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[期刊] 地理科学进展
[作者]
王秋凤 刘颖慧 何念鹏 方华军 伏玉玲 于贵瑞
陆地生态系统碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化的成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析等领域的热点,受到科技界和国际社会的广泛关注。本文在简要回顾中国陆地生态系统碳收支及其循环过程研究领域的发展历史,总结各个发展阶段主要特征的基础上,讨论了开展中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求和社会需求,评述了中国在相关领域研究中存在的主要问题,探讨了当前的科学研究前沿领域及其关键科学问题。本文指出,现阶段中国开展区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程机制综合研究工作不仅是提升中国生态系统生态学、地球系统科学与全球变化科学的创新能力的科技发展需求,更是中国参与应对全球气候变化国际合作、改进生态系统管理、保障生态安全的社会经济发展需求。同时还指出,中国现阶段在该领域的研究工作还缺乏各类生态系统碳收支的实际调查数据,缺乏国家尺度碳收支科学数据的整合,缺乏可用于碳收支计量与综合评估的模型工具,也没有形成国家层次的碳源汇计量、评估、认证及决策分析信息系统平台。本文通过国内外科技发展的分析认为,中国在该领域的研究工作,应在大力发展陆地生态系统碳收支和碳汇功能的定量监测、评价和认证的方法与技术基础上,重点关注并前瞻性地开展陆地生态系统碳-氮-水循环过程耦合关系及其对全球气候变化的响应与适应、碳-氮-磷生态化学计量学特征及其环境影响、碳-氮-水耦合循环过程的生物调控机制等前沿领域,以提高中国生态系统与全球变化科学研究水平,为国家的生态系统与温室气体管理提供基础理论、科学知识和先进技术的储备。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
唐兰萍 柯新利 左成超 余强毅 吴绍华 李飞
为揭示耕地系统时空演变对陆地生态系统碳收支的影响，本研究将耕地资源和耕地利用统一纳入耕地系统，采用InVEST模型、温室气体排放系数核算方法评估1980—2018年市级尺度下中国（统计数据未包含港、澳、台地区。下同）耕地系统时空演变对碳储量、碳排放的影响。研究表明：1）耕地系统时空演变导致碳储量减少3×108 t，碳排放增加1×108 t，因此导致碳收支共损失4×108 t;2）林地、湿地被开垦为耕地是碳储量减少的主要原因，而化肥、农机等农业生产资料投入的大幅增加是碳排放增加的主要原因；3）耕地系统时空演变对碳收支影响的空间差异明显，东南沿海、西北地区的城市碳收支出现提升，而东北地区的城市碳收支损失严重。因此，应重视从“人类-自然”耦合系统视角剖析耕地系统变化的碳效应；未来既要对耕地侵占林地、湿地等生态用地进行科学合理的管控以减少碳储量损失，还需要提高化肥、农药等农业生产资料的利用效率，促进耕地由传统集约利用模式向可持续集约利用模式的转型。
关键词：
耕地系统 碳收支 时空演变 影响评估
[期刊] 地理科学进展
[作者]
于贵瑞 王秋凤 朱先进
定量评估区域和不同类型生态系统的碳收支,可以为科学预测气候变化、服务于减缓和适应气候变化的区域碳管理提供科学依据,是生态系统与全球变化科学研究的重要科技问题。虽然区域碳收支的定量评估和认证还很难用当前的各种直接观测和评估方法来精确实现,但是,近年来这方面做了很多研究工作,也取得了一定进展。为此,本文综述了陆地生态系统碳收支的观测技术体系,重点分析区域尺度陆地生态系统碳收支评估方法及其不确定性。分析结果认为,为了定量认证中国区域的陆地生态系统、主要行业以及与碳汇相关项目的碳汇功能及其时空格局,急需采用"多尺度观测、多方法印证、多过程融合、跨尺度认知和跨尺度模拟"的研究思路,构建基于野外台站的碳循环及其通量的观测和实验研究网络、发展地面站点-陆地样带-生态网络与卫星和航空观测结合的多尺度观测系统,发展观测数据-生态过程模型-卫星遥感模型-GIS空间分析系统。同时,本文指出:生态系统碳-氮-水循环间的耦合机制及其对碳源汇时空格局影响研究必将成为生态系统碳循环及其区域碳收支评估和定量认证科学研究的重要发展方向和新的研究热点。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
赵风华 于贵瑞
陆地生态系统的碳循环和水循环是当前全球变化研究的热点。大量的研究已经表明两者之间具有密切的耦合作用。但是目前对于两者的耦合关系和耦合机制还缺乏系统的分析和总结。本文在综合相关研究的基础上,对陆地生态系统碳-水耦合的基本过程和基本作用机制作了概括。我们认为陆地生态系统碳-水耦合过程共包括土壤-植被节点、植被-大气节点(气孔节点)、土壤-大气节点和生化节点4个碳-水耦合节点。碳-水间的生化反应、气孔对光合-蒸腾的共同控制和优化调控作用、生态系统对碳、水循环的同向驱动机制分别是陆地生态系统碳-水耦合的生物化学、生物物理学和生态学基础,共同构成了碳-水耦合的基本作用机制。我们还用水分利用效率(WUE)概念对碳-水耦合过程中的碳/水耦合比例关系作了探讨。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
展小云 于贵瑞 郑泽梅 王秋凤
土壤呼吸是陆地生态系统通过根系呼吸和微生物呼吸向大气中释放CO2的过程。研究土壤呼吸的时空格局,将有助于构建区域尺度土壤呼吸定量评价模型,也可提高预测未来气候变化情境下的典型生态系统、区域以及全球尺度碳平衡状况的能力。本文整合了中国区域土壤呼吸的主要研究成果,分析了温度敏感性(Q10)和土壤呼吸(Rs)的统计特征和区域差异,定量评价了中国区域Rs的时空格局及其在中国和全球碳平衡中的作用。通过以上分析本文得出以下主要结论:①不同生态系统类型的土壤呼吸的Q10表现为森林>农田>草地,气候越寒冷,土壤呼吸Q10越大,并且中国区域的Q10值相对于其他国家偏低;②Rs具有明显的季节变异,不同生态系统类型的Rs表现为森林>农田>草地,并且,中国区域Rs低于全球Rs;③月尺度上Rs随着经纬度发生明显的季节变异,随着经度的增加,Rs的季节变幅也逐渐增加;④1995-2004年中国区域Rs的年总量的平均值为3.84 PgC,占全球土壤CO2排放的比例4.78%。
[期刊] 资源科学
[作者]
赵士洞 罗天祥
本文对国内外生物生产力区域尺度研究的理论、方法以及取得的成就和存在的问题进行全面而系统地评述。生产力机理模型是当前生产力生态学研究中的热点，而区域尺度转换是全球变化模型研究的关键问题。大量研究表明，植被叶面积指数是进行空间尺度拓展的连接点，而且叶面积指数的地带性分布规律是进一步拓展生态系统定位站研究结果的重要理论依据之一。
关键词：
区域尺度转换,生物生产力,机理模型
[期刊] 地理科学进展
[作者]
遇蕾 任国玉
准确估算陆地生态系统碳储量并认识其空间分布和时间演变规律是碳循环研究的关键问题。本文回顾了全球与中国陆地生态系统在碳储量估算研究方面的若干进展,包括基于各种方法和资料的主要估算结果及其尚存在的不确定性。重点评述了末次盛冰期和中全新世两个时期陆地生态系统碳储量的变化及其影响因素,对8.2kaB.P.以来全球大气CO2浓度呈现升高的现象及其可能原因进行了讨论。全新世中晚期全球大气CO2浓度逐渐升高与旧大陆地区陆地生态系统碳储量减少的事实是一致的,新石器时期特别是农业文明开始以后人类活动对陆地植被的持续干预可能是造成陆地生态系统碳储量减少的原因之一。
[期刊] 生态经济
[作者]
侯宁 何继新 朱学群
陆地生态系统碳循环因其复杂性和不确定性,在全球碳循环过程中占有重要地位。陆地生态系统碳循环研究关系到全球气候变化及人类可能的应对措施,是全球碳循环研究的核心。本文回顾了陆地生态系统碳循环的研究动态,对陆地生态系统碳循环机理和研究方法做了概述,对未来的研究重点和热点进行了展望。我们认为复杂科学在陆地生态系统碳循环研究中的应用具有很广的前景。陆地生态系统是一个复杂适应性系统,内部作用是生态系统复杂化,有序化及自组织的主要推动力。运用复杂科学的原理和方法,探讨生态系统复杂性的机理及发展规律,为认识生态与进化问题提供了一条新的途径。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
胡中民 于贵瑞 樊江文 温学发
在全球气候变化与生态系统研究领域中,干旱对生态系统水碳过程的影响越来越受到重视。在植物个体水平上,干旱会引起植物叶片气孔导度降低,溶质含量增加,叶片变厚、地下生物量比例增加等以减少水分损失。与此同时,植物叶片的光合速率也因气孔导度的降低而下降。适度的干旱通常会使植物利用效率得到提高。不同植物具有不同的水分利用策略,它们的生理和形态特征对干旱的响应表现出显著的差异性;在群落或生态系统水平上,干旱会影响群落冠层的生理特性以及群落的结构组成,从而引起生态系统的水碳循环过程的改变。主要体现为植被的光合速率、呼吸速率、蒸腾速率降低,而生态系统的水分利用效率在极端干旱条件下也可能降低。受干旱影响,植物群落耐旱植物所占比例增加,群落的物种多样性和生产力也会降低。尽管目前有关干旱对生态系统水碳过程影响在各个层面都已涉及,但这些研究内容多是彼此孤立的,为了深入认识生态系统对干旱的响应机理,还需要结合多种技术手段,综合考虑生态系统水循环、碳循环、氮循环等多过程间的耦合关系,并建立生态系统不同层次间和时间尺度间机理联系的理论体系。
[期刊] 林业经济
[作者]
单永娟 张颖
根据我国最新的森林资源、草原、湿地、荒漠和农田清查或统计数据及相关研究文献，对２００３年、２００８年、２０１３年森林等生态系统的碳汇进行核算。研究表明，随着环境经济政策出台数量的增加，各系统的碳汇均呈增加趋势，各系统所占比重分别从２００３年的６７．２５％、７．５８％、２２．７２％、１．２０％、１．２５％变化为２０１３年的６３．７０％、６．８２％、２７．４４％、０．９７％、１．０７％，比重的变化则是人们生态保护意识的增强和实施一系列环境保护措施的成果。从环境经济政策的角度来分析各生态系统碳汇变动，对环境经济政策评价有一定的意义，也对我国碳汇市场的发展有一定促进作用。
关键词：
生态系统 碳汇核算 环境经济政策
[期刊] 地理科学进展
[作者]
何念鹏 王秋凤 刘颖慧 任伟 于贵瑞
如何实现区域陆地生态系统碳增汇(carbon sequestration)、如何科学地评估/认证其碳汇效应,目前仍是一个颇具争议的科学问题。本文探讨了区域陆地生态系统碳增汇途径,并对现阶段中国陆地生态系统主要人为管理措施的碳汇效应进行了定性评价。从技术和经济可行性看,许多人为管理措施均具有较明显的碳汇效应;但在确定技术或经济投入规模时,应充分考虑特定人为管理措施下生态系统碳增汇的特征曲线,合理地控制投入,实现人为管理措施碳增汇效应最优化。此外,基于定性评价结果,本文分别针对森林、草地、农田和湿地生态系统提出了行之有效的碳汇管理措施。建议相关科学家围绕这些已较大面积推广的管理措施,深入研究其碳收支过程及其机理,尽快提出科学的、可验证的碳增汇认证方法,为科学地评估中国陆地生态系统碳汇功能提供理论依据。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
于贵瑞 王秋凤 刘迎春 刘颖慧
陆地生态系统固碳速率、增汇潜力及其定量认证研究不仅是应对气候变化的急迫需求,更是地球系统碳循环科学研究的核心任务,也是陆地生态系统管理的科学基础。在过去20多年的碳管理实践中发展了许多增汇技术,同时也提出了许多关于陆地生态系统固碳速率和增汇潜力的科学概念、以及碳汇计量和认证的方法。但不同行业、不同学科在各自的科学研究和实践活动中对相关概念的理解存在较大差异,甚至是十分混乱的。本文从陆地生态系统固碳的基本概念出发,系统性地阐述了生态系统固碳量、固碳速率、固碳潜力等相关概念;并根据增汇技术实现的难易程度分析了现实固碳潜力、社会经济固碳潜力、技术固碳潜力和理论固碳潜力、以及《京都议定书》认可的固碳潜力等相关概念;最后阐述了碳汇定量认证、分析和评价的时间连续清查法、空间代替时间参照系法、限制因子分析法等碳汇定量认证方法的科学基础、局限性和不确定性。通过对区域尺度陆地生态系统固碳速率和增汇潜力的概念框架及其定量认证科学基础开展系统性的探讨,期望能够引起中国学术界和相关行业部门的重视,推动碳汇相关概念使用的科学化和碳汇定量认证标准化,为中国固碳速率、增汇潜力的计量、报告、认证和核查方法论和技术体系的建立奠定基础。
[期刊] 统计与决策
[作者]
单永娟 张颖 曹先磊
陆地生态系统碳循环的动态变化是影响全球气候变暖的重要因素,利用生态系统的碳汇能力及其变动指标作为政策绩效评价工具,来揭示我国环境经济政策体系与陆地生态系统碳储量及其变动关系具有重要的学术探讨价值。文章基于对陆地生态系统碳汇储量及其变动的核算研究与分析,从理论上探讨了环境经济政策对改善生态系统碳汇功能的作用机制。研究表明:随着我国环境经济政策体系的不断完善,森林、草地、湿地、荒漠和农田生态系统的碳汇流量均呈增加趋势,年均增长分别为1.73%、1.21%、4.23%、0.09%和0.7%,一定意义上说明我国环境经济政策体系的完善与实施是有效的。
[期刊] 长江流域资源与环境
[作者]
杨卓琳 刘荣波 逄锦光 王姝 王诗涵 冯徽徽
陆地生态系统碳收支不仅是衡量地表生态环境的重要参数，也是全球碳循环的关键变量。以国家低碳试点城市、可持续发展创新示范区——湖南省郴州市为研究区域，耦合多源遥感数据，结合土壤呼吸地统计模型、趋势分析、地理探测器和残差分析等方法，系统开展了2001～2020年植被净生态系统生产力(NEP)时空变化特征分析及影响因素探究。结果表明：(1)在时间上，2001～2020年郴州市总体表现为碳汇，年均固碳总量达5.943×10~6 T C·a~(-1),NEP均值310.351 g C·m~(-2),平均增长速率2.066 g C·m~(-2)·a~(-1)。(2)在空间上，NEP总体呈西高东低、北高南低分布，显著增加(P<0.05)的区域面积占比为40.304%,主要集中在西部。不同植被类型碳汇水平差异表现为：林地(328.100 g C·m~(-2))>草地(318.650 g C·m~(-2))>耕地(257.509 g C·m~(-2))。(3)郴州市生态系统碳收支驱动机制复杂。NEP与气温、日照时数、相对湿度和高程等因子呈正相关，而与降水量和地表净辐射呈负相关，双因子对NEP空间分异性的交互作用明显高于单因子。(4)自然因子是郴州市植被NEP变化的主导因素(95.896%),但在城市边缘区等人类活动剧烈的区域，土地利用/覆被变化平均贡献率达59.761%。研究结果有助于准确把握区域陆地生态系统碳收支时空特征及其内在驱动机制，并为区域生态系统管理与可持续发展提供科学依据。
[期刊] 林业科学
[作者]
程瑞梅 王娜 肖文发 沈雅飞 刘泽彬
【目的】探讨陆地生态系统生态化学计量学研究进展,以期推动对陆地生态系统物质循环及能量流动的进一步认识。【方法】利用Web of Science、CNKI等数据库,查阅相关文献,对陆地生态系统生态化学计量学研究进展进行综述。【结果】陆地植被生态化学计量学特征研究表明,C、N、P是生态化学计量学领域研究的主要对象,其中N和P是陆地植被生长2种最重要的限制元素;土壤中的碳氮磷比值是评价土壤质量重要指标,从全球尺度研究发现,土壤中的碳氮磷比值基本为恒值;陆地生态系统养分限制判断研究表明,N∶P比值是植物生长养分限制的敏感性指数,常被用于确定养分限制的阈值,同时N、P含量也可用于确定养分限制类型;气候、地理、土壤等因子是陆地植物生态化学计量学特征的主要影响因素。【结论】在陆地生态系统生态化学计量学研究进展中,C、N、P是学者们关注的重要因子,其比值在研究土壤质量评价、养分限制阈值等方面发挥重要作用。
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