内蒙古典型草原碳储量动态变化研究_博士论文答辩.

内蒙古典型草原碳储量动态变化研究北京师范大学资源学院指导教师：李晓兵教授博士生：李国庆2013.5.281汇报内容21选题背景与研究意义2研究目标、内容及技术路线所取得的初步研究成果34结论与讨论研究方法与创新点51.选题背景与研究意义草地碳汇功能是草地生态系统服务功能重要组成部分（闵庆文等，2004；赵同谦等，2004；姜立鹏等，2007）。对揭示草原生态系统在陆地生态系统碳循环中的作用及定量评价和预测草原碳循环在社会、经济方面的影响有着极其重大的意义（陈晓鹏和尚占环，2011）。近几十年来，我国90%的草地都处于不同程度的退化之中（国家环保部，2011），这使草原生态系统的碳汇功能发生了重大变化，“草地，尤其中国草地，碳汇潜势居于何等地位？这是我们草原工作者必须深思的问题”（任继周等，2011）。Piaoetal，2007Fangetal，2010任继周等，20111.选题背景与研究意义国家自然科学基金重点项目：内蒙古温带典型草原生态系统服务功能变化与区域生态安全（项目编号：41030535）研究区所在位置2.研究目标与研究内容研究目标：以内蒙古锡林郭勒盟典型草原区为研究对象，改进生态系统碳储量估测的TECO-R模型，分析研究区典型草原生态系统碳储量的年际变化规律，探讨气候变化、动物采食及放牧对草原碳储量的影响，研究典型草原不同草原退化等级上碳储量的变化规律。2.研究目标与研究内容研究内容：（1）植被和土壤有机碳时空变化特点分析研究区植被有机碳时空变化特点，了解不同土壤类型的土壤物理性质和土壤有机碳含量的历史和现状。（2）草原退化监测采用遥感和地面观测相结合的方式，分析研究区1989-2011年、不同时间间隔的草原退化特点，判断不同时间间隔内、不同退化程度草原的时空分布特点。2.研究目标与研究内容研究内容：（3）温度和降水对典型草原生态系统碳储量的影响分析气候中的水热条件和典型草原生态系统碳储量的关系，探讨年际气候变化对草原生态系统碳储量的影响。（4）草原退化和典型草原生态系统碳储量的关系通过分析1989-2011年不同时间间隔NPP的退化程度，探讨不同NPP退化等级和典型草原生态系统碳储量的关系。aLW改进的CASA模型qLW：地上生物量碳库qR1：0-20cm根生物量碳库qR2：20-50cm根生物量碳库qs1：0-20cm土壤有机碳库qS2：20-50cm土壤有机碳库qf：凋落物库NDVI：归一化植被指数FPAR：植被冠层对入射光和有效辐射的吸收系数IPAR：拦截的光合有效辐射APAR：植物吸收的光和有效辐射NPP：净初级生产力CASA模型：光能利用率模型VAST模型：植被——土壤碳转换模型土壤质地：包含土壤容重、粒径比、土壤类型其它参数含义同表1.月平均温度IPARFPAR月降水量温度、水分胁迫系数APARNDVIεmax土地利用图、植被类型图月平均温度、月降水总量、月太阳总辐射分布图实际光能利用率HANTS滤波月太阳总辐射Kriging差值NPP重构NDVI序列aRqLWqS2qRqFqR1qR2qS1τLWεR1τR1τR2θs1τs2CO2CO2τFCO2εR2改进的VAST模型ebτs1ea土壤质地技术路线图月降水总量月平均气温NDVI土地利用图气象数据植物群落特征群落植物组成结构指示植物改进的CASA模型NPP退化等级与退化区域气候变化NPP退化与生态退化的关系碳储量评估与动态变化野外实测数据（偏）相关分析植被NPP退化对碳储量的影响改进的TEOC-R模型气候变化、人类活动对生态系统碳库的影响线性趋势斜率草食动物采食强度割草系数人类活动敏感性分析3.创新点以内蒙古典型草原区为研究主体，考虑了刈割和草食动物采食对草原生态系统碳储量的影响，实现了TECO-R模型的改进，使其能更好的模拟草原生态系统碳循环过程。利用TECO-R模型模拟了1km分辨率的1989至2011年内蒙古典型草原区生态系统各碳库（植被、凋落物、土壤）储量的变化情况。探讨了年降水总量、年平均气温、草食动物采食强度、刈割系数变化对生态系统碳储量的影响。通过对植被NPP变化等级的划分，并结合野外植被群落结构调查数据，分析了各NPP变化等级和植被群落结构退化的关系，最后得到了不同NPP变化等级内生态系统碳储量的变化情况。4.所取得的部分研究成果0.01.02.03.04.05.06.07.08.00.01.02.03.04.05.06.07.08.0ModeledValue(kgC/m2)ObservedValue(kgC/m2)SOC(0-20cm)0.01.02.03.04.05.06.07.08.00.01.02.03.04.05.06.07.08.0ModeledValue(kgC/m2)ObservedValue(kgC/m2)SOC(20-50cm)REE（%）RMSE（kg.c/m2）精度(%)SOC23.260.8576.740-20cm17.960.5982.0420-50cm2.003.004.005.006.007.008.009.0010.0011.00土壤有机碳库（kg.c/m2）年份0-20cm20-50cm淡黑钙土2.003.004.005.006.007.008.009.0010.0011.00土壤有机碳库（kg.c/m2）年份0-20cm20-50cm草甸黑钙土2.003.004.005.006.007.008.009.0010.0011.00土壤有机碳库（kg.c/m2）年份0-20cm20-50cm暗栗钙土0.001.002.003.004.005.006.00土壤有机碳库（kg.c/m2）年份0-20cm20-50cm淡栗钙土0.001.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.00土壤有机碳库（kg.c/m2）年份0-20cm20-50cm草甸栗钙土土壤类型均值（kg.c/m2）Min（kg.c/m2）Max（kg.c/m2）Std.（kg.c/m2）面积（km2）盐化栗钙土2.621.723.420.551020.76石灰性草甸土4.362.965.740.811902.20潮土3.942.575.270.841979.19草甸栗钙土4.232.765.470.832020.52淡黑钙土5.553.836.770.922421.51草甸土4.262.835.440.774106.42暗栗钙土4.852.956.300.945908.85淡栗钙土1.550.841.980.395941.29草原风沙土3.322.114.210.586837.55栗钙土3.742.464.940.7758171.90表1.0-20cm土壤碳库（1989-2011年）表2.20-50cm土壤碳库（1989-2011年）土壤类型均值（kg.c/m2）Min（kg.c/m2）Max（kg.c/m2）Std.（kg.c/m2）面积（km2）盐化栗钙土3.302.195.530.831020.76石灰性草甸土4.853.567.190.981902.20潮土4.162.906.650.981979.19草甸栗钙土4.523.217.070.982020.52淡黑钙土6.875.098.621.092421.51草甸土5.163.717.390.994106.42暗栗钙土4.733.167.160.995908.85淡栗钙土2.161.193.940.655941.29草原风沙土3.752.545.440.716837.55栗钙土4.062.906.690.9758171.90年份Min（kg.c/m2）Max（kg.c/m2）Mean（kg.c/m2）Stdev（kg.c/m2）19890.09016.2386.1862.60619900.09716.9427.6842.49019910.08413.9565.7722.23319920.10016.5606.4152.45019930.09717.1897.5722.82519950.09420.3738.4473.30819960.09324.5559.4523.38519970.10221.7427.6722.78519980.10722.80813.3873.72119990.16121.67210.5693.47220000.12221.3456.4772.99320010.10817.6986.6463.18820030.08919.2429.5713.30120040.09320.7088.8853.40720050.08921.45910.7533.93920060.10221.6268.8543.15920070.09920.4048.4453.05920080.08520.4409.6123.13420110.08818.3199.1902.883表3.生态系统碳库（1989-2011年）4.所取得的初步研究成果温度及水分校正碳周转时间模块（IDL）各碳库周转过程模块（IDL）