山东省农田生态系统碳源碳汇时空格局演变

摘要

工业革命以来，人类对于大自然的开发与利用程度不断加大，导致大气中温室气体浓度显著提升，全球温室效应加剧。为探索解决这一问题的有效措施，全球气候变化逐渐成为研究的焦点。农田生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分，具有碳源与碳汇的双重特征，因而在全球碳循环研究中具有重要的意义。 本文以农业大省山东省为研究对象，基于2000-2017年相关农业数据，估算山东省及各地市农田生态系统碳吸收量、碳排放量。碳吸收途径主要为农作物生育期内光合作用固定的碳；碳排放途径主要包括农业生产投入带来的碳排放、水稻生长过程中产生的CH4。基于估算结果对山东省农田生态系统碳排放量、碳吸收量的时间序列变化进行描述；同时运用GIS软件，揭示其空间分布规律。通过分析农田生态系统碳源/汇的影响因子，提出合理的固碳减排措施，以期为山东省低碳、绿色农业的发展提供科学依据。通过研究，得出以下结论： （1）山东省农田生态系统碳吸收量呈现“增加-减少”的态势。2000-2011年碳吸收总量显著上升，年均增长3.24%；2011-2017年呈现波动性下降，年均下降1.34%。碳吸收强度呈波动上升的趋势，由2000年的4.61t/hm2上涨至2017年的6.09t/hm2。粮食作物、园艺作物碳吸收量变化趋势与总体趋同，但园艺作物碳吸收量后期下降速率较快；粮食作物是碳吸收的主要来源，且小麦和玉米的贡献率最大。在空间分布上，菏泽市、德州市碳吸收总量位于全省前列，且德州市碳吸收强度最大，为6.94t/hm2；莱芜市、威海市碳吸收总量较小，同时威海市碳吸收强度不断下降，2017年达4.52t/hm2，碳吸收强度最小。从全省空间分布看，鲁西南地区碳吸收总量及碳吸收强度显著高于鲁东地区。 （2）山东省农田生态系统碳排放总量及碳排放强度随着时间的推移呈现“增加-波动减少”的趋势。2000-2007年碳排放总量及碳排放强度分别由831.49万t、0.72t/hm2上升至989.37万t、0.92t/hm2，碳排放强度的增加速率高于碳排放总量；2007-2017年碳排放总量及碳排放强度分别由989.37万t、0.92t/hm2下降至879.69万t、0.79t/hm2，碳排放强度的下降速率高于碳排放总量。在各类农业农业生产投入中，化肥的施用是碳排放的主要来源。单位面积化肥、农药、农用薄膜、柴油、农业机械产生的碳排放量与总碳排放强度趋同，单位面积灌溉引起的碳排放不断增加。在空间分布上，潍坊市、菏泽市、临沂市等农业发展大市碳排放量及碳排放强度均相对较小；东营市、莱芜市等农作物播种面积小的地区碳排放总量小；威海市、烟台市等经济发达的鲁东地区碳排放强度较高。 （3）山东省农田生态系统净碳汇量与碳吸收量相趋同。2000-2011年呈现上升趋势，年均增长3.96%，高于碳吸收总量增速;净碳汇强度由2000年的3.84t/hm2上升至2017年的5.30t/hm2，年均增长1.77%。表明山东省在固碳减排、绿色生态农业发展方面取得显著成效。通过回归分析发现，净碳汇量与碳吸收总量之间的相关性达99.9%，与碳排放量间的相关性较小。在空间分布方面，净碳汇量及净碳汇强度均表现为鲁西南地区高、鲁东地区较低。其中，菏泽市净碳汇量及增长幅度最大，威海市、莱芜市净碳汇量最低，且增长幅度最小。就单位面积净碳汇而言，德州市最高，威海市、烟台市等沿海地区较低。 （4）通过定量与定性相结合，分析影响农田生态系统碳源/汇的影响因素，发现农作物产量、农作物类型、耕作方式、农业生产投入、自然条件等是影响碳源碳汇的重要因素。同时为分析净碳汇与经济、人口等社会条件的关系，运用灰色关联分析法，将净碳汇量与农业经济发展水平（X1）、农业生产固碳效率（X2）、农业劳动力文化水平（X3）、人均种植面积（X4）等因素建立联系，得出其关联度依次为：r3＞r4＞r1＞r2。 （5）针对山东省农田生态系统现状，提出的固碳减排措施主要有：优化施肥方式、改善耕作方式、秸秆还田与配施氮肥相结合等，将有助于提高生态系统给的碳汇能力。促进山东省低碳农业的发展。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2 研究现状

1.2.1农田生态系统土壤碳库研究

1.2.2 农田生态系统碳源/汇的核算

1.2.3 农田生态系统碳源/汇影响因素研究

1.2.4 农田生态系统时空格局演变

1.3 研究内容

1.4技术路线

第二章 研究区概况及研究方法

2.1 研究区概况

2.1.2 自然概况

2.1.3农业发展概况

2.2 研究方法

a. 农田碳吸收的估算方法

b. 农田碳排放的估算方法

c. 农田净碳汇的估算方法

2.3 数据来源

（1）基础数据

（2）参考数据

第三章 山东省农田生态系统碳源/汇结果

3.1 农田碳吸收的结果及分析

3.1.1 山东省农田生态系统碳吸收的时间变化特征

3.1.2 山东省农田生态系统碳吸收的空间变化特征

3.2 农田碳排放的结果及分析

3.2.1 山东省农田生态系统碳排放的时间变化特征

3.2.2 山东省农田生态系统碳排放的空间变化特征

3.3 农田净碳汇的结果及分析

3.3.1 山东省农田生态系统净碳汇的时间变化特征

3.3.2 山东省农田生态系统净碳汇的空间变化特征

第四章 农田生态系统碳源/汇的影响因素

4.1 农田碳吸收影响因素

4.1.1农作物产量

4.1.2农作物类型

4.1.3耕作方式

4.2 农田碳排放影响因素

4.2.1自然因素影响

4.2.2农用物资的投入

4.3 农田净碳汇因素分解

第五章 农田生态系统固碳减排措施

5.1改善施肥方式

5.2改善耕作方式

5.3秸秆科学还田

第六章 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的文章及参与的课题

致谢