黄土高原典型流域碳水平迁移对生态系统碳源汇的影响研究

Estimating carbon balance in erosional and depositional landscapes is complicated by the effects of soil redistribution on both vegetation productivity and decomposition. Recent studies are contradictory as to whether soil erosion does or does not constitute a carbon sink. Moreover, carbon transfer at the horizontal surface of ecosystems has been neglected at most studies, which induces large uncertainty of carbon budget estimates.This proposed study aims at improving regional estimation of carbon budget by integrating erosion-induced terrestrial carbon sink. Yangquangou basin at the Loess Plateau is selected as the study area. Serious soil erosion events often occurred at the study area,and land cover change has been observed. This study will observe soil erosion and deposition as well as the impacts on carbon cycle at the vrious land cover types. Based on the field measurments, we will conduct Erosion Deposition of Carbon Model (EDCM) calibration and validation, and quantify the magnitude of carbon budget during the past 30 years at the study area. The significance of this study shows that it sheds light on carbon budget estimation.

陆地生态系统土壤侵蚀和沉积作用可导致土壤有机碳在空间上发生水平迁移, 从而改变植被生产力和土壤呼吸作用，显著影响生态系统碳源汇的空间格局。然而,目前陆地碳水平迁移在区域和全球碳平衡的估算中却被严重忽视,降低了区域或全球碳源汇估算的精度。本项目以准确估算陆地碳源汇为出发点,集中于碳循环研究中的最大盲点-碳水平迁移,以我国水土侵蚀严重、生态系统类型丰富、土地利用变化剧烈的黄土高原典型流域为研究对象,通过野外观测实验,研究不同土地利用方式下土壤侵蚀和沉积作用的空间变异特征及其对生态系统碳循环的影响；基于观测结果对碳侵蚀与沉积模型EDCM进行参数化与验证；最后通过EDCM模型模拟整个研究区域过去30年碳源汇状况,定量评估碳水平迁移对生态系统碳源汇的影响。通过该项目的实施,不仅为我国碳循环研究,也为准确估算区域尺度碳源汇格局奠定科技基础。

本项目主要通过观测实验、模型模拟研究土壤侵蚀对于陆地生态碳循环的影响。主要开展的研究工作包括：（1）在黄土高原典型流域（陕西省延安市延河羊圈沟小流域）调查土壤侵蚀状况，特别是分析了不同植被覆盖条件下土壤侵蚀强度，同时开展了土壤侵蚀和堆积区土壤呼吸和植物光合作用速率，研究土壤侵蚀对于碳循环的影响；（2）收集中国28个站点观测的土壤侵蚀数据，站点覆盖黄土高原黄土区、东北黑土区、华中红土区、西南紫色土等主要的土壤侵蚀区域，为验证侵蚀模型在中国的模拟精度提供数据；（3）使用土壤侵蚀模型（RUSLE模型），基于项目观测站点和收集的土壤侵蚀数据进行模型验证，估算1981-2011年全国土壤侵蚀量，分析侵蚀量的时空变化格局；（4）利用目前国际上主流的4种系数方法以及RUSLE估算的土壤侵蚀，量化土壤侵蚀对于中国陆地生态系统碳源汇的影响。通过项目执行，揭示了黄土高原典型小流域不同植被覆盖条件下土壤侵蚀强度，发现了土壤沉积区由于沉积作用造成了土壤紧实，容重增加，降低了土壤呼吸作用。模型研究表明我国土壤侵蚀显著改变了陆地生态系统碳源汇格局，4种方法评估显示每年土壤侵蚀可能造成陆地碳源汇变化在0.19 Pg C碳源到0.24 Pg C碳汇。项目结果强调土壤侵蚀对于陆地生态系统碳循环有着显著的影响，今后碳源汇格局评估需要考虑土壤侵蚀过程的影响。