松嫩平原自然保护区土壤储碳与气候调节功能1)

刘晓辉

(中国科学院湿地生态与环境重点实验室(中国科学院东北地理与农业生态研究所)，长春，130102)

侯光雷 邹元春 武海涛 吕宪国 姜明

(遥感与地理信息研究中心(中国科学院东北地理与农业生态研究所)) (中国科学院湿地生态与环境重点实验室(中国科学院东北地理与农业生态研究所))

人类不合理活动及气候变化等因素，导致松嫩平原湿地景观破碎化，水资源补给不足，珍稀水禽栖息地退化、丧失[1-4]。乌裕尔河上游森林过量采伐，原生植被遭到破坏，河水径流量变小，导致扎龙湿地内水位自20世纪80年代以来持续下降，河道断流，部分湖泊干涸露底，部分沼泽变成干草地，湿地严重萎缩[5]。扎龙保护区内部修建了大量水渠堤坝、公路等大型线状切割性工程，切断了湿地的补水通道，造成连片湿地被切割分离，水分的联系被阻隔，稳定性湿地景观面积萎缩[6]。稳定健康的生态系统不仅需要具有结构的完整性，还必须实现其功能的连续性[7]。松嫩平原生态系统的完整性遭到破坏，影响了其调节功能的发挥。

我国目前试点的10个国家公园，主要针对虎豹、大熊猫、三江源藏羚羊等珍稀物种[8]，针对珍稀水禽及其湿地生境的国家公园基本没有布局。随着湿地垦殖活动强度增加，湿地野生植物群落已被单一的农业系统取代，生物多样性下降[9]。截至2017年底，全国共建立各种湿地类型的国家湿地公园898个[10]，目前多为人为划定界限、内部景观结构成型，且边缘受人类活动干扰较大的“孤岛”区域。以流域为单元的跨区域、受干扰小、具有区域性与综合性的湿地类型国家公园的缺失，已成为当前湿地保护决策不可忽视的问题。

1 研究区概况

松嫩平原(119°46′～129°23′E，42°46′～51°41′N)位于大、小兴安岭与长白山脉、松辽分水岭间松辽盆地的中部区域，面积近40.83万km2。大、小兴安岭、嫩江、松花江及乌裕尔河，地理位置形成了昆仑一词的“仑”字分布，乌裕尔河为“仑”字的核心位置，该位置形成了松嫩平原的大片湿地。

松嫩平原地跨黑龙江、吉林2个省及内蒙古1个自治区；包含12个地级市及2个盟；34个市辖区、30个县、20个县级市、7个旗。本研究涉及松嫩平原中的12个自然保护区(图1)，面积8.43×103km2，其中7个国家级自然保护区(黑龙江扎龙、黑龙江乌裕尔河、黑龙江明水、吉林莫莫格、内蒙古图牧吉、吉林向海、内蒙古科尔沁)、3个省级自然保护区(黑龙江乌裕尔河-双阳河、黑龙江东兴、黑龙江二龙涛湿地)、2个市级自然保护区(大庆小黑山、黑龙江青冈新村)。

松嫩平原属温带大陆性半湿润、半干旱季风气候，年降水量多在400～500 mm，多年年均蒸发量在1 200～1 600 mm[11]。松嫩平原属松花江水系，流经该区的河流主要有嫩江、第二松花江、洮儿河、霍林河等。松花江支流嫩江全长1 370 km，有甘河、诺敏河、讷谟尔河、科洛河等支流注入，与乌裕尔河、双阳河等无尾河，共同构成了向心水系。在乌裕尔河下游一带，地势最为低洼，沼泽连片。自然保护区的建立对于湿地等生态系统的保护尤为重要(图1)。

图1 松嫩平原及其自然保护区地理位置

2 研究方法

2.1 土壤储碳功能

土壤碳储量(Scs)反映了土壤储碳功能。土壤碳储量计算公式如下：

式中：Scs为土壤碳储量；Dsoc为土壤有机碳密度[12-14]；As为土壤面积；i为土壤类型；n为松嫩平原主要土壤类型总数。

土种是土壤分类系统中的基层单元，是指处于相同或相似景观部位及水热条件时，具有相对一致的剖面形态特征及相似理化生物性质的一群土壤实体。因此同一土种的土壤从理论来讲具有相近的有机碳含量，可以作为计算不同土类土壤有机碳密度、储量的基层单元[15]。本研究主要是对深度为1 m土种的土壤有机碳储量进行功能评价。

2.2 气候调节功能

根据ArcGIS软件分析工具获取自然保护区的质心作为该保护区的中心，并以1 km为步长向外扩展，逐像元提取地表温度，最后统计由中心向外地表温度变化特征，从而分析保护地温度的变化趋势。

民营企业发展遇到的困难和挑战：一是在市场竞争中遇到融资难等问题，与国有大企业相比处于劣势地位。二是在民营企业发展过程中，仍然时不时地面临有关民营企业定位及其作用等问题的争论，甚至是不和谐的杂音。三是新时期经济增速放缓，对企业转型提出更高的要求，如果缺少政府的支持，民营企业发展将会受限。

2.3 数据处理

地表温度(LST)数据采用MOD11A2产品数据，数据下载来自NASA LAADS Web(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov)。将MODIS数据的第31、32波段采用分裂窗算法反演得到该地表温度产品数据，空间分辨率为1 km，最后通过最大值合成法生成8 d合成MOD11A2，同时消除云的干扰，提高LST数据的精度。本研究下载了2019年松嫩平原区8月份MOD11A2产品数据，利用MRT软件进行影像拼接、投影转换，通过ArcGIS软件依据矢量边界数据进行裁切，获得研究区2019年8月份MOD11A2数据。

3 结果与分析

3.1 松嫩平原及自然保护区土壤储碳功能

松嫩平原主要土壤类型有暗棕壤、白浆土、草甸土、沼泽土、棕壤、泥炭土、黑钙土、黑土、水稻土、碱土、新积土、盐土、风沙土等22种，除湖泊、水库、江河等类型，土壤面积占区域总面积的99.39%(图2)。

图2 松嫩平原土壤类型

松嫩平原土壤碳储量分成8个等级，0表示非土壤碳储量。从图3中可以看出，松嫩平原土壤碳储量的高值区域集中于其腹地，也是自然保护区的集中分布区域。

图3 松嫩平原土壤碳储量空间分布

松嫩平原12个保护区土壤类型主要有草甸土、沼泽土、黑钙土、栗钙土、风沙土、碱土、潮土、盐土8种，除湖泊、水库、江河等类型，其土壤面积占区域总面积的94.24%(图4)。其中，乌裕尔河、明水、莫莫格、乌双、东兴、小黑山、青冈新村7个自然保护区草甸土面积占比超过78%，最大值出现在青冈新村自然保护区，达99.69%。扎龙自然保护区草甸土、沼泽土面积占比均超过45%，合计占该保护区土壤总面积的91.29%。向海、科尔沁自然保护区风沙土占比均超过50%，其次分别为沼泽土、草甸土，占比均在20%以上。图牧吉自然保护区栗钙土面积占比达76.52%，超过该区域草甸土、沼泽土面积之和的2倍以上。

图4 松嫩平原自然保护区土壤类型

松嫩平原自然保护区土壤碳储量空间分布如图5所示，土壤碳储量分7级，0表示非土壤储量。扎龙、莫莫格自然保护区的土壤碳储量最高，分别为26.73%、20.45%；其次为科尔沁、乌裕尔河自然保护区，两者土壤碳储量接近，占所有保护区总储量的9.48%、8.97%，其中乌裕尔河自然保护区土壤碳储量主要集中于草甸土，其土壤碳储量为6.56×106t·a-1，占该保护区各土壤类型总碳储量的91.16%。

图5 松嫩平原自然保护区土壤碳储量空间分布

松嫩平原土壤年碳储量为3 811.17×106t，其中12个自然保护区土壤年碳储量为80.32×106t，其国家级自然保护区占所有保护区年碳储量的85.73%。扎龙、向海、莫莫格自然保护区作为全国第一批国际重要湿地，其年碳储量占7个国家级自然保护区年碳储量的63.75%。尽管松嫩平原12个自然保护区土壤年碳储量占松嫩平原的2.11%，但在空间上仍是松嫩平原土壤储碳的高值区域(图3)。

3.2 松嫩平原自然保护区气候调节功能

黑龙江扎龙、吉林莫莫格和内蒙古图牧吉国家级自然保护区位于松嫩平原核心区域，对于黑、吉、蒙3省(区)具有行政管理代表性。

扎龙自然保护区气候的调节功能显著(图6a)。扎龙保护区质心地表温度为26.38 ℃，随着远离质心向外移动，地表温度逐渐升高。距离扎龙保护区质心29 km处，地表温度达到最大值，为35.68 ℃。由于受周边小的湖泊影响，远离质心温度有所下降，整体温度仍在30 ℃以上。

莫莫格自然保护区气候的调节功能显著(图6b)。莫莫格保护区质心地表温度仅为24.8 ℃，从莫莫格保护区质心向外扩展，地表温度呈现明显的增加趋势，在距离质心37 km处，地表温度达到37.2 ℃。湿地对该局部区域降温作用明显。

图牧吉自然保护区降温作用也较为明显(图6c)。图牧吉自然保护区质心地表温度为25.8 ℃，从其质心向外扩展，温度呈上升趋势。距离质心16 km处，地表温度达到36.2 ℃。图牧吉自然保护区对局地小气候的温度调节发挥了重要作用。

图6 松嫩平原自然保护地气候调节作用

综上所述，松嫩平原处于半干旱区，其自然保护区对该区局域气候调节具有显著的降温作用。通过分析发现，主要自然保护区对周边温度调节作用明显，对改善当地局域小气候发挥了重要作用。

4 结论与讨论

松嫩平原地跨蒙、黑、吉3省(区)。大、小兴安岭、嫩江、松花江、乌裕尔河，地理位置形成了“仑”字分布。松嫩平原及其自然保护区土壤类型多样，松嫩平原土壤年碳储量为3 811.17×106t，其中12个保护区土壤年碳储量80.32×106t，在空间上是松嫩平原土壤储碳的高值区域。松嫩平原自然保护区对该区域局域气候调节具有显著的降温作用。

以松嫩平原范围内嫩江流域为基本单元的国家公园，以吉林向海及莫莫格、内蒙古图牧吉、黑龙江扎龙及明水等国家级自然保护区的湿地分布区域为主，兼顾周边省级湿地自然保护区及国家湿地公园。这些国家级保护区自南向北分布，涵盖松嫩平原典型湿地类型及珍稀水鸟栖息地。松嫩平原是全球8条候鸟迁徙路线之一的“东亚-澳大利西亚”迁徙路线的重要组成部分[16-17]。建设跨区域的国家公园，可促进湿地生态系统的系统性保护与一体化管理，有助于湿地调节功能的有效发挥。

为建立明确的国家公园管理责任主体，需建立跨区域、跨部门的统一垂直管理体系，设立由国家直接管理的行政责任主体，统一行使国家公园自然保护地管理职责[18]。根据公园试点的推进，统筹、整合形成分区、分级的国家公园保护管理体制。及时掌握国内外国家公园及自然保护区管理前沿的发展方向，适应社会主义市场经济发展。在实施管理的过程中注意收集信息，及时进行信息研究，科学决策，适时调整发展规划，确保实施科学、有效的管理。

开展系统的湿地资源本底调查及生态功能分区，对气候调节、碳汇、水鸟栖息地保护等生态功能进行重新评估、分类，可以确定不同保护功能区资源特征。核定沼泽湿地、河流湿地、湖泊湿地、库塘等自然生态空间，进行统一确权登记，能够形成归属清晰、权责明确、监管有效的自然资源资产产权制度。

总而言之，松嫩平原湿地保护管理面临生境破碎化等若干问题，国家公园建设意义重大。通过建立明确的国家公园管理责任主体、引入先进的管理措施，根据湿地本底调查，对缓冲区重新规划、改善松嫩平原湿地生态系统的整体环境，有助于湿地碳汇、调节功能的有效发挥。