亚洲中部干旱区盐碱土CO2表观吸收模拟与吸收规模估算

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本文主要研究了亚洲中部干旱区盐碱土CO2表观吸收现象,结合实验依据对其吸收机理进行了初步分析,并在此基础上,对盐碱土CO2表观吸收进行了模拟,最后估算了亚洲中部干旱区盐碱土CO2吸收规模。本项研究立足于本世纪初我国科学家在准噶尔荒漠-绿洲土壤呼吸的对比实验观测中获得的重大发现“荒漠盐碱土频繁出现对CO2的无机吸收过程”,分析干旱区盐碱土碳通量结构及无机碳过程的特殊性。其中,盐碱土无机碳过程作为碳循环领域的最新发现,已经正式在science报道,受到国际学术界广泛关注。与此同时,碳循环领域一系列新的科学问题被提出,并引发了有趣而激烈的争论与探讨,也形成了一些大胆的假设与猜想。而本研究将主要侧重于盐碱土CO2表观吸收现象的动态特征、可能的机理、是否形成重要碳汇等问题。  我们将侧重于三方面的研究工作,以期与我国科学和经济发展需求紧密结合:①促进我国碳循环领域的理论研究;②深化学术界对盐碱土表观呼吸(即碳通量)的理解;③为我国节能减排和碳平衡国际谈判提供新的思路。本研究的总体方案是:以亚洲中部干旱区典型内陆河流域的荒漠-绿洲复合体为对象,以全球气候变化为背景,以解读盐碱土碳吸收现象为切入点,采集文献资料和数据,同时与典型流域和典型样地的野外实验、室内控制实验数据相结合,从“区域、流域、站点”等层次,采用经验统计与遥感信息融合技术,深入研究荒漠-绿洲复合体盐碱土的碳吸收现象、地下无机碳过程、土壤二氧化碳输入通量、输出通量之间的相互作用关系,初步探讨盐碱土无机碳过程的发生机制并建立碳平衡方程,进而建立干旱区盐碱土碳吸收的区域估算模型,评估干旱区在全球碳循环变化中的特殊地位和作用,促进干旱区碳循环理论框架的深入发展和完善。  实验区包括三工河流域、玛纳斯河流域及咸海流域,实施室内控制实验,测定CO2吸收强度、土壤化学属性等,为亚洲中部干旱区盐碱土CO2表观吸收现象模拟和吸收规模估算奠定基础。结合野外观测、室内模拟和同位素分析结果,对盐碱土无机碳的累积、迁移、转化与最终归属和储存形式也进行了初步探讨。  全文共分五章。第一章主要阐述干旱区盐碱土无机碳过程的研究背景与意义、国内外研究现状和本文的研究内容、研究思路与方法;第二章则主要介绍了研究区概况,包括地形与地貌特征与气候与水文特征,同时也说明了研究区及主要实验区的代表性;第三章提出了本研究对盐碱土无机碳过程的一些猜想,包括对碳黑洞现象的初步认识、碳归属问题分析、无机碳分层沉积假设和深层循环机理探讨等四方面内容,并进行了大量的实验,找到了部分依据;第四章为全文核心部分,对亚洲中部干旱区盐碱土碳吸收进行了评估,本章包括四个部分:第一部分探讨了无机吸收过程的分离方法,包括数据来源、碳通量重组及时滞分析的方法,并在此基础上研究盐碱土碳通量的结构,依次对土壤碳通量和交互作用进行拆分,最后讨论碳通量各分支间的关系;第二部分模拟了无机吸收过程(SACE),对建模过程和SACE模拟效果进行了比较详尽的阐述,包括模型修正前后对照、线性模型和非线性模型对照和加法模型与乘法模型对照;第三部分主要介绍了干旱区盐碱土碳吸收规模的估算方法,包括盐碱土碳通量的测定、区域估算的建模思路、干旱区盐碱土碳通量模拟效果,并在此基础上分析温度敏感性,最后借助神经网络分析进行模拟与验证;第四部分则对亚洲中部干旱区盐碱土碳吸收进行了评估,介绍了气象数据来源、土壤pH修正方法和修正结果,最终得到了区域尺度估算结果;第五章作为最后一章,对本研究的结论进行了总结和分析,包括对干旱区盐碱土碳吸收与碳黑洞关系的理解、有待进一步解决的问题和解决思路的建议,并指出本研究对我国碳排放国际谈判的意义。  本文试图重新认识干旱区盐碱土碳吸收与土壤无机碳交换过程,为干旱区后备土地资源开发和生态修复提供全新的理论依据,进而对干旱区生态环境保护和规划产生重要影响。本研究从数学的角度寻求盐碱土碳通量的拆分方法,试图帮助人们进一步理解盐碱土无机碳过程及其输入碳通量,为碳吸收的区域估算奠定基础。阐明盐碱土碳汇功能和碳循环动态,估算盐碱土碳吸收强度和规模,不仅可能成为换取工业CO2减排的有效途径之一,为我国节能减排规划作出重要贡献,也可提高我国在全球碳循环研究中的地位,有利于把握碳平衡国际谈判的主导权。
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