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中国城市建成区植被结构特征和碳吸收

作　者: 史琰
导　师: 常杰
学　校: 浙江大学
专　业: 植物学
关键词: 城市生态 城市化 城市绿地 驱动机制 园林管理 生物能源
分类号: Q948.1
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着城市化比例的持续升高,城市生态变得与人类生活以及其所面对的环境问题更加密切相关。中国是城市化速度最快的地区之一,中国的城市化已经被称为21世纪推动世界发展的重要动力来源,但也是环境问题突出的地区之一。研究中国城市建成区植被结构特征及其减少大气二氧化碳的贡献,有助于丰富城市生态学理论。中国位于欧亚大陆东南部季风气候区,具有从北温带到热带,从湿润到干旱的不同气候带,为研究建成区植被提供了良好的素材。本研究共计实地调查了分布在中国各气候区的43个城市的3295个400m2样方,共计测量乔木24027株,获得19个树种424条年轮条；通过问卷调查和跟踪园林工人养护获得相应城市园林管理及园林废弃物信息。本研究综合实测数据和文献及年鉴等数据,研究中国城市建成区绿地格局以及植被现状特征,探讨中国城市建成区植被碳储存和碳吸收格局及其驱动因素,研究园林废弃物生产生物能源替代化石燃料减排——建成区植被间接减少大气二氧化碳的潜力。得到以下主要结论：(1)城市建成区绿地格局和植被结构特征研究表明：我国建成区绿地面积增长迅速,1996年-2010年建成区绿地覆盖面积年均增长7.5%,绿化覆盖率年均增长2.8%；中国286个地级市建成区绿化覆盖率空间分布不均衡,这种变化表现出明显的从东到西降序的梯度分布；我国建成区植被主要乔木树种在空间分布呈地带性；建成区绿地植被乔木胸径主要处于5-25cm小径级,乔木株高基本集中在5-7m和7-9m两个区间；城市建成区植被复层结构覆盖率在12%-39%,平均值为24.6%。建成区乔木Gleason丰富度指数在1.30-5.17之间,且Gleason丰富度指数南方高于北方。(2)植物群落特征与自然社会经济因素相关分析研究表明,建成区乔木平均胸径、平均株高与自然经济因素相关显著；与自然因素相比,经济因素对于复层结构覆盖率更是一个明显决定因素；Gleason指数与年均降水量、年均气温、PGDP三者线性相关显著(P<0.05)；而Simpson指数,Shannon-Wiener指数以及Pielous指数与水热条件和经济发展之间相关不显著。研究发现城市植被多样性很大程度上受到人类活动调控,在一定程度上,景观美学是城市生态系统中植物群落组成的一个更明显的决定因素。但在城市绿化的树种选择上,自然环境有着很大的影响。(3)47个研究城市建成区绿地植被碳密度4.95-46.30tC hm-2,平均值为18.19±9.23tChm-2。在中国47个城市的单位绿地覆盖面积碳密度平均为自然森林的57%。研究城市建成区碳吸收为0.21-4.30tC hm-2yr-1,平均值为2.13tC hm-2yr-1。现阶段我国建成区大多数城市植被单位绿地面积碳吸收高于自然森林碳吸收,约比自然植被提高50%。中国建成区植被碳吸收可抵消城市居民生活使用能源碳排放的2.5%。(4)对中国建成区植被碳固存相关驱动因素研究的结果表明,城市建成区碳密度与经度、纬度、年均降水、年均气温和湿润度指数无显著相关,受自然因素调控作用小。自然环境下的碳库因为人类活动的影响有了很大变化,使得植被碳库不再随着经纬度,即受到光温湿度等因子的影响而发生明显的变化,碳密度呈现出了趋同的现象；碳吸收主要受自然因素影响。通过提高园林管理水平可以促进建成区植被碳吸收。(5)园林废弃物做生物能源在能量投入产出方面具有优势。城市绿地园林废弃物生产能源具有发展前景。开发利用城市绿地园林废弃物生产生物能源不仅减少运输费用,其带来的收益可补偿收集处置废弃物的花费,实现增加收益和节能减排双赢。中国园林废弃物总的生物能源潜力达244PJ,相当于2008年中国城市居民用电能耗的20.7%,中国运输用的汽油能耗的12.6%,替代化石燃料减排17x106tCO2当量。用园林废弃物生产生物能源有助于低碳城市的建设。

全文目录


致谢  6-8
摘要  8-10
Abstract  10-26
1 绪论  26-43
  1.1 研究背景  26-27
  1.2 城市绿地生态系统研究进展  27-31
  1.3 城市绿地植物生长研究综述  31-32
  1.4 城市绿地碳储存和碳吸收研究综述  32-37
  1.5 生物质生产生物能源-减排研究进展  37-39
  1.6 人类-自然耦合系统调控研究进展  39-40
  1.7 中国作为研究区域的典型性  40-41
  1.8 本研究的科学问题、目的及意义  41-43
2 方法论、观测方法和数据分析  43-60
  2.1 方法论  43-44
    2.1.1 系统物理边界的确定  43
    2.1.2 整合分析法  43
    2.1.3 生命周期评价法  43-44
  2.2 研究方法  44-54
    2.2.1 样地设置  44-47
    2.2.2 外业调查  47-48
    2.2.3 实验室内测定  48-49
    2.2.4 植物多样性计算  49
    2.2.5 建成区植被碳储存计算  49-52
    2.2.6 建成区植被碳吸收计算  52-53
    2.2.7 驱动因素参数选择  53
    2.2.8 园林废弃物生物量计算  53-54
    2.2.9 园林废弃物产生生物能源量计算  54
  2.3 数据库建立  54-59
    2.3.1 城市建成区植被碳库数据本体的构建  54-59
    2.3.2 数据来源  59
  2.4 统计分析  59-60
3 中国城市建成区绿地时空格局及植被结构特征  60-85
  3.1 我国建成区绿地时空格局现状及影响因素  60-65
    3.1.1 中国城市化过程中建成区绿地面积时间变化  60-61
    3.1.2 中国286个地级市建成区绿化覆盖率空间分布  61-64
    3.1.3 绿地面积与建成区面积的关系  64-65
    3.1.4 绿地面积与经济水平的关系  65
  3.2 中国城市建成区绿地植被结构特征  65-77
    3.2.1 优势种及其分布  66-67
    3.2.2 乔木胸径与株高分布  67-71
    3.2.3 植被复层结构覆盖率  71-73
    3.2.4 乔木物种多样性  73-77
  3.3 中国城市建成区绿地植被影响因素分析  77-84
    3.3.1 影响乔木胸径与株高的因素  77-79
    3.3.2 影响建成区植被复层结构覆盖率的因素  79
    3.3.3 影响建成区乔木物种多样性的因素  79-84
  3.4 本章小结  84-85
4 中国城市建成区植被碳储存格局  85-99
  4.1 建成区植被碳密度和碳储量  85-92
    4.1.1 样本城市建成区植被碳密度和碳储量  85-88
    4.1.2 我国建成区植被碳储量  88-90
    4.1.3 建成区植被与自然植被碳储存比较  90-92
  4.2 建成区植被碳储存区域间比较  92-95
    4.2.1 气候区域间比较  92-94
    4.2.2 社会经济水平间比较  94-95
  4.3 建成区植被碳储存格局驱动机制  95-97
    4.3.1 自然因素  95-96
    4.3.2 社会-经济因素  96-97
  4.4 本章小结  97-99
5 中国城市建成区植被碳吸收  99-112
  5.1 样本城市建成区植被碳吸收  99-106
    5.1.1 样本城市建成区植被碳吸收  99-102
    5.1.2 我国建成区植被碳吸收  102-103
    5.1.3 建成区植被与自然植被碳吸收比较  103-106
  5.2 建成区植被碳吸收格局  106-107
    5.2.1 气候区域间比较  106
    5.2.2 社会经济水平间比较  106-107
  5.3 建成区植被碳吸收格局驱动机制  107-109
    5.3.1 自然因素的影响  107-109
    5.3.2 社会-经济因素  109
  5.4 建成区植被增加碳汇潜力途径  109-111
    5.4.1 中幼龄乔木增汇  109-110
    5.4.2 增加乔灌草复层结构增汇  110
    5.4.3 提高多样性增汇  110-111
    5.4.4 园林养护管理  111
  5.5 本章小结  111-112
6 园林绿化废弃物做生物能源促进减排潜力  112-130
  6.1 园林废弃物组分及利用现状  112-116
    6.1.1 园林废弃物的组分  112-115
    6.1.2 利用现状  115-116
  6.2 园林废弃物生产生物能源可行性分析  116-118
    6.2.1 净能量平衡  116-117
    6.2.2 经济可行性分析  117
    6.2.3 技术可行性分析  117-118
  6.3 园林废弃物生产生物能源减排案例研究  118-123
  6.4 我国利用园林废弃物生产能源减排潜力  123-126
  6.5 政策建议  126-128
  6.6 本章小结  128-130
7 结论与展望  130-133
  7.1 主要结论  130-132
  7.2 研究展望  132-133
参考文献  133-152
附录  152-154
博士期间发表研究成果  154

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中图分类: > 生物科学 > 植物学 > 植物生态学和植物地理学 > 植物生态学
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