水土流失引發(fā)的CO2通量控制方法研究結(jié)題摘要

水土流失在造成生態(tài)退化、面源污染的同時，還會引發(fā)CO2吸收-排放通量，進而影響全球碳循環(huán)的過程和氣候變化的進程。圍繞該問題，以往構建了計算模型，將土層劃分為緩性碳庫和惰性碳庫模擬水土流失引發(fā)的CO2通量。然而，由于土壤有機碳礦化速率沿土層深度方向不斷衰減，簡單的雙土層模型估算CO2通量的不確定性較大。鑒于此，本項目提出了全剖面一體化土壤碳庫模型，實現(xiàn)了對各種尺度下流域碳通量的精確評估，并基于此研究了富集效應對碳通量的影響；采用2010年以來的土壤數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)、有機碳輸入和周轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，評估了全國水土流失和有機碳凈流失的重點區(qū)域；研究了氣候因子和人類活動因子對水、沙、碳通量的影響，最后明確了各類水土保持措施對水土流失-碳通量雙目標調(diào)控的效用。 研究表明，全剖面一體化土壤碳庫模型可以更精確地模擬水土流失過程中產(chǎn)生的CO2通量；富集效應造成的有機碳垂向分布不斷均化造成了CO2通量的顯著下降；2010年以來，中國的水土流失強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)，以及長江上游區(qū)域的土壤侵蝕仍較為嚴重，黃土高原的侵蝕強度則明顯下降；綜合考慮CO2吸收強度，發(fā)現(xiàn)長江上游區(qū)域亦是有機碳凈流失控制的重點區(qū)域；氣候因子和人類活動因子對水、沙、碳通量均有重要影響，其中，長江流域和黃河流域的人類活動對徑流均化效應的貢獻較大，珠江流域中氣候因子占主導；徑流均化和人類活動則進一步導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增加了水土流失量和土壤有機碳凈流失量；梯田和等高耕作可以減少50-80%的水土流失量，減少53-82%的有機碳凈流失量；保護性耕作措施和免耕可以減少50-70%的水土流失量，減少34-55%的有機碳凈流失量。

水土流失不僅帶來土地退化、非點源污染等負面環(huán)境效應，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CO2吸收效應，也有可能造成CO2排放效應，如何協(xié)調(diào)水土保持和CO2固定兩大目標成為當前利用水土保措施控制CO2通量的主要難點。本課題首先引入富集系數(shù)，以修正現(xiàn)有的CO2通量計算方法；其次改進水土保持影響下的CO2通量控制效益模型，以計算典型水土保持措施對CO2通量的影響；最后構造碳通量特征向量并引入向量運算的概念，以解決水土保持和CO2固定兩大目標的協(xié)調(diào)問題，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水土流失和人類水土保持活動在碳循環(huán)中作用機制的認識，而且對新時期水土保持規(guī)劃的實踐也具有指導意義。

幾乎所有的通量觀測都是從確定觀測對象(生態(tài)系統(tǒng))開始的，然后是尋找合適的森林、草地或農(nóng)田觀測場所。觀測場所選擇是一個重要問題，它關系到所獲得數(shù)據(jù)的價值。觀測工作一旦開始，再移動觀測點就需要花費很大的物力和財力，也會浪費觀測研究的時間，因此觀測點的選擇確定必須慎重。

通量觀測理想的場所是地形平坦、植被均質(zhì)分布的下墊面。雖然傾斜坡地和起伏較大的復雜地形上的通量觀測也是非常重要的研究課題，但應盡可能尋找符合理想條件的觀測場所。在站點選擇時，可以利用待選觀測點(或地域)以往的氣象資料調(diào)査分析盛行風的季節(jié)變化。設置觀測塔的場所選擇要求在生物活動的活躍時期，盡可能在上風側(cè)具有長的風浪區(qū)(fetch)。在風的狀況不明時，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塔。同時還要考慮道路和商用電源的利用條件，過于遠離可以駛?cè)似嚨牡缆罚坏谠O備安裝、維護和檢修方面都花費大量勞力，也給長期的觀測工作帶來諸多不便，難以保證觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

交通量是指單位時間內(nèi)通過道路或車道某一斷面的交通實體的數(shù)量，也稱交通流量。通過交通實體為汽車時稱汽車交通量，如為自行車和行人時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）在某一地點作周期調(diào)查，了解交通的組成、分布，掌握交通量隨時間推移的變化規(guī)律據(jù)此可預測交通量及其發(fā)展趨勢。

（2）為道路規(guī)劃建設及交通營運管理與控制，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、安排資金與效益評估提供定量依據(jù)；②通過道路現(xiàn)有交通量調(diào)查，確定設置交通信號、標志及采取某項交通管理措施的必要性；③為道路幾何設計及交通控制設計提供交通量依據(jù)。

（3）通過事前、事后的交通量調(diào)查、評價道路服務水平與交通管理措施的效果。

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

（5）用于推算道路通行能力、預測與計算事故率及道路運輸成本和效益等。

（6）為制定交通政策法規(guī)與科學理論研究提供基礎數(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)計通過道路或車道某一斷面的汽車數(shù)量。盡管如此，由于調(diào)查的著眼點及調(diào)查地點不同，仍有很多種類的交通量調(diào)查，現(xiàn)僅就交通動態(tài)觀點分類如下。

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發(fā)利用條件等不同而使交通量隨時間的變化規(guī)律不盡一致。為此，一般要求進行年平均日交通量的調(diào)查。我國此項調(diào)査由各地區(qū)交通部門、交通管理部門、交通規(guī)劃部門等所設立的常年交通觀測站負責進行，如全國干線公路調(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)查是指對客貨業(yè)務繁忙地區(qū)，如特定經(jīng)濟區(qū)、城市及城市圈等汽車交通量的調(diào)查。調(diào)查時將地區(qū)包圍線（小區(qū)邊界線）與進入該地區(qū)道路的相交處作為調(diào)查點，分別調(diào)查進入和駛出小區(qū)范圍的交通量。這一調(diào)查與OD調(diào)查和其他交通調(diào)查同時進行。

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立的檢查線為分界線調(diào)查分界線兩側(cè)區(qū)域相互來往穿過檢查線的交通量。這種調(diào)查一般是為檢驗OD調(diào)查所得資料的可靠性。

4.特定地點或?qū)ｍ椊煌空{(diào)查這種調(diào)查為滿足交通管理與信號控制的需要而在特定地點進行的交通量調(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交通量等。