王讓會(huì)，寧虎森

(1.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇 南京，210044；

2.江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京，210044；

3.新疆林科院造林治沙研究所，新疆 烏魯木齊，830063)

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CO2減排林特征及生態(tài)預(yù)警分析

王讓會(huì)1,2，寧虎森3

(1.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇 南京，210044；

2.江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京，210044；

3.新疆林科院造林治沙研究所，新疆 烏魯木齊，830063)

摘要：基于干旱區(qū)CO2減排林區(qū)自然地理與環(huán)境背景，以SPAC系統(tǒng)理念，重點(diǎn)研究減排林水鹽耦合規(guī)律、生態(tài)安全機(jī)制以及減排林生態(tài)效應(yīng)等問(wèn)題；特別是從減排林區(qū)合理生態(tài)水位界定、水環(huán)境監(jiān)測(cè)與人工調(diào)控等方面研究減排林區(qū)水資源的時(shí)空變化特征.研究表明:地下水合理生態(tài)水位以2.5～5.0 m為宜，地下水中的全鹽Mg2+和Cl-的變化最為明顯，并通過(guò)布設(shè)樣地取樣、監(jiān)測(cè)及實(shí)驗(yàn)室分析，揭示水鹽動(dòng)態(tài)變化及互饋關(guān)系.將結(jié)果推廣到整個(gè)減排林區(qū)，約有62.5%林區(qū)屬于中警水平，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高.最后從減排林區(qū)生態(tài)安全預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)分析及水土資源合理利用的模式等方面，探討減排林區(qū)可持續(xù)發(fā)展的若干問(wèn)題.

關(guān)鍵詞：CO2減排林；碳匯；生態(tài)水位；生態(tài)預(yù)警

0引言

干旱區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)具有一系列重要特征，其光合作用對(duì)大氣二氧化碳的吸收與固定作用，在維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要作用，并逐漸被人們所認(rèn)識(shí)而備受關(guān)注，成為評(píng)價(jià)全球變化背景下，干旱區(qū)碳匯效應(yīng)的重要內(nèi)容.干旱區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的水土關(guān)系、水鹽關(guān)系、水熱關(guān)系成為探討生態(tài)過(guò)程的重要途徑，也成為實(shí)施節(jié)能減排、應(yīng)對(duì)氣候變化的重要切入點(diǎn).通過(guò)研究CO2減排林(CDSF)水土資源變化，界定地下水位與生態(tài)需水量[1]，探索水土、水鹽耦合關(guān)系的規(guī)律[2]，構(gòu)建水土資源可持續(xù)利用及其生態(tài)安全指標(biāo)體系，這對(duì)于科學(xué)認(rèn)識(shí)與評(píng)價(jià)人工減排林CO2植物減排的基礎(chǔ)性問(wèn)題，調(diào)控水土及水鹽關(guān)系，保障生態(tài)健康具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義[3].

在干旱區(qū)自然地理背景下，生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)及信息傳遞具有固有的特性.目前，對(duì)于不同生態(tài)系統(tǒng)水土、水鹽耦合關(guān)系，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及碳匯研究已有諸多成果[4-9]，但針對(duì)干旱區(qū)人工植被的研究尚不多見(jiàn)，特別是依托石油城市資源開(kāi)發(fā)過(guò)程的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、低碳經(jīng)濟(jì)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式等研究更少.在石油開(kāi)發(fā)型城市克拉瑪依建立人工植被，作為探討其碳匯效應(yīng)及維護(hù)城市生態(tài)安全的屏障[10-13]，并通過(guò)CDSF水土資源可持續(xù)利用等研究，分析CO2植物減排的基礎(chǔ)性問(wèn)題.本研究應(yīng)用森林生態(tài)學(xué)與水文生態(tài)學(xué)原理，結(jié)合壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模式與方法，針對(duì)克拉瑪依減排林區(qū)自然地理與生態(tài)環(huán)境背景，以土壤-植被-大氣連續(xù)體(SPAC)的理念[14-17]，在CDSF生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建，CDSF生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算，以及減排林水鹽耦合規(guī)律、CDSF碳密度與景觀格局分析等方面開(kāi)展研究，以期科學(xué)認(rèn)識(shí)與評(píng)價(jià)干旱區(qū)人工植被生態(tài)效應(yīng)，探索資源節(jié)約、環(huán)境友好、生態(tài)安全的水土資源可持續(xù)利用模式具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

1研究區(qū)域及方法

1.1研究區(qū)概況研究區(qū)位于新疆克拉瑪依市.減排林地位于準(zhǔn)噶爾盆地西北邊緣的湖積平原，最低海拔258 m，最高海拔276 m，自然坡度為0.26%，部分地區(qū)分布有沙丘；距克拉瑪依市東南約30 km處，為中國(guó)石油新疆油田規(guī)模化CO2植樹(shù)減排項(xiàng)目一期工程，研究區(qū)面積約6 866 hm2.

該區(qū)域?qū)儆诘湫偷拇箨懶詺夂?，干燥少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，土質(zhì)貧瘠，土壤含鹽量高，土壤鹽漬化現(xiàn)象明顯.年平均日照時(shí)數(shù)2 705.6 h，年平均氣溫8.3 ℃，年均降水量108.9 mm，蒸發(fā)量3 008.9 mm；年平均風(fēng)速3.4 m·s-1，大多為西北風(fēng)，風(fēng)沙災(zāi)害嚴(yán)重.天然植被以胡楊、檉柳、梭梭、駱駝刺、蘆葦、芨芨草等為主.

1.2研究方法獲取研究區(qū)Landsat/TM遙感影像，結(jié)合減排林區(qū)已有地下水監(jiān)測(cè)井的地理位置，運(yùn)用GPS輔助進(jìn)行定位.采用典型和隨機(jī)抽樣法，在減排林區(qū)設(shè)置10 m×10 m的樣地若干個(gè).在每個(gè)樣地內(nèi)挖1個(gè)1 m×1 m土壤剖面,每個(gè)剖面以20 cm分層取土樣.同時(shí)記錄樣地內(nèi)植被類型、生長(zhǎng)狀況、郁閉度、蓋度等數(shù)據(jù).將土壤帶回實(shí)驗(yàn)室，對(duì)土樣化學(xué)性狀等進(jìn)行測(cè)定分析.

在此基礎(chǔ)上，通過(guò)綜合分析與系統(tǒng)研究的方法，了解減排林區(qū)水資源形成、轉(zhuǎn)化與消耗的規(guī)律，從而進(jìn)一步了解地表水資源的時(shí)空分布特征，分析減排林區(qū)水資源利用狀況，提出減排林區(qū)水資源變化規(guī)律，評(píng)價(jià)減排林安全狀況，并進(jìn)行生態(tài)預(yù)警分析.

圖1　克拉瑪依人工減排林地理位

2減排林的主要特征

2.1具有特定的減碳效應(yīng)

2.1.1林種的特殊性根據(jù)森林的不同培育目的，我國(guó)《森林法》規(guī)定了5大類林種，即防護(hù)林、用材林、經(jīng)濟(jì)林、薪炭林及特種用途林；而CDSF是基于森林吸收CO2的機(jī)制而界定的一類特殊森林類型,其造林樹(shù)種、造林密度、植被配置、經(jīng)營(yíng)措施等方面具有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，CDSF具有一系列不同于普通林分類型的特點(diǎn).

綠色植物通過(guò)光合作用吸收CO2，并將其固定在植被體中，從而減少了CO2氣體在大氣中的濃度，體現(xiàn)了碳減排的特征，具有碳匯效應(yīng).碳匯一般是指從空氣中清除CO2的過(guò)程、活動(dòng)及機(jī)制.由于綠色植被具有碳匯效應(yīng)，因此，通過(guò)植樹(shù)種草和植被保護(hù)等措施，可以降低大氣中CO2濃度，減緩氣候變暖的節(jié)奏，降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，保障生態(tài)安全.

由于林分類型的差異，植物種類亦不同，各類植物光合作用(即碳的固定過(guò)程)及其生理響應(yīng)也就有所不同，物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)換及信息傳遞等生態(tài)過(guò)程就不同；需要指出的是植物與其生境具有密切的關(guān)系，植物的光合作用等過(guò)程離不開(kāi)特定的環(huán)境背景，環(huán)境背景的物質(zhì)循環(huán)亦離不開(kāi)植物；一方面，植物在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中其枯枝落葉直接進(jìn)入土壤，參與土壤的物質(zhì)循環(huán)，另一方面，植物根系等與土壤形成的土-根界面，具有一系列復(fù)雜的水分及養(yǎng)分交換過(guò)程.CDSF是利用森林的儲(chǔ)碳功能，通過(guò)植樹(shù)造林、加強(qiáng)森林經(jīng)營(yíng)管理、減少植被破壞、保護(hù)和恢復(fù)森林植被等活動(dòng)，體現(xiàn)碳匯效應(yīng)的一類森林，隨著人們對(duì)全球變化的日益關(guān)注，CDSF的一系列問(wèn)題也備受重視.

2.1.2碳儲(chǔ)量估算的不確定性由于CDSF具有碳匯功能，碳儲(chǔ)量的估算就成為準(zhǔn)確把握生態(tài)過(guò)程及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要基礎(chǔ).在進(jìn)行CDSF碳儲(chǔ)量估算過(guò)程中，樣地布局、取樣過(guò)程以及樣品保存與處理方法也就有所不同，復(fù)雜程度也就自然不同，很難直接借用相關(guān)觀測(cè)方法就能湊效.特別是要監(jiān)測(cè)、分析及估算CDSF土壤及植被的碳儲(chǔ)量，其碳的賦存形式及轉(zhuǎn)化過(guò)程亦與其他生態(tài)系統(tǒng)具有差異性，除了取樣及測(cè)定具體環(huán)節(jié)有差異外，在模式估算的參量選擇及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的確定等方面亦有差異，同樣也不是其他類型植被碳測(cè)定的具體過(guò)程完全能夠適用其測(cè)定.國(guó)內(nèi)外關(guān)于碳儲(chǔ)量監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)等方面存在的一系列問(wèn)題，特別是定量估算的不確定性要素來(lái)源表現(xiàn)在估算過(guò)程的不確定性以及估算結(jié)果的不確定性等諸多方面.針對(duì)CDSF的特殊結(jié)構(gòu)與功能，在樣地選取、參量選擇、取樣方法、分析方法、模型率定等過(guò)程中亦須充分考慮可能導(dǎo)致不確定性的可能性，才可減少CDSF碳儲(chǔ)量估算的不確定性.

事實(shí)上，植被類型多種多樣，不同的植被具有其獨(dú)特性及復(fù)雜性，針對(duì)減排林的特征探索生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量不確定性一系列原因，并建立估算模式，是碳儲(chǔ)量定量化研究及生態(tài)系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)的重要基礎(chǔ).

2.2具有相應(yīng)的林分結(jié)構(gòu)實(shí)地調(diào)查分析結(jié)果表明，克拉瑪依CDSF的樹(shù)種主要有俄羅斯楊、新疆楊、白蠟、檉柳、沙棗、梭梭等，樹(shù)種較為單一.平均樹(shù)高4.5～11.0 m，樹(shù)高與直徑的比值為79～219，在一定程度上反映了生長(zhǎng)的差異性.從結(jié)構(gòu)而言亦較單一，生物群落多樣性低，抗病蟲(chóng)害能力較弱，再加上各林分結(jié)構(gòu)的土壤養(yǎng)分及水分缺乏、病蟲(chóng)害危害嚴(yán)重,生長(zhǎng)狀況不佳.相對(duì)而言，CDSF東北區(qū)域林分結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)狀況最好,其蓄積量普遍比CDSF西北和中部區(qū)域林分結(jié)構(gòu)高60%,而CDSF西北和中部區(qū)域比東南及南部區(qū)域林分結(jié)構(gòu)的蓄積量高70%,各區(qū)域林分結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)狀況相差懸殊.CDSF土壤全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)含量和分布與林分的生長(zhǎng)狀況成正相關(guān)關(guān)系；水鹽也對(duì)CDSF生長(zhǎng)有重要影響；受病蟲(chóng)害等因素影響的CDSF林木生長(zhǎng)狀況不佳，進(jìn)一步改善克拉瑪依CDSF的生長(zhǎng)狀況成為降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重要途徑.

2.3具有一定的合理生態(tài)水位根據(jù)對(duì)CDSF地下水、土壤水、植物生長(zhǎng)與環(huán)境狀況之間的定量關(guān)系，分析SPAC要素相互作用，界定合理的生態(tài)水位，確定減排林區(qū)生態(tài)需水量閾值.

借助于2009年及2010年在減排林區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)調(diào)查的18眼地下水監(jiān)測(cè)井水位數(shù)據(jù)，應(yīng)用IDM反距離權(quán)重法進(jìn)行插值，編制研究區(qū)地下水埋深等值線分布圖(圖2).從實(shí)地監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，減排林區(qū)地下水埋深最小值出現(xiàn)在10#區(qū)域，為0.85 m.

在實(shí)際調(diào)查監(jiān)測(cè)過(guò)程中，分別于2005年8月、2009年8月和2010年8月3個(gè)時(shí)段，在減排林區(qū)獲得了地下水埋深的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；為了便于分析，選取8#、9#、10#、20#監(jiān)測(cè)井，比較其在3個(gè)時(shí)段的地下水埋深變化特征(圖3).

圖2　2009年減排林區(qū)地下水埋深等值

圖3　不同年度地下水埋

由圖2可知，隨著時(shí)間的推移，3個(gè)年份減排林地下水埋深平均值分別為7.62 m、6.62 m和4.03 m.2005年以來(lái)，各監(jiān)測(cè)井地下水埋深總體呈變小趨勢(shì).

為研究植物生長(zhǎng)狀況與地下水埋深之間的關(guān)系，把減排林區(qū)內(nèi)植被長(zhǎng)勢(shì)劃分為良好、較好、一般和差4個(gè)等級(jí)，并分析俄羅斯楊、檉柳、沙棗、蘆葦?shù)戎参锏纳L(zhǎng)狀況與地下水埋深的關(guān)系.觀測(cè)表明，當(dāng)?shù)叵滤裆钚∮?.3 m時(shí)，4種植物的長(zhǎng)勢(shì)一般；當(dāng)?shù)叵滤裆钐幱?.3～4.0 m時(shí)，植物均長(zhǎng)勢(shì)趨好；當(dāng)?shù)叵滤裆钤?.0～6.0 m時(shí)，4種植物長(zhǎng)勢(shì)較好；當(dāng)?shù)叵滤裆钤?.0～8.0 m時(shí)，植物長(zhǎng)勢(shì)一般.而當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥?.0 m時(shí)，植物長(zhǎng)勢(shì)很差.監(jiān)測(cè)分析表明，減排林地下水合理生態(tài)水位應(yīng)為2.5～5.0 m.

2.4具有復(fù)雜的水土耦合關(guān)系通過(guò)對(duì)CDSF2010年8月地下水水質(zhì)的分析結(jié)果，減排林地下水化學(xué)性質(zhì)如表1,水鹽動(dòng)態(tài)變化及其互饋效應(yīng)明顯.

表1　地下水水化學(xué)特征　g·L-1

表2　不同鹽離子含量的平均值

從圖5可以看出，減排林區(qū)土壤總鹽含量與土壤相對(duì)含水率呈負(fù)相關(guān)，即土壤總鹽含量隨土壤相對(duì)含水率的增加呈減小趨勢(shì).在克拉瑪依減排林區(qū)，氣候狀況、地形特征、土地翻整方式及灌溉措施是影響CDSF土壤水鹽關(guān)系的主要因素.

圖4　不同年度地下水礦化

圖5　土壤總鹽含量與土壤相對(duì)含水率的關(guān)

從表3可以看出，0～20 cm、40～60 cm、60～80 cm土層總鹽含量的變異系數(shù)分別為111.42%、131.63%、129.01%，屬?gòu)?qiáng)變異性；20～40 cm、80～100 cm土層總鹽量的變異系數(shù)分別為87.91%和65.52%，屬中等變異性.造成這種現(xiàn)象的原因在于減排林區(qū)局部區(qū)域地勢(shì)不平、土地翻整不均勻、植被類型及栽種模式不同以及灌溉方式不同等.

從表3還可知看出，隨著深度的加深，土壤總鹽含量呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明表層土壤(0～20 cm)有一定的鹽分累積.在研究區(qū)實(shí)地調(diào)查也可以發(fā)現(xiàn)，部分樣地表層土壤有鹽結(jié)皮現(xiàn)象，說(shuō)明鹽分離子的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)以聚集為主，這與研究區(qū)降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈等氣候因素以及漫灌方式等有密切的關(guān)系.

表3　不同土層總鹽特征統(tǒng)計(jì)分析

克拉瑪依人工減排林具有碳匯效應(yīng).人工減排林生態(tài)系統(tǒng)總有機(jī)碳密度為喬木層碳密度、草本層碳密度和土壤有機(jī)碳密度之和[19].研究表明，新疆克拉瑪依CDSF生態(tài)系統(tǒng)平均碳密度為75.42 mg/hm2(包括喬木層的平均碳密度為37.04 mg/hm2，草本層平均碳密度為0.59 mg/hm2，0～100 cm標(biāo)準(zhǔn)剖面土壤層平均碳密度為37.79 mg/hm2)，從CDSF基地生態(tài)系統(tǒng)總有機(jī)碳密度空間分布圖可以獲知，人工減排林生態(tài)系統(tǒng)碳密度在西部最低，有機(jī)碳密度低于54 mg/hm2，在中部碳密度較高，超過(guò)72 mg/hm2，大部分區(qū)域介于60～62 mg/hm2.

克拉瑪依人工減排林統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，克拉瑪依CDSF生態(tài)系統(tǒng)總碳儲(chǔ)量為502 849.8 mg，(包括喬木層的碳儲(chǔ)量為246 935.7 mg，草本層碳儲(chǔ)量為3 979.74 mg，0～100 cm標(biāo)準(zhǔn)剖面土壤層碳儲(chǔ)量為251 934.4 mg)，在CDSF有機(jī)碳庫(kù)儲(chǔ)量中，植被層有機(jī)碳所占總有機(jī)碳49.11%，草本層為0.79%，土壤層為50.10%.

3減排林的生態(tài)預(yù)警

預(yù)警是對(duì)危機(jī)和危機(jī)狀態(tài)的事先警告與提醒.19世紀(jì)末期預(yù)警思想被應(yīng)用于宏觀監(jiān)測(cè)和調(diào)控領(lǐng)域；隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)與信息技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)80年代預(yù)警廣泛應(yīng)用于災(zāi)害監(jiān)測(cè)領(lǐng)域；隨著系統(tǒng)科學(xué)、3S技術(shù)等的發(fā)展和全球生態(tài)問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，科學(xué)預(yù)警理念與方法引起了人們的廣泛關(guān)注.一般而言，生態(tài)預(yù)警是對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)的逆向演替與退化現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)并及時(shí)報(bào)警的過(guò)程，也是在多種不同時(shí)空尺度下對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)和綜合預(yù)測(cè)評(píng)價(jià).同時(shí)，對(duì)區(qū)域生態(tài)狀態(tài)及時(shí)做出危害性變化和惡化速度的警告.干旱區(qū)的減排林，處于脆弱的生態(tài)環(huán)境背景下，生態(tài)系統(tǒng)易受到自然與人為要素影響表現(xiàn)出一系列不穩(wěn)定性，對(duì)其生態(tài)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與預(yù)警具有一定的現(xiàn)實(shí)必要性.要實(shí)現(xiàn)對(duì)減排林生態(tài)安全狀況的預(yù)警，還必須在系統(tǒng)生態(tài)學(xué)、水文生態(tài)學(xué)、自然地理學(xué)等原理指導(dǎo)下，根據(jù)減排林林分狀況、立地條件的綜合狀況進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)與分析，進(jìn)一步構(gòu)建預(yù)警模式及標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)不同區(qū)域的林分進(jìn)行預(yù)警程度的劃分.

基于生態(tài)安全內(nèi)涵及特點(diǎn)[20-21]，針對(duì)干旱區(qū)荒漠背景下環(huán)境狀況，構(gòu)建CDSF生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.減排林區(qū)生態(tài)安全指標(biāo)體系是基于P-S-R模型建立的.P為壓力，指減排林區(qū)所處的自然地理環(huán)境等影響其生存的主要自然條件；S為狀態(tài)，表征減排林區(qū)環(huán)境現(xiàn)狀；R為響應(yīng)，表征CDSF項(xiàng)目實(shí)施到現(xiàn)在取得的成效.為方便起見(jiàn)，將林區(qū)氣候、土壤、水文、植被及景觀等各要素綜合集成在一個(gè)體系中，分為3個(gè)層次，即準(zhǔn)則層A、準(zhǔn)則層B和指標(biāo)層C.該指標(biāo)體系中的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于取樣試驗(yàn)和遙感影像景觀指數(shù)計(jì)算.從若干指標(biāo)中篩選出14個(gè)指標(biāo)，并通過(guò)權(quán)重賦值，最終構(gòu)建一個(gè)生態(tài)安全度指數(shù)，結(jié)合其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià).同時(shí)，利用GIS等軟件，結(jié)合研究區(qū)地形地貌狀態(tài)及野外調(diào)查試驗(yàn)結(jié)果，將減排林區(qū)劃分為不同區(qū)域，分別評(píng)價(jià)其生態(tài)安全程度.

在上述生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)框架下，進(jìn)一步建立CDSF生態(tài)安全的預(yù)警及風(fēng)險(xiǎn)分析模式[22]；并采用定性與定量相結(jié)合的方法，從時(shí)空特征等方面對(duì)生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià).影響CDSF可持續(xù)發(fā)展的因素較多，由林區(qū)生態(tài)條件、管理水平等諸多因素綜合作用的結(jié)果.本研究通過(guò)對(duì)研究區(qū)的實(shí)地調(diào)查及取樣分析，對(duì)土壤、地下水提取生態(tài)預(yù)警指標(biāo).在確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)，考慮到各種土壤、水文因素的復(fù)雜性以及為了便于比較分析，作如下假設(shè)：指標(biāo)層1中假設(shè)土壤養(yǎng)分和鹽分指標(biāo)(B1)與地下水指標(biāo)在CDSF生態(tài)預(yù)警體系中的作用是相同的，即分別占權(quán)重的50%；同樣，在指標(biāo)層2中假設(shè)土壤養(yǎng)分指標(biāo)即有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、有效磷含量、速效鉀含量，以及土壤鹽分指標(biāo)即土壤總鹽量和土壤pH，在B1中具有同等重要的作用，則它們的權(quán)重都為1/12；地下水pH、礦化度、氯化物含量及硫酸鹽含量在地下水指標(biāo)B2中的權(quán)重相等，即均為0.125.

表4　減排林各樣地生態(tài)預(yù)警指數(shù)及預(yù)警結(jié)果

基于2009年和2010年對(duì)克拉瑪依CDSF的實(shí)地調(diào)查，按照已有地下水觀測(cè)井空間位置以及減排林分布狀況，剔除減排林植被類型及生態(tài)狀況相似的樣地，選取8個(gè)樣地進(jìn)行取樣，實(shí)驗(yàn)室分析土壤養(yǎng)分和鹽分狀況及水樣鹽分狀況.減排林區(qū)各樣地生態(tài)預(yù)警指數(shù)及預(yù)警結(jié)果見(jiàn)表4.

可以看出，8個(gè)樣地中有1個(gè)樣地屬于輕警，有5個(gè)屬于中警，還有2個(gè)屬于重警.將結(jié)果推廣到整個(gè)減排林區(qū)，約有62.5%屬于中警，相對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高，不利于減排林區(qū)的可持續(xù)發(fā)展.

4主要結(jié)論

1) CDSF是一類特殊類型的森林，具有一定的碳匯效應(yīng)，其生物多樣性不夠豐富，結(jié)構(gòu)單一，具有潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn).

3) 基于P-S-R模型建立的CDSF生態(tài)安全的預(yù)警及風(fēng)險(xiǎn)模式，定量評(píng)價(jià)表明，CDSF區(qū)域約有62.5%面積屬于中警狀態(tài)，其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高，不利于減排林區(qū)的可持續(xù)發(fā)展.

4) 定量研究表明，CDSF總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值十分明顯，總值可達(dá)為1.55×109元.在CDSF有機(jī)碳庫(kù)儲(chǔ)量中，植被層有機(jī)碳所占總有機(jī)碳的49.11%，草本層為0.79%，土壤層為50.10%，干旱區(qū)人工林生態(tài)系統(tǒng)中土壤是重要的碳庫(kù).

致謝參與本研究的項(xiàng)目組成員還有張慧芝、吉小敏、徐德福、李琪、郭靖、呂妍、孔維財(cái)、吳明輝、左成華等，一并表示致謝.

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(責(zé)任編輯郭定和)

Characteristic analysis and ecological early-alarming of carbon dioxide storage forest

WANG Ranghui1，2，NING Husen3

(1.School of Applied Meteorology, Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044，China；

2.Collaborative Innovation Center of Atmospheric Environment and Equipment Technology,Nanjing 210044,China；

3.Institute of Afforestation of Sand,Xinjiang Academy of Forestry,Urumuqi 830063,China)

Abstract:Using principle and methdology of geo-information science and hydrological ecology,based on the background of natural geography and ecological environment,some problems of CDSF are studied with the idea of SPAC.The issues including eco-system serve value,water and salt coupling,eco-safety mechanism,and ecological effects,etc..In particular,the spatial and temporal characteristics of water resource are studied which includes the variation characteristics of surface water resource,rational groundwater depth and eco-water demand,water environmental monitoring and man-made management.The research shows that reasonable ecological groundwater depth should be between 2.5 and 5.0 meters,meanwhile,the Mg2+and Cl-of total salt in the groundwater are changed obviously.Futhermore,the coupling relation between water and soil are studied based on feedback analysis and dynamic change of water and salt,driving force analysis of coupling between water and salt respond mechanism to water and soil elements.A total of area in CDSF is about 62.5% belong to the serious alarming area,the corresponding risk level is higher.In addition,some problems of eco-safety and sustainable development are studied based on building up eco-safety index system,early-alarming and risk analysis,and the sustainable utilization mode and approach of water and soil resource.

Key words:carbon dioxide storage forest (CDSF);carbon sink;ecological groundwater depth;ecological early-alarming

中圖分類號(hào):X523

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ADOI:10.3969/j.issn.1000-2375.2016.01.005

文章編號(hào):1000-2375(2016)01-0025-07

作者簡(jiǎn)介:王讓會(huì)(1963-)，男，教授，E-mail:rhwang@nuist.edu.cn；寧虎森，通信作者，研究員，E-mail:ninghusen@sina.com

基金項(xiàng)目:國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAD16B0305,2012BAC23B01)、中國(guó)清潔發(fā)展機(jī)制基金贈(zèng)款項(xiàng)目(2013013)及973計(jì)劃(2006CB705809)資助

收稿日期:2015-06-19