水土流失引发的CO2通量控制方法研究

水土流失在造成生态退化、面源污染的同时，还会引发CO2吸收-排放通量，进而影响全球碳循环的过程和气候变化的进程。围绕该问题，以往构建了计算模型，将土层划分为缓性碳库和惰性碳库模拟水土流失引发的CO2通量。然而，由于土壤有机碳矿化速率沿土层深度方向不断衰减，简单的双土层模型估算CO2通量的不确定性较大。鉴于此，本项目提出了全剖面一体化土壤碳库模型，实现了对各种尺度下流域碳通量的精确评估，并基于此研究了富集效应对碳通量的影响；采用2010年以来的土壤数据、气候数据、有机碳输入和周转数据，评估了全国水土流失和有机碳净流失的重点区域；研究了气候因子和人类活动因子对水、沙、碳通量的影响，最后明确了各类水土保持措施对水土流失-碳通量双目标调控的效用。 研究表明，全剖面一体化土壤碳库模型可以更精确地模拟水土流失过程中产生的CO2通量；富集效应造成的有机碳垂向分布不断均化造成了CO2通量的显著下降；2010年以来，中国的水土流失强度整体上在中度以下，但辽西丘陵区、鲁西南低山丘陵区，以及长江上游区域的土壤侵蚀仍较为严重，黄土高原的侵蚀强度则明显下降；综合考虑CO2吸收强度，发现长江上游区域亦是有机碳净流失控制的重点区域；气候因子和人类活动因子对水、沙、碳通量均有重要影响，其中，长江流域和黄河流域的人类活动对径流均化效应的贡献较大，珠江流域中气候因子占主导；径流均化和人类活动则进一步导致了输沙量的显著减少；部分区域降雨的集中化分布同时增加了水土流失量和土壤有机碳净流失量；梯田和等高耕作可以减少50-80%的水土流失量，减少53-82%的有机碳净流失量；保护性耕作措施和免耕可以减少50-70%的水土流失量，减少34-55%的有机碳净流失量。

水土流失不仅带来土地退化、非点源污染等负面环境效应，而且引发了可观的CO2通量，影响全球碳循环。由于水土流失既有可能带来CO2吸收效应，也有可能造成CO2排放效应，如何协调水土保持和CO2固定两大目标成为当前利用水土保措施控制CO2通量的主要难点。本课题首先引入富集系数，以修正现有的CO2通量计算方法；其次改进水土保持影响下的CO2通量控制效益模型，以计算典型水土保持措施对CO2通量的影响；最后构造碳通量特征向量并引入向量运算的概念，以解决水土保持和CO2固定两大目标的协调问题，最终建立具有不同CO2通量特征的地块单元与各类水土保持措施的匹配方法。该研究不仅能够深化对水土流失和人类水土保持活动在碳循环中作用机制的认识，而且对新时期水土保持规划的实践也具有指导意义。

几乎所有的通量观测都是从确定观测对象(生态系统)开始的，然后是寻找合适的森林、草地或农田观测场所。观测场所选择是一个重要问题，它关系到所获得数据的价值。观测工作一旦开始，再移动观测点就需要花费很大的物力和财力，也会浪费观测研究的时间，因此观测点的选择确定必须慎重。

通量观测理想的场所是地形平坦、植被均质分布的下垫面。虽然倾斜坡地和起伏较大的复杂地形上的通量观测也是非常重要的研究课题，但应尽可能寻找符合理想条件的观测场所。在站点选择时，可以利用待选观测点(或地域)以往的气象资料调査分析盛行风的季节变化。设置观测塔的场所选择要求在生物活动的活跃时期，尽可能在上风侧具有长的风浪区(fetch)。在风的状况不明时，可以选择尽可能大的平坦植被斑块，在其中央附近建立观测塔。同时还要考虑道路和商用电源的利用条件，过于远离可以驶人汽车的道路，不但在设备安装、维护和检修方面都花费大量劳力，也给长期的观测工作带来诸多不便，难以保证观测数据的质量。

交通量是指单位时间内通过道路或车道某一断面的交通实体的数量，也称交通流量。通过交通实体为汽车时称汽车交通量，如为自行车和行人时则称自行车交通量和行人交通量等本节仅论及汽车交通量的调查。调查汽车交通量的目的是：

（1）在某一地点作周期调查，了解交通的组成、分布，掌握交通量随时间推移的变化规律据此可预测交通量及其发展趋势。

（2）为道路规划建设及交通营运管理与控制，提供交通流量、流向、车速、延误、停车等数据。①通过区域性交通量调查决定新建与改建道路的先后顺序，即为确定投资顺序、安排资金与效益评估提供定量依据；②通过道路现有交通量调查，确定设置交通信号、标志及采取某项交通管理措施的必要性；③为道路几何设计及交通控制设计提供交通量依据。

（3）通过事前、事后的交通量调查、评价道路服务水平与交通管理措施的效果。

（4）在交通研究中通过交通量调查掌握交通实态与变化的规律。

（5）用于推算道路通行能力、预测与计算事故率及道路运输成本和效益等。

（6）为制定交通政策法规与科学理论研究提供基础数据。

汽车交通量的调查只需在某种确定的条件下统计通过道路或车道某一断面的汽车数量。尽管如此，由于调查的着眼点及调查地点不同，仍有很多种类的交通量调查，现仅就交通动态观点分类如下。

1.区域交通量调查区域交通量调查系指以掌握某一区域的交通量的大小及变化为目的，在区域内各不同路段及不同交叉口处进行的交通量调查。尽管是在同一区域内，但也由于道路所处位置及周围土地开发利用条件等不同而使交通量随时间的变化规律不尽一致。为此，一般要求进行年平均日交通量的调查。我国此项调査由各地区交通部门、交通管理部门、交通规划部门等所设立的常年交通观测站负责进行，如全国干线公路调查、城市居民出行调查等。

2.小区边界线交通量调查小区边界线交通量调查是指对客货业务繁忙地区，如特定经济区、城市及城市圈等汽车交通量的调查。调查时将地区包围线（小区边界线）与进入该地区道路的相交处作为调查点，分别调查进入和驶出小区范围的交通量。这一调查与OD调查和其他交通调查同时进行。

3.核查线调查这种调查是以河流、丘陵、铁道等地形及地物边界线或其他人为设立的检查线为分界线调查分界线两侧区域相互来往穿过检查线的交通量。这种调查一般是为检验OD调查所得资料的可靠性。

4.特定地点或专项交通量调查这种调查为满足交通管理与信号控制的需要而在特定地点进行的交通量调查，如城市出入口交通量调查、公共交通调查、综合交通调查、事故调查等。一般调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时交通量等。