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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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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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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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中国亚热带5种林型的碳库组分偶联关系及固碳潜力

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第四纪研究 2014年第4期34卷 777-787页

作者：彭舜磊于贵瑞何念鹏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 平顶山学院低山丘陵区生态修复重点实验室平顶山467000

中国亚热带森林对亚热带地区乃至中国的碳收支和碳平衡具有十分的重要作用。根据中国亚热带地区5种主要林型(杉木林、马尾松林、常绿阔叶林、阔叶速生人工林和针阔混交林)生物量的文献资料,采用关联矩阵法分析了亚热带5种林型树干、树... 详细信息

中国亚热带森林对亚热带地区乃至中国的碳收支和碳平衡具有十分的重要作用。根据中国亚热带地区5种主要林型(杉木林、马尾松林、常绿阔叶林、阔叶速生人工林和针阔混交林)生物量的文献资料,采用关联矩阵法分析了亚热带5种林型树干、树枝、树叶、乔木层地上部分、乔木层地下部分、乔木层总碳库、林下植被碳库(包括灌木层和草本层)、死生物量碳库(包括枯立木、枯倒木、枯枝和凋落物)8个碳库间的偶联关系,利用回归方程研究乔木层、林下植被层、死生物量碳密度与立木蓄积量的关系,通过Logistic曲线探讨5种林型乔木层的最大碳密度。结果表明:1)5种林型生态系统碳库组分的碳密度和分配比例存在明显差异,但均呈现乔木层>死生物量>灌木层>草本层的规律;2)5种林型树干、乔木层地上部分、乔木层地下部分、乔木层总碳库的碳密度之间关联性极为显著(p<0.001),它们与死生物量碳密度的关联性均达到显著水平(p<0.05);针阔混交林的林下植被碳密度与其他碳库组分碳密度相关性不显著(p>0.05),而其他4种林型的林下植被碳密度均与树干、乔木层地上部分、乔木层地下部分、乔木层总碳库、死生物量的碳密度显著相关(p<0.05);3)针阔混交林的林下植被碳密度与立木蓄积量相关性不显著,其他4种林型的乔木层总碳密度、林下植被碳密度、死生物量碳密度与立木蓄积量的回归曲线均达到显著水平(p<0.05);4)5种林型乔木层的碳密度与林龄的关系符合Logistic曲线(p<0.0001),碳密度最大值分别为194.43Mg/hm^2,110.62Mg/hm^2,260.42Mg/hm^2,175.52Mg/hm^2和157.20Mg/hm^2,它们可视为亚热带5种林型乔木层固碳潜力的参考水平。

关键词：乔木层林下植被死生物量关联分析 Logistic曲线

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全球森林生态系统净初级生产力的空间格局及其区域特征

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第四纪研究 2014年第4期34卷 699-709页

作者：焦翠翠于贵瑞展小云朱先进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(CERN)综合研究中心北京100101 中国科学院大学北京100049 西北农林科技大学水土保持研究所杨凌712100

净初级生产力(Net Primary Productivity)是生态系统碳循环过程中的一个重要组成部分,森林生态系统的NPP占全球陆地生态系统的65%,深入了解全球森林生态系NPP的空间变异规律,是理解全球碳收支格局的基础。本论文以收集获得的野外站点实... 详细信息

净初级生产力(Net Primary Productivity)是生态系统碳循环过程中的一个重要组成部分,森林生态系统的NPP占全球陆地生态系统的65%,深入了解全球森林生态系NPP的空间变异规律,是理解全球碳收支格局的基础。本论文以收集获得的野外站点实测NPP数据为基础,对全球森林生态系统NPP的空间分布格局及其区域特征进行综合分析得出:全球森林生态系统的NPP呈现出随着纬度升高而降低的趋势,北半球森林生态系的NPP随着纬度的升高显著降低,南半球森林生态系统的NPP则纬向规律不显著。全球各个大洲之间森林生态系统的NPP整体上差异不显著,只有南美洲森林生态系统的NPP显著高于亚洲、欧洲和北美洲的森林生态系统。全球森林生态系统的NPP呈现出从寒冷性气候区域向温暖性气候区域逐渐增大的趋势。经典的Miami模型能够较合理地估算当前气候条件下森林生态系统NPP的空间分布格局。在全球尺度上,年均温(r^2约为0.50)较年降水(r^2约为0.40)与森林生态系统的NPP有更强的相关性。这些研究结果为进一步探讨全球陆地生态系统碳源汇功能奠定了一定的基础。

关键词：净初级生产力森林生态系统碳循环气候区Miami模型

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温度对中国典型森林生态系统碳通量季节动态及其年际变异的影响

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第四纪研究 2014年第4期34卷 752-761页

作者：李轩然孙晓敏张军辉王辉民闫俊华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 内蒙古赤峰学院资源与环境科学学院赤峰024001 中国科学院大学北京100049 中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016 中国科学院华南植物园广州510650

森林生态系统的碳收支及其对环境因子的响应规律一直是生态系统生态学研究的重要内容,而碳收支的年际变异规律反映了生态系统的稳定性特征。基于长白山温带针阔混交林、千烟洲亚热带人工针叶林和鼎湖山亚热带常绿阔叶林2003~2008年的通... 详细信息

森林生态系统的碳收支及其对环境因子的响应规律一直是生态系统生态学研究的重要内容,而碳收支的年际变异规律反映了生态系统的稳定性特征。基于长白山温带针阔混交林、千烟洲亚热带人工针叶林和鼎湖山亚热带常绿阔叶林2003~2008年的通量观测数据,对比分析了3个生态系统碳通量的季节动态、季节动态的年际变异及温度对上述二者的影响规律。结果表明,长白山的总生态系统生产力(GEP)和生态系统呼吸(RE)都呈现单峰曲线的季节动态模式,最高时8天GEP总和可达85g C/m^2,8天总RE能达到66g C/m^2,二者均高于千烟洲和鼎湖山,而千烟洲和鼎湖山的GEP和RE在不同的时间起伏较大;净生态系统碳交换量(NEE)的季节动态模式3个生态系统各不相同。在碳通量的3个分量中,GEP和RE的季节动态的相对年际变异较小,而NEE的相对年际变异较大,表明GEP和RE在年际之间更稳定。3个生态系统的GEP和RE与温度之间均存在显著的指数相关关系,但NEE与温度之间的相关性较弱。在温度较高的时段,通常GEP,RE和NEE的绝对年际变异也较高,相对年际变异较低,整个生态系统表现为更加稳定;但GEP和RE的年际变异与温度的年际变异之间相关性较弱,说明除温度外,还有其他环境因子的年际变异对GEP和RE的年际变异产生重要影响。

关键词：森林涡度相关碳循环年际变异

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生态系统固碳特征及其研究进展

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自然资源学报 2013年第7期28卷 1264-1274页

作者：高扬何念鹏汪亚峰 CERN综合研究中心生态系统网络观测与模拟重点实验室中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 城市与区域生态国家重点实验室中国科学院生态环境研究中心北京100085

生态系统固碳是人类应对气候变化以及全球系统变化过程的研究热点。论文结合生态系统固碳和碳汇概念,探讨生态系统自然固碳、人为工程固碳措施对生态系统功能的影响并分析生态系统固碳特征及风险。研究得出如下结论:陆地生态系统对CO2... 详细信息

生态系统固碳是人类应对气候变化以及全球系统变化过程的研究热点。论文结合生态系统固碳和碳汇概念,探讨生态系统自然固碳、人为工程固碳措施对生态系统功能的影响并分析生态系统固碳特征及风险。研究得出如下结论:陆地生态系统对CO2的自然吸收与封存是相对安全有效的固碳措施,对人类与生态系统健康的影响要小于地质层与海洋层固碳。海洋生态系统固碳容易导致海水酸化以及生态系统不可逆的损害;由于地壳运动很难预测,所以地质层固碳可能面临不可预知的风险。因此,利用生态系统自然固碳能力、发展绿色固碳技术是降低人为工程固碳生态风险和减少CO2排放到大气中的最佳选择。

关键词：生态系统固碳陆地生态系统地质层固碳海洋固碳绿色固碳

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陆地生态系统碳氮水循环的关键耦合过程及其生物调控机制探讨

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中国生态农业学报 2013年第1期21卷 1-13页

作者：于贵瑞高扬王秋凤刘世荣申卫军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 中国林业科学研究院北京100091 中国科学院华南植物园广州510650

陆地生态系统碳循环、氮循环和水循环是全球变化科学研究的三大主题,而陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其生物调控机制则是全球变化生态学研究的前沿性科学问题。目前,对陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其调控机制认识的不足是制约... 详细信息

陆地生态系统碳循环、氮循环和水循环是全球变化科学研究的三大主题,而陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其生物调控机制则是全球变化生态学研究的前沿性科学问题。目前,对陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其调控机制认识的不足是制约评估陆地增汇/减排效果,预测分析全球变化对生态系统生产力和固碳功能影响的瓶颈性问题。本文在综合分析陆地生态系统碳氮水循环的耦合过程基础上,论述了制约生态系统碳氮水循环空间格局耦联关系的生物地理学机制,制约典型生态系统碳氮水循环耦合关系的生物生理生态学机制,以及典型生态系统碳氮水耦合循环的关键生物物理和生物化学过程。重点评述了生态系统碳氮水耦合循环的主要过程及其生物调控机制研究进展,包括:(1)植物叶片冠层生物学过程和根系冠层生物学过程及其对生态系统碳氮水耦合循环控制机制,以及二者之间的关联与互作关系;(2)土壤微生物功能群网络及其对碳氮循环过程的影响;(3)生态系统碳氮水交换通量的时空变化规律,以及生态系统的生态化学计量学理论与实践。本文最后还简要介绍了国家基金委重大研究项目"森林生态系统碳氮水耦合循环的生物控制机制"的研究思路及其主要研究内容。期望能够通过这些探讨对推动我国该研究领域的基础理论建设和新技术发展有所贡献。

关键词：陆地生态系统碳-氮-水耦合循环生物调控机制叶片冠层根系冠层土壤微生物功能群网络

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中国区域土地利用/覆被变化对陆地碳收支的影响

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地理科学进展 2012年第1期31卷 88-96页

作者：付超于贵瑞方华军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

准确估计土地利用/覆被变化(LUCC)对陆地生态系统碳收支的影响已成为当前全球变化和全球碳循环研究的重点内容。本文通过文献调研和数据的整合分析方法总结讨论了近年来中国区域LUCC时空特征及其对陆地碳收支影响,为合理评价中国区域陆... 详细信息

准确估计土地利用/覆被变化(LUCC)对陆地生态系统碳收支的影响已成为当前全球变化和全球碳循环研究的重点内容。本文通过文献调研和数据的整合分析方法总结讨论了近年来中国区域LUCC时空特征及其对陆地碳收支影响,为合理评价中国区域陆地碳平衡以及确定未来研究发展方向提供参考。已有大量研究对近年来中国区域LUCC主要特征进行了探讨,并分别利用卫星遥感方法和IPCC清单法对中国区域陆地碳源汇影响进行了评估。结果表明,目前全国土地利用活动,特别是农林活动正对陆地生态系统碳收支产生了比较显著的积极作用,但基于以上两种方法的研究结论之间差异很大,反映出中国LUCC导致陆地碳收支变化的评估结果仍存在着较大的不确定性。通过分析认为,中国未来的研究工作应着重于发展和利用基于土地利用相互转化面积的计量方法,以提高对中国区域LUCC导致陆地碳收支变化评估的准确性。

关键词：土地利用/覆被变化(LUCC) 陆地生态系统碳收支中国

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中国东部南北样带森林生态系统102个优势种叶片碳氮磷化学计量学统计特征

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应用生态学报 2012年第3期23卷 581-586页

作者：任书杰于贵瑞姜春明方华军孙晓敏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 中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016

选择中国东部南北样带森林生态系统112个采样点,研究了102个优势植物叶片的有机碳、全氮和全磷化学计量学特征及其变异性.结果表明:在中国东部南北样带森林生态系统中,优势植物叶片的有机碳含量(Cmass)、全氮含量(Nmass)和全磷含量(Pma... 详细信息

选择中国东部南北样带森林生态系统112个采样点,研究了102个优势植物叶片的有机碳、全氮和全磷化学计量学特征及其变异性.结果表明:在中国东部南北样带森林生态系统中,优势植物叶片的有机碳含量(Cmass)、全氮含量(Nmass)和全磷含量(Pmass)的变化范围分别为374.1～646.5 mg.g-1、8.4～30.5 mg.g-1和0.6～6.2 mg.g-1,算术平均数分别为480.1、18.3和2.0 mg.g-1,变异系数分别为11.1%、27.5%和56.4%;C/N、C/P和N/P的变化范围分别为14.1～64.1、70.9～838.6和1.5～21.2,算术平均数分别为29.1、313.9和11.5,变异系数分别为32.8%、48.3%和44.1%.C∶N∶P质量比为313.9∶11.5∶1,摩尔比为810.9∶25.4∶1.与全球尺度的研究结果相比,本研究区域树木叶片Cmass和C/N明显偏高,叶片Nmasss和N/P明显偏低,而叶片Pmass和C/P差异不显著.

关键词：中国东部南北样带森林 Redfield比例叶片养分生态化学计量学

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