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《东北林业大学》 2010年 博士论文
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大庆地区土地利用/覆被变化对植被和土壤碳氮储量的影响

于兵  
【摘要】: 陆地生态系统碳贮量及其变化在全球碳循环和大气CO2浓度变化中起着非常重要的作用,因而是全球气候变化研究中的重要问题。正确地评估陆地生态系统中的土地利用/土地覆被对于评估区域和大陆的碳平衡正变得日益重要。土地利用变化,主要通过自然植被转变为耕地或者通过放牧,可以影响很多自然现象和生态进程,导致土壤属性发生显著的变化。精确地评估区域尺度的土壤有机碳储量以及由人类活动引起的变化是必要的,特别是以野外实地测量的大量碳密度数据为基础的研究,这将为我们提供很好地理解未来陆地生态系统与大气之间碳流动的基础。土地退化是碳循环研究的一个热点问题。大庆地区是区域土地退化的典型地区,因而本文利用1978年MSS多光谱数据,1988、1992、1996和2001年TM数据,2008年中国资源卫星数据、第二次全国土壤普查数据和2009年土壤野外实验数据,分别对大庆地区土地利用/覆被动态变化、植被碳储量动态变化、土壤碳氮储量动态变化、土地覆被土壤碳氮库及其影响因子、植被和土壤碳氮储量动态变化预测进行了研究。结果表明: 耕地始终占据了各类土地覆被类型面积的首位,大庆的林地在1978-2008年间呈逐年增加的趋势,耕地和草地是向林地转换的主要土地覆被类型。大庆地区土地覆被动态变化的生态环境效应表现为:草地不断退化;沼泽地大面积减少,功能减退;沙化和盐碱化日趋严重。草地→盐碱地和草地→耕地这两个转移过程是大庆地区土地覆被变化的驱动因素,是引起大庆地区生态环境效应的根本原因。草地在研究时段内的剧烈调整是该研究区土地覆被动态变化的主线;油田的开发过程是本地区土地覆被结构变化的主要动因;农业生产经营的稳定性需求是耕地持续增加的直接原因;盲目开垦,过度放牧以及一些水利工程的负效应等加强了土地覆被转移过程。 大庆地区耕地、林地、草地和沼泽地植被碳密度分别为0.57 kg·m-2、5.70 kg·m-2、0.129 kg·m-2和0.41 kg·m-2。大庆地区1978年和2008年植被碳密度分别为0.58 kg·m-2和0.67 kg·m-2。1978和2008年植被碳储量分别为9.38×106t和10.40×106 t,30年期间植被碳储量增加了1.02×106t,是“碳汇”。大庆地区的平均植被碳密度低于中国的平均水平。 大庆地区1979年平均土壤碳氮密度分别为9.26±1.73 kg·m-3和0.62±0.17 kg·m-3,2009年平均土壤碳氮密度分别为8.18±1.65 kg·m-3和0.37±0.11 kg·m-3,30年期间大庆地区的平均土壤碳氮密度分别减小了1.08 kg·m-3和0.25 kg·m-3。大庆地区的平均土壤碳氮密度低于中国的平均水平。大庆地区1979年土壤总碳氮量分别为187.19±34.95×106t和125.78±33.61×105t,2009年分别为165.28±33.30×106t和75.52±21.48×105t,30年期间土壤总碳氮量分别减少了21.91×106t和50.26×105t,是“碳氮源”。 大庆地区1979年土地覆被下平均土壤碳氮密度分别为8.10±2.34 kg·m-3和0.50±0.11kg·m-3,2009年分别为7.53±2.16 kg·m-3和0.33±0.16 kg·m-3。30年期间大庆地区土地覆被下土壤平均碳氮密度分别减小了0.57 kg·m-3和0.17 kg·m-3。大庆地区土地覆被下土壤平均碳氮密度低于中国的平均水平。1979年全区土地覆被下土壤总碳氮量分别为163.68±47.34×106 t和102.00±22.55×105t,2009年分别为152.19±43.74×106t和67.44±33.23×105t,30年期间大庆地区土地覆被下土壤总碳氮量分别减少了11.49×106t和34.56×105 t,是“碳氮源”。大庆地区耕地、林地、草地、沙地、盐碱地和沼泽地的土壤碳库影响因子分别为0.07、-0.24、0.70、0.89、3.67和0.77,土壤氮库影响因子分别为-0.65、-0.18、1.41、0.23、0.35和0.89。 据马尔可夫模型预测,到2158年,大庆地区耕地、林地、草地、水域、居民工矿用地、沙地、盐碱地和沼泽地面积所占比例分别为56.48%、5.94%、10.91%、4.08%、5.48%、0.63%、13.60%和2.88%。1978-2158年期间,大庆地区植被总碳储量增加5.12×106t;土地覆被下总土壤碳氮储量分别减少21.64×106t和28.10×105t;植被和土壤总碳储量减少16.52×106t。 最后,对大庆地区建立合理有效的土地利用模式提出了一些建议。 大庆地区植被和土壤碳氮储量的变化是土地覆被变化和土壤退化综合作用的结果。本文计算的土壤碳氮库影响因子的数值需要实测土壤资料的进一步验证。马尔可夫模型的预测结果可以为大庆地区政府部门实施保护草原和湿地、防止土地进一步荒漠化、多植树造林等决策提供一些参考。


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