《二氧化碳减排林水土耦合关系及生态安全研究》论述了全球变化背景下,干旱区水资源合理利用与生态安全等问题。在探讨水土、水盐、水碳耦合关系的基础上,重点从植被水分利用、土壤水分变化、水碳足迹、生态系统碳、氮循环、生态系统NPP等方面,阐述了维护二氧化碳减排林(CDRF)稳定性的特征与机制。基于生态系统耦合及信息图谱的原理与方法,分析了CDRF变化驱动要素的时空特征,探索了盐渍化土壤生物修复途径及模式,并基于GIS平台,构建了CDRF生态安全评价体系及信息管理系统。
《二氧化碳减排林水土耦合关系及生态安全研究》可供林学、生态学、土壤学、地理学、资源与环境以及遥感与GIS,信息系统研发等专业的研究生学习借鉴,亦可为上述领域的工程技术人员及科研工作者参考。
人类社会的快速发展,造成了资源环境的消耗愈加明显。全球变化背景下,人类面临着一系列重大问题,成为可持续发展的严峻挑战。
针对日益严峻的环境与发展问题,倡导人类命运共同体理念,维护山水林田湖草系统安全,成为应对气候变化、提升环境质量、实现绿色低碳发展的重要途径。人类越来越受到自身发展需求带来的严峻环境挑战,为此必须遵循可持续发展共识,维护人类赖以生存的地球环境。中国国家公园建设为生态环境保护注入了新的活力,为践行“绿水青山就是金山银山”理念,促进生态文明建设提供了新机遇。随着应对气候变化《巴黎协定》的实施,人们感悟到应对气候变化的艰巨性。“一带一路”倡议的广泛认同,也为“人类命运共同体”理念的共识提出了中国方案。
科技的发展,特别是人工智能(AI)的发展超出人们的想象。在人类与自然博弈的过程中,善待自然与自然和谐相处,永远是人类资源开发与社会发展的基础,也是最根本的出发点。在大数据(BD)、云计算(CC)、物联网(IOT)、人工智能(AI)、增强现实(AR)快速发展的新时代,资源环境、社会经济都打下了技术发展的烙印。科技进步是时代的重要特征,科学技术的快速发展极大地改变了人们认识世界的理念.也提升了人们认识世界的能力。资源及能源如何做到可持续发展,生态环境如何实现绿色低碳,社会经济如何稳步提升,自然及人为要素如何配置才能实现“山水林田湖草生命共同体”的和谐统一,现代信息技术、AI、“互联网+”等技术如何助推科技创新,人类如何适应来自自然与技术进步的挑战……一切都蕴含着新时代的特点,也都打下了新时代的烙印。要解决上述问题,需要人类的聪明智慧共同应对一切不确定性所带来的挑战。在这种背景下,无疑此时所关注的全球气候变化问题,探讨的水资源合理利用,植被与水碳耦合关系与生态安全问题,是生态环境领域及应对气候变化领域的热点,也是全球变化科学、生态学、地理学、环境学以及水文学、土壤学、植物学等诸多学科领域研究的热点,对于人们理性评价自身行为,合理约束自身行为,不断规范自身行为具有重要理论价值与重大现实意义。
本研究承蒙国家973计划“温室气体提高石油采收率的资源化利用及地下埋存”项目“二氧化碳减排林区水土资源可持续利用及生态安全”(2006CB705809)课题的支撑,也得到了中国科学院战略性先导科技专项“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”中“中亚-西亚荒漠化防治与关键要素调控”(XDA20030101-02)课题资助,以及国家科技支撑计划(2012BAD1680305,2012BAC23B01)的支持;南京信息工程大学作为国家“双一流”建设高校,江苏省也给予了“双一流”学科建设项目大力支持,为本专著成果的集成提供了重要的人力资源与平台保障。同时,本专著成果也凝练了相关合作研究及地方委托项目的研究思路与方法,为本成果的集成发挥了积极促进作用。本专著的主要成果已在多年前完成,并得到了同行专家的一致认可;项目依托单位原拟定总体出版工作进展报告及文集,后来由于参与单位工作进展不同步,凝练成为本专著的时间被几次推后。目前所集成的研究进展,更多的是南京信息工程大学及新疆林业科学院的部分研究工作,王让会教授等集成、凝练、撰写完成了最终书稿。在相关研发工作中,南京信息工程大学王让会、徐德福、李琪、孑L维才、吕妍、吴明辉、王龚博、陆志家、姚健等开展了相关野外工作;李成、钟文、丁玉华、左成华、吴可人、赵文斐、彭擎等团队成员,先后围绕着水资源利用、植被生产力、土壤碳储量、生态安全评价、地理信息图谱、水土耦合研究的学科特征等方面开展了相关信息搜集与文献梳理工作;同时,钟文、丁玉华、左成华针对相关科学问题,也开展了相关实际研究工作。相关研究历程都成为本成果的重要基础,丰富了本成果的研究思路与现实结果。新疆林业科学院宁虎森研究员作为项目发起人与课题研究负责人之一,在项目实施过程中做出了重要贡献。其团队成员吉小敏、卢筱莉、郭靖、古丽尼莎·卡斯木等在样地监测与调查分析等方面,为本项目的完成发挥了不可替代的作用。中国科学院生态与地理研究所张慧芝高级工程师在土壤、水文要素分析评价及制图等方面,也开展了诸多工作。项目依托单位中国石油新疆油田分公司为项目实施开展了大量前期工作,建设了二氧化碳减排林(CDRF),提供了项目实施的基础,确保了项目的顺利进展。赵福生、张福海、胡伟江等为保障项目实施做出了积极贡献。
水是生态环境保护与社会经济发展不可替代的重要自然资源和环境要素。在全球范围内,水资源不合理利用及水污染等问题,严重地影响了社会经济的发展,威胁着人类的福祉。在这种背景下,水土耦合关系、水热耦合关系、水碳耦合关系以及与之密切关联的生态安全等问题备受学者们关注。2020年3月22日,是第28届世界水日,3月22-28日是第33届中国水周;中国以“坚持节水优先,建设幸福河湖”为主题倡导资源节约型绿色发展理念。2020年3月23日,是第60个世界气象日,其主题为“气候与水(Climate and Water)”,力图让各国人民了解和支持WMO(世界气象组织)的活动,唤起人们对气象工作的重视和热爱,推广气象学在相关行业及领域的应用。2020年初,世界范围内的COVID-19(2019新型冠状病毒)严重肆虐,200多个国家和地区受到了病毒影响,给人类的可持续发展提出了严重挑战;重新审视人类的发展理念,遵从生态伦理,深刻体会“人类命运共同体”理念,比任何时候都更有现实意义。我们必须以守望地球的情怀,遵循自然规律,团结协作,科学应对当前以及未来地球系统发生的任何问题,为共筑人类美好未来不懈努力!
前言
第1章 水土耦合与生态安全评价研究导论
1.1 研究背景及目标
1.2 取得的主要进展
1.2.1 二氧化碳减排林区水资源的时空变化特征
1.2.2 二氧化碳减排林区水土驱动力及耦合关系
1.2.3 二氧化碳减排林区生态安全及可持续发展
1.3 未来的研究趋势
1.3.1 水-碳及水土耦合关系研究
1.3.2 生态系统稳定性研究
1.3.3 生态安全及ESA研究
第2章 水土耦合关系及其环境效应
2.1 植被水分利用及其固碳问题
2.1.1 生态系统水分利用率主要特点
2.1.2 生态系统NPP与GPP
2.1.3 生态系统的蒸散发过程
2.1.4 生态系统固碳及相关问题
2.1.5 W-C耦合模型
2.1.6 水-碳足迹研究
2.2 水土耦合关系研究主要问题
2.2.1 研究背景情况
2.2.2 生态系统碳循环若干问题
2.2.3 土壤固碳相关问题
2.2.4 土壤氮循环一般问题
2.2.5 碳-氮-水耦合问题
2.3 二氧化碳减排林自然地理及环境背景
2.3.1 地理位置及地形地貌
2.3.2 气侯特征与水文情势
2.3.3 土壤类型及生物特征
2.3.4 CDRFA的基本情况
第3章 基于信息图谱分析的二氧化碳减排林特征
3.1 研究背景及目的意义
3.1.1 研究背景
3.1.2 研究进展
3.1.3 研究目的及意义
3.1.4 技术路线与方法
3.2 KCDRF概况及数据来源
3.2.1 二氧化碳减排林地域范围
3.2.2 二氧化碳减排林数据来源
3.2.3 数据预处理步骤
3.3 KCDRF基本信息图谱
3.3.1 时序遥感信息图谱
3.3.2 多维RSI信息图谱
3.3.3 二氧化碳减排林土地利用变化特征
3.3.4 二氧化碳减排林土壤特征
3.3.5 二氧化碳减排林地下水特征
3.4 KCDRF碳密度分布信息图谱
3.4.1 CDRF不同林分结构与空间关系
3.4.2 碳密度反演模型建立及分析验证
3.4.3 碳密度分布信息图谱构建及特征
3.5 KCDRF MDDV仿真信息图谱
3.5.1 Speedtree的3D表达方式
3.5.2 dwg文件及RSD表达方式
3.5.3 Forest Pack Pro 表达方式
3.6 KCDRF土壤光谱特征信息图谱
第4章 二氧化碳减排林区盐渍化土壤的植被修复
4.1 盐渍化及其研究背景
4.1.1 盐渍化土壤研究概况
4.1.2 研究意义及主要目的
4.2 盐渍化土壤的一般研究方法
4.2.1 样地监测信息的获取方法
4.2.2 遥感数据获取及分析方法
4.2.3 土壤样品采集与分析方法
4.2.4 地下水样采集与分析方法
4.2.5 各类属性数据的处理方法
4.3 盐溃化土壤信息提取与分析
4.3.1 基础资料与方法
4.3.2 信息提取及评价
4.3.3 结果与成因分析
4.4 植被修复模式与盐渍化控制
4.4.1 土壤理化性质变异特征
4.4.2 土壤养分变异特征
4.4.3 土壤酶活性变异特征
4.4.4 土壤微生物变异特征
第5章 二氧化碳减排林区水资源时空变化及生态安全评价
5.1 研究背景
5.1.1 研究目的及意义
5.1.2 国内外研究进展
5.2 研究方法
5.2.1 数据来源
5.2.2 数据处理
5.3 水资源时空变化特征
5.3.1 土壤含水率(量)空间变化特征
5.3.2 地下水动态特征
5.4 水资源与生态安全关系
5.4.1 SMC变化与生态安全关系
5.4.2 GWD变化与生态安全关系
5.5 CDRFA景观格局分析
5.5.1 土地利用分类
5.5.2 景观格局分析
……
第6章 二氧化碳减排林区生态安全评价
参考文献
附录 文中的主要缩写中英文对照