甘肃景泰盐碱地枸杞林生态系统效益

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自从19世纪末以来,人类活动引起大气CO2的浓度由工业革命前的280ppm上升到目前的将近400ppm,目前还在以2.2ppm yr-1的速度继续上升。由于大气层温室气体辐射强迫的增加,地球表面的平均温度自从1880年以来增加了0.8℃,如果目前的情景继续延续,到2100年地球表面的温度将再增加3-7℃。自从1976年以来,全球温度增加速度为0.15℃/10年,超出了0.1℃/10年的临界值,增温超出临界值之后,生态系统将难于自我调整。北半球的大部分地区,尤其是中高纬度地区的陆面降雨以0.5-1%/10年的速度增加,亚热带地区的降雨以0.3%/10年的速度递减。全球变化的影响包括:冰川与冰帽的缩小、海平面上升、作物产量下降、生态系统功能降低、极端天气现象频率增加尤其是干旱增加、生物多样性丧失、粮食安全受到威胁等。目前,人类活动向大气排放的温室气体的主要排放源是化石燃料,其次是土地利用、土地利用变化等,约占总净排放的30%,大部分土地利用引起的温室气体排放主要与热带地区的毁林与土地利用变化有关。全球气候变化已日益引起国际社会的广泛关注。人们十分关注稳定大气C02与其它他温室气体的浓度,从而缓解全球变暖的危险。目前,人类应对气候变化有两种基本的战略策略:温室气体的减缓与适应其产生的影响。陆地碳汇被认为是一种双赢战略,成本-效益合算,能够产生多层次效益。农业、林业碳汇是陆地碳汇的主要组成部分,农业、林业生态系统碳固存措施在全球大部分生态区都可以采用,在减缓气候变化方面具有十分重要的作用,所以,越来越受到国际社会的关注,越来越多的国家正在考虑将农业、林业碳汇纳入国家的减排战略。经济林、防护林与农林复合系统是中国林业的重要组成部分,是我国的主要土地利用类型,在全球碳循环中占有重要地位。经济林面积占我国土地总面积的1.15%,经济林已成为改善生态环境、调整农业结构、繁荣农村经济的重要措施,经济林不但能够增加农民的收入,还可增加植被碳固定,而且促进土壤有机碳积累,但是,中国经济林、灌木林、景观林、防护林态系统的碳分布、收支、动态、固碳能力等方面的研究十分有限。本研究通过实地测定与CBPmodel研究了甘肃景泰枸杞林生态系统的碳效益,利用CBP模型中的DPSIR(驱动-压力-状态-影响-响应)与CBA(成本效益分析)方法对影响枸杞碳固存的因素进行分析,主要的研究结论包括:(1)5年(5a)、8年(8a)林地的土壤年呼吸呈单峰曲线,年变化过程平缓。5a于7月达到峰值,1月份出现最小值;8a于8月份达到峰值,最小值出现在1月份;而裸盐碱地的土壤呼吸年际变化平缓,峰值出现在4月份,最小值出现在1月份。在非生长季,裸盐碱地的土壤呼吸速率均高于5a与8a;而在生长季,土壤呼吸速率的排序是:5a>8a>裸盐碱地。(2)在生长季(8月)裸盐碱地的土壤呼吸日变化呈单峰曲线,而5a和8a枸杞样地土壤呼吸日变化均为双峰曲线,5a、8a、裸盐碱地的土壤呼吸速率在生长季的日变化均值的排序为:5a>8a>盐碱地。土壤表层的含水量较深层的含水量对土壤呼吸的影响更大;土壤呼吸与各层土壤的有机质、全氮含量之间存在极显著的正相关性,而土壤的全盐量以及电导率与土壤呼吸之间呈负显著的相关性。(3)次生盐渍化土地种植枸杞后土壤有机碳、活性有机碳和非活性有机碳含量显著增加;碳库活度和碳库活度指数有所增加,碳库指数和碳库管理指数明显增加,土壤质量得到改善。随着枸杞林年限的增加,土壤总有机碳、非活性有机碳、碳库指数持续增加;活性有机碳含量、碳库管理指数在前期明显增加,4年(4a)-7年(7a)之后又逐渐降低,这与枸杞植株老化、修剪和土壤有机物料投入等管理措施有关,人类管理措施对枸杞林土壤碳库具有重要的影响。(4)盐碱地枸杞栽培显著提高了地上植被碳储量、地下根系碳储量;枸杞林植被碳储量主要分布于地上部分,不同林龄地上部分所占植被碳储量地比例均超过65%。枸杞栽培也显著提高了土壤不同层次的碳储量,4a、7a和11a生枸杞林地1m深度土壤有机碳储量较盐渍化土地提高了36.4%、37.3%和43.3%。在枸杞林生态系统中,土壤是主要的碳库,所占系统碳储量的比例均超过90%。枸杞生态系统地主要碳输出形式包括果实输出、枝条修剪等。枸杞果实物质输出以全碳为主,占到总物质数的92.3%;修剪枝物质输出也以全碳为主,占到总物质数的97.8%。(5)退化土地造林在土壤碳固存方面具有巨大的潜力。用适宜的树种进行经济林栽培不但能够加强土壤肥力,而且可以将碳固存于土壤与植物体中。CBP模型的模拟结果显示:在10年时间尺度上,盐碱地枸杞栽培对土壤碳固存与减排方面具有显著的正影响。裸盐碱地的固碳速率为4.1 Mg CO2e yr-1ha-1,而枸杞的为12.9MgCo2eyr-1ha-1,包括土壤固碳:6.2MgCO2eyr-1ha-1,生物量固碳:7.3MgCO2eyr-1ha-1。景泰枸杞中使用了N肥,引起的N20的排放量为0.56 MgCO2eyr1ha-1。项目的碳效益为-8.81MgCO2eyr-1ha-1。根据CBP模拟,甘肃的枸杞林碳固存能力2012年达215,004MgCO2eyr-1ha-1,甘肃的枸杞栽培面积将持续增加,枸杞林在减排与碳固存方面具有巨大的潜力,加之其他经济林的发展,经济林在减缓气候变化方面有巨大的作用。DPSIR框架包括驱动因素、压力、状态、影响与响应。在枸杞栽培背景下,增加收入与扩大耕地面积是枸杞栽培的基本驱动因素,压力来自与施肥与灌溉。枸杞林生态系统处于碳固存的状态。社会响应涉及管理问题。社会响应包括政策支持与激励、改善目前的农田排水系统,给农民提供优惠便捷的农村金融贷款;使农民的“参与式”培训制度化,促进他们全面参与;加强技术推广支持;改革目前的水价制度机制;改善灌溉技术;采用覆盖或者间作绿肥作物;加强专业协会与合作社的作用,以及提升当地的加工能力等。CBA分析表明:枸杞栽培在10年期限尺度上,净现值为US$31,310 ha-1,内部收益率为65%,投资回收期为3.4年。枸杞栽培不仅经济效益显著,而且可以利用盐碱地与固碳,获得了可观的经济收益与固碳的双赢效果。枸杞栽培产业也产生了一些外部效益。如果目前的政策与市场状况持续,枸杞栽培将继续为当地产生社会经济以及生态效益方面的福利。
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