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土地利用与覆被变化是全球变化的核心组成部分,土地利用及其变化对区域碳平衡的影响研究一直是全球变化的研究重点之一,并取得丰硕研究成果,但干旱区土地利用变化对区域碳平衡的影响是陆地碳收支估算中的薄弱环节,其对区域碳动态的影响是否与湿润区类似或有哪些不同之处,还不清楚。随着干旱区人口和社会经济的快速发展,干旱区土地利用及其变化对区域碳动态的影响日益收到重视。中国新疆是干旱区的典型代表,近60年土地利用/覆被发生了显著变化,尤其大规模水土地开发引起的荒漠变绿洲,以及追求更高经济效益的农用土地结构调整,这些变化对区域碳平衡的影响有待研究。本文利用土地利用/覆被数据、文献数据、土壤普查数据、统计数据以及调查数据对新疆土地利用/覆被变化、植被与土壤的碳密度、土地开垦植被利用方式等进行了分析,并主要基于数理统计分析和Bookkeeping模型,量化分析了1975~2005年新疆耕地变化对区域碳平衡的影响,研究成果将为干旱区土地资源的可持续利用提供科学参考。本文主要成果与结论如下:
1.1975~2005年新疆土地利用/覆被变化呈以下特点。
(1)研究期间新疆土地利用/覆被变化显著。土地利用变化呈极端不平衡态势,以单向转换为主。耕地、林地、水体和建设用地面积增加迅速,耕地面积增加最多,建设用地增幅最大;灌木林面积略有增加;草地和裸地大面积减少,但下降幅度较小(3.0%和0.15%)。
(2)30年间,新疆开垦耕地43.3×103km2,草地是新增耕地主要来源,草地、裸地、建设用地、林地、灌木林和水域转移为耕地的面积分别占总新增耕地面积的67.1%,16.4%、7.8%、5.8%、1.4%和1.4%;弃耕地面积为29.5×103km2,弃耕地主要转移为草地,草地、建设用地、裸地、林地、水域和灌木分别占弃耕总面积的63.1%、13.2%、11.9%、7.8%、2.0%和1.7%。
(3)耕地历年面积变化研究表明,1975~1985年随土地开垦规模降低,弃耕规模增加,新疆耕地面积逐年波动减少;1985年后土地开垦面积逐年增加,期间弃耕规模虽有波动,但总体呈下降趋势,新增耕地面积远大于弃耕面积。
2.林地的植被与土壤碳密度最高(7728.1g C/m2和25.4kg C/m2)。不同类型草地的植被和土壤碳密度差异显著,且草地土壤碳密度(15.4kg C/m2)高于耕地土壤碳密度(9.5kg C/m2);草地植被碳密度(585.5g C/m2)低于农田植被碳密度(806.0gC/m2)。裸地的植被与土壤碳密度最低,分别为54.6g C/m2和2.80kg C/m2。
3.新疆土地开垦中林地植被生物量主要作为薪柴和建材,分别占总生物量比重的42%和35%;灌木遗留量和用作薪柴消耗生物量占总生物量22%和60%;草地遗留量和原地焚烧量分别为49%和42%,用作薪柴的生物量仅为9%。
4.1975~2005年受耕地变化影响,新疆碳储量共增加了20.6Tg C,其中土地开垦使得碳储量增加了51.8Tg C,耕地转移则向大气排放了31.2Tg C碳。1975~1985年耕地转移是影响区域碳储量变化的主要因素;1985年后随土地开垦规模增大,新疆碳储量变化受土地开垦影响较大。草地开垦与耕地转移为草地分别是新疆碳储量增加和减少的主要原因。总体而言,长期合理的水土开发和耕作管理能促进新疆耕地的固碳能力。