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2001～2010年中国陆地生态系统碳收支的初步评估

科学通报 2015年第6期60卷 962-962页

作者：王秋凤郑涵朱先进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 中国科学院大学北京100049

定量评估陆地生态系统的碳收支现状是实施区域碳汇管理、减缓气候变化行动计划的基础.因此,定量研究全球以及不同国别的陆地生态系统生产力及其在各种碳库或生态学过程中的利用与分配规律,评估陆地生态系统碳源/汇强度的空间格局和动态... 详细信息

定量评估陆地生态系统的碳收支现状是实施区域碳汇管理、减缓气候变化行动计划的基础.因此,定量研究全球以及不同国别的陆地生态系统生产力及其在各种碳库或生态学过程中的利用与分配规律,评估陆地生态系统碳源/汇强度的空间格局和动态变化,不仅是生态系统与全球变化科学研究的重要内容,也是履行《联合国气候变化框架公约》、增强全球和国别温室气体管理的重大科技需求.

关键词：陆地生态系统定量评估碳收支《联合国气候变化框架公约》生态系统生产力中国气体管理生态学过程

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中国草地植被地上和地下生物量的关系分析

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第四纪研究 2014年第4期34卷 769-776页

作者：马安娜于贵瑞何念鹏王秋凤彭舜磊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

草地生物量大部分集中在地下,地下生物量对于估算草地生态系统碳储量及其碳固持效应都至关重要。由于草地地下生物量数据缺乏,利用地下与地上的根冠比(R/S)或者地下与地上生物量的关系对草地地下生物量进行估算,是目前最常用的方法。本... 详细信息

草地生物量大部分集中在地下,地下生物量对于估算草地生态系统碳储量及其碳固持效应都至关重要。由于草地地下生物量数据缺乏,利用地下与地上的根冠比(R/S)或者地下与地上生物量的关系对草地地下生物量进行估算,是目前最常用的方法。本文在综述草地生物量研究进展的同时,利用2004~2010年已发表文献的草地生物量数据对中国不同类型草地的根冠比进行了探索,同时分析了不同类型草地的地上与地下生物量的相关关系(高寒草甸、高寒草原、山地草甸、温性草甸草原、温性草原和温性荒漠草原)。分析结果表明:不同类型草地的根冠比存在显著差异(F=3.524,p<0.01);进一步分析发现,山地草甸的根冠比显著低于其他类型草地(p<0.01),R/S较大的草地类型为温性草甸草原和温性荒漠草原,均值分别为7.0和6.8。对地上与地下生物量相关关系的分析表明,3种类型草地的地上与地下生物量存在幂函数相关关系,即高寒草原(R^2=0.67)>温性荒漠草原(R^2=0.36)>高寒草甸(R^2=0.13),其他3种类型草地几乎不存在地上与地下生物量的相关关系。这为以后估算地下生物量提供依据,即地下生物量估算应该综合考虑根冠比和地下与地上生物量关系。

关键词：草地地上生物量地下生物量根冠比

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陆地生态系统碳-氮-水耦合循环的基本科学问题、理论框架与研究方法

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第四纪研究 2014年第4期34卷 683-698,682页

作者：于贵瑞王秋凤方华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中国生态系统研究网络(CERN)综合研究中心北京100101

陆地生态系统碳循环、氮循环和水循环是生态系统生态学和全球变化科学研究长期被关注的三大物质循环,它们表征着全球、区域及典型生态系统的能量流动、养分循环和水循环。然而,自然界的生态系统碳循环、氮循环和水循环是相互联动、不可... 详细信息

陆地生态系统碳循环、氮循环和水循环是生态系统生态学和全球变化科学研究长期被关注的三大物质循环,它们表征着全球、区域及典型生态系统的能量流动、养分循环和水循环。然而,自然界的生态系统碳循环、氮循环和水循环是相互联动、不可分割的耦合体系,在生态学、生理学、生物化学等方面受多个生物、物理、化学和生物学过程的调节和控制。本文在综合论述陆地生态系统碳-氮-水耦合循环研究的理论和实践意义的基础上,探讨了陆地生态系统碳-氮-水耦合循环的关键过程,提出该研究领域的基本科学问题,重点分析了植被-大气、土壤-大气和根系-土壤3个界面上碳、氮、水交换的生物物理过程,典型生态系统碳-氮-水耦合循环的生物学化学过程,制约典型生态系统碳-氮-水循环耦合关系的生态系统生态学机制,以及制约生态系统碳-氮-水循环空间格局耦联关系的生物地理生态学机制。在现有科学研究的基础上,构建了陆地生态系统碳-氮-水耦合循环机制的逻辑框架系统,讨论了开展陆地生态系统碳-氮-水耦合循环研究的主要技术途径与方法。

关键词：陆地生态系统碳-氮-水耦合循环耦合循环的关键过程耦合关系的形成机制生态系统生态学机制生物地理生态学机制

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生态化学计量学在陆地生态系统碳-氮-水耦合循环理论体系中作用初探

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第四纪研究 2014年第4期34卷 881-890页

作者：于贵瑞李轩然赵宁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

生态化学计量学(Ecological stoichiometry)是利用元素比率来研究生态过程和生态作用的学科,它通过化学计量关系将从分子至生态系统的各个层次有机联系起来,已成为联系微观与宏观生态学研究的有力工具。生态化学计量学的两个非常重要的... 详细信息

生态化学计量学(Ecological stoichiometry)是利用元素比率来研究生态过程和生态作用的学科,它通过化学计量关系将从分子至生态系统的各个层次有机联系起来,已成为联系微观与宏观生态学研究的有力工具。生态化学计量学的两个非常重要的假设是内稳性假说(Homeostatic hypothesis)和生长率假说(Growth rate hypothesis),已在不同的研究层次上得到了验证或应用。前者是指在生活环境(或资源)的化学元素组成发生变化的情况下,生物体具有的保持自身化学元素组成相对稳定的能力;后者是指生物体的C∶N∶P比率对其生长速率具有较强的调控作用,通常生长速率较高的组分会具有高的N∶C和P∶C比以及较低的N∶P比值。经过近20年的发展,生态化学计量学的研究已从化学计量内稳性较高的水生生态系统扩展到化学计量特征变化范围较大的陆地生态系统,研究对象已涉及酶、微生物、动物、植物、食物链和食物网等多个层次,并逐渐被应用于解决或预测区域甚至全球的生态环境问题。生态系统不同组分的C∶N∶P计量关系的内稳性以及其生长率与异速分配相适应的调节机理,是维持生态系统结构和功能的重要机制之一。然而,目前学术界还未对生态化学计量学在陆地生态系统碳-氮-水耦合循环理论体系中的作用给予关注,更缺乏相关的理论研究和系统性的论述。本文回顾了生态化学计量学研究的发展历程及其在不同领域的进展与应用;在此基础上,探讨了生态化学计量学在陆地生态系统碳-氮-水耦合循环理论体系中的潜在作用,并展望了生态化学计量学与生态系统碳-氮-水耦合循环理论整合研究的理论基础和重点发展方向,期望能推动相关研究领域的快速发展。

关键词：生态系统内稳性假说生长率假说元素比率生态化学计量学结构养分

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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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北半球陆地生态系统碳交换通量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 710-722页

作者：陈智于贵瑞朱先进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

陆地生态系统通过植被的光合作用吸收大气中的CO_2,深入了解陆地生态系统碳吸收强度的空间变异及其区域特征对于准确地预测和评估全球碳收支以及制定高效的区域性生态系统管理政策具有重要的指导性意义。本文以ChinaFLUX的长期联网观测... 详细信息

陆地生态系统通过植被的光合作用吸收大气中的CO_2,深入了解陆地生态系统碳吸收强度的空间变异及其区域特征对于准确地预测和评估全球碳收支以及制定高效的区域性生态系统管理政策具有重要的指导性意义。本文以ChinaFLUX的长期联网观测数据为基础,整合了北半球区域已发表的涡度相关文献数据,对北半球区域碳交换通量,即总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(RE)和净生态系统生产力(NEP)的空间格局及其区域特征进行综合分析。我们获取了233个通量站点,732条站点年数据。观测站点分布于亚洲、欧洲和北美洲,纵跨纬度2.97°N到74.47°N,横跨经度148.88°W到161.34°E。气候类型涵盖了热带、亚热带、温带、北方林、极地与亚极地以及高山气候类型。生态系统类型包涵了森林(107个站点)、草地(65个站点)、农田(33个站点)和湿地(28个站点)四大生态系统。研究结果得出:北半球陆地生态系统GPP和RE呈现出显著的随着纬度升高而线性降低的趋势,纬度每升高1°N,GPP和RE在空间格局上约减少22.9g C/m^2/a,而NEP的纬向变化规律不明显。森林和农田生态系统的GPP和NEP显著高于草地和湿地生态系统。RE则在森林生态系统最高,平均约为1185±641g C/m^2/a,而在其余生态系统间无显著差异。在亚洲、欧洲和北美洲3个区域之间,森林、农田和湿地生态系统的GPP,RE和NEP均无显著差异。仅在草地生态系统中,欧洲草地生态系统的GPP和RE分别为1472±473g C/m^2/a和1236±452g C/m^2/a,显著高于亚洲和北美洲。GPP,RE和NEP呈现出从温暖性气候区向寒冷性气候区逐渐降低的趋势,同时受到水分状况的调节,表现出在相同的温度带里,相对湿润的气候区具有更高的NEP。这些结果表明北半球陆地生态系统碳交换通量存在着空间变异性,但没有显著的区域差异,然而在不同气候区和生态系统类型间差异显著,这意味着北半球陆地生态系统碳交换通量主要受到温度和水分环境条件以及人类活动的共同影响。

关键词：碳吸收强度纬度变异规律生态系统类型气候区气候变化生态系统管理

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生态学代谢理论在生态系统碳循环研究中的应用

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第四纪研究 2014年第4期34卷 891-897页

作者：赵宁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

生态系统的碳循环过程和机制是全球变化生态学研究的前沿性科学问题。生态学代谢理论在个体水平的建立以及在微观生命系统和宏观生态系统的发展,为我们研究生态系统物质循环提供了新方法和新思路。本文回顾了生态学代谢理论的发展过程... 详细信息

生态系统的碳循环过程和机制是全球变化生态学研究的前沿性科学问题。生态学代谢理论在个体水平的建立以及在微观生命系统和宏观生态系统的发展,为我们研究生态系统物质循环提供了新方法和新思路。本文回顾了生态学代谢理论的发展过程、理论形成,及其在生态学不同尺度研究中的应用进展;并在此基础上,着重探讨了代谢理论在海洋和陆地生态系统碳循环中的发展和应用;展望了代谢理论在全球生物地球化学循环中的应用前景。期望对这一问题的理论探讨能够对生态系统物质循环研究领域基础理论的发展起到推动作用。

关键词：异速生长新陈代谢个体大小化学计量学碳库通量碳收支

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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

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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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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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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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