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2001～2010年中国陆地生态系统农林产品利用的碳消耗的时空变异研究

第四纪研究 2014年第4期34卷 762-768页

作者：朱先进王秋凤郑涵李轩然中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室中国生态系统研究网络(CERN)综合研究中心北京100101 中国科学院大学北京100049

人类是陆地生态系统的重要组成部分,可以视为区域陆地生态系统的消费者,人类对陆地生态系统净初级生产力（NPP）的消耗是区域碳消耗的重要途径.量化农林产品利用的碳消耗总量（CCU）有助于准确评估生物圈与大气间的碳交换,为全球陆地生... 详细信息

人类是陆地生态系统的重要组成部分,可以视为区域陆地生态系统的消费者,人类对陆地生态系统净初级生产力（NPP）的消耗是区域碳消耗的重要途径.量化农林产品利用的碳消耗总量（CCU）有助于准确评估生物圈与大气间的碳交换,为全球陆地生态系统的碳管理提供理论依据.基于农产品、草产品及林产品的统计数据,本研究评估了中国区域2000s人类利用农林产品引起的碳消耗总量及强度,结果表明：2001 ～ 2010年,农林产品利用的碳消耗总量为805.79TgC/a,占全国NPP总量的28.49％,最大值出现在山东、河南、广西等地.其中,农产品利用的碳消耗总量达到630.54TgC/a,最大值也出现在山东、河南和广西;草产品利用的碳消耗总量为114.90TgC/a,内蒙古、新疆和四川贡献的份额较大;林产品利用的碳消耗总量最少,仅为60.35TgC/a,主要分布在福建、浙江、湖南等地.碳消耗强度存在明显的区域差异,农林产品利用的碳消耗强度与农产品利用的碳消耗强度具有相似的空间分布,最大值均出现在山东、江苏等地;草产品利用的碳消耗强度的最大值出现在重庆、内蒙古、四川等地;林产品利用的碳消耗强度则出现在浙江、福建.中国区域农林产品利用的碳消耗总量及强度在年际间普遍呈现增大的趋势,碳消耗总量年均增加22.02TgC.本研究表明,农林产品利用的碳消耗在维持区域陆地生态系统碳平衡中起着重要作用,需要在今后予以充分重视.

关键词：陆地生态系统碳循环气候变化碳消耗人为活动

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植物与土壤微生物在调控生态系统养分循环中的作用

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植物生态学报 2010年第8期34卷 979-988页

作者：蒋婧宋明华中国科学院地理科学与资源研究所中国生态系统研究网络综合研究中心生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101

陆地生态系统的地上、地下是相互联系的。植物与土壤微生物作为陆地生态系统中的重要组成部分,它们之间的相互作用是生态系统地上、地下结合的重要纽带。该文首先介绍了植物在养分循环中对营养元素的吸收、积累和归还等作用,阐述了土壤... 详细信息

陆地生态系统的地上、地下是相互联系的。植物与土壤微生物作为陆地生态系统中的重要组成部分,它们之间的相互作用是生态系统地上、地下结合的重要纽带。该文首先介绍了植物在养分循环中对营养元素的吸收、积累和归还等作用,阐述了土壤微生物对养分有效性及土壤质量具有重要的作用。其次,重点综述了植物与土壤微生物之间相互依存、相互竞争的关系。植物通过其凋落物与分泌物为土壤微生物提供营养,土壤微生物作为分解者提供植物可吸收的营养元素,比如共生体菌根真菌即可使植物根与土壤真菌达到互惠。然而,植物的养分吸收与微生物的养分固持同时存在,因而两者之间存在对养分的竞争。通过植物多样性对土壤微生物多样性的影响分析,以及土壤微生物直接或间接作用于植物多样性和生产力的分析,探讨了植物物种多样性与土壤微生物多样性之间的内在联系。针对当前植物与土壤微生物对养分循环的调控机制的争论,提出植物凋落物是调节植物与土壤微生物养分循环的良好媒介,植物与土壤微生物的共同作用对维持整个生态系统的稳定性具有重要意义。也指出了目前在陆地生态系统地上、地下研究中存在的不足和亟待解决的问题。

关键词：地上地下养分循环植物土壤微生物

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中国地带性森林和农田生态系统C-N-P化学计量统计特征

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第四纪研究 2014年第4期34卷 803-814页

作者：赵航贾彦龙王秋凤中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室中国生态系统研究网络(CERN)综合研究中心北京100101 中国科学院大学北京100049

基于中国国家生态系统观测研究网络的7个森林和10个农田生态系统观测研究站的定位调查数据,本文对中国地带性森林和农田生态系统各个组分的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量学特征进行了研究。结果表明:1)森林生态系统各组分的N和P... 详细信息

基于中国国家生态系统观测研究网络的7个森林和10个农田生态系统观测研究站的定位调查数据,本文对中国地带性森林和农田生态系统各个组分的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量学特征进行了研究。结果表明:1)森林生态系统各组分的N和P含量大小排序均为叶>凋落物>枝>根>茎>土壤,植被的各器官和凋落物的C含量明显高于土壤C含量。森林生态系统不同组分的C∶N和C∶P的大小排序均为茎>根>枝>凋落物>叶>土壤;植被的各器官及凋落物的N∶P也高于土壤。2)在农田生态系统中,作物各器官的C含量相近,而籽粒的N和P含量明显高于其他组分;各组分C∶N、C∶P和N:P的大小排序均表现为茎≈叶≈根>籽粒>土壤。3)森林生态系统植被的C∶N∶P为3582∶27∶1,土壤的C∶N∶P为111∶8∶1;农田生态系统植被的C∶N∶P为740∶15∶1,土壤的C∶N∶P为26∶3∶1。本研究以地带性生态系统为研究对象,探讨生态系统及其各组分的C-N-P化学计量特征,增加了对生态系统尺度元素化学计量特征的科学认识,为进一步认识中国区域生态系统元素化学计量关系的空间变异规律提供基础数据。

关键词：生态系统生态化学计量森林农田

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基于空间降尺度的中国陆地年净生态系统生产力及其趋势的空间变化

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应用生态学报 2024年第9期35卷 2581-2591页

作者：朱先进刘晨晨程世昊王秋凤沈阳农业大学农学院沈阳110866 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室中国生态系统研究网络综合研究中心北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

年净生态系统生产力(NEP)是一年内生态系统净固定的有机碳量,是形成碳汇的基础。量化NEP及其趋势的空间变化有助于增进生态系统对环境变化适应与响应的认知,并服务于应对碳中和的区域碳管理。基于过程模型和数据驱动模型输出的NEP栅格数... 详细信息

年净生态系统生产力(NEP)是一年内生态系统净固定的有机碳量,是形成碳汇的基础。量化NEP及其趋势的空间变化有助于增进生态系统对环境变化适应与响应的认知,并服务于应对碳中和的区域碳管理。基于过程模型和数据驱动模型输出的NEP栅格数据,结合多站点涡度相关观测结果,本研究获得反映NEP空间变化的最优模型模拟结果,并发展空间降尺度方法获取中国陆地高分辨率NEP数据,分析2000—2017年中国陆地NEP及其趋势的空间变化及影响因素。结果表明:相较于过程模型模拟结果,数据驱动模型模拟的NEP更能反映观测NEP的空间变化,并可基于随机森林回归结合简单扩展法实现NEP的空间降尺度。2000—2017年,空间降尺度所得中国陆地NEP总量平均值为(1.30±0.03)Pg C·a^(-1),年际之间呈现先降低后增加的趋势,在2009年出现拐点。NEP呈现自东南向西北逐渐减少的空间分布,表现为纬向递减和经向增大格局,主要受气候与生物因素的共同影响。NEP趋势呈现东高西低的空间分布,仅随经度增加呈现微弱的增大趋势,且主要由光合有效辐射和土壤有机碳含量的作用所引起。中国陆地NEP及其趋势的空间变化存在明显差异,体现出生态系统对环境变化适应与响应的明显不同。

关键词：涡度相关陆地生态系统碳中和时空变化空间降尺度

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大尺度陆地生态系统管理的理论基础及其应用研究的思考

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应用生态学报 2021年第3期32卷 771-787页

作者：于贵瑞杨萌付超王秋凤陈智中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室中国生态系统研究网络综合研究中心北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 联合国环境规划署国际生态系统管理伙伴计划北京100101

大尺度陆地生态系统管理是解决当前全球资源环境挑战、应对气候变化、治理区域生态环境、实现社会经济可持续发展的重要技术途径,是全球自然资源和生态保护理论及应用研究的热点。本文采用对过去20年间的几个国际大型生态系统管理行动... 详细信息

大尺度陆地生态系统管理是解决当前全球资源环境挑战、应对气候变化、治理区域生态环境、实现社会经济可持续发展的重要技术途径,是全球自然资源和生态保护理论及应用研究的热点。本文采用对过去20年间的几个国际大型生态系统管理行动计划跟踪分析方法,从生态系统管理学科发展、理论基础及应用研究的视角,对生态系统管理概念及其应用问题进行了重新思考,具体内容包括以下3个方面:首先,回顾了生态系统管理科学概念及应用实践的发展历程,讨论了概念的内涵及其再定义,归纳了生态系统管理社会实践及其对学科发展的贡献。其次,明确了生态系统管理研究的科技使命及基本任务,梳理了生态系统管理科学的科学体系及其主要研究领域,概括了生态系统管理科学的生态学基础理论及知识体系,明确了生态系统管理行动的关键环节、管理方案的基本要素与管理途径。最后,分析了生态系统管理科学研究及学科发展的新趋势,讨论了生态系统管理科学的重点研究空间尺度和对象系统,提出了全球生态系统管理的前沿科学问题,整合生态学研究思维及宏生态系统途径,以期为中国的生态系统管理科学研究及学科发展提供参考。

关键词：生态系统管理可持续发展理论基础应用实践发展趋势

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中国河流入海颗粒态碳通量及其变化特征

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地理科学进展 2012年第1期31卷 118-122页

作者：朱先进于贵瑞高艳妮王秋凤中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室CERN综合研究中心北京100101 中国科学院研究生院北京100049

河流是连接海洋和陆地两大碳库的纽带,其碳通量是全球碳循环的重要环节。本文以《中国河流泥沙公报》的数据为基础,就中国河流入海颗粒态碳通量及其变化特征进行分析。结果表明:1965-2005年,中国河流入海颗粒态碳通量平均为29.57 ***-1... 详细信息

河流是连接海洋和陆地两大碳库的纽带,其碳通量是全球碳循环的重要环节。本文以《中国河流泥沙公报》的数据为基础,就中国河流入海颗粒态碳通量及其变化特征进行分析。结果表明:1965-2005年,中国河流入海颗粒态碳通量平均为29.57 ***-1,占河流入海碳通量的42%,其中有机碳占36.02%,无机碳占63.98%,长江、黄河和珠江的颗粒态碳通量占全国河流入海颗粒态碳通量的96.25%。从2003年开始,河流入海颗粒态碳通量呈逐年递减的趋势,但颗粒态有机碳通量在河流入海颗粒态碳通量中所占的比重有所提高。2009年,全国通过河流泥沙输送到海洋中的碳仅为6.59 TgC,为1965-2005年平均输碳量的22.3%。由此可见,颗粒态碳通量在河流碳通量中占有不可忽视的地位,为了准确评估中国河流及陆地生态系统的碳收支,应对颗粒态碳通量进行细致研究。

关键词：颗粒态有机碳颗粒态无机碳通量碳循环土壤侵蚀中国

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青藏高原净生态系统碳交换量的遥感评估模型研究

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第四纪研究 2014年第4期34卷 788-794页

作者：高艳妮于贵瑞闫慧敏王秋凤朱先进李英年张法伟石培礼中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室中国生态系统研究网络(CERN)综合研究中心北京100101 中国科学院大学北京100049 中国科学院西北高原生物研究所西宁810008

青藏高原作为世界海拔最高的区域,是全球气候变化的敏感区之一。定量估算这一区域的净生态系统碳交换量(NEE)有利于理解陆地生态系统碳平衡对未来气候变化的响应。本文构建了一个模拟该地区NEE动态变化的净碳收支模型(NCBM)。该模型由... 详细信息

青藏高原作为世界海拔最高的区域,是全球气候变化的敏感区之一。定量估算这一区域的净生态系统碳交换量(NEE)有利于理解陆地生态系统碳平衡对未来气候变化的响应。本文构建了一个模拟该地区NEE动态变化的净碳收支模型(NCBM)。该模型由来源于MODIS影像的增强型植被指数(EVI)、陆地表面水分指数(LSWI)以及来源于地面观测的空气温度和短波辐射共同驱动,并利用青藏高原地区的3种植被类型(包括高寒灌丛、高寒湿地和高寒草甸)的碳通量长期观测数据对模型进行了校准和验证。结果表明,在模型校准站点年,NCBM模型可以模拟NEE观测值81%的变化,均方根误差(RMSE)为0.03mol C/m^2/d,模型效率(EF)为0.81。在模型验证站点年,NCBM模型可以预测NEE观测值84%的变化,RMSE为0.03mol C/m^2/d,EF为0.81。在大多数情况下,NCBM模型可以清晰地模拟各植被类型的NEE季节和年际变化。此外,NCBM模型因为结构简单,模型驱动变量易于获取等优势,具有在区域尺度上模拟NEE时空变化的潜力。但是该模型还需要进一步的改进和发展,特别需要提高对植被非常稀疏地区NEE变化的模拟能力。

关键词：青藏高原净生态系统碳交换量(NEE) 通量数据 MODIS数据模型

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干旱对陆地生态系统水碳过程的影响研究进展

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地理科学进展 2006年第6期25卷 12-20页

作者：胡中民于贵瑞樊江文温学发生态系统网络观测与模拟重点实验室中国生态系统研究网络综合研究中心中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院研究生院北京100039

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... 详细信息

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。

关键词：气候变化水循环碳循环水分利用效率干旱胁迫

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内蒙古未来气候变化及其对温性草原分布的影响

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资源科学 2010年第6期32卷 1111-1119页

作者：盛文萍李玉娥高清竹万运帆于贵瑞中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室 CERN综合研究中心北京100101 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081

本研究分析PRECIS区域气候模式系统构建的中国区域高分辨率(50km×50km)SRES气候变化情景下内蒙古自治区年均温度和降水量的变化趋势,并用伊万诺夫湿润度指数作为草地地理分布的划分依据,模拟了气候变化情景下内蒙古温性草原分布的... 详细信息

本研究分析PRECIS区域气候模式系统构建的中国区域高分辨率(50km×50km)SRES气候变化情景下内蒙古自治区年均温度和降水量的变化趋势,并用伊万诺夫湿润度指数作为草地地理分布的划分依据,模拟了气候变化情景下内蒙古温性草原分布的空间变化格局。未来气候变化使内蒙古自治区的年均温度普遍升高,A2情景下的升高幅度大于B2情景;年均降水量在东北部地区和中部偏东南地区下降,在西部地区上升,全区平均降水量有所下降,且B2情景的下降幅度大于A2情景。在未来温度普遍升高、降水量西南部增加显著而东北部减少的气候变化背景下,内蒙古温性草原的总面积有所增加。其中内蒙古草甸草原的南北边界都有北移趋势,但面积将有所减少,到本世纪末,A2、B2两种情景下草甸草原分别可能减少6.4%和8.5%。而典型草原和荒漠草原则分别向北部和西部扩张,面积都有增加趋势,到本世纪末两种情景下典型草原面积可能会分别增加22.8%和16.1%,荒漠草原面积增幅更明显,可能会分别增加48.1%和36.5%。

关键词：气候变化 SRES情景 PRECIS区域气候模式系统内蒙古温性草原

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植物叶片最大羧化速率与叶氮含量关系的变异性

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植物生态学报 2014年第6期38卷 640-652页

作者：闫霜张黎景元书何洪林于贵瑞南京信息工程大学应用气象学院南京210044 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室 CERN综合研究中心北京100101

叶片最大羧化速率是表征植物光合能力的关键参数,受到光照、温度、水分、CO2浓度、叶片氮含量等多个要素的控制。准确地模拟植物叶片最大羧化速率对环境因子的响应是预测未来植被生产力和碳循环过程的前提。目前大多数陆地碳循环过程模... 详细信息

叶片最大羧化速率是表征植物光合能力的关键参数,受到光照、温度、水分、CO2浓度、叶片氮含量等多个要素的控制。准确地模拟植物叶片最大羧化速率对环境因子的响应是预测未来植被生产力和碳循环过程的前提。目前大多数陆地碳循环过程模型以Farqhuar光合作用模型为基础模拟植物的光合作用,关于植物叶片的最大羧化速率与叶氮含量关系的模拟方法却各不相同。该文汇总了1990–2013年国内外植物叶片光合速率观测研究文献中叶片最大羧化速率与叶氮含量的关系式及相关数据,分析了叶片最大羧化速率与叶氮含量关系随不同植被功能型和时间的变化特征,以及环境因子变化条件下最大羧化速率与叶氮含量关系的变化特征,探讨了二者关系变异性的可能原因以及影响因子。结果表明:1)不同功能型植物叶片的最大羧化速率和叶氮含量的关系存在较大差异,二者线性关系式的斜率平均值变化范围为16.29–50.25μmol CO2·g N–1·s–1。落叶植被叶片的最大羧化速率随叶氮含量的变化率和光合氮利用效率一般都高于常绿植被,其变异主要源于植物的比叶重和叶片内部氮素分配的差异。2)叶片最大羧化速率随叶氮含量的变化存在季节和年际变异。在没有受到水分胁迫的年份中,叶片最大羧化速率随叶氮含量变化的速率一般在春季或夏季最高,其季节变异与比叶重和叶氮在Rubisco的分配比例的季节变化有关。受到干旱的影响,叶片最大羧化速率随叶氮含量的变化率会升高。3)当大气CO2浓度增加时,由于叶片中Rubisco含量的降低,多年生针叶叶片最大羧化速率和叶氮关系斜率值会出现降低;当供氮水平增加时,叶片最大羧化速率和叶片氮含量均表现出增加趋势,二者线性关系的斜率也相应增加。在此基础上,该文指出在模拟叶片最大羧化速率与叶氮含量的关系时,应考虑叶片比叶重和叶氮在Rubisco中的分配比例的季节变异、水分胁迫、大气CO2浓度和供氮水平变化对二者关系的影响。囿于数据的有限性,今后应进一步加强多因子控制实验研究,深入探讨叶片最大羧化速率与叶氮含量关系的变异性机理,并获得更系统的观测数据,以助生态系统过程模型的改进,提高模型的模拟精度。

关键词：叶片氮含量叶片最大羧化速率植物光合作用陆地碳循环模型

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