太湖流域典型耕地利用方式变化对温室气体排放影响机理与评估

According to the scientific issues in evaluating the impacts of cropland use change on greenhouse gas(GHG) emissions, and the practical demands in developing low-carbon economy in Taihu Lake basin, the impact mechanism and extent of cropland use change on GHG emissions are to be investigated. Wuxi City is chose as the case of study area, with the most representative cropland use change. Two typical types of cropland use, including rice-wheat rotation and rice-rape rotation, are focused as the study objects. Three major aspects of this project are completed as the following：(1) Spatial and temporal change of cropland use pattern in the last 15 years in the study area is rebuilt by integrating remote sensing and GIS techniques, field surveys and geo-statistics methods.(2)The relations and impact mechanisms among three types of GHG emissions are investigated, and the impact mechanisms of typical cropland use change on GHG emissions will be explored, based on the flux observation of CO2, CH4, N2O and field sampling in Taihu Lake basin, integrating with eddy covariance method and the static chamber-gas chromatography method. (3) The DNDC model will be modified, calibrated and integrated, to acquire a series of regional optimized model parameters, which are suitable for simulating the impacts of cropland use change on GHG emissions in Taihu Lake basin. Spatial and temporal pattern change of GHG emissions are simulated with the modified model at 50m grid scale, and the impact extent of cropland use change is evaluated. The successful implementation of this project will help to reduce the uncertainty in assessing GHG emissions from the agro-ecosystems, promote low-carbon economy development in Taihu Lake basin, and enrich the theories and methods in investigating LUCC and GHG emissions.

从耕地利用变化对温室气体排放影响评估面临的科学问题，以及太湖流域发展低碳经济的现实需求出发，选择最具代表性的无锡市为典型区，以稻麦轮作和稻油轮作耕地为研究对象，重点开展三方面研究：（1）综合运用遥感与GIS技术、实地调查及地统计方法，重建典型区近15年耕地利用方式变化过程与格局；（2）利用涡度相关法和静态箱-气相色谱法，开展典型耕地利用方式CO2、CH4、N2O通量观测与采样分析，辨识三种温室气体排放的相互关系及影响机制，揭示太湖流域典型耕地利用方式变化对温室气体排放的影响机理；（3）修正与率定DNDC模型，获取一套适用于模拟太湖流域耕地利用方式变化对温室气体排放影响的区域化模型参数，模拟与评估典型区耕地利用方式变化对温室气体排放的综合影响。本课题的实施，有助于降低农业生态系统温室气体排放评估的不确定性，有助于推动太湖流域低碳经济发展，丰富LUCC与温室气体排放研究的理论与方法。

从耕地利用变化对温室气体排放影响评估的科学问题，以及太湖流域发展低碳经济的现实需求出发，以典型稻麦轮作耕地为研究对象，重点开展三方面研究：（1）综合运用遥感与GIS 技术、实地调查及地统计方法，重建典型区近15 年耕地利用方式变化过程与格局；（2）利用涡度相关法和静态箱—气相色谱法，开展典型耕地利用方式（6种控制实验条件）CO2、CH4、N2O 通量观测与分析，辨识三种温室气体排放特征与相互关系，揭示典型耕地利用方式变化对温室气体排放的影响机理；（3）率定DNDC和BIOME-BGC模型，获取适用于模拟太湖流域耕地利用方式变化对温室气体排放影响的区域化模型参数，模拟与评估典型区耕地利用方式变化对温室气体排放的影响程度。结果表明：（1）太湖流域2000-2015年水田被占用现象较为严重，占各地类总转换面积76.2%，建设用地对水田占用的占补平衡多以异地占补平衡为主。（2）典型稻麦轮作农田生态系统碳交换（NEE）季节变化呈W型双峰特征，年均NEE为-767.5 gC∙m-2∙y-1。（3）不同秸秆还田模式稻季CH4排放通量均呈明显的季节变化，排放通量W5>W4>W3>W2>W1>W0，麦季CH4排放量无明显季节变化；不同秸秆还田模式稻季N2O排放的季节变化趋势基本相同，排放通量W3>W2>W4>W5>W1>W0，麦季N2O排放量无明显季节变化。（4）5种控制实验CH4通量拟合R²在0.79-0.89，均达到较好的模型精度；基于DNDC模拟的CH4排放通量W5>W3>W4>W2>W1，稻季秸秆还田对CH4排放影响显著，且大于麦季秸秆还田的影响；不同秸秆还田模式对N2O排放基本没有影响；土壤有机碳SOC累积与CH4排放变化趋势一直，全球升温潜势GWP从高到低依次为W1>W2>W4>W3>W5。（5）土地利用变化导致太湖流域1985-2010生态系统NEP减少3.06 TgC，占1985年流域NEP总量的21.7%；大气CO2浓度/氮沉降浓度上升，提高生态系统固碳1.55 TgC，占土地利用变化导致NEP减少总量的50%。（6）建成太湖流域资源环境基础数据库一个，包括土地利用、气象、土壤、DEM、社会经济和CH4/N2O/CO2通量数据。本课题实施，有助于降低农业生态系统温室气体排放评估的不确定性，有助于推动太湖流域低碳经济发展，丰富LUCC 与温室气体排放研究的理论与方法。