气候和土地利用变化对陆地-河流碳通量的影响研究

Climate change and land cover change substantially impact processes of land surface runoff and soil erosion, which result into lateral movement of soil organic carbon from land to river and ocean. This project aims at studying and simulating lateral transport of soil organic carbon from land to river over Nenjiang basin at the Northeast China, a typical region with strong climate change and land cover change. Six sub-basins, covered by different vegetation types (i.e. cropland, forest and grassland), will be selected to monitor the full processes of soil carbon erosion, deposition and transport to rivers. In addition, this proposed project will develop the model algorithms to simulate lateral transport of particulate organic carbon and dissolved organic carbon and evaluate the impacts of climate change and land cover change on land-river carbon fluxes. The significance of this study shows that it sheds light on carbon budget estimation of terrestrial and river ecosystems.

气候与土地利用变化改变了陆表径流和土壤侵蚀过程，导致土壤有机碳在陆地、河流、海洋等之间的水平迁移，重新塑造了水文-生物地球化学循环过程，显著影响了全球碳循环。本项目以模拟陆地-河流碳水平迁移为出发点，在我国气候与土地利用变化剧烈的嫩江流域内，选取不同植被类型主导的小流域，观测不同降水过程中两种土壤有机碳组分(颗粒有机碳和可溶性有机碳)侵蚀、堆积和输送到河流的全过程，发展能够模拟两种有机碳组分并联系陆地和河流碳通量的模型系统，以期量化陆地-河流碳通量强度，评估长期气候与土地利用变化对其的调控机制。该项目有助于提高陆地生态系统区域碳源汇的估算精度，并为准确估算河流等水体生态系统碳收支，乃至国家尺度碳源汇格局提供科学依据。

气候与土地利用变化改变了陆表径流和土壤侵蚀过程，导致土壤有机碳在陆地、河流、海洋等之间的水平迁移，重新塑造了水文-生物地球化学循环过程，显著影响了全球碳循环。围绕着项目既定研究任务，本项目取得了以下三个方面的成果。（1）建立了不同土地利用覆盖类型主导的实验样地。为了研究不同土地利用类型下土壤侵蚀对于碳循环的影响，项目在嫩江流域构建了森林、草地和农田为主导的三个研究样地，搭建了开展陆表土壤侵蚀以及河流POC和DOC含量的观测平台。（2）收集了嫩江流域4个支流河流中POC和DOC含量数据。这些数据包含了2016年以来的定位观测数据，观测数据覆盖了整个生长季，能够很好地反映动态变化。（3）构建了能够模拟POC和DOC生成、水平迁移和分解的模型公式，并实现了与生态系统模型的动态耦合。项目组在原有模型（IBIS模型）基础上，发展了POC和DOC从生成、迁移和分解的全过程公式，并利用上述收集的观测数据对模型进行参数化和验证。结果显示模型能够很好地模拟POC和DOC的动态变化，特别是能够很好反映不同降水强度和土地利用方式下的动态变化。.取得的主要成果包括，建设了覆盖不同土地利用类型的观测场地。在我国东北嫩江流域选择三个不同植被类型覆盖的流域。实现IBIS模型与水文模型的双向耦合，提高IBIS模型对于流域径流量和土壤侵蚀量的模拟精度。构建了土壤POC和DOC生成、迁移和分解模型公式，并与IBIS模型实现耦合，开展区域模拟研究。观测数据和模拟结果均表明，以森林覆盖为主的晨明流域在土壤和河流中可溶性有机碳含量高于以农田为主的五道沟流域。近期在邻近流域的研究为我们的结论提供了依据，森林生态系统的土壤中可溶性有机碳含量高于农田生态系统。以前的研究也强调了，农田生态系统中土壤有机碳以颗粒态有机碳形式流入到河流的量比其他类型的生态系统更大。本研究结果表明应重视森林生态系统的河流中的可溶性有机碳运输量。特别是河流中可溶性有机碳的分解速率要快于颗粒态有机碳，这导致了更高的碳释放量。