土地利用变化对中国土壤碳储量变化的间接影响VIP免费

第21卷第2期2006年2月地球科学进展ADVANCESINEARTHSCIENCEVol.21No.2Feb.，2006文章编号：1001-8166（2006）02-0138-06土地利用变化对中国土壤碳储量变化的间接影响*周涛1，2，史培军1，3（1.北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室，北京100875；2.北京师范大学资源学院资源科学研究所，北京100875；3.北京师范大学资源学院灾害与公共安全研究所，北京100875）摘要：中国土壤有机碳储量及其在全球变暖背景下的变化趋势是影响全球碳循环的一个重要因素。土地利用变化对土壤有机碳储量既有直接影响，也有间接影响。一方面，土地利用变化直接改变了生态系统的类型，从而改变了生态系统的净初级生产力（NPP）及相应的土壤有机碳的输入。另一方面，土地利用变化潜在地改变了土壤的理化属性，从而改变了土壤呼吸对温度变化的敏感性系数（常用Q10表示）。在全球变暖背景下，Q10值的改变显著影响着土壤有机碳释放的强度。利用生态系统碳循环过程模型（CASA模型）反演了不同土地利用类型下的Q10值，并评价了土地利用类型的改变对土壤有机碳储量变化的间接影响。研究结果表明，林地与草地转换成耕地后将增大土壤呼吸的Q10值，此外，人类通过灌溉、氮肥的施用也能增大土壤呼吸的Q10值，从而使得全球变暖背景下土壤呼吸的碳通量有所增强。关键词：土壤呼吸；温度敏感性；CASA模型；中国中图分类号：X144文献标识码：A1研究背景及目的由于人类活动释放大量的温室气体CO2到大气中，从而引起全球变暖及相应的环境变化［1］。如何使生态系统固定更多的碳，从而减缓大气CO2的增长速度是当前国际社会的一个热点问题［2］。以缓解大气温室气体浓度为目标的“京都议定书”的实施使生态系统固碳从单纯的科学问题变成一个政治、经济问题。基于生态系统模型的研究结果表明，最近20年来中国生态系统的净初级生产力（NPP）有明显的增长趋势［3］。考虑到生态系统碳的源汇功能不仅取决于通过光合作用进入生态系统的NPP量，而且取决于通过土壤呼吸向大气释放的土壤有机碳，因此评价全球气候变暖和不同土地利用背景下的土壤碳释放的变化趋势具有重要的意义。土地利用及其变化对土壤有机碳储量具有明显的影响［4］。一方面，土地利用变化直接改变了生态系统的类型，从而改变了生态系统的NPP量及相应的土壤有机碳的输入［5］。研究表明，土地利用变化直接影响着中国土壤有机碳储量的变化，如基于土壤剖面的配对样本的T检验表明森林与草地转变成耕地后土壤有机碳储量显著地降低了［4］。另一方面，由于土地利用变化潜在地改变了土壤的理化属性，从而改变了土壤呼吸的温度敏感性系数（常用Q10表示），Q10值的改变反过来又会间接影响气候变暖背景下土壤有机碳释放的强度，从而间接地影响到土壤的碳储量变化。Q10表示土壤温度上升10℃土壤呼吸增强的倍数，因此它是反映土壤碳释放对全球气候变暖反馈强度的一个关键指标［6，7］。由于全球变暖将导致更*收稿日期：2005-12-20；修回日期：2006-01-11.*基金项目：国家自然科学基金项目“基于遥感和过程模型反演中国土壤呼吸的关键参数”（编号：40401028）；国家自然科学基金杰出青年基金项目“陆地表层人地系统相互作用机制的地理样带研究”（编号：40425008）资助.作者简介：周涛（1972-），男，湖南冷水江人，副教授，主要从事土地利用/覆被变化与陆地生态系统碳循环研究.E-mail：zhoutao＠ires.cn多的CO2释放到大气中，因此土壤呼吸与全球变暖是一个正的反馈关系［1，8］。确定不同土地利用方式下的Q10值及土地利用变化后Q10值的可能变化有助于了解人类活动对土壤碳释放的间接影响。土壤呼吸的温度敏感性系数受很多因素影响。研究表明Q10值的大小受土地覆盖与土地利用类型的影响［9］，此外，土壤温度［6，10，11］、土壤湿度［12～15］，以及土壤有机碳的数量与质量［16～18］均会影响Q10值的大小。人类活动直接改变了土地覆盖与利用的类型以及土壤有机碳含量，并在一定程度上影响土壤湿度和温度以及土壤有机碳的质量，从而通过改变土壤呼吸的温度敏感性间接影响土壤有机碳储量的变化。本文采用数据—模型融合的研究方法，以区域生态系统碳循环过程模型（C...