路域生態(tài)系統(tǒng)論文范文

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1陸地生態(tài)系統(tǒng)植被碳匯計算方法

1.1關(guān)于模型模擬法，中國學(xué)者借鑒國外經(jīng)驗改進(jìn)了CEVSA，CASA，GLO－PEM，BEPS等多個陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模型，同時根據(jù)中國的情況研發(fā)了AVIM2，Agro－C，F(xiàn)ORCCHN，DCTEM等陸地生態(tài)系統(tǒng)模型，研究了陸地生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力和碳儲量、氣候變化和土地利用變化對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響等問題。這些模型現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于草地、農(nóng)田、森林等生態(tài)系統(tǒng)生物量和生產(chǎn)力的模擬，并且對不同的生態(tài)系統(tǒng)類型分別建立了不同的參數(shù)和計算系統(tǒng)。模型一般以天或月為運行的時間步長，模型參數(shù)涉及氣溫、降雨量、光照等氣候因子，植物本身的生物學(xué)特性、土壤特性等指標(biāo)來計算生態(tài)系統(tǒng)的生物量和生產(chǎn)力。

1.2現(xiàn)場實測法現(xiàn)場調(diào)查法一般是指設(shè)立典型的樣地，通過收獲植被生物量、枯落物和土壤等碳庫的碳儲量，在連續(xù)測定的基礎(chǔ)上可以分析生態(tài)系統(tǒng)各部分碳庫之間的流通量，輸入系統(tǒng)的NPP和離開系統(tǒng)的枯落物與土壤的碳排放速率。然而對于大面積的森林植被采用收獲法測定碳匯量比較困難，一般伐倒少許樹木，確定生物量與胸徑或樹高的回歸關(guān)系，然后利用回歸關(guān)系和所有樹木的實測胸徑或樹高推算樣地的生物量，而區(qū)域性的森林資源清查數(shù)據(jù)主要是木材材積量，還需要借助生物量換算因子(BEF)等方法才能將其轉(zhuǎn)換為森林植被生物量，再根據(jù)生物量與碳量的轉(zhuǎn)換系數(shù)求林地的固碳量。對于園林植被，一般根據(jù)不同植物個體的葉面與胸徑、冠高或冠幅的相關(guān)關(guān)系，通過實測建立不同植株個體綠量的回歸模型，應(yīng)用回歸模型計算綠地或地區(qū)綠量的總和，從而在實測單株植物固定CO2碳量基礎(chǔ)上，根據(jù)綠量即可計算出植被的固碳量。

1.3遙感估算法遙感估算法是指通過遙感手段從遙感數(shù)據(jù)中獲取歸一化植被指數(shù)(NDVI)，在GIS技術(shù)的支持下，建立NDVI與葉面積指數(shù)及植被覆蓋度等的關(guān)系，結(jié)合地面調(diào)查，推斷出植被指數(shù)與生物量之間的關(guān)系進(jìn)而求得生物量，然后計算碳匯儲量。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感估測植被碳匯成為較為便捷的方法，適用于大尺度范圍內(nèi)的植被碳庫的變化研究。近年來的研究逐漸將遙感與模型相結(jié)合，通過遙感反演獲取地面物理參數(shù)，如地面反照率、葉面積指數(shù)、土壤濕度等，可直接作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模型的驅(qū)動變量或參量，以充分發(fā)揮模型的過程機理定量化和遙感信息的宏觀、動態(tài)的長處。

1.4通量觀測法通量觀測法是指建立在氣象學(xué)基礎(chǔ)上，通過測量近地面層的湍流狀況和被測氣體的濃度變化來計算被測氣體的通量的方法，是最為直接的可連續(xù)測定CO2和水熱通量的方法，也是目前測算碳匯最為準(zhǔn)確的方法。目前，基于渦度相關(guān)技術(shù)的通量觀測已經(jīng)成為研究陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與全球變化科學(xué)的重要手段，其特點在于采用較為精密的儀器包括三維聲速風(fēng)速儀、閉路紅外線CO2/H2O分析儀等，直接對植被與大氣之間的通量進(jìn)行計算，直接長期對陸地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行CO2通量測定，同時又能為其他模型的建立和校準(zhǔn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這一方法在區(qū)域和國家通量觀測研究網(wǎng)絡(luò)(AmeriFLUX，CarboEurope，OzFlux，F(xiàn)luxnet－Canada，AsiaFlux，KoFlux等)中得到廣泛使用。

2植被碳匯計算方法應(yīng)用可行性分析

2.1路域生態(tài)系統(tǒng)的特征分析公路具有其獨特的大尺度線性特征，絕大部分的公路都橫跨多個生態(tài)系統(tǒng)，所以一條公路的路域生態(tài)系統(tǒng)通常包括多個生態(tài)系統(tǒng)的綜合特性，是多種生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)合體。公路工程的建設(shè)造成公路周邊的土壤條件、光照狀況、水分等環(huán)境因子發(fā)生改變，形成路域小環(huán)境。同時持續(xù)的人為干擾，引發(fā)路域植物群落內(nèi)部對養(yǎng)分水分空間的競爭以及和外來人工綠化種的競爭，導(dǎo)致路域植被群落穩(wěn)定性差，易退化。與穩(wěn)定的自然生態(tài)系統(tǒng)相比，路域生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部分化出許多由一種或若干種植物所構(gòu)成的小群落，物種組成和群落結(jié)構(gòu)具有自身特點。正是由于公路線性以及路域生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，植被碳匯的估算較為復(fù)雜，現(xiàn)有的計算方法在交通行業(yè)的應(yīng)用也受到很多的限制。因此，在方法的選擇上，也應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的目的、不同的研究范圍進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇與調(diào)整。

2.2模型模擬法眾多的模型一般應(yīng)用于區(qū)域或全球尺度的自然生態(tài)系統(tǒng)植被碳匯估算。模型參數(shù)獲取需要長期的定位觀測等方式獲得，而對于具有小環(huán)境特點且呈帶狀分布的路域生態(tài)系統(tǒng)而言，模型參數(shù)的獲取受到了很多限制，如若參考自然生態(tài)系統(tǒng)的參數(shù)值，可能會帶來更大誤差。此外，模型的構(gòu)建是基于對現(xiàn)實過程的簡化，在此過程中眾多的假設(shè)和主觀判斷給模型帶來了很多隱藏的誤差。而且，模型參數(shù)和輸入數(shù)據(jù)的不確定性同樣影響著模型模擬結(jié)果的精度。因此，就目前交通行業(yè)的現(xiàn)狀來看，模型模擬法不宜作為路域植被碳匯估算方法。但是，在交通行業(yè)逐步建立起完善的交通環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，可獲取路域生態(tài)系統(tǒng)小氣候的參數(shù)時，再對部分模型參數(shù)進(jìn)行校正，對模型進(jìn)行改良，將模型模擬法用于驗證與校核其他計算方法，提高碳匯計算精度。

2.3現(xiàn)場實測法目前，通過現(xiàn)場實測法對陸地生態(tài)系統(tǒng)植被固碳量的計算相對成熟，很多學(xué)者認(rèn)為，以實測的方法來計算植被碳匯是誤差最小的測算方法。但是該方法耗時耗力，如若采用該方法對現(xiàn)有路網(wǎng)路域生態(tài)系統(tǒng)中的植被進(jìn)行碳匯估算，由于公路里程的原因工作量將異常巨大，在短時間內(nèi)很難完成。對此，在路域生態(tài)系統(tǒng)植被碳匯的估算中，可選擇典型的路段或區(qū)域采用該方法進(jìn)行計算，并與遙感估算等方法相對比和結(jié)合，進(jìn)行數(shù)據(jù)的校正，提高計算精度。

2.4遙感估算法利用遙感估算植被NPP就是基于地面上不同植被類型對不同波長太陽光的反射率來區(qū)分地表的植被覆蓋。公路是線性工程，長數(shù)十至數(shù)百公里，同時植被類型多樣，因而遙感技術(shù)的應(yīng)用大大節(jié)約了路域植被現(xiàn)場調(diào)查的人力和時間成本。但同時路域范圍寬約為幾十米，在利用遙感技術(shù)時，對遙感圖像的分辨率要求較高，而高分辨率遙感影像價格也非?？捎^，這樣就增加了遙感影像的購買成本。因而在實際應(yīng)用過程中，也需要考慮與現(xiàn)場實測法的結(jié)合，在滿足計算要求的前提下，節(jié)約成本。

2.5通量觀測法通量觀測法是基于微氣象學(xué)原理實現(xiàn)對監(jiān)測樣地的連續(xù)、長期觀測，可應(yīng)用于不同的生態(tài)系統(tǒng)碳通量的監(jiān)測中，形成監(jiān)測體系。但該法儀器設(shè)備價格較高，配套設(shè)施建設(shè)要求高，同時測量難度大，需要專業(yè)技術(shù)人員操作和定期維護(hù)。這些都限制了該方法在路域生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用。因此，在現(xiàn)有條件下即使在路域小范圍內(nèi)開展監(jiān)測也具有一定的難度。然而，為保證路域生態(tài)系統(tǒng)植被碳匯估測的準(zhǔn)確性，在今后的科學(xué)研究中可以借鑒現(xiàn)有通量觀測研究網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)經(jīng)驗，逐步選擇典型的路域環(huán)境建立觀測站點進(jìn)行長期觀測實驗，積累相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)路域生態(tài)系統(tǒng)長期碳通量觀測。

3討論與建議

綜上所述，結(jié)合交通行業(yè)現(xiàn)狀及路域生態(tài)系統(tǒng)的特點，對現(xiàn)有的幾種陸地生態(tài)系統(tǒng)植被碳匯計算方法進(jìn)行可行性分析后，結(jié)果表明:上述方法應(yīng)用于路域碳匯植被碳匯估算具備一定的可行性，但是需要根據(jù)環(huán)境特點、路網(wǎng)特點和研究目的進(jìn)行合理選擇、調(diào)整和方法組合。針對微觀尺度，比如一條公路路域或某一特征段落植被碳匯的計算，可采用現(xiàn)場實測法，通過植被生物量和植被CO2固定量的實測值計算出植被碳匯;針對宏觀尺度路域植被碳匯的計算，可采取遙感解譯估算和現(xiàn)場實測結(jié)合的方法計算植被碳匯。然而目前尚缺乏相關(guān)應(yīng)用案例，實證研究亟待加強。此外，當(dāng)前針對園林植被固碳能力已取得了很多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但是由于公路環(huán)境因子的改變，同種綠化植物應(yīng)用到公路路域上其固碳規(guī)律可能會發(fā)生變化，同時很多公路特有綠化種類的固碳規(guī)律也還處于研究空白。因此，公路路域不同綠化植物的固碳規(guī)律研究也亟待加強，進(jìn)而可為大范圍植被碳匯的計算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時也為今后如何選擇固碳能力強的植物提供依據(jù)。總體而言，面對日益嚴(yán)峻的全球氣候能源危機，低碳交通的理念與緊迫性日益為人們所認(rèn)識，低碳交通運輸體系建設(shè)已全面啟動，我國低碳交通政策研究與建設(shè)均取得了積極進(jìn)展。但是，發(fā)展綠色低碳交通在強調(diào)減排的同時，也不能忽視植被固碳的巨大潛能。然而，目前交通領(lǐng)域植被碳匯的問題一直沒有引起足夠的重視，相關(guān)研究與實踐工作也沒有開展?；诖?，本文提出以下建議:(1)開展碳匯研究工作，摸清交通碳匯家底路域生態(tài)系統(tǒng)中，由于綠色植物光合作用及其生長過程中對土壤碳庫的輸入，已成為重要的碳匯，能夠在一定程度上抵消交通碳排放。但是目前我國交通行業(yè)碳匯量如何?減排貢獻(xiàn)率如何?是否有潛力可挖?這些都是亟待回答的科學(xué)問題。因而，亟待建立適于路域生態(tài)系統(tǒng)的植被碳匯計算方法，開展案例研究，進(jìn)而普查全國的交通碳匯家底。(2)加強基礎(chǔ)研究工作，提高碳匯估算精確度雖然植被碳匯研究工作在很多領(lǐng)域已經(jīng)開展，并取得豐碩成果，但是交通領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)非常薄弱。為保證碳匯估測的準(zhǔn)確性，在今后的科學(xué)研究中應(yīng)結(jié)合全國交通環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，按不同氣候區(qū)域選擇典型的路域環(huán)境建立觀測站點進(jìn)行碳通量的觀測試驗，為今后可能開展的碳交易提供相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。(3)加強技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用，推進(jìn)試點示范建設(shè)。加強固碳技術(shù)、植被碳匯能力提升技術(shù)的研究與應(yīng)用，做好技術(shù)儲備工作，以典型區(qū)域為主體開展碳匯建設(shè)試點工作。從試點工程中遴選示范工程，總結(jié)示范技術(shù)和方法，加大對成果的應(yīng)用和推廣力度。(4)開展碳匯交易相關(guān)研究，做好技術(shù)儲備密切關(guān)注和跟蹤植被碳匯技術(shù)發(fā)展的國際動向，加強行業(yè)在碳稅、碳排放交易等方面的研究工作，學(xué)習(xí)借鑒國外交通領(lǐng)域碳匯提升方面的先進(jìn)經(jīng)驗，促進(jìn)國際交流與合作。

作者：王艷王新軍王倜單位：交通運輸節(jié)能減排項目管理中心交通運輸部科學(xué)研究院