陆地生态系统溶解性有机碳的时空分布格局与通量估算——基于中国三大河流进行分析

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kms2006
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本论文以陆地生态系统碳循环为主题,针对陆地不同生态系统中溶解性有机碳(DOC)从陆源到水生系统的定量输出这一科学问题展开。DOC的横向运输在连接陆地生态系统和海洋生态系统碳循环中起着重要作用。忽视这部分碳的横向流动会导致陆地生态系统有机碳的低估。因此,整合陆地生态系统DOC浓度和通量数据进入碳循环模型中是十分有必要的,尤其是对于直接连接陆地和海洋碳循环模型的发展。然而,要完成此目标就需要更加精确的信息去掌握和预测DOC的动态变化过程。本论文通过全球陆地不同生态系统土壤溶液DOC以及中国三大河流DOC数据的搜集建库并分析其与环境因子,土壤状况及植被净初级生产力(NPP)各因子间的关系,归纳总结了陆地不同生态系统以及中国三大河流DOC循环的研究现状及不足,并提出其研究的技术路线,用于量化全球陆地不同生态系统以及中国三大河流DOC输出通量。具体地,分析并估算了全球陆地不同生态系统及中国三大河流DOC浓度的分布及输出通量,确定了其DOC的来源及驱动因子等一系列工作,详细阐明了DOC在陆地生态系统碳循环中发挥的重要作用。本研究为全球陆地不同生态系统DOC从陆源进入水生系统的碳通量估算提供一定的数据支撑和为基于生态过程的陆地与海洋碳模型的对接提供数据支撑与验证。其主要结果和结论如下:  (1)全球陆地不同生态系统土壤溶液DOC浓度与各因子相关性及其通量输出估算。基于全球陆地不同生态系统土壤溶液DOC实测站点的搜集建库基础上,阐述了陆地不同生态系统土壤溶液DOC浓度的垂直分布以及与土壤状况,环境因子间的相关性分析,明确了森林系统和湿地生态系统中DOC通量输出的主要影响因子。其次,在全球陆地不同生态系统土壤溶液DOC数据库建立基础上,通过土壤溶液DOC输出通量与环境因子以及土壤状况等因子间的关系,建立了经验统计模型,从而对全球森林生态系统和湿地生态系统中土壤溶液DOC输出通量进行了估算,分别是北方森林DOC通量输出约为18.4 Tg·yr-1;温带森林DOC通量输出估算约为15.5 Tg·yr-1;热带森林DOC通量输出估算约为30.4 Tg·yr-1;湿地中DOC通量输出估算约为21.1 Tg·yr-1。  (2)黄河流域溶DOC通量输出及其浓度的空间分布特性。黄河流域处于干旱半干旱的气候区,区域内温度和降雨量成为影响河流DOC浓度变化的重要因子。由于受到流域内气候环境的影响导致气温高,蒸发量大,降雨少,DOC通量输出减少。研究结果表明黄河流域DOC的年均入海通量为0.06 Tgyr-1,流域内年均DOC浓度是2.70±0.38 mg L-1,且DOC浓度表现出明显的季节动态变化。  (3)长江流域DOC通量输出及其与相关因子的关系。长江流域DOC的年均入海通量是1.85 Tgyr-1,流域内年均DOC浓度是2.24±0.53 mg L-1且有明显的季节动态变化。研究结果表明区域内植被NPP与DOC浓度呈显著正相关关系。由于长江流域处于温带和亚热带气候区,温度的适宜和雨量的充沛,导致植被NPP较高,所以区域内植被NPP是引起河流DOC浓度变化的重要因素之一。  (4)珠江流域DOC的通量输出及其影响因子的确定。珠江流域处于温带和亚热带气候区,温度和降雨不再是限制DOC通量的限制性因子,结果表明区域内植被NPP与河流DOC浓度呈显著正相关关系,说明珠江流域区域内NPP是引起河流DOC浓度变化的重要因素。总体地,珠江流域DOC年均入海通量是0.82 Tgyr-1,流域内年均DOC浓度是1.51±0.09 mg L-1。  (5)中国三大流域溶解性有机碳的对比性分析。三大河流中DOC的总体入海通量估算约为2.73 Tgyr-1。研究结果表明在三大河流中DOC通量与径流量之间均呈显著性正相关关系,而DOC浓度与区域内植被NPP呈现较强的相关性(黄河除外)。在三大流域中,长江流域DOC年均通量最高,其次是珠江流域,最低是黄河流域。相应的三大流域中DOC浓度为:黄河流域DOC浓度最高,其次是长江流域,珠江流域最低。由于中国三大流域位于不同的气候带,因此三大流域中的DOC浓度和通量具有显著性差异。其中,黄河流域DOC通量要明显低于长江和珠江流域,主要是由于黄河流域中DOC通量受到了低降雨量,高蒸发量以及较少植被覆盖的限制。本研究是基于地理信息系统的基础上对区域内DOC浓度和通量的差异性进行分析,这将有助于提升对中国河流DOC输出通量估算的整体理解。
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