全新世典型流域人类土地利用对陆地碳库的影响研究

It has been a key issue in global carbon cycle research to clarify whether the rise of CO2 since 8,000 years ago is driven by human land use, since it is meaningful for understanding the relationship among climate change, human activity and carbon cycle. Combining the records and simulation methods, the aim of the research is to study the dynamics of terrestrial carbon storage induced by land use in a typical human activity region-Wei valley during the Holocene. Through sampling, collecting and analyzing the environmental, archaeological and historic records in the valley, and based on Prehistoric Land Use Model (PLUM) and the inverse vegetation method, the spatial changes of Holocene land use and its corresponding background (natural vegetation evolution) in the valley are quantitatively reconstructed; According to the reconstructed paleoclimate parameters, and using the new-integrated past terrestrial carbon cycle model (PCM-SoilGen), the changes of terrestrial (vegetation and soil) carbon pools induced by land use in the valley are simulated, and the relationship between human activity and terrestrial carbon cycle is obtained; The results would reveal the contribution to atmospheric CO2 change by terrestrial carbon emission, and offer the reference for both understanding the mechanism of Holocene atmospheric CO2 rise and evaluating the potential terrestrial carbon sink for different land use strategies in the future.

人类土地利用是否导致8,000年以来大气CO2浓度的升高是当前全球古碳循环研究的热点，它对理解气候变化、人类活动与碳循环之间关系具有重要的意义。本研究结合记录和数值模拟方法，旨在研究我国人类活动典型区渭河流域全新世土地利用对陆地生态系统碳库的影响。通过系统采集、整理和分析环境、考古与历史文献记录，基于项目组发展的古土地利用时空分布模型（PLUM）和植被反演方法，定量化重建全新世土地利用及其自然植被演化背景的空间格局；结合古气候要素定量化重建结果，利用新整合的陆地生态系统古碳循环模型（PCM-SoilGen）模拟土地利用导致的植被土壤碳库变化，进而获得人类活动与陆地碳循环变化的关系，揭示陆地碳库变化对大气CO2浓度变化的可能贡献，为理解全新世大气CO2浓度变化机制、评价未来不同土地利用方式下陆地碳吸收潜力提供参照。

区分自然和人为因素对陆地生态系统碳循环的影响是我们合理评估人类活动对环境和气候变化的贡献，制定应对未来全球变暖发展战略的基础。本项目从代表性的位于气候敏感带且具有悠久人类活动历史的渭河流域入手，通过地质、考古、文献记录和数值模拟相结合的方法，在定量化重建流域古植被、古气候和古土地利用时空格局的基础上，利用区域化改造的古碳循环模型，尝试模拟了自然和人类活动影响情境下的流域陆地生态系统碳库变化。结果显示：全新世期间，渭河流域自然植被经历了草原-森林-草原主导的变化过程，其中森林植被主要分布在山地地区；人类活动强度则从8kaBP以来不断增强，在5-kaBP前后，虽然其总量为现代农田面积的1/4，但空间分布格局与现代类似，在一定程度上影响了地表景观。自然演化背景下的碳储量变化体现了先增加后减少的趋势；人类活动干扰情境下，全新世初期陆地碳库主要受自然变化的过程控制；中期人类活动的贡献超过了自然过程；晚期气候的急剧变化导致自然过程贡献再次成为主导。项目在实施过程中积累了大量古植被和古人类活动基础数据，包括60余个高分辨率孢粉剖面信息，5000余个考古遗址点位信息等。上述结果和数据将为理解全新世大气CO2浓度变化机制、评价未来不同土地覆盖下陆地碳吸收潜力提供参照。