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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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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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中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求与重要科学问题

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地理科学进展 2012年第1期31卷 78-87页

作者：王秋凤刘颖慧何念鹏方华军伏玉玲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 北京师范大学资源学院北京100875

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... 详细信息

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。

关键词：碳收支与碳循环碳汇功能碳-氮-水耦合循环增汇技术与潜力陆地生态系统中国

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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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中国陆地生态系统净初级生产力变化特征——基于过程模型和遥感模型的评估结果

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地理科学进展 2012年第1期31卷 109-117页

作者：高艳妮于贵瑞张黎刘敏黄玫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 华东师范大学上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室上海200062

净初级生产力(NPP)作为生态系统物质与能量循环的基础,是区域和全球尺度碳循环和碳收支研究的重要组成部分。研究区域和全球尺度的净初级生产力主要依靠模型手段实现,过程和遥感模型是目前广泛使用的两种模型形式。本文搜集并整理了基... 详细信息

净初级生产力(NPP)作为生态系统物质与能量循环的基础,是区域和全球尺度碳循环和碳收支研究的重要组成部分。研究区域和全球尺度的净初级生产力主要依靠模型手段实现,过程和遥感模型是目前广泛使用的两种模型形式。本文搜集并整理了基于过程模型和遥感模型对我国陆地生态系统净初级生产力的模拟结果,分析了中国陆地生态系统净初级生产力的时间变化及对未来气候变化的响应特征,旨在对其进行综合评价。结果表明,中国陆地生态系统NPP平均为(2.828±0.827)PgC.a-1。1982-1998年的年际变化特征上,NPP平均每年增加0.027 PgC,年增长率为1.07%,总体上呈现在波动中逐年上升的趋势。不同植被类型的单位面积NPP总体表现为常绿阔叶林显著高于其他植被类型,但不同研究结果间变化范围很大;落叶针叶林、常绿针叶林和落叶阔叶林相差较小;农作物低于阔叶林,但高于针叶林;草地和荒漠均位于低值区,但前者显著高于后者。不同植被类型的NPP总量总体表现为农作物和草地位居前两位,两者之和高达各植被类型NPP总量之和的58.34%;除灌丛和常绿针叶林外,其余植被类型均不足总量的10%。在未来气候情景下,中国陆地生态系统NPP总体上可能表现为先增加后减小的趋势。

关键词：净初级生产力过程模型遥感模型陆地生态系统中国

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