江苏省农田生态系统碳源/汇、碳足迹动态变化

[目的]了解江苏省农田生态系统近年来碳源碳汇的基本演变趋势,识别江苏省农业发展过程中的重要碳排放源,指导江苏农业低碳化发展。[方法]利用模型对农田碳排放量、碳吸收量及碳足迹进行测算,并对其动态变化进行分析。[结果](1)江苏省农田生态系统碳排放总量总体趋向于增加,2001年江苏省碳排放量为4.44×10~6 t,2016年碳排放量为4.60×10~6 t,增幅为3.4%,化肥为碳排放的主要贡献因子。碳排放强度总体表现为下降趋势,各阶段碳排放强度均低于1t/hm~2。(2)碳吸收量总体呈现增加趋势,2001—2016年农作物总碳吸收量增加了3.57×10~7 t,年均复合增长率约为2.2%,单位面积碳吸收量呈整体增加趋势。园艺作物的碳吸收量明显高于粮食作物和经济作物。(3)农田生态系统碳足迹总体呈现降低趋势,存在较大的生态盈余。[结论](1)2001—2016年江苏省农田生态系统的碳吸收量明显高于碳排放量,具有良好的固碳能力,农田生态系统呈现碳汇;(2)农业投入物品对碳排放的影响程度不同,化肥是影响农业碳排放的最关键因子。     

上海农田生态系统碳源汇时空格局及其影响因素分析

以1990—2009年上海市农作物产量、农田面积、农业投入等相关统计数据为依据,对上海农田生态系统主要碳源汇进行了测算,分析了上海农田生态系统碳源汇的时空变化特征,并探讨了农田生态系统碳源汇的影响因素。结果表明,1999—2009年上海农田生态系统碳吸收总量总体处于逐步下降趋势,且经济作物和果蔬作物碳吸收比例分别下降和上升明显;碳排放总量则呈逐步下降并趋于稳定的趋势,农用化学品投入是其主要排放源;单位面积碳吸收和排放量则一直处于波动状态。2009年上海各区县农田生态系统碳吸收量、碳排放量和单位耕地面积碳吸收量均为远郊大于近郊,而单位耕地面积碳排放量则为近郊大于远郊。碳源汇影响因素相关性分析表明,碳吸收与粮食作物和经济作物产量显著正相关,而与果蔬作物产量显著负相关;碳排放与农用化学品投入和燃料动力使用以及耕作灌溉管理均显著正相关。     

临沂市农田生态系统碳源/汇时空变化及其影响因素分析

依据2003-2013年临沂市农作物产量、耕地面积、农作物播种面积及农业投入等数据,对临沂市农田生态系统碳源、碳汇进行估算,分析其变化规律并探讨临沂市农田生态系统碳源、碳汇的影响因素。结果表明,2003-2013年临沂市农田生态系统的碳排放量呈现先增后减的情况;5种主要碳排放过程中,化肥施用过程中碳排放所占的比例最大;各县区碳排放量,远郊大于近郊;碳吸收、碳汇呈现增加的趋势,并具备很强的碳汇功能;小麦、玉米作为主要的粮食作物,碳吸收量远高于其他的农作物;各县区由于自然条件和发展方向的不同,碳吸收量与单位播种面积碳汇量差异较为明显。碳源、碳汇影响因素分析表明,碳吸收与小麦、玉米、水稻、花生等高产量作物、农作物总产量及农作物总播种面积显著正相关;碳排放量与农膜等农用化学品投入、农业机械等燃料动力使用和农业灌溉等显著正相关;碳汇量与碳吸收量显著正相关。     

基于低碳经济的山东省德州市农田生态系统碳汇估算

依据2001-2010年农作物产量、耕地面积及农业投入等数据,对山东省德州市农田生态系统的碳汇进行了估算,并分析了其变化情况.结果表明,德州市2001-2010年农田生态系统的碳吸收总量呈增加的趋势,且2004年以来增加的趋势较明显;小麦、玉米作为主要的粮食作物,碳吸收量明显高于其他农作物,棉花作为主要经济作物,吸收量不高;2001-2010年,由于德州市发展生态、高效、优质农作物,碳排放呈现先增后减的变化;不同县市由于农业发展方向和发展特色的差异,具有不同的碳排放;在这3种途径的碳排放过程中,化肥施用过程中碳排放所占的比例较大,且呈减少的趋势;2001-2010年德州市碳吸收量为6.35×107t,碳排放总量为4.53×106 t,碳吸收量远远大于碳排放量,说明德州市农田生态系统具有较强的碳汇功能.     

张掖市农田生态系统碳源/汇时空分布特征

[目的]探究农田生态系统的碳源/汇状况,为绿洲农田生态系统农作物类型及其种植模式研究提供参考。[方法]利用2001—2010年张掖市主要农作物产量、耕地面积、农作物播种面积及农业投入等数据,根据农田碳吸收、碳排放模型估算各县区农田生态系统的碳吸收、碳排放及碳汇,并分析其时空分布特征。[结果]张掖市各县区碳吸收、碳排放、碳汇强度存在明显的时空差异;同一农作物的碳吸收强度仅与单产量有关,且成正比;经济作物中棉花的单位面积变化量对碳吸收的贡献率最大,粮食作物中大豆的贡献率最大。碳排放量是化肥施用量、农作物种植面积、农业机械总动力及灌溉面积的一次函数,化肥施用量的单位变化量对碳排放的贡献率最大,碳排放量呈逐年增加的趋势;灌溉面积次之,且逐年有降低的趋势;农业机械碳排放所占比例较小,低于碳排放总量的5%。[结论]近10a来张掖市农田生态系统碳吸收总量整体上呈显著增加趋势,碳排放总量呈减小趋势,表明张掖市农田生态系统具有较强的碳汇能力。     

河北省农田生态系统碳源/汇时空变化及其影响因素

基于1989-2008年河北省主要农作物产量、耕地面积、有效灌溉面积、化肥施用量及农业机械动力等方面的统计数据,估算了河北省近20a来农田生态系统碳源/汇,并探讨了碳源/汇时空变化及其影响因素。结果表明,近20a来河北省农田生态系统碳吸收总量总体呈现波动增加态势,碳排放总量也呈逐年上升的趋势,且碳吸收增长的速度大于碳排放的速度,总的来说,河北省农田生态系统是碳汇;从空间上来看,河北省碳汇强度由南向北逐渐降低;在各种作物中,小麦和玉米的碳吸收所占比重最大;对影响农田生态系统碳源/汇因素分析表明,农业灌溉对作物碳吸收影响最显著,其次是化肥施用,在农田生态系统3种主要碳排放途径中以化肥施用带来的碳排放所占的比重最大。     

陕西省关中地区农田生态系统碳源/汇估算

运用改进的CASA(carnegie ames stanford biosphere)模型,基于化肥、农膜、农地翻耕、农机运用4类主要碳排放,结合2010年相关遥感数据和统计数据,以县(区或市)为单元对陕西省关中地区农田生态系统碳吸收、碳排放及净碳汇进行了测算。结果表明:(1)研究区碳吸收总量约为6.44×106 t,其中6,7,8月为碳吸收高值月,12,1,2,3月为碳吸收低值月。碳吸收量高于2.0×105 t的县(区或市)分布在宝鸡市北部,咸阳市西部,渭南市中部和西南部。(2)研究区碳排放总量约为1.41×106 t,农用化肥为主要碳排放源,约占89%。碳排放量超过6.00×104 t的县(区或市)分布在渭南市中部、咸阳市中部偏南。(3)研究区净碳汇总量约为5.03×106 t,各县(区或市)净碳汇量均为正值。净碳汇总量超过2.00×104 t的县(区或市)主要分布在关中地区西北部。     

广东省农田生态系统碳源汇效应时空分异及驱动因素

[目的] 探究广东省农田生态系统碳源汇效应时空分异及驱动因素,为广东省科学合理制定区域农业减排固碳措施提供参考。[方法] 采用参数估计法、GIS空间分析等方法定量评估2010—2020年广东省农田生态系统碳源汇效应时空演变规律,并借助LMDI因素分解模型探究农田生态系统碳源汇效应空间分异的驱动因素。[结果] ①广东省农田生态系统碳源汇效应水平维持持续向好发展态势,减排增汇效应逐渐凸显。具体表现为：固碳总量呈波动上升态势,稻谷、甘蔗、蔬菜为主要的碳汇作物;碳排放得到有效控制,减排效应日益显现,稻田种植、农资投入为主要的碳源类型;农田生态系统固碳量增长有效抵消了碳排放增长。②广东省农田生态系统碳源汇效应空间分异明显,总体呈相对集聚分布态势,湛江为主要的高碳源—高碳汇地区,低碳源—低碳汇则主要分布在珠三角地区。③经济因素为农田生态系统碳汇提升的关键驱动因素,结构因素表现出两面性且因地而异,效率因素、劳动力因素则表现为抑制作用。[结论] 广东省农田生态系统碳源汇效应水平稳中向好,但区域分异明显,应结合各地经济、结构、效率、劳动力等因素的驱动效应差异,因地制宜制定农业减排固碳措施。     

区域农田生态系统碳足迹时空差异分析——以江苏省为案例

以江苏省为案例,应用江苏省1995—2009年化肥用量、农药消耗量、灌溉面积、农机燃料用量、农膜用量、耕地面积、农作物产量等数据,测算了区域农田生态系统碳吸收、碳排放及碳足迹的变化动态,以及在各地市的空间分布特征。结果表明：近15a来,江苏省农作物碳吸收总量和碳吸收强度呈＂V＂字形变化,变化范围分别为2933.6×104～3896.9×104t·a-1和6.04～7.71t·hm-2·a-1。农业投入碳排放呈逐渐上升趋势,由727.2×104t·a-1增长至882.7×104t·a-1,同时碳排放强度从1.43t·hm-2·a-1上升到1.88t·hm-2·a-1,增长了31.5%,化肥排放始终占据主导地位。农田生态系统碳足迹呈现波动增长,变化在13.68×105～17.56×105hm·2a-1之间,占同期耕地面积的比重达到27.0%～36.1%,碳生态盈余呈明显减少趋势,变化在36.99×105～32.22×105hm2·a-1之间。各地市之间碳足迹存在明显差异,空间分布格局为由北向南递减。     

基于土地利用的驻马店市碳源/汇时空分布及预测

土地覆盖变化是引起陆地生态系统碳源/汇变化的重要原因，研究土地利用转型与碳源/汇关系对优化区域土地利用规划，实现可持续发展与“双碳”目标具有重要意义。运用空间分析技术对碳源/汇的时空变化进行分析，通过预设3种未来发展情景对驻马店市未来碳源/汇变化进行预测。结果表明：(1)驻马店市净碳排放量由2005年的268.13×10⁴ t增加到2020年的578.04×10⁴ t,增加309.91×10⁴ t,呈现逐年增加趋势。(2)驻马店市土地利用转型表现为碳储量减少的过程主要为耕地转为建设用地和林地转为耕地，碳储量增加主要为耕地转为林地、建设用地转为水域。(3)通过灰色模型以及PLUS模型预测驻马店市未来土地利用及碳源/汇的时空变化，预测结果为驻马店市未来净碳排放量持续上升，但在耕地保护情景下上升趋势明显减缓。在保护耕地基础上，驻马店市在未来土地规划中，要控制建设用地向生态用地的扩张，加快农业技术改革，实现低碳循环发展。     

快速城市化地区土地利用变化的生态环境效应——以杭州市中心城区为例

[目的]评价和分析杭州中心城区1995—2014年土地利用变化的生态环境综合效应,为土地利用管理和城市生态环境治理提供依据。[方法]基于杭州市中心城区1995,2000,2005,2010和2014年5期TM影像数据,获取不同时段土地利用变化数据,并利用生态系统价值评估、碳排放核算和景观格局指数等分析方法。[结果]近20a来,杭州市生态系统服务总价值从1995年的32.43亿元下降至2014年的23.96亿元,共减少26%,占同期GDP比重从5.86%下降至0.56%;土地利用净碳排放从1995年的4.26×10t增加至2014年的1.51×107 t,碳吸收从7.22×105 t下降至6.49×105 t,2014年碳排放的社会成本已高达145亿元;生态服务低价值区主要以中部为中心向周围蔓延,土地利用生态景观分析结果显示破碎化程度降低,连通性提高趋势,但多样性锐减。[结论]研究区内林地和水体面积减少,建设用地增加是生态系统服务总价值减少的主要原因。建设用地碳排放急剧增加和林地的碳吸收锐减是土地利用净碳排放增加的主要原因。研究区土地利用变化引起的生态景观格局变化明显,生态服务价值空间分布不均。     

基于碳收支核算的河南省碳排放峰值预测

[目的]对河南省碳排放及碳足迹峰值进行了预测,旨在了解河南省未来碳减排潜力,寻求低碳发展的对策。[方法]基于省域层面,以河南省为例,对历年的碳收支和碳足迹状况进行了核算和评估,并通过STIRPAT模型和情景分析方法对河南省碳排放峰值进行预测。[结果](1)河南省碳排放总量从2000年的6.83×107 t上升到2012年的1.77×108 t,涨幅为159.2%,其中碳排放的行业差异性大,工业占主导地位,不同途径碳排放的增幅具有明显差异,生态系统的碳汇能力呈明显下降趋势。(2)河南省2000—2012年能源消费的碳足迹呈逐年增加态势,从2000年的1.71×107 hm2上升到2012年的4.42×107 hm2。碳足迹的扩大造成了1.68×108 hm2的生态赤字。(3)在基准和低碳情景下,河南省碳排放峰值有望出现在2040和2035年,在考虑区域碳吸收补偿的前提下,碳排放峰值将分别提前到2035和2025年。[结论]河南省碳收支呈现明显的不匹配状态,但在考虑碳补偿的基础上,河南省具有较大的碳减排潜力空间。     

生态退化与恢复对三江源区土壤保持功能的影响

[目的]探讨生态退化与恢复对土壤保持功能的影响及其作用机理,为三江源区生态保护与建设决策提供一定依据。[方法]通过构建土地覆被状况等来表征三江源区宏观生态系统变化,定量分析生态系统变化对土壤保持功能的影响,并探讨其主要机制。[结果]三江源地区从2000—2010年的生态系统经历了显著的退化和恢复过程。不同覆被类型下土壤保持能力依次为:林地耕地高覆盖度草地中覆盖度草地低覆盖度草地湿地未利用地。在研究区生态退化及恢复的过程中,2000—2010年的单位面积潜在流失量从1.25×10~4 t/hm~2增加到1.50×10~4 t/hm~2,单位面积实际流失量从2000年的3 200t/hm~2增加到2005年的3 500t/hm~2,至2010年持续增加到3 800t/hm~2。在生态恢复过程中,三江源区高覆盖度草地及湿地面积增加,从一定程度上减轻生态系统退化的趋势,三江源区单位面积土壤保持量从2000年的9 300t/hm~2,增加到2005年的1.03×10~4 t/hm~2,直至2010年三江源区单位面积土壤保持量为1.11×10~4 t/hm~2。[结论]土地覆被类型及植被覆盖程度对土壤保持功能有重要影响,三江源的生态退化与恢复过程与源区土壤保持功能变化联系紧密。     

天津市滨海新区1979-2013年土地利用及土壤有机碳储量空间变化

[目的]分析土地利用变化对土壤有机碳分布的影响,为科学评估区域生态系统碳储量的变化提供依据。[方法]利用遥感影像获取滨海新区1979与2013年土地利用变化数据,针对不同土地利用类型均匀布设样点采集2013年表层土壤,试验监测土壤有机碳含量。结合第二次土壤调查数据,计算分析研究区1979—2013年土壤有机碳储量的变化及其空间分布变化。[结果]研究期内土地利用变化明显,耕地、滩涂、未利用地等土地利用类型大量转变为建设用地,同时土壤有机碳密度和储量均相应降低,其中土壤有机碳储量从1979年的1．23×107 t 减少到2013年的9．97×106 t 。[结论]随着人类对土地利用程度的加强,碳储量空间分布由高碳储量分布为主转变为低碳储量分布为主的碳储量分布格局。     

县域土地利用变化的碳排放效应——以山西省洪洞县为例

[目的]为了分析土地利用变化对碳排放的影响,以洪洞县为例,研究分析县域尺度上土地利用变化的碳排放效应。[方法]选取2000,2010和2013年山西省洪洞县遥感影像,通过解译遥感影像,最终获得洪洞县的土地利用数据。采用碳排放估算模型,估算了洪洞县13a不同土地利用变化导致的碳排放效应。[结果]2000—2013年洪洞县的碳排放量呈现逐年增长的趋势,期间净碳排放放量共增加了6.12×105t。作为主要碳源汇——建设用地和林地,二者的面积不断增长,但建设用地带来的碳排放远超过林地所能吸收的量。洪洞县各个乡镇在这13a中的净碳排放空间差异变化明显。[结论]优化县域土地利用结构,能够有效地减轻碳排放问题。     

沙化封禁区农田生态系统服务价值变化及其影响因素——以河西走廊8县市为例

[目的]对沙化封禁区农田生态系统服务进行研究,为干旱区生态安全和农户生计可持续发展提供支持。[方法]运用生态经济学方法和多元逐步回归模型,据此揭示河西走廊沙化封禁区所在8县市农田生态系统服务价值变化以及影响因素。[结果](1)沙化封禁区农田生态系统单位面积服务价值由19 966元/hm2增长到21 511元/hm2,增加了1 545元/hm2,年均增幅0.58%,原材料生产、废物处理、土壤形成和保护服务、食物生产是主要贡献类型;(2)农田生态系统总服务价值由29.40亿元增长到42.49亿元,增长了13.09亿元,年均增幅为2.88%,基本服务价值、社会保障服务价值大于水资源消耗服务价值和环境污染服务价值,但是水资源消耗和环境污染服务价值的增长速度明显加快;(3)8县市农田生态系统单位面积服务价值变化存在空间和类型差异,主要受农业生产总值、农民人均收入、化肥使用量、经济作物面积、粮食单产的影响。[结论]生态退化逆转对大部分县市的农田生态服务价值产生积极影响,但农田水资源消耗和环境污染效应不断增大,导致沙化土地逆转的脆弱性仍然较高。     

三江源地区林草生态系统水源涵养服务评估

[目的]分析青海省三江源地区生态工程实施前后生态系统水源涵养服务的变化情况,客观评估生态工程的效果。[方法]采用降水贮存量法估算三江源地区林草生态系统的水源涵养量。[结果]1997—2012年三江源地区林草生态系统水源涵养服务在波动中有所提升,平均水源涵养量为1.54×1010m~3/a,单位面积水源涵养量为430.67m~3/hm~2。三江源生态保护与建设工程实施后(2005—2012年)林草生态系统年平均水源涵养量比前期(1997—2004年)增加了15.60%。从空间格局而言,三江源地区林草生态系统涵养水源能力自东南向西北逐渐递减。单位面积水源涵养量澜沧江流域最高,其次为黄河流域,长江流域最低。真实气候条件和平均气候状况下,生态工程实施后的区域林草生态系统水源涵养量均比前期高。前期主要受到区域气候变化的影响,后期则叠加了生态工程的驱动作用。两种情况下,生态工程实施后三江源地区林草生态系统水源涵养量的线性变化趋势分别为1.94×10~9和4.64×10~8 m~3/10a。[结论]生态工程对三江源地区水源涵养服务提升的贡献率约为23.98%。     

江西省2007-2011年水资源生态足迹和生态承载力动态特征

[目的]为定量评价江西省水资源可持续发展状态。[方法]以水资源生态足迹的基本原理和计算模型为基础,分析了江西省2007—2011年水资源生态足迹、生态承载力和水资源负载指数的动态变化。[结果]2007—2011年江西省水资源生态承载力整体上呈现增加的趋势,从2007年的2.029 12×108 hm2增加到2010年的4.151 51×108 hm2。总水资源生态足迹5a整体上呈现增加的趋势,从2007年的3.882 09×107 hm2增加到2011年的4.344 7×107 hm2。万元GDP生态足迹呈逐渐增加的势,水资源利用率有所降低。[结论]水资源生态足迹的变化与社会经济发展密切相关。应该充分调整产业结构,合理调度、利用水资源,促进江西省整个社会经济的持续发展。     

长江经济带坡面土壤保持服务功能时空格局及其变化特征

[目的]分析长江经济带2010—2015年坡面土壤保持服务功能的时空格局及其变化特征。[方法]采用修正的通用水土流失方程(RUSLE)分析长江经济带剖面土壤保持服务功能变化。[结果]2010—2015年,长江经济带年均剖面土壤保持量为1.88×1010 t/a,单位面积土壤保持量为91.54t/(hm2·a)。森林、草地、农田生态系统的单位面积坡面土壤保持量依次为129.09,111.47,40.38t/(hm2·a)。5a间,长江经济带坡面土壤保持服务功能总体呈现上升态势。国家级优化开发区、重点开发区、农产品主产区和重点生态功能区的坡面土壤保持服务功能依次增强。[结论]森林、草地、农田生态系统的坡面土壤保持能力依次降低。主体功能区战略的实施对于提升长江经济带生态安全保障能力具有重要意义。     

未来30年川东平行岭谷区县域农田SOC动态模拟

以位于川东平行岭谷的典型县——垫江县为研究对象,探讨在特定气候模式下未来30 a研究区农田土壤有机碳(SOC)及其动态变化,为研究区未来耕地可持续利用与管理提供数据支持和科学依据。利用生物地球化学模型DNDC,选取IPCC AR4报告中的BCCR_BCM 2.0的B1模式,在基于研究区土壤性质和农业管理制度等建立的GIS区域数据库的支持下,模拟研究区2011—2041年SOC动态变化。结果表明:1)DNDC模型能够较好地模拟特定气候条件下SOC及其动态变化,模拟值和观测值的相关系数r为0.981,达到0.01水平下的极显著相关关系;模拟值和观测值的RMSE值为16%,模拟结果较好。2)未来30 a研究区农田0~20 cm土层SOC密度和储量均呈显著增加态势,单位面积碳增量2 637.07~8 091.55 kg(C)·hm~(-2),增幅为10%~34%,新增固碳量2.7×10~5~8.3×10~5 t,年均增速87.9~269.7 kg(C)·hm~(-2)·a~(-1)。3)未来30 a川东平行区县域农田土壤总体呈持续碳增汇状态,研究区固碳、丢碳以及相对平衡三者间的差异将逐渐凸显。