王春磊,晁暉,孫迪
(1.河北聯(lián)合大學(xué) 信息工程學(xué)院,河北 唐山063009;2.北京市第三十五中學(xué),北京100031)
氣候變化是指氣候平均狀態(tài)隨時間的變化,即氣候平均狀態(tài)和離差兩者中的一個或兩個一起出現(xiàn)了統(tǒng)計意義上的顯著變化,離差值越大,表明氣候變化的幅度越大,氣候狀態(tài)越不穩(wěn)定(百度百科)[1]。政府間氣候變化專門委員會認(rèn)為,氣候變化是指無論基于自然變化抑或是人類活動所引致的任何氣候變動(IPCC,2001)[2]。在漫長地質(zhì)年代中,全球氣候變化從未停止過,目前由于已知和未知的原因,氣候變化步幅加大,頻率加快。IPCC第3次氣候變化評估報告指出:從1860年以來全球平均氣溫升高(0.6±0.2)℃(IPCC,2001)。在全球變暖背景下,近100年來中國年平均地表氣溫明顯增加,升溫幅度為0.5~0.8℃,比同期全球升溫幅度平均值(0.6±0.2)℃略高(丁一匯,2006)[3]。氣候變暖對中國自然生態(tài)系統(tǒng)將產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響,使人類的生存環(huán)境面臨巨大挑戰(zhàn)。我國草地面積約4億hm2,約占國土總面積的41%(樊江文等,2003)[4],是中國陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體。準(zhǔn)確認(rèn)識中國草地生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化,將有助于預(yù)測全球氣候變化與草地生態(tài)系統(tǒng)之間的反饋關(guān)系以及草地資源的可持續(xù)利用(Yang Y H et al.,2010;Yang Y H et al.,2008;樊江文等,2010)[5-7]。
國內(nèi)學(xué)者對中國草地生態(tài)系統(tǒng)在氣候變化背景下的動態(tài)變化開展了很多研究(季勁鈞等,2005;楊澤龍等,2008;孫淼等,2011;郭連云等,2008;Ni J et al.,2001;Fan et al.,2008;Piao et al.,2007;Piao et al.,2009;Yang et al.,2009;Yang et al.,2010;Ma et al.,2010;方精云等,2010)[8-20],主要集中在草地碳庫、草地生產(chǎn)力兩個方面。本文基于國內(nèi)學(xué)者的研究,總結(jié)了氣候變化對中國草地生態(tài)系統(tǒng)草地碳庫及生產(chǎn)力的影響。
一般認(rèn)為以氣候變暖為主要特征的氣候變化在一定地域內(nèi)會進一步加重暖干化趨勢,并引起草地生產(chǎn)力的下降(牛建明等,2001;李鎮(zhèn)清等,2003)[21,22]。但也有研究表明,草地生產(chǎn)力與氣溫沒有顯著的相關(guān)性(李存煥等,2000)[23]。由于氣候變化在不同地域的表現(xiàn)差異較大,國內(nèi)學(xué)者針對特定地域的具體氣候變化特征而進行植被生產(chǎn)力的響應(yīng)分析研究較多。
季勁鈞等(季勁鈞等,2005)[16]應(yīng)用大氣植被相互作用模式(AVIM)模擬了內(nèi)蒙古半干旱草原的凈初級生產(chǎn)力和生物量,結(jié)果表明,無論是降水或溫度的變化對草地的生產(chǎn)力都有顯著影響:降水增加,生產(chǎn)力增加;溫度增加,生產(chǎn)力下降。楊澤龍等(楊澤龍等,2008)基于48個氣象站點1961-2005年間的氣象觀測資料,對內(nèi)蒙古東部草原區(qū)進行氣候分區(qū),采用Thornthwaite Memorial模型分析了各區(qū)氣溫、降水變化特征及其與草地生產(chǎn)力趨勢的關(guān)系。結(jié)果表明,在大興安嶺中部地區(qū),氣溫與降水不斷增加,草地生產(chǎn)力呈現(xiàn)明顯的增長趨勢;而在大興安嶺南麓與西側(cè)的草地區(qū)域,氣候呈暖干化趨勢,降水制約了草地生產(chǎn)力的提高。孫淼等(孫淼等,2011)[19]以位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟最南部的太仆寺旗為研究區(qū),利用1979-2009年的氣候數(shù)據(jù),并結(jié)合Miami和Thornthwaite Memorial模型研究草地氣候生產(chǎn)力對不同氣候變化情景的響應(yīng)。結(jié)果表明,近30年來,太仆寺旗年平均氣溫增溫趨勢明顯,年降水量呈現(xiàn)不明顯的下降趨勢,在氣候變暖的背景下,暖濕型氣候可提高草地氣候生產(chǎn)力,變化幅度為8.3%~16.7%,假如未來氣候向暖干型發(fā)展,草地氣候生產(chǎn)力的變化為-4.8%~3.5%。季勁鈞,楊澤龍,孫淼研究均表明對內(nèi)蒙古草原區(qū)而言,在氣候變暖的背景下,降水量的增加會增加草地生產(chǎn)力,而降水量的減少會制約草地生產(chǎn)力。
郭連云(郭連云等,2008)[15]利用三江源區(qū)興??h草原區(qū)46年的氣候資料,分析了氣溫、降水的變化趨勢及其對草地氣候生產(chǎn)潛力的影響。結(jié)果表明:三江源區(qū)興海縣氣候總體上呈暖干化趨勢,年降水量總體上呈不顯著的增加態(tài)勢,草地生產(chǎn)力呈增加趨勢。降水量是影響該地區(qū)草地生產(chǎn)潛力的關(guān)鍵因子,未來“暖濕型”氣候?qū)εd海草地干物質(zhì)生產(chǎn)有利,平均增產(chǎn)幅度為2~4%,而“冷干型”氣候?qū)Σ莸氐母晌镔|(zhì)生產(chǎn)最為不利,平均減產(chǎn)幅度為3~7%。若氣溫升高1~2℃ 、降水量增加10%~20%,則興海草地的生產(chǎn)力將增加2%~4%。樊江文等(樊江文等,2010)[7]針對國務(wù)院于2005年批準(zhǔn)實施的“三江源自然保護區(qū)生態(tài)保護和建設(shè)工程”,是否有所成效,利用GLOPEM模型對三江源地區(qū)1988-2005年的草地產(chǎn)草量變化動態(tài)進行分析,結(jié)果表明:18年來三江源地區(qū)草地生產(chǎn)力呈現(xiàn)出3-5年的周期性波動規(guī)律,總體呈增加趨勢。郭連云,樊江文的研究表明在不論是自然還是人為引起的氣候變化背景下,三江源地區(qū)草地生產(chǎn)力呈現(xiàn)增加的態(tài)勢。
草地是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,大氣中CO2有相當(dāng)大一部分被草地植被所固定,同時草地植被和草地土壤也向大氣中釋放CO2,盡管草地生態(tài)系統(tǒng)生物量的碳儲量不如森林大,同時地上部分由于放牧、農(nóng)墾等人為活動的影響循環(huán)較快,CO2源的作用較為明顯,但草地植被的地下部分分解較緩慢,草地生態(tài)系統(tǒng)仍舊是一個明顯的CO2庫。
草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫包括植被生物量碳庫和土壤有機質(zhì)碳庫,植被生物量碳庫又包括地上生物量碳庫和地下生物量碳庫。有研究表明,中國草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量約占世界草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的8%左右(Ni Jet al.,2001)[10],占全國陸地生態(tài)系統(tǒng)的16.7%(方精云等,1996)[18],它隨氣候變化的波動對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)將產(chǎn)生十分重大的影響。
對于中國草地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量,不同研究給出的結(jié)果相差很大。根據(jù)Ni(Ni J et al.,2001)[10]的統(tǒng)計,中國草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量為44.09PgC(1Pg=1×1015g),與世界草地碳儲存的分布特征一樣,中國草地碳主要儲存在土壤中,為41.03PgC,是植被層的13.5倍。Fan(Fan et al.,2008)[8]基于樣帶觀測的方法,估計中國草地植被生物量碳庫為3.32PgC,56.4%分布在青藏高原草地,17.9%分布在北方溫性草原。方精云(方精云等,2010)對國內(nèi)學(xué)者的研究從草地分類系統(tǒng)及資料來源、估算方法、地下生物量數(shù)據(jù)的缺乏三個方面剖析了研究結(jié)果存在差異的原因,并結(jié)合其研究組的工作,全面評價了中國草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫,結(jié)果顯示:中國草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫約為29.1PgC,其中96.6%的碳儲存于土壤有機質(zhì)中。
在中國草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的動態(tài)變化上,不同研究給出的結(jié)果差異也很大。有研究表明中國草地近20年來是碳匯:Piao等(Piao et al.,2007)[11]基于國家草地清查數(shù)據(jù)、NDVI序列數(shù)據(jù),采用基于遙感的統(tǒng)計模型,計算得出1982-1999年北方草地地上生物量C庫,結(jié)果表明草地地上生物量C庫呈現(xiàn)增加趨勢,平均增加量為1.01TgC/年;Piao等(Piao et al.,2009)[12]基于草地土壤有機碳密度與溫度、降水、植被指數(shù)等因素建立的統(tǒng)計模型的估算表明,近20年中國草地土壤是一個碳匯。有研究表明近20多年來中國草地碳庫年際波動較大,但并未發(fā)生增加或減少趨勢:Ma等(Ma et al.,2010)[9]等基于連續(xù)22年(1982-2003)在內(nèi)蒙古地面觀測的結(jié)果,表明中國北方代表性草地群落的地上生物量在過去22年里呈現(xiàn)較大的年際波動,但并沒有表現(xiàn)出增加趨勢;Yang等(Yang et al.,2009)[13]基于2001-2004年間實測的405處土壤剖面信息,結(jié)合20世紀(jì)80年代的全國土壤普查資料,并借助衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)估算出近20年青藏高寒草地土壤有機碳庫沒有發(fā)生顯著變化;Yang等(Yang et al.,2010)[6]基于2001-2005年間實際調(diào)查的981個土壤剖面數(shù)據(jù),并結(jié)合第二次土壤普查提供的275個剖面信息,在樣地和樣帶兩個尺度上評估出中國北方草地土壤有機碳庫在過去20年間未發(fā)生顯著變化??梢妼τ诓莸厣鷳B(tài)系統(tǒng)碳庫在過去20年中,是否發(fā)生了變化,不同學(xué)者因研究方法、數(shù)據(jù)來源的不同結(jié)果差異很大。
從國內(nèi)學(xué)者對中國草地生態(tài)系統(tǒng)近幾十年來生產(chǎn)力、碳庫的變化研究中,可以看出:在氣候變暖的背景下,降水量的增加會增加草地生產(chǎn)力,而降水量的減少會制約草地生產(chǎn)力;中國草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫約為29.1PgC,其中96.6%的碳儲存于土壤有機質(zhì)中;不同的學(xué)者因研究方法、數(shù)據(jù)來源不同,對草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫在過去20年中是否發(fā)生了變化有兩種結(jié)論:一種結(jié)論為,草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫呈現(xiàn)增加趨勢;另一種結(jié)論為,草地生態(tài)系統(tǒng)碳庫沒有發(fā)生顯著的變化。
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