遥感过程模型应用于中国南方草地近30年碳储量变化的研究

摘要

陆地生态系统碳储量及其动态变化研究能定量地诠释全球气候变化对生态系统的响应，从而更加科学合理地规划出各阶段碳排放份额，这对不发达国家经济发展和人们生活的改善至关重要。草地是陆地生态系统的重要组成部分，具有分布广、可更新等区别于森林的特点。不同的自然环境，不同的地域位置，草地碳循环过程是存在差异的。目前，对我国草地碳循环的相关研究主要集中在北方地区，专门针对南方草地的相关研究则十分罕见。因此，定量地估算出南方草地各部分碳库的固碳能力和碳储量，及其气候对碳循环的影响因素对于科学管理南方草地生态系统具有重要意义。
　　本研究基于光能利用率原理和植被生理生化过程，结合遥感手段、实地调查和遥感过程模型模拟等手段，估算了我国南方地区15个省近30年(1982-2012)的草地碳储量变化，进而分析了南方草地生态系统碳循环对气候变化的响应机制。主要研究内容及结论如下:
　　(1)利用MODIS和AVHRR数据作为遥感数据源，在基于CASA的遥感过程模型基础上，计算了南方草地各年的净初级生产力(NPP)。结果显示，南方草地年NPP值保持在300-450 gC/m2之间，接近于北方严寒地区森林的NPP，表现出很强的固碳能力。在南方15个省中，海南的年均NPP最高;江苏、上海等地的NPP相对较低;云南的草地面积最广，积累的碳量最多。
　　(2)我国南方地区草地地上生物量的年际平均碳密度为75.88 gC/m2，地上生物量的碳储量于1982-2012年期间在14.7-23.12TgC范围内波动;而对应的草地地下生物量在51.14-80.29TgC之间，多年平均值为67.92TgC。其中，地下生物量碳储量是地上生物量的3.5倍。
　　(3)土壤—植被—大气连续体(SPAC)为一个系统，在利用遥感过程模型计算得出土壤基础呼吸的基础上，根据在土壤基础呼吸与土壤有机碳之间建立相关关系模型(R2=0.87，P＜0.001)，计算出南方草地的土壤碳储量年际平均值为1.05PgC(1Pg=1015g)。相比其植被碳储量87.69TgC，南方地区草地的土壤碳储量约为植被碳储量的12倍。
　　(4)1982-2012年期间，南方草地植被通过光合作用固定了37TgC，而土壤碳库则释放了近40TgC。表明整体上，近30年南方草地是一个弱碳源。然而，对其固碳能力研究发现，我国南方草地的生产力和碳密度均高于北方地区的草地，反映出南方地区的自然环境及气候条件更有利于碳的积累。也就是说，虽然南方草地主要以草山草坡的形式存在，且分布比较零散，未能成片，但其仍具有巨大的固碳潜力。
　　(5)碳循环与气候驱动因子相关分析发现，温度是驱动我国南方草地NPP和地上生物量积累的主要因子(R2＞0.7)，而对土壤碳库的影响较小(R2=0.42)。与水分在北方绝大多数草地的碳储量空间格局中起决定性的作用不同，水分对南方草地的碳循环限制作用小(R2＜0.37)。

目录

声明

摘要

第1章 引言

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．国内外研究现状

1．2．1 植被碳储量的研究

1．2．2 土壤碳储量的研究

1．3 有关碳循环的概念

1．4 遥感过程模型

1．4．1 CASA模型

1．4．2 植被指数模型

1．4．3 土壤基础呼吸模型

第2章 研究区概况与研究方法

2．1 研究区概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 气候条件

2．1．3 植被类型

2．2．研究内容

2．3 数据来源与数据处理

2．3．1 数据来源

2．3．2 数据处理

2．4 研究方法与技术路线

2．4．1 研究方法

2．4．2 技术路线

第3章 结果与分析

3．1 南方草地年均固碳能力

3．1．1 模型平台搭建

3．1．2 南方草地年均固碳能力

3．1．3 南方各省草地年均固碳能力

3．2 南方草地生态系统生产力

3．2．1 南方草地净初级生产力

3．2．2 南方草地异养呼吸

3．2．3 南方草地净生态系统生产力

3．3 南方草地植被碳储量

3．3．1 地上生物量

3．3．2 地下生物量

3．4 南方草地土壤有机碳储量

3．4．1 土壤有机碳的影响因素

3．4．2 土壤基础呼吸

3．4．3 土壤有机碳

3．5 南方草地碳储量

第4章 讨论

4．1 南方草地固碳机制

4．2 南方草地固碳速率

4．3 南方草地碳循环与气候因子关系

4．3．1 碳循环与温度的关系

4．3．2 碳循环与水分的关系

结论

研究结论

研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果