土地利用变化对中国土壤碳储量变化的间接影响

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1、第21卷第2期地球科学进展Vol.21No.22006年2月ADVANCESINEARTHSCIENCEFeb.，2006文章编号：1001-8166（2006）02-0138-06*土地利用变化对中国土壤碳储量变化的间接影响1，21，3周涛，史培军（1.北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室，北京100875；2.北京师范大学资源学院资源科学研究所，北京100875；3.北京师范大学资源学院灾害与公共安全研究所，北京100875）摘要：中国土壤有机碳储量及其在全球变暖背景下的变化趋势是影响全球碳循环的一个重要因素。土地利用变化对土

2、壤有机碳储量既有直接影响，也有间接影响。一方面，土地利用变化直接改变了生态系统的类型，从而改变了生态系统的净初级生产力（NPP）及相应的土壤有机碳的输入。另一方面，土地利用变化潜在地改变了土壤的理化属性，从而改变了土壤呼吸对温度变化的敏感性系数（常用Q10表示）。在全球变暖背景下，Q10值的改变显著影响着土壤有机碳释放的强度。利用生态系统碳循环过程模型（CASA模型）反演了不同土地利用类型下的Q10值，并评价了土地利用类型的改变对土壤有机碳储量变化的间接影响。研究结果表明，林地与草地转换成耕地后将增大土壤呼吸的Q10值，此外，人类通过灌溉、

3、氮肥的施用也能增大土壤呼吸的Q10值，从而使得全球变暖背景下土壤呼吸的碳通量有所增强。关键词：土壤呼吸；温度敏感性；CASA模型；中国中图分类号：X144文献标识码：A土地利用及其变化对土壤有机碳储量具有明显1研究背景及目的［4］的影响。一方面，土地利用变化直接改变了生态由于人类活动释放大量的温室气体CO2到大气系统的类型，从而改变了生态系统的NPP量及相应中，从而引起全球变暖及相应的环境变化［1］。如何的土壤有机碳的输入［5］。研究表明，土地利用变化使生态系统固定更多的碳，从而减缓大气CO2的增直接影响着中国土壤有机碳储量的变化，如基于土

4、长速度是当前国际社会的一个热点问题［2］。以缓壤剖面的配对样本的T检验表明森林与草地转变［4］解大气温室气体浓度为目标的“京都议定书”的实成耕地后土壤有机碳储量显著地降低了。另一施使生态系统固碳从单纯的科学问题变成一个政方面，由于土地利用变化潜在地改变了土壤的理化治、经济问题。基于生态系统模型的研究结果表明，属性，从而改变了土壤呼吸的温度敏感性系数（常最近20年来中国生态系统的净初级生产力（NPP）用Q10表示），Q10值的改变反过来又会间接影响气候［3］变暖背景下土壤有机碳释放的强度，从而间接地影有明显的增长趋势。考虑到生态系统碳的源汇功

5、能不仅取决于通过光合作用进入生态系统的NPP响到土壤的碳储量变化。量，而且取决于通过土壤呼吸向大气释放的土壤有Q10表示土壤温度上升10℃土壤呼吸增强的倍机碳，因此评价全球气候变暖和不同土地利用背景数，因此它是反映土壤碳释放对全球气候变暖反馈［6，7］下的土壤碳释放的变化趋势具有重要的意义。强度的一个关键指标。由于全球变暖将导致更*收稿日期：2005-12-20；修回日期：2006-01-11.*基金项目：国家自然科学基金项目“基于遥感和过程模型反演中国土壤呼吸的关键参数”（编号：40401028）；国家自然科学基金杰出青年基金项目“陆地表

6、层人地系统相互作用机制的地理样带研究”（编号：40425008）资助.作者简介：周涛（1972-），男，湖南冷水江人，副教授，主要从事土地利用/覆被变化与陆地生态系统碳循环研究.E-mail：zhoutao＠ires.cn第2期周涛等：土地利用变化对中国土壤碳储量变化的间接影响139多的CO2释放到大气中，因此土壤呼吸与全球变暖和实测的土壤有机碳储量的差异最小。［1，8］是一个正的反馈关系。确定不同土地利用方式为了模拟土壤有机碳储量，本文采用CASA生［22，23］下的Q10值及土地利用变化后Q10值的可能变化有物圈碳循环过程模型来估算土壤

7、有机碳储量。助于了解人类活动对土壤碳释放的间接影响。CASA模型采用遥感观测数据（NDVI）并结合地面土壤呼吸的温度敏感性系数受很多因素影响。的气象观测数据和土壤质地、植被类型分布图来研研究表明Q10值的大小受土地覆盖与土地利用类型究陆地生态系统碳通量和碳储量的空间分布规律。［9］［6，10，11］［12～15］中国学者也成功地利用CASA的NPP子模块模拟的影响，此外，土壤温度、土壤湿度，［16～18］了中国净初级生产力（NPP）的分布和变化趋势［3］。以及土壤有机碳的数量与质量均会影响Q10值的大小。人类活动直接改变了土地覆盖与利用的类

8、本文主要利用CASA模型的土壤碳循环子模块，以型以及土壤有机碳含量，并在一定程度上影响土壤其NPP子模块估算的NPP和凋落物速率作为土壤湿度和温度以及土壤有机碳的质量，从而通过改