生態環境中心在農業生態系統溫室氣體排放、高寒植被碳固定以及高寒河流水環境遙感研究方面取得進展

文章來源:生態環境中心碳交易網2020-08-14 13:26

　中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室生態模型與全球變化研究組在農業生態系統溫室氣體排放、高寒植被生態系統碳過程以及高寒河流水環境遙感研究方面取得重要進展，相關研究成果分別發表在Global Change Biology，Agricultural and Forest Meteorology, Journal of Geophysical Research, Remote Sensing等雜志上。

本文+內-容-來-自；中^國_碳+排.放_交^易=網 t a n pa ifa ng .c om

　　農業生態系統是氣候變化的承受者，也是溫室氣體（GHG）的重要排放源，對自然變化和人類活動非常敏感。在全球變化背景下，要確保糧食安全和生態環境平衡，需要更好地了解和量化多個環境變化因子及其相互作用對作物溫室氣體排放強度（單位作物產量的溫室氣體排放量）的影響。課題組使用改進的農業生態系統模型（DLEM-AG2.0）及包含172個野外溫室氣體排放實驗的meta分析，對1949年至2012年中國小麥、玉米和水稻的溫室氣體排放強度的時空變化率、主要貢獻因子及其影響進行了國家尺度的最新評估。結果表明，1949-2012年，農田的溫室氣體排放強度平均為0.10~1.31 kg CO₂‐eq kg^‐1，增長率為1.84~3.58×10^‐3 kg CO₂‐eq kg^‐1 yr^‐1。2000年以來，氮肥是導致中國北方溫室氣體排放強度增加的主要因素，對南方的影響也有所增加。溫室氣體排放強度的增加意味著過度施肥不僅沒有顯著促進作物增產，反而加劇了土壤溫室氣體排放。本研究發現，超過60%的過度施肥主要位于華北平原的冬小麥-夏玉米輪作區，長江中下游和西南地區的冬小麥-水稻輪作區，以及南方大部分的雙稻輪作區。模擬結果表明，“過度施肥”地區當前的氮肥施用水平減少約1/3，不會顯著影響作物產量，但會使土壤溫室氣體排放減少29.60%~32.50%，溫室氣體排放強度減少0.13~0.25 kg CO₂‐eq kg^‐1。這分別相當于中國和世界農業土壤溫室氣體排放總量的29%和5%。研究表明，提高氮肥利用效率將是減少溫室氣體排放、保障中國糧食安全的有效策略。研究結果可為我國發展溫室氣體友好型農業提供參考。本@文$內.容.來.自：中`國`碳`排*放^交*易^網 t a np ai fan g.c om

夲呅內傛萊源亍：ф啯碳*排*放^鮫*易-網 τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

　　圖1. DLEM-AG2.0估算的1949-2012年中國小麥、玉米和水稻的溫室氣體排放強度(a、d和g)、作物產量(b、w和h)和土壤溫室氣體排放(c、f和i)

本`文@內/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網-tan pai fang. com

　　高寒植被生態系統對氣候變化非常敏感，然而，高寒植被在不同生長階段碳交換及其碳通量對氣候變化的響應機制尚不明確。我們利用遙感反演的長時間序列高寒植被總初級生產力（GPP）、凈生態系統生產力（NEP），系統分析了1982-2015年以來青藏高原高寒草甸生態系統不同生長階段碳交換、生產力及其對氣候變化的響應關系。研究結果發現：青藏高原高寒草甸生產力在過去30多年均得到了持續的增加，但在不同的生長階段高寒草甸會表現為不同的碳源和碳匯，同時不同氣候因子對高寒草甸GPP、NEP的影響程度也不相同，表現為溫度因子在整個植被生長階段都起著重要的作用，控制著高寒草甸的碳固定能力。在植被枯萎前土壤水分對高寒草甸碳固定的作用日益重要，而空氣飽和差、太陽短波輻射對高寒草甸碳固定的影響相對較弱。我們的研究也揭示了需要從高寒植被生長的各個階段來分析氣候變化與高寒植被生態系統碳過程的復雜關系，從而為更系統了解陸地生態系統對氣候變化的響應機制提供了新的視野。

本+文`內.容.來.自：中`國`碳`排*放*交*易^網 t a np ai fan g.com

禸嫆@唻洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

　　（A）（B）本`文@內-容-來-自；中^國_碳0排0放^交-易=網 ta n pa i fa ng . co m

　　圖2. 高寒草甸不同生長階段（S1、S2和S3）GPP（A）和NEP（B）變化的主導氣候因素的空間分布

本@文$內.容.來.自：中`國`碳`排*放^交*易^網 t a np ai fan g.c om

　　隨著全球氣候變化和人類活動影響的加劇，高寒河流水環境受到了越來越嚴重的環境脅迫，而由于高寒河流所處區域氣候惡劣、地形地貌條件復雜，如何有效地監測高寒河流水環境變得日益重要。我們從2016年起連續開展了雅江、金沙江、怒江、瀾滄江等高寒河流的天空地一體化觀測實驗，首次建立了高寒河流水環境不同組分的遙感光譜庫，而后基于空間對地觀測信息協同，建立了河流水環境遙感機器深度學習識別與定量反演模型，生成了長時間序列高寒河流水環境數據集并系統分析了全球變化與人類活動影響下的高寒河流水環境變化的時空特征，最終形成了高原高寒河流水環境遙感監測系統，這將有助于提升高原寒區河流水環境遙感監測與預警的能力與水平。

禸嫆@唻洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

　　本`文@內-容-來-自；中_國_碳排0放_交-易=網 t an pa ifa ng . c om