典型湿地生态系统碳蓄积与碳循环模拟

论文摘要

湿地是四大陆地生态系统之一，了解和掌握其有机碳的蓄积状况以及整个生态系统碳循环特征是全球碳循环研究的重要基础，也是全球气候变化研究的重要内容之一。本文以三江平原湿地和洞庭湖滩地为研究对象，通过野外调查、取样、分析，同时采用有机质分组方法，研究我国中温带和亚热带地区湿地有机碳的分布、组成、积累状况及其变异特征，揭示不同湿地类型有机碳积累差异的主要影响机制；构建湿地生态系统碳循环模型，利用室内模拟培养试验率定模型的主要参数；并结合野外定位观测资料对所建模型进行验证。主要结果如下： (1)中温带3类典型湿地泥炭沼泽、腐殖质沼泽、沼泽化草甸剖面上部存在明显的储碳层(有机碳含量＞30 g／kg)，且厚度存在显著差异，泥炭沼泽(70～130 cm)明显高于腐殖质沼泽(18～58cm)、高于沼泽化草甸(11～29cm)；不同类型及同一类型湿地储碳层内有机碳含量差异较大；亚热带湖州湿地有机碳含量相对较低，没有形成稳定的储碳层。 (2)活性的轻组碳是中温带典型湿地有机碳大量积累的主要原因。储碳层内，轻组碳占总有机碳的比例随剖面深度的增加而逐渐下降，有机碳的分解程度随深度的增加而逐渐增加，反映了湿地有机碳的自然累积过程。亚热带湖州湿地剖面上，轻组碳含量较低，轻组碳占总有机碳的比例具有明显的层次性，随洪水输入／输出的有机碳对湖州湿地碳蓄积具有重要影响。 (3)湿地剖面有机碳与全氮、有机碳与水分之间均存在较强的耦合关系，全氮含量和含水量均随有机碳含量的增加而增加。不同类型湿地沉积物有机碳与水分的响应关系存在一定差异。当有机碳含量较低时，全氮和含水量随有机碳变化的反应较为敏感，但当有机碳含量达到一定水平(＞300 g／kg)后，二者之间相互响应的敏感性逐渐降低。建立并验证了湿地沉积物容重的估算方法，为湿地碳储量的估算提供了依据。 (4)中温带泥炭沼泽1m内单位面积碳储量为64.5(±8.9)×10~9 g／km~2，显著高于腐殖质沼泽和沼泽化草甸；亚热带湖州湿地的1m碳储量较低，约为20×10~9 g／km~2，

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 典型湿地生态系统碳蓄积特征与模拟模型研究进展
• 1.1 引言
• 1.2 湿地概念与分类
• 1.3 湿地生态系统碳蓄积
• 1.3.1 湿地生态系统碳循环
• 1.3.2 湿地生态系统碳输入
• 1.3.3 湿地生态系统碳积累
• 1.3.3.1 湿地有机碳积累过程
• 1.3.3.2 有机碳密度和储量的估算
• 1.4 湿地生态系统碳循环模型
• 1.4.1 湿地生态系统碳输入的模拟
• 1.4.1.1 生态系统植被碳固定的估算
• 1.4.1.2 影响生态系统碳固定的因素
• 1.4.2 湿地有机碳积累模拟模型
• 1.4.2.1 统计模型
• 1.4.2.2 动力学模型
• 1.4.3 湿地碳循环模型考虑的因子
• 1.4.4 湿地碳模型评价
• 1.4.4.1 统计与模拟模型
• 1.4.4.2 模拟尺度/精度
• 1.5 问题与展望
• 1.6 技术路线
• 第二章 研究内容与研究方法
• 2.1 研究区域概况
• 2.1.1 中温带三江平原区域
• 2.1.2 亚热带洞庭湖区域
• 2.2 研究方法
• 2.3 沉积物/土壤样品的采集与分析
• 2.3.1 样品采集
• 2.3.1.1 中温带湿地样品采集与制备
• 2.3.1.2 亚热带区域样品采集与制备
• 2.3.2 样品分析
• 2.4 室内模拟培养试验
• 2.4.1 培养试验材料
• 2.4.2 培养试验设置
• 2.4.2.1 水分对湿地碳矿化的影响研究
• 2.4.2.2 温度对湿地碳矿化的影响研究
• 2.4.2.3 冻融交替过程对湿地碳矿化的影响研究
• 2.4.3 培养试验装置
• 2.4.4 分析测试
• 2.5 植被生物量测定方法
• 2通量观测方法'>2.6 CO₂通量观测方法
• 2.7 模型程序编写
• 第三章 典型湿地有机碳、全氮剖面分布及其耦合特征
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 典型湿地有机碳剖面分布与变异
• 3.3.1.1 中温带湿地沉积物剖面有机碳分布及变异特征
• 3.3.1.2 亚热带湿地有机碳分布与变异
• 3.3.2 典型湿地有机碳组成
• 3.3.2.1 中温带典型湿地有机碳组成
• 3.3.2.2 亚热带湖州湿地有机碳组成特征
• 3.3.3 典型湿地氮素的赋存
• 3.3.3.1 中温带湿地氮素的赋存
• 3.3.3.2 亚热带湖州湿地氮素的赋存
• 3.3.3.3 典型湿地有机碳与全氮的耦合
• 3.3.4 典型湿地有机碳与水分的祸合
• 3.4 小结
• 第四章 湿地沉积物容重估算方法的建立与验证
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 样品采集与分析
• 4.2.2 湿地沉积物容重估算方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 小结
• 第五章 典型湿地有机碳、全氮蓄积特征
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 典型湿地沉积物剖面有机碳、氮密度及变异特征
• 5.3.1.1 典型湿地沉积物有机碳密度及变异特征
• 5.3.1.2 典型湿地全氮密度及变异特征
• 5.3.2 典型湿地单位面积碳、氮蓄积特征
• 5.4 小结
• 第六章 湿地生态系统碳循环模型建立
• 6.1 引言
• 6.2 概念模型
• 6.3 植被碳固足子模型的建立
• 6.3.1 光合作用和呼吸作用子模块
• 6.3.1.1 光合作用
• 6.3.1.2 呼吸作用
• 6.3.2 干物质积累子模块
• 6.3.3 同化物分配
• 6.3.3.1 同化物分配
• 6.3.3.2 茎营养物质转移到根
• 6.3.3.3 枯落物的形成
• 6.3.4 气象和环境因子函数 A的计算
• 6.4 湿地沉积物碳循环子模型的建立
• 6.4.1 模型描述
• 6.4.2 模型变量与参数
• 6.4.3 参数校正
• 第七章 湿地碳循环模型参数体系
• 7.1 引言
• 7.2 材料与方法
• 7.2.1 植被生产力子模型参数体系
• 7.2.2 基质碳周转子模型参数体系
• 7.2.2.1 水分对湿地碳矿化的影响研究
• 7.2.2.2 温度对湿地碳矿化的影响研究
• 7.2.2.3 冻融交替过程对湿地碳矿化的影响研究
• 7.2.2.4 样品分析
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 水分参数率定
• 7.3.1.1 水分对湿地有机碳矿化的影响
• 7.3.1.2 水分影响系数
• 7.3.2 温度参数率定
• 7.3.2.1 气温与沉积物温度的校正
• 7.3.2.2 温度对湿地有机碳矿化的影响
• 7.3.3 冻融交替影响因子率定
• 7.3.4 其他校正因子
• 7.4 小结
• 第八章 湿地碳循环模型检验与情景预测
• 8.1 引言
• 8.2 材料与方法
• 8.2.1 模型驱动因子
• 8.2.2 资料来源
• 8.3 结果与讨论
• 8.3.1 模型验证
• 8.3.1.1 湿地植被碳固定模拟值与实测值比较
• 8.3.1.2 湿地生态系统碳呼吸通量模拟值与实测值比较
• 8.3.1.3 湿地碳积累模拟值与实测值比较
• 8.3.2 模型灵敏度分析
• 8.3.3 气候变化的情景预测
• 8.4 小结
• 第九章 主要结论与有待进一步解决的问题
• 参考文献
• 作者简介
• 致谢