流域泥沙運動的環境效應及其機理研究

《流域泥沙運動的環境效應及其機理研究》是依託北京大學，由倪晉仁擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：流域泥沙運動的環境效應及其機理研究
• 項目負責人：倪晉仁
• 項目類別：面上項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

流域泥沙運動在引發水土流失的同時也會導致土壤有機質和營養物的流失，造成嚴重的生態環境問題。過去關於泥沙運動環境效應的研究多關注物理與化學過程，很少考慮水-沙-碳複合體系中的相間作用和CO2的吸收-排放，從而不能深刻闡明水沙體系中物質的遷移轉化和歸宿以及泥沙運動的綜合環境效應。鑒於此，本項目擬將野外觀測和採樣分析、室內測試分析、統計分析、理論分析、模擬模型和3S等技術與方法結合，深入研究水-沙-碳複合體系中泥沙運動和碳遷移轉化的關係；提出基於仿基因分級編碼的流域產沙快速預測方法，小流域泥沙運動引發的碳通量測定方法和碳生物行為的影響因素識別方法；構建水-沙-碳複合體系中無機碳/有機碳轉化的碳通量模型，揭示水-沙-碳複合體系中碳轉化過程機制，並通過典型案例闡明流域泥沙運動的綜合環境效應。

結題摘要

水土流失在造成生態退化、面源污染的同時，還會引發土壤有機碳的水平遷移通量（水平碳通量）以及土壤與大氣間的CO2交換通量（垂向碳通量）變化，進而影響全球碳循環的過程和氣候變化的進程。圍繞這些問題，過去已經在小流域尺度開展了大量研究，然而尚缺乏區域尺度水土流失引發的碳通量評估研究。鑒於此，本項目提出了基於仿基因分級編碼的流域產沙快速預測方法，結合對不同泥沙運動階段有機碳行為的深入認識，實現了小流域模型向大尺度區域-流域擴展的功能，採用第二次和第四次全國土壤侵蝕普查的高精度資料，揭示了黃土高原和長江上游水土流失嚴重區域近二十年來水土保持的效應，並計算了侵蝕和淤積分別引發的水平碳通量，從而在國際上首次給出了國家-大陸尺度的土壤侵蝕產生的碳通量效應。 研究表明，中國每年由於土壤侵蝕產生的有機碳流失量為180 ± 80 Mt C yr-1；近二十年來，由於水土保持的顯著成效，該通量減少了44%；淤積產生的水平碳通量為98 ± 58 Mt C yr-1。本項目給出了泥沙侵蝕、輸移、沉積三個過程中的垂向碳通量，提出的新方法避開了難以在大尺度匯總的計算參數（如侵蝕年限、穩定區土壤有機碳分布等），可直接與全國土壤普查結果和全球碳循環模型輸出等大數據集相對接；經來自全世界15個小流域實測數據的驗證，該方法與傳統方法的計算結果十分吻合。經計算：水土流失在全國侵蝕區產生的垂向碳通量為47 ± 24 Mt C yr-1，近二十年來，該通量減少了16%；而淤積區和輸移過程中引發的垂向碳通量只占侵蝕區通量的約4%；故水土流失中總的垂向碳通量為45 ± 25 Mt C/yr，約占陸地生態系統總固碳量的8–37%。 本項目的代表性成果於2016年6月發表在國際著名雜誌《美國科學院院報》（PNAS）上（第一標註）。