三峡库区河流水体碳变化驱动力分析

doi:10.11988/ckyyb.20230911

长江科学院院报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (12): 66-72.DOI: 10.11988/ckyyb.20230911

三峡库区河流水体碳变化驱动力分析

程学军¹^,²(), 付重庆¹^,²(), 肖潇¹^,², 张双印¹^,², 徐坚¹^,², 郑航³, 廖茂昕¹^,²

¹ 长江科学院空间信息技术应用研究所,武汉 430010
² 长江科学院武汉市智慧流域工程技术研究中心,武汉 430010
³ 长江勘测规划设计研究有限责任公司,武汉 430010

收稿日期:2023-08-22 修回日期:2023-10-27 出版日期:2024-12-01 发布日期:2024-12-01
通信作者:
付重庆(1999-),男,河南商丘人,硕士研究生,研究方向为水利信息化与水利遥感。E-mail:1139737517@qq.com
作者简介:
程学军(1975-),男,湖南宁乡人,正高级工程师,博士,主要从事水利信息化与水利遥感研究。E-mail:15457235@qq.com
基金资助:
中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(CKSF2023296/KJ); 湖南省重大水利科技项目(XSKJ2022068-12); 2022年度知识创新专项基础研究项目(2022010801010238)

Drivers for Carbon Variation of River in Three Gorges Reservoir Area

CHENG Xue-jun¹^,²(), FU Chong-qing¹^,²(), XIAO Xiao¹^,², ZHANG Shuang-yin¹^,², XU Jian¹^,², ZHENG Hang³, LIAO Mao-xin¹^,²

¹ Spatial Information Technology Application Department, Changjiang River Scientific Research Institute,Wuhan430010, China
² Wuhan Smart Basin Engineering Technology Research Center, Changjiang River ScientificResearch Institute, Wuhan 430010, China
³ Changjiang Survey, Planning, Design and Research Co., Ltd.,Wuhan 430010, China

Received:2023-08-22 Revised:2023-10-27 Published:2024-12-01 Online:2024-12-01

摘要/Abstract

摘要：

为探究流域景观特征对河流碳循环过程的影响,综合运用景观指数法、冗余分析(RDA)法和Pearson相关性分析法,分析长江三峡库区段景观因子对河流碳循环的影响。结果表明: 长江三峡库区段土地利用和景观格局对水体溶解性碳浓度和水-气界面CO₂、CH₄通量影响最大的缓冲区尺度为1 500 m;1 500 m缓冲区内影响水体溶解性碳的关键变量有建筑用地和林地,影响水-气界面CO₂和CH₄通量的关键变量有建筑用地、林地、草地、耕地、裸地、香农多样性指数(SHDI)和斑块丰富度(PRD)。

关键词: 土地利用, 景观指数, 温室气体, 溶解性无机碳, 溶解性有机碳, 缓冲区

Abstract:

Understanding the impact of land use and landscape patterns on river carbon cycling is crucial for improving the watershed environment. This study utilized the landscape index method, redundancy analysis (RDA), and Pearson correlation analysis to analyze the effects of landscape factors on river carbon cycling in the Three Gorges Reservoir area. The findings reveal that: 1) Within a buffer zone scale of 1 500 m, the land use and landscape patterns have a substantial impact on the concentration of dissolved carbon in water and the fluxes of CO₂ and CH₄ at the water-air interface. 2) The dissolved carbon within the 1 500 m buffer zone is influenced by several key variables, including built-up land, and forest land. For CO₂ and CH₄ fluxes at the water-air interface, influential variables include built-up land, forest land, grassland, arable land, bare land, Shannon’s diversity index (SHDI), and patch richness density (PRD).

Key words: land use, landscape index, greenhouse gases, dissolved inorganic carbon(DIC), dissolved organic carbon(DOC), buffer zones

中图分类号:

X522河流

程学军, 付重庆, 肖潇, 张双印, 徐坚, 郑航, 廖茂昕. 三峡库区河流水体碳变化驱动力分析[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(12): 66-72.

CHENG Xue-jun, FU Chong-qing, XIAO Xiao, ZHANG Shuang-yin, XU Jian, ZHENG Hang, LIAO Mao-xin. Drivers for Carbon Variation of River in Three Gorges Reservoir Area[J]. Journal of Changjiang River Scientific Research Institute, 2024, 41(12): 66-72.

图/表 8

图1 研究区监测点分布及缓冲区布置

Fig.1 Distribution of monitoring points and layout of buffer zones

表1 水体碳排放及溶解性碳结果统计

Table 1 Statistics of river carbon emissions and dissolvedcarbon concentrations

指标	CO₂/ (mmol·(m²·h)^-1)	CH₄/ (μmol·(m²·h)^-1)	DIC/ (mg·L^-1)	DOC/ (mg·L^-1)
最大值	4.179	33.550	46.024	29.941
最小值	-0.630	-36.287	25.988	3.847
均值	0.751	1.697	32.628	9.583
方差	1.752	148.904	17.469	31.301

图2 研究区土地利用类型分布注:图中左下角自左向右依次展示耕地、水体、建筑用地和林地为主要土地利用类型的3 000 m缓冲区。

Fig.2 Distribution of land use types in the study area

图3 不同空间尺度缓冲区内土地利用类型面积占比

Fig.3 Proportions of land use types in buffer zones of different spatial scales

图4 不同空间尺度缓冲区内景观指数分布特征

Fig.4 Distribution characteristics of landscape indices in buffer zones of different spatial scales

表2 景观特征与碳指标RDA分析的排序轴特征值及总解释变异

Table 2 Canonical axes eigenvalues and total explanatory variations of RDA for landscape features and carbon indicators

缓冲区半径/m	解释变量(景观特征)类型	排序轴	特征值	总解释变异/%	相关性
500	景观指数	1	0.321 7	62.02	0.859 7
500	景观指数	2	0.158 2		0.797 5
1 500	景观指数和土地利用	1	0.420 5	86.74	0.971 7
1 500	景观指数和土地利用	2	0.223 8		0.960 6
3 000	土地利用	1	0.249 3	44.55	0.779 5
3 000	土地利用	2	0.136 2		0.731 6

图5 1 500 m缓冲区内景观特征与碳指标的综合排序分析

Fig.5 Sorting analysis of landscape features and carbon indicators within the 1 500 m buffer zone

图6 1 500 m缓冲区内景观特征与碳指标相关性注:*为P<0.05,**为P<0.01。

Fig.6 Correlation between landscape features and carbon indicators within the 1 500 m buffer zone

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