土地利用与土地覆盖变化对生态系统的影响
发布时间：2021-03-04 03:41
随着人口的增长和人类社会的发展,土地利用与土地覆盖变化已经是不可避免。土地利用与土地覆盖变化不仅对生态系统的要素、结构和功能产生深远的影响,也会对全球变化产生反馈作用。针对土地利用与土地覆盖变化的过程、驱动机制以及在各个方面可能产生的生态环境效应的科学研究已经全面开展。该文综述了土地利用与土地覆盖变化对气候、土壤、生物地球化学循环、生物多样性以及区域生态环境等影响方面的研究进展,并提出了相关研究的前沿方向展望。随着新技术的不断发展,学者们将更多地侧重预测未来全球变化背景下的土地利用与土地覆盖变化趋势、合理性以及适应性,为可持续发展提供基础资料和理论依据。
【文章来源】：植物生态学报. 2020,44(05)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
2000–2019年发表的全球和中国的土地利用和土地覆盖变化相关文献数量变化(A)及其主要分布领域(B)。以“land use and land cover change”为关键词在Web of Science搜索而得,截止时间为2019年11月。
由于生物地球化学循环过程引起的温室气体变化会对全球变化产生重要的影响,当前有关土地利用对生物地球化学循环影响的研究热点仍然聚焦在温室气体上,其中含碳的两种温室气体为CO2和CH4。1850–1990年LUCC引起的CO2排放占人类活动引起的CO2总排放的1/3,但在1990–2010年间降低到1/8 (Houghton et al.,2012)。Houghton和Nassikas(2017)认为2006–2015年间LUCC导致的全球净碳排放量平均为(1.11±0.35) Pg·a–1且主要来自热带((1.41±0.17) Pg·a–1),而中纬度北部为净碳汇((–0.28±0.21) Pg·a–1),中纬度南部为碳中性(图2)。LUCC引起的净碳排放量的增加,主要是通过两个碳循环过程的变化:一是通过LUCC改变光合作用通量从而使植被固碳量减少,如森林砍伐直接减少植被生物量,从而减少生态系统的初级净生产力;第二是通过LUCC改变呼吸作用过程,使植物根系呼吸、凋落物分解或者土壤微生物呼吸增加(Quesada et al.,2018)。目前,关于LUCC导致的CO2排放变化机制已经成为学界关注重点,尤其在LUCC导致的林火、虫害等方面尚需要进一步关注(Lai et al.,2016)。而对于CH4而言,由于CH4在土壤中可以被甲烷氧化菌氧化,也可以在甲烷还原菌的作用下生成,因此,土壤是CH4的源还是汇主要取决于甲烷氧化菌或甲烷还原菌的相对比例,或者说氧化-还原过程的通量差值。一般来说,通气良好的土壤如森林、草地土壤,是大气中CH4的重要的汇;而淹水产生的厌氧条件,是产甲烷菌生存的必要条件。因此,LUCC对CH4排放的影响主要在湿地的排水与恢复这一土地利用变化过程(Turetsky et al.,2014),但由于这两个过程存在平衡问题并可能相互影响,因此目前湿地生态系统的土地利用变化过程中的碳源/汇关系仍存在较大争议(Huang et al.,2010,Hergoualc’h&Verchot,2011),而对于CH4产生和消耗过程的细化和机制分析则有利于进一步了解LUCC引起的CH4通量的变化(Bridgham et al.,2013)。LUCC对氮循环最为重要的影响在于由自然生态系统转换成农田过程中氮肥的使用。自1860至2000年,由于自然系统向农田土地利用的转变,全球农田氮的输入增加了近9倍,其中氮肥使用由基本为0增加到70 Tg·a–1。当生态系统氮输入增加后,氮在生态系统中的一系列循环过程,比如矿化作用、硝化作用、反硝化作用、氨挥发、氮淋失等过程,均可能发生改变,这些过程产生的气态氮(如NH3、N2O、NO和HONO)排放量一般会随之增加(Wang et al.,2017)。自1860至2000年,农田排放的NH3、N2O、NO和淋溶氮流失分别增加了2.7、17、20和10倍(Wang et al.,2017)。由于N2O是温室气体,其增加会加剧全球变暖,而氮淋溶可造成水体的富营养化等问题,因此目前相关研究主要集中在LUCC对氮的气体排放和淋溶氮的影响,而忽略了产生气体和淋溶氮的具体氮循环过程和机制,需要在未来加强这些方面的研究。此外,在土地利用不变土地覆盖变化的情况下,氮循环过程也会受到影响,比如草地的放牧利用方式不变,利用强度增加后牲畜排泄物的增多可直接加速氮循环(李香真和陈佐忠,1997)。森林择伐一般会降低土壤氮的有效性,而对氮循环各个过程的速率的影响比较复杂,需要对多个过程的协同作用进行研究(李光耀等,2014)。研究大尺度LUCC对氮循环的影响通常需要利用模型,氮循环过程的模型模拟相关工作较碳循环的模型开发利用滞后许多(Houlton et al.,2015),因此,对于氮循环过程的测定、模拟以及如何将氮循环过程更为细致地并入土地利用模型都是目前的研究热点。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浙江天童森林砍伐对土壤养分库和氮矿化-硝化特征的影响[J]. 李光耀,杨晓东,史青茹,马文济,王希华,阎恩荣. 生态学杂志. 2014(03)
[2]土地利用变化对土地生产力的影响研究进展[J]. 潘佩佩,杨桂山,苏伟忠. 地理科学进展. 2012(05)
[3]Spatial patterns and driving forces of land use change in China during the early 21st century[J]. LIU Jiyuan1, ZHANG Zengxiang2, XU Xinliang1, KUANG Wenhui1, ZHOU Wancun3, ZHANG Shuwen4, LI Rendong5, YAN Changzhen6, YU Dongsheng7, WU Shixin8, JIANG Nan91. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China; 2. Institute of Remote Sensing Applications, CAS, Beijing 100101, China; 3. Chengdu Institute of Mountain Hazards and Environment, CAS, Chengdu 610041, China; 4. Northeast Institute of Geography and Agroecology, CAS, Changchun 130012, China; 5. Wuhan Institute of Geodesy and Geophysics, CAS, Wuhan 430077, China; 6. Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, CAS, Lanzhou 730000, China; 7. Nanjing Institute of Soil Science, CAS, Nanjing 210008, China; 8. Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Urumqi 830011, China; 9. Nanjing Institute of Geography and Limnology, CAS, Nanjing 210008, China. Journal of Geographical Sciences. 2010(04)
[4]土地利用变化对生物多样性的影响[J]. 吴建国,吕佳佳. 生态环境. 2008(03)
[5]放牧对草原土壤的影响[J]. 高英志,韩兴国,汪诗平. 生态学报. 2004(04)
[6]生态系统服务的物质量与价值量评价方法的比较分析[J]. 赵景柱,肖寒,吴刚. 应用生态学报. 2000(02)
[7]放牧草地生态系统中氮素的损失和管理[J]. 李香真,陈佐忠. 气候与环境研究. 1997(03)
本文编号：3062496
【文章来源】：植物生态学报. 2020,44(05)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
2000–2019年发表的全球和中国的土地利用和土地覆盖变化相关文献数量变化(A)及其主要分布领域(B)。以“land use and land cover change”为关键词在Web of Science搜索而得,截止时间为2019年11月。
由于生物地球化学循环过程引起的温室气体变化会对全球变化产生重要的影响,当前有关土地利用对生物地球化学循环影响的研究热点仍然聚焦在温室气体上,其中含碳的两种温室气体为CO2和CH4。1850–1990年LUCC引起的CO2排放占人类活动引起的CO2总排放的1/3,但在1990–2010年间降低到1/8 (Houghton et al.,2012)。Houghton和Nassikas(2017)认为2006–2015年间LUCC导致的全球净碳排放量平均为(1.11±0.35) Pg·a–1且主要来自热带((1.41±0.17) Pg·a–1),而中纬度北部为净碳汇((–0.28±0.21) Pg·a–1),中纬度南部为碳中性(图2)。LUCC引起的净碳排放量的增加,主要是通过两个碳循环过程的变化:一是通过LUCC改变光合作用通量从而使植被固碳量减少,如森林砍伐直接减少植被生物量,从而减少生态系统的初级净生产力;第二是通过LUCC改变呼吸作用过程,使植物根系呼吸、凋落物分解或者土壤微生物呼吸增加(Quesada et al.,2018)。目前,关于LUCC导致的CO2排放变化机制已经成为学界关注重点,尤其在LUCC导致的林火、虫害等方面尚需要进一步关注(Lai et al.,2016)。而对于CH4而言,由于CH4在土壤中可以被甲烷氧化菌氧化,也可以在甲烷还原菌的作用下生成,因此,土壤是CH4的源还是汇主要取决于甲烷氧化菌或甲烷还原菌的相对比例,或者说氧化-还原过程的通量差值。一般来说,通气良好的土壤如森林、草地土壤,是大气中CH4的重要的汇;而淹水产生的厌氧条件,是产甲烷菌生存的必要条件。因此,LUCC对CH4排放的影响主要在湿地的排水与恢复这一土地利用变化过程(Turetsky et al.,2014),但由于这两个过程存在平衡问题并可能相互影响,因此目前湿地生态系统的土地利用变化过程中的碳源/汇关系仍存在较大争议(Huang et al.,2010,Hergoualc’h&Verchot,2011),而对于CH4产生和消耗过程的细化和机制分析则有利于进一步了解LUCC引起的CH4通量的变化(Bridgham et al.,2013)。LUCC对氮循环最为重要的影响在于由自然生态系统转换成农田过程中氮肥的使用。自1860至2000年,由于自然系统向农田土地利用的转变,全球农田氮的输入增加了近9倍,其中氮肥使用由基本为0增加到70 Tg·a–1。当生态系统氮输入增加后,氮在生态系统中的一系列循环过程,比如矿化作用、硝化作用、反硝化作用、氨挥发、氮淋失等过程,均可能发生改变,这些过程产生的气态氮(如NH3、N2O、NO和HONO)排放量一般会随之增加(Wang et al.,2017)。自1860至2000年,农田排放的NH3、N2O、NO和淋溶氮流失分别增加了2.7、17、20和10倍(Wang et al.,2017)。由于N2O是温室气体,其增加会加剧全球变暖,而氮淋溶可造成水体的富营养化等问题,因此目前相关研究主要集中在LUCC对氮的气体排放和淋溶氮的影响,而忽略了产生气体和淋溶氮的具体氮循环过程和机制,需要在未来加强这些方面的研究。此外,在土地利用不变土地覆盖变化的情况下,氮循环过程也会受到影响,比如草地的放牧利用方式不变,利用强度增加后牲畜排泄物的增多可直接加速氮循环(李香真和陈佐忠,1997)。森林择伐一般会降低土壤氮的有效性,而对氮循环各个过程的速率的影响比较复杂,需要对多个过程的协同作用进行研究(李光耀等,2014)。研究大尺度LUCC对氮循环的影响通常需要利用模型,氮循环过程的模型模拟相关工作较碳循环的模型开发利用滞后许多(Houlton et al.,2015),因此,对于氮循环过程的测定、模拟以及如何将氮循环过程更为细致地并入土地利用模型都是目前的研究热点。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浙江天童森林砍伐对土壤养分库和氮矿化-硝化特征的影响[J]. 李光耀,杨晓东,史青茹,马文济,王希华,阎恩荣. 生态学杂志. 2014(03)
[2]土地利用变化对土地生产力的影响研究进展[J]. 潘佩佩,杨桂山,苏伟忠. 地理科学进展. 2012(05)
[3]Spatial patterns and driving forces of land use change in China during the early 21st century[J]. LIU Jiyuan1, ZHANG Zengxiang2, XU Xinliang1, KUANG Wenhui1, ZHOU Wancun3, ZHANG Shuwen4, LI Rendong5, YAN Changzhen6, YU Dongsheng7, WU Shixin8, JIANG Nan91. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China; 2. Institute of Remote Sensing Applications, CAS, Beijing 100101, China; 3. Chengdu Institute of Mountain Hazards and Environment, CAS, Chengdu 610041, China; 4. Northeast Institute of Geography and Agroecology, CAS, Changchun 130012, China; 5. Wuhan Institute of Geodesy and Geophysics, CAS, Wuhan 430077, China; 6. Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, CAS, Lanzhou 730000, China; 7. Nanjing Institute of Soil Science, CAS, Nanjing 210008, China; 8. Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Urumqi 830011, China; 9. Nanjing Institute of Geography and Limnology, CAS, Nanjing 210008, China. Journal of Geographical Sciences. 2010(04)
[4]土地利用变化对生物多样性的影响[J]. 吴建国,吕佳佳. 生态环境. 2008(03)
[5]放牧对草原土壤的影响[J]. 高英志,韩兴国,汪诗平. 生态学报. 2004(04)
[6]生态系统服务的物质量与价值量评价方法的比较分析[J]. 赵景柱,肖寒,吴刚. 应用生态学报. 2000(02)
[7]放牧草地生态系统中氮素的损失和管理[J]. 李香真,陈佐忠. 气候与环境研究. 1997(03)
本文编号：3062496
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