若尔盖高原湿地-草地区域碳收支多时空尺度观测与模拟

Peat wetland of Zoige plateau is one of the most important carbon reservoirs of China and even the world. The degradation of wetland has become serious caused by human disturbance in the past 40 years. Changes in carbon budget and the transformation of carbon source and sink caused by the ecosystem evolution is the key scientific issue when estimating the carbon budget of Zoige peat swamp. By choosing the typical wetland-grassland ecosystem, through the integrated method that combines the multi-scale "region-transect-plot" gradient surface observation, grazing fence experiment, and the "satellite-airborne-ground" synchronous integration experiment together, this proposed program will strive to recognize the mechanism of regional carbon budget disturbed by human, to analyzes the transforming relationships among surface carbon fixation parameters at different scales, and then to explore the simulating uncertainties and the control method of ecological mechanism model at different scales to reveal the mechanism connection between process of different scales. Finally, the research will evaluate the potential of carbon sequestration of the terrestrial ecosystem at the study region. The project focuses on the influence of human disturbance to terrestrial ecosystem carbon budget and has significant regional characteristics. It has significant innovation on the multi-scale observing and cross-scale simulating for estimating the regional carbon budget. The successful implementation of the project not only has obvious practical significance, but also is helpful to deepen understanding the uncertainties among observations and simulations. The work finally is conducive to solving the scale issue of the carbon budget simulation and promoting the development of theory and technology of ecosystem carbon budget.

若尔盖高原泥炭湿地是我国乃至世界重要的碳库资源之一。近40年来人为干扰导致湿地草甸化、草地退化现象严重，其生态系统演变引起的收支变化以及碳源/汇转换，是若尔盖泥炭沼泽区域碳收支估算关注的关键科学问题。本研究选择典型湿地-草地生态系统，基于"区域-样带-样方"的多尺度梯度地面观测、放牧围栏试验、"星-机-地"一体化同步遥感观测试验，认识人为干扰下的区域碳收支机制，分析地表固碳参数的尺度转化关系，探索不同尺度生态机理模型模拟不确定性及其控制方法，揭示不同尺度过程之间的机理联系，最终评估区域生态系统固碳潜力。本研究具有显著的区域特色，突出为人干扰对陆地生态系统碳收支的影响，在区域碳收支多尺度观测及其与模型融合的跨尺度碳收支模拟上有明显创新。该项目的成功实施，不但具有显著的实践意义，同时也有利于认知和解决碳收支模拟的不确定性和尺度问题，推动陆地生态系统碳收支研究理论与技术方法的发展。

若尔盖高原泥炭湿地是我国乃至世界重要的碳库资源之一。近40年来人为干扰导致湿地草甸化、草地退化现象严重，其生态系统演变引起的收支变化以及碳源/汇转换，是若尔盖泥炭沼泽区域碳收支估算关注的关键科学问题。本研究选择典型湿地-草地生态系统，基于“区域-样带-样方”的多尺度梯度地面观测、放牧围栏试验、“星-机-地”一体化同步遥感观测试验，认识人为干扰下的区域碳收支机制，分析地表固碳参数的尺度转化关系，探索不同尺度生态机理模型模拟不确定性及其控制方法，揭示不同尺度过程之间的机理联系，最终评估区域生态系统固碳潜力。经过四年研究，项目取得了下列研究成果：. （1）面向生态系统尺度，建立了不同水分梯度和放牧强度的永久观测样地，开展了样地尺度生长季碳收支关键参量时间序列观测，构造了不同水分梯度和放牧强度的对比观测实验；构建了典型湿地退化样带，开展了高原湿地-草地生态系统多时相的星-机-地同步一体化观测实验；开展了整个区域尺度碳收支关键参量野外测量；积累了研究区多空间尺度、多时相的碳收支综合观测实验数据；. （2）利用野外观测数据，掌握了生态系统尺度的碳收支规律以及不同人为干扰强度对碳收支的影响；利用多尺度观测数据，分析了地面样点尺度、样带尺度、区域尺度的碳收支参数反演的不确定性；建立了以无人机数据为桥梁的地面点观测到遥感像元观测的多尺度碳收支参量尺度转换模型；. （3）基于多尺度观测数据，实现了区域尺度碳收支遥感模型-CASA模型的参数优化；进行了生态系统过程模型DNDC模型的参数敏感性分析与改进；进行了湿地-草地生态系统植被覆盖度的多尺度监测；开展了湿地水循环关键参量的遥感反演；基于放牧强度对比观测实验和水分梯度观测实验数据，开展了不同放牧强度对若尔盖高原湿地-草地碳收支影响的模拟；基于MODIS数据和改进的DNDC模型，实现了近15年若尔盖高原湿地-草地碳收支时空变化过程分析；. （4）2000-2014年，若尔盖高原湿地-草地生态系统为碳汇，平均每年固定的净碳量达到了14.47 TgC，占我国草地年碳汇潜力的1.87%。除沙地外的土地利用类型的NEP 均大于零，为该区域大气CO2 的汇。其中，沼泽湿地、泥炭湿地及湿草甸单位面积NEP 最大，草甸和草原区域NEP 总量最多。沙地单位面积年平均NEP 约为-78.481 kgC/hm2，是大气CO2 的源。