太湖地區(qū)稻田甲烷排放模擬的粒度效應(yīng)研究.pdf

1、全球氣候變暖是人們正給予廣泛關(guān)注的全球性環(huán)境問題，導(dǎo)致溫室效應(yīng)的溫室氣體在大氣中濃度的持續(xù)增長也因此越來越受到重視，在所有的溫室氣體中，CH4對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)僅次于CO2，是第二大溫室氣體。稻田CH4排放是導(dǎo)致大氣中CH4濃度不斷升高的重要原因之一，已有越來越多的學(xué)者采用生物地球化學(xué)過程模型來模擬復(fù)雜的農(nóng)業(yè)土壤痕量氣體的排放過程。在模擬過程中使用柵格數(shù)據(jù)，將研究區(qū)離散化為性質(zhì)均一的估算單元，有利于提高模擬精度。但在模擬時，過大的柵格單元

2、會概化重要的屬性信息，過小的柵格單元會降低模擬效率。因此，在模擬時選擇適宜的模擬單元，對利用模型開展農(nóng)田溫室氣體排放的研究具有重要意義。
　　 本文采用DNDC（DeNitrification-DeComposition）模型，基于太湖地區(qū)1∶50000土壤數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換集成的1km、2km、4km、8km、16km、32km和64km七種柵格粒度數(shù)據(jù)庫，估算了1982-2000年19年間稻田CH4的排放量，研究了模型輸入?yún)?shù)一土壤

3、屬性數(shù)據(jù)、單位面積稻田CH4年均排放量和稻田CH4排放總量，在單一柵格粒度和不同柵格粒度下的變異特征。研究結(jié)果表明：
　　 模型輸入?yún)?shù)一土壤屬性數(shù)據(jù)，在單一柵格粒度和不同柵格粒度下的空間分布特征表明：在單一柵格粒度下，太湖地區(qū)水稻土的土壤質(zhì)地在太湖以西土壤粘粒含量最低，在太湖以東和東部偏南區(qū)域土壤粘粒含量較高，在太湖以北和以南以及上海市境內(nèi)土壤粘粒含量居中；與土壤質(zhì)地的空間分異不同，土壤容重在太湖以東土壤容重最低，在研究區(qū)的西

4、南部和上海西南部土壤容重較高，在太湖以北、以西、上海東部和浙江省北部土壤容重含量居中；土壤pH值則由內(nèi)陸往沿海方向逐漸變化，表現(xiàn)為在太湖地區(qū)自西向東土壤pH值逐漸增大，研究區(qū)北部和浙江省中部的土壤pH值最適宜CH4的產(chǎn)生，上海、江蘇省最北部和浙江省北部較適宜CH4的產(chǎn)生，上海沿海的區(qū)域以及研究區(qū)西南角等抑制CH4的產(chǎn)生；而土壤有機質(zhì)的空間分異呈現(xiàn)出自東西兩端向中偏東部和中部以南區(qū)域逐漸增加的趨勢，表現(xiàn)為在太湖以東、上海以西和浙江省土壤有

5、機碳的含量較高，在太湖以北和上海市的中北部土壤有機碳的含量居中，在江蘇省的西部土壤有機碳的含量較低。
　　 在不同柵格粒度下，太湖地區(qū)水稻土4種土壤屬性的描述統(tǒng)計結(jié)果表明，土壤質(zhì)地、容重和有機碳主要呈現(xiàn)出3種變化趨勢；土壤pH值，主要呈現(xiàn)出2種變化趨勢。隨著柵格粒度從1km到64km的逐漸增大，水稻土柵格圖斑的土壤特性呈現(xiàn)出不斷被概化的趨勢。
　　 單位面積稻田CH4年均排放量和CH4排放總量，在單一柵格粒度和不同柵格粒

6、度下的變異特征表明：在單一柵格粒度下，從區(qū)域尺度來看，單位面積稻田CH4的年均排放量，呈現(xiàn)出由南向北、自西向東逐漸上升的趨勢，研究區(qū)域的西南地區(qū)、太湖偏東地區(qū)和西北角地區(qū)的單位面積CH4年均排放量較少，中部地區(qū)的排放居中，東部和北部地區(qū)的排放較高；從不同地形區(qū)來看，單位面積稻田CH4的年平均排放量從小到大依次排序為低山丘陵區(qū)〈低洼圩田區(qū)〈太湖平原區(qū)〈沖積平原區(qū)；從縣域尺度來看，川沙的單位面積CH4年平均排放量最大為204 kg C/(h

7、m2.a)、臨安的最小為3 kgC/(hm2.a)，有54％的縣單位面積CH4年排放量在100～200 kg C/(hm2.a)之間，且這些縣多數(shù)分布在江蘇省和上海市境內(nèi)，單位面積水稻土CH4的年平均排放量在上海市各縣相對較大，在浙江省各縣相對較小。
　　 在不同柵格粒度下，各柵格粒度的面積誤差率，在16 km柵格粒度處有明顯的轉(zhuǎn)折點，表現(xiàn)為從1 km到16 km柵格粒度的面積誤差率最低為0.09％、最高為2.28％，變幅極小，

8、而在32 km和64 km柵格粒度處的面積誤差率則急劇上升，分別為19.93％和42.14％，面積誤差很大；從研究區(qū)區(qū)域尺度來看，水稻土CH4排放總量的尺度轉(zhuǎn)折點也明顯出現(xiàn)在16 km柵格粒度處，過大的柵格單元引起的面積誤差直接導(dǎo)致從16km到32 km和64 km柵格粒度處的CH4排放總量迅速增加。從縣域尺度來看，1 km到16 km5種柵格粒度下單位面積水稻土CH4的年均排放量之間存在明顯的差異，有46％的縣的單位面積CH4年均排放