京山区各个区县中,怀柔区碳储量最高(15. 37 Tg),平谷区碳储量最低(4. 89 Tg)。北京山区森林生态系统碳储量分布不均,总体表现为北京山区北部区县较高,西部区县偏低,中部和东部最低。     

1985—2015年陕西黄土台塬表层土壤有机碳空间分布

中尺度范围土壤有机碳的长期动态变化状态对大气温室气体的浓度、当地环境的生态效应至关重要。论文研究了陕西黄土台塬近30 a表层（0~20 cm）土壤有机碳密度的空间分布特征,并探讨了气候、地形、土壤类型、土地利用与土壤有机碳密度和储量的关系。结果表明：1）近30 a黄土台塬土壤有机碳密度和储量呈增加趋势,且增加幅度愈来愈明显,其中,1985—2000年有机碳密度和储量的增量分别为0.20 kg/m²和1.46×10⁶ t,2000—2015年分别为0.75 kg/m²和10.87×10⁶ t。2）1985—2015年有机碳密度随气温和降水量的增加而增加,随高程和坡度的增加呈现先增加后减少的趋势,在高程679~779 m、坡度10°~20°范围达到最大值。3）大多数土壤类型有机碳密度和储量随时间延长呈增长趋势,其中,黑垆土有机碳密度增加最大（1.59 kg/m²）,黄绵土储量增量最多（5.64×10⁶ t）;不同土地利用类型有机碳密度和储量随时间延长也呈增加趋势,林草地有机碳密度增加量明显大于耕地。4）研究区表层土壤有机碳密度与气温、土壤类型、土地利用类型在P<0.001水平上相关性显著,与降水在P<0.05水平上显著相关。     

黄土高原草地植被与土壤固碳量研究

在黄土高原自东南向西北,采用样带多点调查与定位监测相结合的研究方法,系统分析了不同草地类型封禁初期和封禁11 a草地生物量与固碳量变化特征。结果表明:4种草地类型地上活体植物、凋落物/地下活体根系和土壤中碳密度与碳储量分布规律均为森林草原＞梁塬典型草原＞丘陵典型草原＞荒漠草原;草地封禁11 a,地上活体植物、凋落物、0~100 cm活体根系和土壤中碳密度总量,森林草原类型为63.38~97.65 t·hm^-2,梁塬典型草原类型为49.04~68.80 t·hm^-2,丘陵典型草原类型为52.33~62.11 t·hm^-2,荒漠草原类型为11.93~19.62 t·hm^-2;碳储量4种草地类型分别为230.287 7 Tg C、332.306 7 Tg C、484.055 5 Tg C和113.856 3 Tg C;黄土高原草地总固碳量为573.10 Tg C,其中:活体植物为42.89 Tg C,占总固碳量的7.48%;凋落物为80.40 Tg C,占14.03%;活体根系为108.66 Tg C,占18.96%;土壤为341.15 Tg C,占59.53%。这充分表明,封禁不仅能使草地植被快速恢复和生物量增加,而且也是提高草地固碳潜力的一条重要途径。     

会同森林生态实验站磨哨林场森林碳密度及分配特征

我国具有全世界最大面积的人工林,在全球气候变暖的大背景下,人工林的固碳能力越来越引起关注。研究选择具有长期观测数据的会同森林生态实验站磨哨林场作为研究区,对比分析了9种不同森林类型生态系统各组分（乔木层、林下植被层、凋落物层、土壤层）碳密度及分配特征（人工林8种,林龄范围为25~32 a：杉木林、马尾松林、湿地松林、杉木+樟树林、杉木+火力楠林、马尾松+木荷林、木荷林、火力楠林;天然林1种,平均林龄为63 a：红栲+青冈+刨花润楠林）。结果表明：1）磨哨林场生态系统碳密度平均为261.61 t/hm²,固碳能力较高,其中,马尾松+木荷林以及杉木+火力楠林两种人工混交林的生态系统碳密度最高,天然林位于第5位;2）乔木层和土壤层是磨哨林场森林生态系统碳密度的主体,占98.23%,林下植被层和凋落物层对整个生态系统碳密度贡献较小;3）乔木层中树干部分的碳密度占绝对优势,其次为根和枝,皮最小;土壤层碳密度及分配比例随深度增加而降低,0~20 cm碳密度占整个土壤层比例最高。     

苦竹林植硅体碳与硅的研究

植硅体碳（phytolith-occluded organic carbon, PhytOC）具有很强的抗风化能力,能存在于土壤中达数千年之久,成为陆地土壤长期固碳的重要机制。论文以中国亚热带地区苦竹（Pleioblastus amarus）林生态系统为对象,探究硅、植硅体及植硅体碳在竹林生态系统中的分布特征。研究结果表明,植硅体碳广泛分布于苦竹地上部分各器官中,植硅体和植硅体碳含量均为叶>枝>秆。被传统植硅体研究所忽略的竹枝和竹秆中的植硅体碳储量占到地上部分植硅体碳总储量的7.2%和51.1%。植硅体碳占总有机碳的比例在叶、枝、秆中分别为0.59%、0.21%和0.28%,植硅体碳占总有机碳的比例因积累器官的不同而存在明显的差异。植物体内植硅体的含量与土壤中植物可利用硅的含量之间存在显著的线性相关关系（R² = 0.91, P< 0.05）,而与土壤中总硅无相关性（R² = 0.16, P> 0.05）。苦竹林植硅体碳封存速率为40.2 kg·hm^-2·a^-1。     

闽江河口区互花米草入侵不同年限下湿地土壤有机碳变化

为阐明互花米草的固碳潜力,论文在闽江河口区鳝鱼滩湿地选择不同入侵年限的样地,对其0~60 cm土壤理化性质和碳库变化进行测定与分析。结果表明：1） Y₄（<4 a）、Y₈（4~8 a）和Y₁₂（8~12 a）3个采样点土壤有机碳含量均值分别为 15.5、17.77和19.71 g·kg^-1,土壤有机碳密度均值分别为10.68、12.29和15.01 kg·m^-3,总有机碳储量均值分别为65.24、73.99和90.30 t·hm^-2,其中表层0~20 cm土壤有机碳增加最为显著;2）互花米草入侵引起湿地土壤粘粒和粉粒组成增加,容重和砂粒组成降低,表层土壤C/N增加明显;3）土壤有机碳含量与pH值、盐度、土壤含水量、C/N、平均粒径、粘粒组成呈显著正相关,与容重、砂粒组成呈显著负相关。通过研究发现,短期入侵的互花米草湿地土壤有机碳持续增加,具有较强的有机碳富集能力,在单位面积上可以有效增强河口湿地生态系统的碳蓄积。     

中国南北过渡带生态系统碳储量时空变化及动态模拟

山地是全球变化的敏感地带,对生态安全与发展具有重要作用,山地生态系统服务变化和生态环境承载力是地理学与生态学的研究热点。以中国南北过渡带的主体秦巴山地为研究对象,采用CA-Markov模型与InVEST模型模拟和预测（2000—2040年）不同土地利用情景下秦巴山地生态系统碳储量变化,运用热点分析（Getis-Ord G_i^*）探讨秦巴山地生态系统碳储量的空间分布差异。结果表明：（1）2000—2040年,研究区土地利用/土地覆被变化主要是耕地、林地、草地和建设用地。（2）2000—2020年,碳储量增加1.12×10⁷ t;2020—2040年自然增长情景下,碳储量损失剧烈,减少50.24×10⁷ t;生态保护情景下,碳损失幅度明显变弱,减少29.52×10⁷ t,说明采取生态环境保护政策,能够有效控制碳储量减少。（3）土地利用/土地覆被与生态系统碳储量的变化呈现显著的一致性,土地利用数量变化决定了生态系统碳储量的质量和空间分布格局。（4）随着海拔抬升,碳储量呈现出“先增后减”的趋势;随着坡度升高,碳储量呈现出“W”型变化趋势。（5）热点分析结果显示,2000—2020年间,碳储量热点区和冷点区零散分布在研究区内;2040年自然增长情景下,碳储量冷热点分布范围有逐渐变大的趋势;2040年生态保护情景较2020年,秦巴山地生态系统碳储量的冷热点分布范围整体变化不大。     

退耕还林还草工程对生态系统碳储存服务的影响——以黄土高原丘陵沟壑区子长县为例

陆地生态系统碳储量是表征生态系统碳储存服务的重要指标,与土地利用变化之间存在着密切的关系。退耕还林还草工程使区域土地利用格局发生巨大变化,并对生态系统碳储存服务造成了较大的影响。为了能简单快速的评估退耕还林还草工程对陆地生态系统碳储存服务所带来的影响,以位于黄土高原丘陵沟壑区的子长县为例,运用InVEST模型评估了退耕还林还草工程对陆地生态系统碳储量的影响,进一步耦合InVEST模型和FLUS模型,并设置四种不同的退耕还林还草实施情景,预测子长县2037年陆地生态系统碳储量变化和碳汇产生的经济价值。研究发现：（1）子长县退耕还林还草工程实施效果显著,17年间共有31627.98 hm²耕地退耕为林地和草地,境内的林草覆盖率由2000年的53.26%增长至2017年的64.20%;（2）退耕还林还草工程的实施显著提升了子长县陆地生态系统碳储存服务,碳储量由2000年的39.19×10⁶ t增长至2017年42.34×10⁶ t,增加量集中在工程实施主要阶段（2000—2008年）;（3）未来子长县若继续实施退耕还林还草工程,其生态系统碳储存服务会得到进一步提升,且会获得一定的碳汇经济价值。预计到2037年子长县在退耕还林还草工程实施A、B、C、D四种情景下的陆地生态系统碳储量将分别达到：43.78×10⁶ t、44.10×10⁶ t、44.32×10⁶ t和44.54×10⁶ t,并将由此获得碳汇经济价值净收益分别为1627.88万美元、1979.89万美元、2231.39万美元和2471.67万美元。耦合InVEST-FLUS模型,不但能利用InVEST模型简单快速的对陆地生态系统碳储量进行评估,而且还能基于FLUS模型对未来土地利用变化情景下的陆地生态系统碳储量和碳汇经济价值做出测算。     

基于土地利用与植被恢复情景的土壤侵蚀演变特征

基于土地利用与植被恢复情景,使用USLE和土壤风蚀方程对坝上地区水蚀和风蚀强度进行估算。结果表明：（1）2015年坝上地区风蚀、水蚀和总侵蚀强度均值分别为8.83±5.15 t·ha^-1·a^-1、4.37±6.62 t·ha^-1·a^-1和13.22±8.18 t·ha^-1·a^-1;风蚀占总侵蚀67%,水蚀占33%。（2）土地利用调整情景下,风蚀、水蚀和总侵蚀强度分别减少4.9%~9.9%、2.9%~8.3%和4.3%~9.3%;土地利用+植被恢复情景下,风蚀、水蚀和总侵蚀强度则分别减少6.3%~13.8%、5.2%~16.2%和5.9%~14.3%。（3）土地调整面积与风蚀强度减少率呈对数关系,与水蚀强度减少率呈指数关系,与总侵蚀强度减少率呈线性关系（P<0.01）。本文结果可以为土壤侵蚀方程计算及区域土壤侵蚀防治提供数据参考。     

江西省2001-2005年森林植被碳储量及 区域分布特征

利用"十五"期间(2001-2005年)江西省森林资源二类清查资料,根据优势树种生物量扩展方程,估算江西省森林植被的碳储量和碳密度,并分析其地理分布特征。江西省森林植被的总碳储量为263.87 Tg C(1 Tg C=10⁶ t),其中林分碳储量为214.70 Tg C。在11个地市中,赣州市的森林植被碳储量最大,为70.11 Tg C,其次是吉安市、上饶市和宜春市。江西省森林植被的平均碳密度为26.27 t/hm²,林分平均碳密度为27.20 t/hm²,各地市森林植被的平均碳密度景德镇市最大,为31.65 t/hm²,其次为宜春市、吉安市和鹰潭市。各森林类型中,杉木(Cunninghamia lanceolata)林的碳储量最大,为73.77 Tg C,占江西省林分碳储量的34.36％;硬阔林的碳密度大于其他类型森林,为42.64 t/hm²,是江西省森林植被平均碳密度的1.5倍多。幼、中龄林的碳储量占全省林分碳储量的81.95％,碳密度随着龄级的增长而增加。     

珠江三角洲森林生态系统碳密度分配及其储量动态特征

 在测定植被的含碳率与土壤有机碳含量的基础上,研究了南亚热带珠江三角洲地区森林生态系统碳密度分配及其储量动态.结果表明:植被平均含碳率为35.81%~51.60%,按照生物量加权的含碳率为46.57%~52.45%;土壤有机碳含量及其差异程度为表层最高,随土壤深度增加,有机碳含量及其差异逐渐减小;相同龄级的植被含碳率与土壤含碳量均表现为阔叶林>针阔混交林>针叶林,不同龄级的森林均表现为成龄林>中龄林>幼龄林.植被碳密度与土壤碳密度范围分别为23.58~139.18,55.54~151.16t/hm2,而且土壤分配比例均大于植被分配比例,但土壤分配比例随着龄级的增长呈下降趋势.1989~2003年间,珠江三角洲森林生态系统总体碳储量及其碳密度均呈上升趋势,这说明在改革开放高速发展时期珠江三角洲森林生态系统由于生物量的增加,起到了重要的碳汇功能,而且其碳汇功能正逐步提高.     

中国耕地低碳利用绩效测算与时空分异

推进耕地利用低碳转型是应对气候暖化威胁的有效途径。在核算耕地利用碳排放、碳吸收基础上,应用GB-US-S-SBM模型测算2000—2019年中国30个省（市、自治区）的耕地低碳利用绩效,进而分析绩效时空特征及收敛性。研究发现：（1）中国耕地利用碳排放、碳吸收、净碳汇强度依次为1.980 t∙hm^-2、5.624 t∙hm^-2、3.644 t∙hm^-2,各省份耕地利用系统均呈碳盈余状态。 （2）全国耕地低碳利用绩效历经剧烈起伏、缓慢上升、波动不定、高速增长四个阶段。根据初始绩效和变化率,可将省域划分为低效高潜型（北京等15地）、低效平稳型（江苏等4地）、高效平稳型（重庆等3地）、高效低潜型（湖北等3地）、高效高潜型（吉林等5地）。期初,高、低效省份分别聚集于西南、西北;期末,高效省份主要位于西北、东北,低效省份集中分布于长江中游地区。（3）全国、中部、东部的绩效不存在σ收敛,东北和西部的绩效遵循σ收敛。全国及四大区域绩效均呈β收敛,省份间存在追赶趋势。本文可为制定区域差异化耕地利用低碳转型策略提供依据。     

基于生态足迹的土地资源资产负债核算

自然资源资产负债表是一个具有中国特色的全新课题,其理论和实践均处于探索阶段。将生态足迹理论与自然资源资产核算有机结合,通过改进生态足迹模型参数、补充对价值量的核算、重新界定自然资源资产类型,构建了基于生态足迹的土地资源资产核算体系。以新疆为研究靶区,对其土地资源资产变化进行分析,结果表明：（1）改进后的新疆生态足迹模型参数存在年际波动,均衡因子多年平均值中水域（12.239）>湿地（10.161）>林地（3.352）>草地（0.990）>耕地（0.775）>荒漠（0.215）,产量因子多年平均值中湿地（1.234）>耕地（1.214）>林地（0.889）>草地（0.819）>水域（0.674）>荒漠（0.385）。（2）受产品产量和市场价格影响,新疆不同土地类型的单位面积价格由高到低依次是：湿地（1910309元·hm^-2）>林地（329571元·hm^-2）>水域（213303元·hm^-2）>草地（212176元·hm^-2）>耕地（165467元·hm^-2）>荒漠（40395元·hm^-2）。（3）新疆土地资源资产稳定增加,权益持续缩减,负债呈扩大之势。18年内,土地资源资产数量上增加了27.19%,价值上升高了48.19%,权益数量上下降了6.60%,价值上减少了1.27%,负债在数量和价值上分别以1.20×10⁶hm²·a^-1和2.56×10¹¹元·a^-1的速度扩张。（4）基于生态足迹的土地资源资产核算方法具有涵盖质量属性、价值量内涵丰富、避免重复核算等优势。研究结果可为生态足迹与自然资源资产负债表的有机结合提供案例,同时有助于新疆土地资源合理化利用和科学管理。     

气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响

论文利用通用陆面模式CLM4.0-CN对全球陆地生态系统生物地球化学循环过程进行模拟,分析气溶胶直接辐射效应对全球陆地生态系统碳循环的影响。结果表明：气溶胶直接辐射效应使2007年全球陆地生态系统平均总初级生产力（GPP）、净初级生产力（NPP）、异养呼吸（R_H）、自养呼吸（R_A）以及净生态系统生产力（R_eco）都呈现出增加的态势。具体的变化特征则随着地区不同而表现出极大的差异,在非洲中西部、中国中东部、美国东南部和欧洲中南部地区GPP增加,在南美洲亚马逊地区及东南亚等地区GPP减少。NPP和R_A与GPP的分布基本一致。分析发现,气溶胶直接辐射效应导致陆地生态系统碳循环发生变化有如下两方面原因： 1）散射施肥效应,即植被阴生叶可以吸收的散射辐射（光合有效辐射）增加使其光合速率增加;2）辐射变化导致温度和湿度条件发生变化,从而改变植物生物物理和化学过程速率。     

东北松嫩典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀沿坡长变化规律及其对土壤质量的影响

东北黑土区,尤其是农垦地区,是我国重要的粮食生产基地。土壤侵蚀导致耕地质量严重退化,威胁粮食安全。选取克山农场坡长为1020 m的直型坡、凹型坡和凹—直复合型坡耕地,利用¹³⁷Cs示踪技术估算坡面土壤侵蚀模数,测定土壤有机碳作为耕地土壤质量参数,揭示典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀强度沿坡长变化规律及耕地土壤质量参数的响应。结果表明：（1）不同坡形长缓坡耕地土壤侵蚀差异显著,直型坡多年平均侵蚀速率（3040 t·km^-2·a^-1）<复合型坡（3395 t·km^-2·a^-1）<凹型坡（4220 t·km^-2·a^-1）。（2）直型坡、凹型坡、凹—直复合型坡均呈现出侵蚀强—弱周期性变化规律,其振荡周期分别为380 m、250 m和300 m。（3）土壤有机碳含量与土壤侵蚀速率呈极显著负相关关系,其沿坡长变化规律与土壤侵蚀速率沿坡长变化规律相反。土壤侵蚀是造成黑土坡耕地土壤质量退化的直接原因,研究结果可为黑土长缓坡耕地水土保持措施的精准布设及土壤养分管理提供理论支持。     

亚热带典型小流域磷收支及流失特征对比研究

磷素（P）在环境中的过量累积是导致农业面源污染的主要因素。论文以湖南省长沙县脱甲河农区小流域（52 km²）和涧山河森林-农区小流域（50 km²）为研究单元,基于入户调查资料和连续4 a的流域把口站水文水质定位观测数据,采用物质流分析法,对比研究了亚热带丘陵区典型小流域P的收支平衡及流失特征。结果表明,农区小流域出口地表水总磷（TP）含量变化为0.03~0.68 mg·L^-1,平均含量为0.21 mg·L^-1,整体达到Ⅲ类水质标准;森林-农区小流域TP含量变化范围为0.01~0.35 mg·L^-1,平均为0.08 mg·L^-1,整体为Ⅱ类水质,表明森林-农区小流域地表水水质明显优于农区小流域。农区小流域P的环境滞留强度（32.0 kg·hm^-2·a^-1）显著高于森林-农区小流域（20.6 kg·hm^-2·a^-1）,对环境影响更大。以2013年为例,农区小流域P的主要输入项为饲料,占53.1%,森林-农区小流域则以肥料为主,占53.0%;两个流域的P输出项都以植物和畜禽产品输出为主,均占总输出量的94.0%左右。控制小流域肥料和饲料投入、增加循环利用途径以及提高P利用率是当前减轻水体富营养化的有效途径。