内蒙古典型草原碳特征及管理决策支持系统研究——基于家庭牧场视角

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由于人类活动导致的温室气体排放,全球变暖已经成为当前面临的最为严峻的环境问题之一.因此,降低温室气体排放、有效缓解全球变暖引起了各国政府、组织与民众的共同关注.内蒙古草原是中国重要的畜牧业生产基地之一,具有举足轻重的生态、社会及经济功能,发展低碳高效的生态畜牧业已经逐渐成为共识.家庭牧场作为内蒙古草原基本的生产、管理单元,从家庭牧场视角探讨碳特征及影响因素,将有助于更加深入了解该地区碳储量及固碳潜力,并为开展固碳减排措施提供更为针对、可行的意见,从而最终为实现区域可持续发展提供科学依据.然而,基于家庭牧场视角的内蒙古典型草原碳特征及影响因素的相关研究却非常少.  本研究以内蒙古典型草原具有代表性的锡林浩特市宝力根苏木及贝力克牧场为研究区,以家庭牧场为基本单元,一方面从草地自然生态系统出发,基于119个野外样地的群落及土壤(0-30cm)调查,分析了不同群落类型土壤有机碳储量(以土壤有机碳密度表征土壤有机碳储量)差异及影响因素,并结合遥感数据反演了区域实际及潜在土壤有机碳密度,最终依托家庭牧场草场边界探讨了家庭牧场尺度土壤有机碳密度及固碳潜力;另一方面,从牧户社会经济生态系统出发,基于404户牧户入户问卷调查,分析了牧户的碳足迹特征及影响因素,并进一步探讨了不同经营方式下的碳效应,同时,基于问卷调查,评估了牧民对固碳减排的认知水平及开展固碳减排措施的意愿及驱动因素;最后,在草原自然生态系统及牧户社会经济生态系统碳特征研究的基础上,研发构建了“内蒙古典型草原家庭牧场固碳减排管理决策支持系统”.主要结论如下:  (1)研究区主要有羊草、大针茅、克氏针茅、苔草+委陵菜、冷蒿+冰草五种群系类型,该序列反映了草地退化演替方向;5个群系土壤有机碳密度变化范围为1.84-2.74kg/m2,平均值为2.41±0.84kg/m2;随着退化演替方向,土壤有机碳密度呈现逐渐减小的趋势,其中冷蒿+冰草群系显著低于其他4种群系类型;土壤有机碳密度与植被类型、地上生物量及叶面积呈显著正相关,其中植被类型相关性最高,为后续进一步实现区域及家庭牧场土壤有机碳密度的遥感反演提供科学支撑.  (2)基于监督分类,可以很好地实现该区植被信息提取(总体分类精度达到87.36%,Kappa系数为84.23%),并完成不同群系类型下土壤有机碳密度的反演;依托家庭牧场草场边界,发现该区家庭牧场平均土壤有机碳密度为6.85kg/m2,沿河两岸以及南部地区碳密度较高;气候因素是影响家庭牧场土壤有机碳密度的主导因素,地形因素对家庭牧场土壤有机碳密度具有较强的间接作用;基于该区潜在顶级植被类型(羊草和大针茅群系)评估了潜在土壤有机碳密度,估算了土壤固碳潜力,家庭牧场平均土壤固碳潜力为2.37kg/m2,约占家庭牧场现在平均土壤有机碳密度的35%,其固碳潜力最大的区域集中分布于北部的宝力根苏木及沿河岸地区.  (3)内蒙古典型草原区牧户平均家庭碳足迹为6.56tCO2,其中间接家庭碳足迹的比例(52.23%)略高于直接碳足迹(47.77%);家庭碳足迹受到收入水平、人口特征及地理位置三类因素综合影响,其中收入水平是最主要的影响因素;收入水平直接影响家庭碳足迹,而人口特征和地理位置通过影响收入水平间接影响家庭碳足迹;家庭碳足迹与家庭收入呈现显著正相关,随着家庭收入的增加,家庭碳足迹呈现增加的趋势.  (4)依据牧户收入来源,该区包括7种主要经营模式:养殖小畜为主,养殖大畜为主、大小畜混合养殖、草地附属产品经营为主、土地经营为主、非畜牧业经营为主、养殖与非畜牧业混合经营,其中养殖小畜是最为主要的经营方式;7种经营方式间牧户总收入存在显著差异,养殖与非畜牧业混合经营家庭总收入最高(20.85万元),土地经营方式家庭总收入最低(7.10万元);7种经营方式牧户碳足迹存在一定差异,养殖与非畜牧业混合经营牧户碳足迹最高(7.22t CO2),草地附属产品经营为主的牧户碳足迹最低(5.07t CO2);牧户碳足迹5类组成部分在7种经营方式间总体分布相对平均,但直接碳足迹与交通运输碳足迹2类的不平等性较高,Gini系数接近0.4;7种经营方式间碳效应存在显著差异,草地附属产品经营为主的牧户碳效应最高(4.34万元/t CO2),土地经营为主的牧户碳效应最低(1.45万元/t CO2).  (5)该区牧民对于草原固碳减排的认知程度偏低,77%的牧户不了解,23%的牧户了解;该地区牧民对于草原固碳减排措施的参与意愿较高,60%牧户乐意参与,28%牧户表示一般,12%牧户表示不乐意参与;固碳减排对家庭收入的影响、政府给予经济补贴的重要性、政府生态环境保护的号召是影响牧户固碳减排措施参与意愿的主要影响因素,政府生态环境保护的号召对参与意愿具有正效应,固碳减排对家庭收入的影响和政府给予经济补贴的重要性对参与意愿具有负效应;决策树分析表明牧户的固碳减排措施参与意愿受到牧户草地经营价值观的影响,具有单纯的经济经营价值观的牧户倾向不乐意参与固碳减排措施, 反之,则倾向于参与固碳减排措施.  (6)以家庭牧场为单位,基于Microsoft Visual Studio2010平台,采用C#语言、.NET Framework2.0开发框架及SQLite轻型数据库,构建了内蒙古典型草原家庭牧场固碳减排管理决策支持系统,可以实现家庭牧场尺度碳储量评价、固碳潜力评估、碳足迹分析、碳效应评价、管理建议五个功能;并且通过实例验证了该管理决策支持系统的可行性、有效性与实用性,能够为内蒙古典型草原家庭牧场开展固碳减排提供辅助.
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