水土流失引發(fā)的CO2通量控制方法研究

水土流失在造成生態(tài)退化、面源污染的同時(shí)，還會(huì)引發(fā)CO2吸收-排放通量，進(jìn)而影響全球碳循環(huán)的過(guò)程和氣候變化的進(jìn)程。圍繞該問(wèn)題，以往構(gòu)建了計(jì)算模型，將土層劃分為緩性碳庫(kù)和惰性碳庫(kù)模擬水土流失引發(fā)的CO2通量。然而，由于土壤有機(jī)碳礦化速率沿土層深度方向不斷衰減，簡(jiǎn)單的雙土層模型估算CO2通量的不確定性較大。鑒于此，本項(xiàng)目提出了全剖面一體化土壤碳庫(kù)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種尺度下流域碳通量的精確評(píng)估，并基于此研究了富集效應(yīng)對(duì)碳通量的影響；采用2010年以來(lái)的土壤數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)、有機(jī)碳輸入和周轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，評(píng)估了全國(guó)水土流失和有機(jī)碳凈流失的重點(diǎn)區(qū)域；研究了氣候因子和人類活動(dòng)因子對(duì)水、沙、碳通量的影響，最后明確了各類水土保持措施對(duì)水土流失-碳通量雙目標(biāo)調(diào)控的效用。 研究表明，全剖面一體化土壤碳庫(kù)模型可以更精確地模擬水土流失過(guò)程中產(chǎn)生的CO2通量；富集效應(yīng)造成的有機(jī)碳垂向分布不斷均化造成了CO2通量的顯著下降；2010年以來(lái)，中國(guó)的水土流失強(qiáng)度整體上在中度以下，但遼西丘陵區(qū)、魯西南低山丘陵區(qū)，以及長(zhǎng)江上游區(qū)域的土壤侵蝕仍較為嚴(yán)重，黃土高原的侵蝕強(qiáng)度則明顯下降；綜合考慮CO2吸收強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江上游區(qū)域亦是有機(jī)碳凈流失控制的重點(diǎn)區(qū)域；氣候因子和人類活動(dòng)因子對(duì)水、沙、碳通量均有重要影響，其中，長(zhǎng)江流域和黃河流域的人類活動(dòng)對(duì)徑流均化效應(yīng)的貢獻(xiàn)較大，珠江流域中氣候因子占主導(dǎo)；徑流均化和人類活動(dòng)則進(jìn)一步導(dǎo)致了輸沙量的顯著減少；部分區(qū)域降雨的集中化分布同時(shí)增加了水土流失量和土壤有機(jī)碳凈流失量；梯田和等高耕作可以減少50-80%的水土流失量，減少53-82%的有機(jī)碳凈流失量；保護(hù)性耕作措施和免耕可以減少50-70%的水土流失量，減少34-55%的有機(jī)碳凈流失量。

水土流失不僅帶來(lái)土地退化、非點(diǎn)源污染等負(fù)面環(huán)境效應(yīng)，而且引發(fā)了可觀的CO2通量，影響全球碳循環(huán)。由于水土流失既有可能帶來(lái)CO2吸收效應(yīng)，也有可能造成CO2排放效應(yīng)，如何協(xié)調(diào)水土保持和CO2固定兩大目標(biāo)成為當(dāng)前利用水土保措施控制CO2通量的主要難點(diǎn)。本課題首先引入富集系數(shù)，以修正現(xiàn)有的CO2通量計(jì)算方法；其次改進(jìn)水土保持影響下的CO2通量控制效益模型，以計(jì)算典型水土保持措施對(duì)CO2通量的影響；最后構(gòu)造碳通量特征向量并引入向量運(yùn)算的概念，以解決水土保持和CO2固定兩大目標(biāo)的協(xié)調(diào)問(wèn)題，最終建立具有不同CO2通量特征的地塊單元與各類水土保持措施的匹配方法。該研究不僅能夠深化對(duì)水土流失和人類水土保持活動(dòng)在碳循環(huán)中作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)，而且對(duì)新時(shí)期水土保持規(guī)劃的實(shí)踐也具有指導(dǎo)意義。

幾乎所有的通量觀測(cè)都是從確定觀測(cè)對(duì)象(生態(tài)系統(tǒng))開(kāi)始的，然后是尋找合適的森林、草地或農(nóng)田觀測(cè)場(chǎng)所。觀測(cè)場(chǎng)所選擇是一個(gè)重要問(wèn)題，它關(guān)系到所獲得數(shù)據(jù)的價(jià)值。觀測(cè)工作一旦開(kāi)始，再移動(dòng)觀測(cè)點(diǎn)就需要花費(fèi)很大的物力和財(cái)力，也會(huì)浪費(fèi)觀測(cè)研究的時(shí)間，因此觀測(cè)點(diǎn)的選擇確定必須慎重。

通量觀測(cè)理想的場(chǎng)所是地形平坦、植被均質(zhì)分布的下墊面。雖然傾斜坡地和起伏較大的復(fù)雜地形上的通量觀測(cè)也是非常重要的研究課題，但應(yīng)盡可能尋找符合理想條件的觀測(cè)場(chǎng)所。在站點(diǎn)選擇時(shí)，可以利用待選觀測(cè)點(diǎn)(或地域)以往的氣象資料調(diào)査分析盛行風(fēng)的季節(jié)變化。設(shè)置觀測(cè)塔的場(chǎng)所選擇要求在生物活動(dòng)的活躍時(shí)期，盡可能在上風(fēng)側(cè)具有長(zhǎng)的風(fēng)浪區(qū)(fetch)。在風(fēng)的狀況不明時(shí)，可以選擇盡可能大的平坦植被斑塊，在其中央附近建立觀測(cè)塔。同時(shí)還要考慮道路和商用電源的利用條件，過(guò)于遠(yuǎn)離可以駛?cè)似嚨牡缆?，不但在設(shè)備安裝、維護(hù)和檢修方面都花費(fèi)大量勞力，也給長(zhǎng)期的觀測(cè)工作帶來(lái)諸多不便，難以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

交通量是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)道路或車道某一斷面的交通實(shí)體的數(shù)量，也稱交通流量。通過(guò)交通實(shí)體為汽車時(shí)稱汽車交通量，如為自行車和行人時(shí)則稱自行車交通量和行人交通量等本節(jié)僅論及汽車交通量的調(diào)查。調(diào)查汽車交通量的目的是：

（1）在某一地點(diǎn)作周期調(diào)查，了解交通的組成、分布，掌握交通量隨時(shí)間推移的變化規(guī)律據(jù)此可預(yù)測(cè)交通量及其發(fā)展趨勢(shì)。

（2）為道路規(guī)劃建設(shè)及交通營(yíng)運(yùn)管理與控制，提供交通流量、流向、車速、延誤、停車等數(shù)據(jù)。①通過(guò)區(qū)域性交通量調(diào)查決定新建與改建道路的先后順序，即為確定投資順序、安排資金與效益評(píng)估提供定量依據(jù)；②通過(guò)道路現(xiàn)有交通量調(diào)查，確定設(shè)置交通信號(hào)、標(biāo)志及采取某項(xiàng)交通管理措施的必要性；③為道路幾何設(shè)計(jì)及交通控制設(shè)計(jì)提供交通量依據(jù)。

（3）通過(guò)事前、事后的交通量調(diào)查、評(píng)價(jià)道路服務(wù)水平與交通管理措施的效果。

（4）在交通研究中通過(guò)交通量調(diào)查掌握交通實(shí)態(tài)與變化的規(guī)律。

（5）用于推算道路通行能力、預(yù)測(cè)與計(jì)算事故率及道路運(yùn)輸成本和效益等。

（6）為制定交通政策法規(guī)與科學(xué)理論研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

汽車交通量的調(diào)查只需在某種確定的條件下統(tǒng)計(jì)通過(guò)道路或車道某一斷面的汽車數(shù)量。盡管如此，由于調(diào)查的著眼點(diǎn)及調(diào)查地點(diǎn)不同，仍有很多種類的交通量調(diào)查，現(xiàn)僅就交通動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)分類如下。

1.區(qū)域交通量調(diào)查區(qū)域交通量調(diào)查系指以掌握某一區(qū)域的交通量的大小及變化為目的，在區(qū)域內(nèi)各不同路段及不同交叉口處進(jìn)行的交通量調(diào)查。盡管是在同一區(qū)域內(nèi)，但也由于道路所處位置及周圍土地開(kāi)發(fā)利用條件等不同而使交通量隨時(shí)間的變化規(guī)律不盡一致。為此，一般要求進(jìn)行年平均日交通量的調(diào)查。我國(guó)此項(xiàng)調(diào)査由各地區(qū)交通部門、交通管理部門、交通規(guī)劃部門等所設(shè)立的常年交通觀測(cè)站負(fù)責(zé)進(jìn)行，如全國(guó)干線公路調(diào)查、城市居民出行調(diào)查等。

2.小區(qū)邊界線交通量調(diào)查小區(qū)邊界線交通量調(diào)查是指對(duì)客貨業(yè)務(wù)繁忙地區(qū)，如特定經(jīng)濟(jì)區(qū)、城市及城市圈等汽車交通量的調(diào)查。調(diào)查時(shí)將地區(qū)包圍線（小區(qū)邊界線）與進(jìn)入該地區(qū)道路的相交處作為調(diào)查點(diǎn)，分別調(diào)查進(jìn)入和駛出小區(qū)范圍的交通量。這一調(diào)查與OD調(diào)查和其他交通調(diào)查同時(shí)進(jìn)行。

3.核查線調(diào)查這種調(diào)查是以河流、丘陵、鐵道等地形及地物邊界線或其他人為設(shè)立的檢查線為分界線調(diào)查分界線兩側(cè)區(qū)域相互來(lái)往穿過(guò)檢查線的交通量。這種調(diào)查一般是為檢驗(yàn)OD調(diào)查所得資料的可靠性。

4.特定地點(diǎn)或?qū)ｍ?xiàng)交通量調(diào)查這種調(diào)查為滿足交通管理與信號(hào)控制的需要而在特定地點(diǎn)進(jìn)行的交通量調(diào)查，如城市出入口交通量調(diào)查、公共交通調(diào)查、綜合交通調(diào)查、事故調(diào)查等。一般調(diào)查各周日的平均日交通量，如星期三平均日交通量、星期五平均日交通量以及某周日的高峰小時(shí)交通量等。