基于遙感與GIS的上海土地利用變化與土壤碳庫(kù)研究

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1、基于遙感和GIS的上海土地利用變化與土壤碳庫(kù)研究基于遙感和GIS的上海土地利用變化與土壤碳庫(kù)研究基于遙感和GIS的上海土地利用變化與土壤碳庫(kù)研究【摘要】：作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)的重要組成部分，土壤碳庫(kù)在控制溫室氣體濃度增加和減緩全球變暖方面具有重要的作用。人類活動(dòng)引起的土地利用變化是影響和控制土壤碳庫(kù)及其源匯效應(yīng)的關(guān)鍵因子。認(rèn)識(shí)和掌握區(qū)域土壤碳庫(kù)及動(dòng)態(tài)變化，必須與土地利用利用變化的研究相結(jié)合。隨著城市化的發(fā)展，城市用地面積不斷增加，城市土壤在全球碳循環(huán)中的作用顯得日益重要。由于人口的集中和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的頻繁，城市是土地利用變化和土壤碳庫(kù)變化最為典型的區(qū)域之一。加強(qiáng)城市區(qū)域的土壤碳庫(kù)、分布特征，及其

2、土地利用變化對(duì)城市土壤碳庫(kù)的影響的估算，不僅可以為城市制定合理的溫室氣體的減排和增匯措施提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)對(duì)于豐富全球土壤碳循環(huán)的研究?jī)?nèi)容和預(yù)測(cè)全球變化趨勢(shì)方面也具有十分重要的意義。本文以上海作為研究區(qū)域，將城市土地利用變化和土壤碳庫(kù)研究相結(jié)合，利用遙感和GIS手段，分析上海1994-2006年的土地利用變化；通過(guò)野外實(shí)地采樣，結(jié)合土地利用變化的研究結(jié)果，估算了不同時(shí)期上海土壤碳庫(kù)，以及土地利用變化引起的土壤碳庫(kù)的動(dòng)態(tài)變化，所得的主要結(jié)論如下：(1)1994-2006期間，上海土地利用變化顯著。在各類用地中，農(nóng)田面積變化最大，從1994-2006年近12年間，農(nóng)田面積共減少了94007．72

3、hm~2，年平均減少面積為7833．98hm~2，而城市綠地的變化幅度最大，12年間的平均動(dòng)態(tài)度為18．76%。工業(yè)用地和城鎮(zhèn)建設(shè)用地是農(nóng)田流出的主要的轉(zhuǎn)移方向，占農(nóng)田面積總流出量的54．47％。因此工業(yè)和城鎮(zhèn)建設(shè)用地的快速擴(kuò)張而占用大量農(nóng)田，成為本區(qū)土地利用變化的主要特征，同時(shí)城市綠地的大幅增加也成為上海土地利用變化的一個(gè)重要特征。從區(qū)域土地利用變化來(lái)看，各區(qū)的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度具有明顯的差異，表現(xiàn)出由市區(qū)-近郊-遠(yuǎn)郊遞減的趨勢(shì)，其中浦東新區(qū)的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度最大，而崇明最低。土地利用變化程度的差異與各區(qū)的區(qū)位條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r以及政策等因素密切相關(guān)。(2)上海不同土地利用方式下的土壤碳

4、氮含量和土壤碳密度差異明顯，水稻田固碳能力最高，其SOC密度為3．859kg／m~2，灘涂固碳能力最低，其SOC密度為1．379kg／m~2，其他幾種土地利用方式的SOC密度的大小依次為旱地(3．173kg／m~2)＞林地(3．147kg／m~2)＞撂荒地(2．727kg／m~2)＞城市草坪(2．647kg／m~2)＞園地(2．130kg／m~2)。(3)通過(guò)對(duì)3種土地利用變化對(duì)土壤碳庫(kù)的影響研究表明：水田轉(zhuǎn)化為旱地，土壤碳氮含量以及碳密度明顯降低；農(nóng)田撂荒后，除表層0-5cm內(nèi)的土壤碳氮含量和碳密度增加外，在0-35cm的深度范圍內(nèi)，撂荒地的碳氮含量以及碳密度總體低于農(nóng)田，表明在水熱條件良

5、好的長(zhǎng)三角平原地區(qū)，農(nóng)田撂荒對(duì)提高土壤碳氮含量以及碳密度效果不佳；水田轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾?，?-5年內(nèi)，會(huì)引起表層土壤碳氮的損失，從而表明，從較短的時(shí)期來(lái)看，相對(duì)于人工林地，水田具有更好的固碳效果。(4)利用實(shí)測(cè)的各種土地利用類型的土壤碳密度，結(jié)合土地利用變化的研究結(jié)果，估算了1994年、2000年、2003年、2006年4個(gè)時(shí)期的上海0-20cm的表層的SOC儲(chǔ)量，結(jié)果表明：4個(gè)時(shí)期的0-20cm的表層土壤的SOC儲(chǔ)量分別為1490．47萬(wàn)t、1399．12萬(wàn)t、1283．56萬(wàn)t、1185．80萬(wàn)t，呈逐年遞減的趨勢(shì)；平均SOC密度分別為35．41t／hm~2、35．44t／hm~2、35．0

6、6t／hm~2、35．15t／hm~2，呈波動(dòng)變化；從SOC儲(chǔ)量的空間分布來(lái)看，表現(xiàn)出明顯的由市區(qū)-近郊-遠(yuǎn)郊遞增的規(guī)律，這與上海土地利用的空間分布格局以及人類活動(dòng)干擾的程度的區(qū)域差異密切相關(guān)。其中崇明的SOC儲(chǔ)量最高，為305．28萬(wàn)t(2006)，市區(qū)最低，僅有5．31萬(wàn)t。從各區(qū)SOC儲(chǔ)量的年際變化趨勢(shì)來(lái)看，各區(qū)SOC儲(chǔ)量均趨于減少，其中松江區(qū)的SOC的損失量最大，為50．90萬(wàn)t，其次是青浦，為40．97萬(wàn)t，市區(qū)SOC儲(chǔ)量損失量最少，僅為4．94萬(wàn)t。從各類土地利用的SOC儲(chǔ)量的變化來(lái)看，12年間，農(nóng)田SOC儲(chǔ)量共減少了336．92萬(wàn)t，城市綠地、林地和園地SOC儲(chǔ)量分別增加了26

7、．91萬(wàn)t、4．19萬(wàn)t、4．22萬(wàn)t?？傮w來(lái)看，在此期間，由于土地利用變化使得上海SOC儲(chǔ)量的損失量達(dá)到306．99萬(wàn)t，相當(dāng)于2000年的化石燃料燃燒所產(chǎn)生的碳排放總量(3981萬(wàn)t)的7．71％。由此可見(jiàn)，人類活動(dòng)所導(dǎo)致的土地利用變化正在成為影響上海土壤碳庫(kù)的重要原因。(5)采取合理的土地經(jīng)營(yíng)管理措施有利于提高土壤的固碳潛力。研究表明，采用增施綠肥、提高秸稈還田比例、有機(jī)肥和化肥的配合使用可使農(nóng)田土壤的