太湖流域耕地利用方式变化对碳循环影响研究- - 以无锡市为例

基于区域土地利用变化的碳循环影响研究动态及问题，及太湖流域低碳经济发展现实需求，选择无锡市为研究典型区，流域典型土地利用方式- - 耕地为对象，围绕耕地利用方式变化的碳循环影响机理与评估问题，重点开展以下研究：（1）综合运用遥感与GIS技术、野外调查及地统计方法，重建典型区近25年耕地利用方式时空变化过程；（2）依托太湖野外观测站，开展典型耕地利用方式的CO2通量定位观测与采样分析，获取影响碳循环的关键生理生态参数，揭示典型耕地利用方式的碳循环机理；（3）修正与率定Biome-BGC模型，在30m空间尺度上，模拟典型区耕地利用方式时空变化的碳循环响应格局；利用GIS空间叠加统计分析，揭示典型耕地利用方式变化对碳循环的影响机理，总量评估耕地利用方式时空变化对碳循环的影响程度。本课题有助于推动太湖流域低碳经济发展，及深化土地利用变化与碳循环研究的理论与方法。

通过收集多源遥感数据，重建了典型区1985-2010年土地利用变化关键过程；利用涡度相关技术和静态箱-气相色谱法，获取了稻麦轮作、稻油轮作和茶园的碳通量及关键生理生态参数，揭示了其碳循环特征与影响机理；利用改进的Biome-BGC模型模拟评估了1985-2010年耕地利用变化的碳循环响应格局及影响程度。正式发表论文10篇，其中二区SCI 1篇，EI 1篇，CSCD 8篇，圆满完成本项目研究内容与任务。主要结论如下：（1）无锡市1985-2010年LUCC集中表现为耕地转化为建设用地，建设用地增长752.5 km²（1.8倍），耕地减少754.7 km²（减少27.4%）。耕地以一年2熟为主，复种指数总体呈下降趋势，从1995年197%下降到2010年178%。（2）典型稻麦轮作耕地NEE季节变化呈典型W型双峰特征，年均NEE 767.2gC∙m-2∙yr-1。考虑作物籽粒碳和秸秆全部还田，净吸收88.12gC∙m-2∙y-1，为弱碳汇；如不实施秸秆还田，考虑作物籽粒碳后，净排放448.7gC∙m-2∙y-1，为碳源。日均NEE和白天NEE季节变化与作物高度显著相关；白天NEE与光合有效辐射PAR显著相关；小麦（>15℃）/水稻(>25℃），PAR>1800 µmol/m2/s时，存在光抑制现象；高温(>30℃）对水稻产生显著的高温胁迫。当土壤水分低于田间持水量时，夜间NEE主要受土壤温度影响，反之受土壤温度和水分双重影响。麦季降水增强了土壤呼吸，稻田淹水与烤田交替对土壤呼吸产生明显的抑制或激发短时效应。（3）油菜白天NEE均值达-0.51mg∙m-2∙s-1；苗期NEE呈稳定排放状态，且无明显日变化；蕾薹期至开花期，油菜NEE呈平稳上升趋势，最大吸收峰出现在开花期；开花期至成熟期，碳吸收逐渐减弱，但仍为碳汇。茶园NEE日变化呈单峰特征，年均NEE-148.0gC∙m-2∙yr-1；固碳能力20年茶园> 9年> 3年；茶园修剪大幅削减其固碳功能。（4）S1情境下，1985-2010年NEE总量减少237.4TgC（15.7%）；S2情境下，NEE总量减少386.6TgC（27.0%）。无锡市1985-2010年土地利用变化导致NEE减少386.6TgC，大气CO2和氮沉降浓度上升使固碳提高了149.2TgC，占土地利用变化导致NEE减少总量的38.6%。