全球变化背景下人类活动对中国陆地生态系统碳汇的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 张梦宇 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 何洪林 ; 张黎 |
| 关键词 | 生态系统碳汇 人类活动 全球变化因子 土地利用变化和人类管理 林龄 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地理学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 陆地生态系统碳汇（NEP）对于抵消碳排放、实现碳中和至关重要，其受到 全球变化（气候变化、大气氮沉降变化和 CO2浓度变化）和人类活动的综合影响， 同时受到生长阶段（如林龄）的限制。人类对生态系统的直接影响包括土地利用 变化（LUCC）和人类管理/干扰。尽管近几十年造林等 LUCC 促进了全球一些地 区碳汇的增加，但其容易受到气候变化的不利影响，当前研究对全球变化因子如 何调节 LUCC 碳汇效应的关注不够。同时，残差趋势分析常被用来拆分人类活动 和全球变化的影响，但存在模型结构不一致等问题，也没有细化人类管理/干扰的 作用，需要发展一个新方法来评估人类活动和全球变化对 NEP 的影响。此外， 林龄动态对碳汇具有重大影响，而以往研究（特别是基于过程模型的研究）主要 关注 LUCC 的影响，忽视了干扰后林龄增长的后续影响。因此，也需要将林龄动 态纳入到人类活动对 NEP 影响的框架中。中国在城市化和生态恢复工程背景下 发生了复杂的 LUCC，也有着森林保护、农田施肥等人类管理/干扰措施，且有着 大面积的年轻林。在全球变化背景下，综合评估人类活动对我国 NEP 的影响， 对于生态系统的可持续管理和碳中和战略具有十分重要的意义。 本文提出人类活动对 NEP 影响的广义框架：包含土地利用变化、人类管理/ 干扰的直接影响，以及干扰引起林龄结构变化的后续影响。基于该框架，以遥感 驱动的生态系统碳汇评估模型（CEVSA-ES）为基础，完善了气候驱动的生态系 统碳汇评估模型（CEVSA-CLIM）和发展了考虑林龄动态的生态系统碳汇评估模 型（CEVSA-AgeD），结合大量观测数据优化参数和验证模型。利用 CEVSA-ES 模型进行情景实验，评估了 2001–2021 年 LUCC 对 NEP 的影响、全球变化因子 对 LUCC 碳汇效应的调节作用。提出基于结构一致的 CEVSA-ES 和 CEVSACLIM 模型估算人类活动对 NEP 影响的新方法，进而评估了人类活动（LUCC+ 人类管理/干扰）对 NEP 的影响及其时间变化，并解析了具体人类管理/干扰措施 的影响。最后，利用 CEVSA-AgeD 模型估算了林龄动态对 NEP 的后续影响，并 预测了在不同情景下 2022–2060 年中国 NEP 的变化。主要结论如下： （1）CEVSA-CLIM 模型能够较准确地捕捉通量站点观测的 NEP 在季节和 年尺度的变化，在较少受人类干扰的保护区模拟的碳通量和 CEVSA-ES 模型也 具有较好一致性。构建的碳通量和林龄的经验关系的 R 2 在 65%~82%之间，用其 约束相关生态过程并进行参数优化后，CEVSA-AgeD 模型能够较好地模拟所有 站点和各植被类型中 NEP 和相关通量的变化。 （2）近 20 年中国 NEP 为 0.35 Pg/yr，呈增加趋势，尤其在热带-亚热带季风 气候区。相较于气候和氮沉降变化的较小影响，CO2 上升（69.6%，104.45 TgC/yr）和造林（30%，45.0 TgC/yr）是主要贡献者；而在土地利用变化区，LUCC 的影 响高于全球变化。作为主要 LUCC 类型，造林的碳汇效应在空间上随 CO2 施肥 效应而加强，受降水和氮沉降梯度的调控，以致于在东南部的高氮沉降和降水形 成了较强的造林碳汇。在时间上 LUCC 和全球变化之间存在 5.53 TgC/yr 的交互 作用，占 LUCC 总影响的 24.9%，主要发生在东南部的造林区，受 CO2 调节。 （3）近 20 年人类活动（LUCC+与人类管理/干扰相关的残差）对中国 NEP 的影响（164.31 TgC/yr）略高于全球变化（143.37 TgC/yr）。NEP 增加的面积占 69.34%，其中 78.46%受人类活动主导，位于西南、黄土高原东部、青藏高原东 部和北方森林带，主要受残差影响。在 NEP 下降区域，更多（53.77%）由全球 变化主导，位于青藏高原东南部、西北森林带、大小兴安岭。人类活动对 NEP 的 影响在 2010 年发生转变，后十年的增速（21 TgC/yr 2）显著高于前十年（5 TgC/yr 2）， 使得人类活动的相对贡献从 45%增加为 54%。人类活动影响加速的区域主要在 人类活动影响超过全球变化影响的区域，且主要是由于与人类管理/干扰相关的 残差影响的增加（前十年：37.9 TgC/yr；后十年：146.5 TgC/yr）引起的。残差影 响增长较快的区域主要在三个地区：东南部多省份，黑龙江和吉林省，山西-陕西 -宁夏，统计分析表明其主要与林业投资和封山育林面积的增加、东北木材砍伐 量的减少相关。因此，森林管理主导了中国 NEP 在 2010 年后的加速。 （4）基于 CEVSA-AgeD 模型的估算表明，林龄动态对近 20 年中国 NEP 增 长有重大贡献（35.2%，91.8 TgC/yr），略低于 CO2（41.4%），但远高于 LUCC （13.2%）。林龄动态的正效应归因于中幼林生长，集中在热带-亚热带季风区， 而在东北地区和青藏高原东部的成熟林变老削弱了碳汇。林龄的正效应呈增加趋 势但接近饱和。在所采用的四个未来情景中，只有 SSP126 情景能在 2060 年实 现碳中和，即 NEP 抵消人为 CO2 排放；在该情景下，中国 NEP 呈先增加后下降 趋势，在 2040~2050 年达到最大值（0.54 PgC/yr），在 2056~2060 年下降为 0.48 PgC/yr。大气 CO2 浓度上升和造林主导未来 NEP 增长；但林龄的正效应在 2030 年饱和，然后下降，在 2060 年的影响为-0.11 PgC/yr。 本研究系统评估了人类活动对我国 NEP 的影响，包括土地利用变化、人类 管理/干扰的直接影响，以及干扰引起林龄动态的后续影响。结果揭示了在水和养 分充足地区造林可在 CO2 上升背景下扩大碳汇效益；科学的森林管理亦有助于 增汇；年轻林的生长有重大增汇作用，但未来森林老化可能对碳汇造成威胁，将 林龄动态及其对关键生态过程的影响纳入生态过程模型，才能更好地理解和模拟 生态系统碳汇的动态。研究结果可为全面理解生态系统碳汇对人类活动和全球变 化的响应提供见解，为生态恢复工程部署、生态系统管理和碳中和目标提供支持。 |
| 学科主题 | 地理学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 161 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209372]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张梦宇. 全球变化背景下人类活动对中国陆地生态系统碳汇的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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