我国农田土壤碳库演变机制及发展趋势——香山科学会议第236次学术讨论会综述

地球陆地生态系统碳循环与温室效应问题近年来受到国际地学界、生态学界和环境学界的共同关注。研究结果显示，土壤碳库的稳定、增长或释放都与大气库的变化有重要的关系，土壤能否增加碳储存是关乎陆地生态系统净碳汇的饱和问题的重要理论基础，这一问题已成为土壤与全球变化研究的重点和热点科学问题。     

中国陆地生态系统通量观测网络研究进展中国科学院碳循环项目办公室

以中国生态系统研究网络(CERN)为依托，在中国科学院重大知识创新项目和国家科技部973计划的支持下，中国陆地生态系统通量观测研究网络(china FLUX)于2002年建立运行。该网络通过采用多种手段和方法，对土壤、植被和大气的各种要素，以及生态系统碳循环与水循环的多种关键过程进行综合观测。     

中国陆地生态系统通量观测网络研究进展

以中国生态系统研究网络 (CERN)为依托 ,在中国科学院重大知识创新项目和国家科技部 973计划的支持下 ,中国陆地生态系统通量观测研究网络 (ChinaFLUX)于 2 0 0 2年建立运行。该网络通过采用多种手段和方法 ,对土壤、植被和大气的各种要素 ,以及生态系统碳循环与水循环的多种关键过程进行综合观测。Chin aFLUX的建立填补了欧亚大陆通量观测的空白区域 ,增加了生态系统类型的代表性 ,为开展陆地生态系统碳、水循环和能量传输过程的综合研究提供了有效的数据集和实验研究平台。ChinaFLUX自 2 0 0 2年 8月启动以来已经取得以下进展 :(1…     

物候学研究进展及中国现代物候学面临的挑战

文章回顾了中国现代物候学的创立和发展历程,综述了现代物候学的最新研究进展。现代物候学在全球变化研究中发挥了巨大作用;物候学是全球生态学和陆地生态系统碳循环研究的新线索;现代物候研究中,新技术发挥了巨大作用,自动监测技术的引入使物候观测数据的获取方式取得较大进展;此外,传统物候观测继续受到重视,但研究对象更精致、细微,逐渐向微观方向发展。与国际物候学的迅猛发展相比,我国的物候研究遇到空前挑战。因此,中国的物候学研究者任重道远,许多基础性工作有待于深入开展。     

陆地生态系统及生物多样性对气候变化的适应与减缓

全球气候变化已成为当今生物有机体面临的最严峻的生态胁迫。气温升高和降雨格局的改变使得生物有机体的性状、种间关系、分布格局与生物多样性发生改变．进而影响以生物有机体为主体的生态系统功能和稳定性,最终影响人类的生存和社会经济的可持续发展。本文介绍了国内外生物多样性和生态系统功能对气候变化响应研究的进展,结合我国在该领域存在的问题,提出了我国利用现有基础研究气候变化．生物多样性．生态系统稳定性及反馈调节的主导学术思路、研究方法和研究重点．以期全面阐明陆地生态系统和生物多样性与全球变化的相互作用机制,为我国陆地生态系统自然资源的合理利用及适应性管理提供科学依据,同时推动我国生物多样性及全球变化生态学研究的全面发展和理论突破。     

中国陆地和近海生态系统碳收支研究

碳循环是全球变化研究的核心问题之一 ,全球碳源和碳汇之间的不平衡 ,使得研究生物圈碳循环日趋重要。阐述了全球生物圈碳循环的科学问题及我国进行陆地和近海生态系统碳收支研究的意义、目标和内容     

气候系统中陆地碳氮循环耦合模式的研发应用

来自中科院大气物理研究所、中科院地理科学与资源研究所以及国家气象中心等单位的科研人员在陆面水热交换模式研究中引入植被动态生长的过程,提出了具有特色的植被-大气相互作用模式AVIM,是实现动态植被过程的陆面模式. 研究人员以AVIM为框架,在物理过程基础上发展了陆地生态系统植被和土壤的碳-氮循环过程模块,将含有碳氮过程的陆面模式与全球和区域气候模式耦合,实现了陆地生态系统和气候的双向相互作用.在全球和区域尺度上对碳循环的气候效应进行模拟研究,对植被净初级生产力和生态系统净生产力的时空变化进行了大量的研究,并通过陆-气耦合模式进行了碳-气相互作用研究,发现全球陆地生态系统碳水循环与气候相互作用强烈的地区在北半球中高纬度带,这一地区的地气碳-水-气相互作用强度明显强于全球其他地区.     

气候变化对生态脆弱地区农牧业生产力影响机制与模拟

预测陆地生态系统的结构和功能对于全球变化的反应及其反馈作用是国际全球变化研究计划的最终研究目标。农牧交错带是陆地生态系统中的重要组成部分,研究农牧交错带地区农牧业对于气候变化的响应机制,建立农牧业地区生产力的预测模型,给出未来气候变化下的农牧业生产力的变化图景,找出应对的策略与途径,不仅有助于因地制宜地充分利用气候资源,最大限度地提高该地区的植物生产力,促进该地区生态系统的可持续发展,而且对于农业地区和牧业地区,特别是占国土面积超1/2的干旱、半干旱区与亚热带红壤丘陵区的生态恢复与重建具有重要的理论意义与示范作用。在总结近年来国内外全球变化与陆地生态系统研究进展的基础上,指出了未来中国关于全球变化与陆地生态系统的研究拟注重以陆地样带研究为手段,以农牧交错带为研究核心进行各学科计划间的交叉与集成,提出应加强研究的领域。     

基于碳平衡的区域土地利用结构优化——以吉林省通榆县为例

土地利用/覆被变化对陆地生态系统碳循环有着显著影响.基于实地采集的土样测试数据和1989年、2000年、2004年8月份的陆地卫星TM遥感影像数据,采用生态系统类型法对吉林省通榆县旱田、水田、林地、草地、水域、城镇用地、沙地、盐碱地、湿地等11种陆地生态系统有机碳储量进行了估算,分析了土地利用/覆被变化对碳储量的影响;并采用线性规划方法优化土地利用结构,以实现土地利用结构变化下的陆地生态系统的碳平衡.结果表明,在以草地退化、土地沙化和盐碱化为主要特征的土地利用变化中,1989年～2000年研究区陆地生态系统的有机碳储量减少387.70×104t,2000年以后进行的退耕还林、退耕还草等生态建设使有机碳储量增加69.70×104t.应用线性规划模型获得的土地利用方案可以满足研究区对各类土地的需求,并预测2020年有机碳储量可达到4729.70×104t.     

基于碳循环的黄淮海平原耕地固碳功能研究

耕地固碳作为陆地主要生态系统固碳的有效补充,越来越引起学术界的广泛关注。但是,目前耕地固碳功能研究多从生态学角度研究耕地植被、土壤等碳吸收、碳释放以及将耕地看作纯自然生态系统研究系统碳平衡,缺乏从土地利用和管理学科角度对耕地固碳功能进行系统阐述和研究。黄淮海平原作为中国重要的粮食主产区,区内耕地面积大,耕地利用模式典型。本文以黄淮海平原为研究区,从耕地利用系统的角度出发,基于整个系统碳循环过程,构建了黄淮海平原耕地利用系统固碳功能研究基本框架,并基于生态学角度陆地生态系统固碳相关研究成果,从耕地固碳能力、固碳效率和固碳优势度三个方面对黄淮海平原耕地固碳功能进行了评价。研究结果表明：耕地利用过程中的耕地固碳功能认识,应从自然固碳能力、理想固碳能力、现实固碳能力和区域固碳能力4个层次展开,黄淮海平原耕地固碳能力在各个层级上均表现出正向性;此外,黄淮海平原耕地平均固碳效率为2.5,固碳优势度达到0.85,黄淮海平原耕地固碳功能在本区域具有不可忽视以及区域内其他生态系统不可替代的重要作用,在本区域应该作为耕地的重要功能进行显化。本研究不仅可为耕地生态功能理论研究提供新思考点,也为提升耕地的生态效益、缓解气候变化以及耕地生态补偿方面研究提供了参考和支撑。     

中国陆地生态系统固碳效应——中国科学院战略性先导科技专项“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”之生态系统固碳任务群研究进展

气候变化是当前人类生存和发展所面临的共同挑战,受到世界各国人民和政府的高度关注。陆地生态系统固碳被认为是最经济可行和环境友好的减缓大气CO2浓度升高的重要途径之一,因此,如何提高陆地生态系统碳储量及其固碳能力,是近年来全球变化研究的热点领域。2011年,中科院启动了"应对气候变化的碳收支认证及相关问题"的战略性先导科技专项;其中,生态系统固碳任务群在中国森林、灌丛、草地和农田生态系统约16 000个野外样地进行了系统的野外调查,并开展了6大国家重大生态工程固碳效应评估和4个典型区域固碳增汇技术体系和示范的综合研究。在全国尺度上准确评估了森林、灌丛、草地和农田生态系统的固碳现状、速率和潜力,科学评估了中国重大生态工程的固碳效应,并发展了兼顾社会经济和固碳效应需求的区域可持续新模式。此外,生态系统固碳任务群首次在国家尺度构建了科学的、可核查的陆地生态系统碳清查实体数据库,不仅可为中国应对气候变化的国际间谈判提供重要数据,还将在中国生态文明建设中发挥重要作用。     

基于GIS技术的干旱地区碳循环动态观测方法

土地利用、土地覆盖以及碳循环问题是和当今人类生存发展息息相关的热点问题,为了有效对于旱地区的碳循环进行观测,设计并提出基于GIS技术的干旱地区碳循环动态观测方法.主要通过遥感、GIS技术以及生态模拟方法进行研究,选取较为典型的干旱地区为例,分析干旱地区内的土地利用、土地覆盖变化以及碳循环问题.对干旱地区不同时间段内生态系统的影响进行土地利用、土地覆盖分类;根据对比、分析获取干旱地区内的土地利用、土地覆盖变化情况,通过GIS方法分析干旱地区的植被生长情况,依据生态模型模拟干旱地区碳循环过程,以完成干旱地区碳循环动态观测.仿真实验结果全面验证了所提观测方法的有效性以及实用性.     

河北省曲周县农田生态系统碳循环及碳效率研究

农田生态系统在全球碳循环中具有突出地位,研究农田生态系统碳循环过程、掌握地区碳收支情况,对挖掘农田多功能性、发展低碳农业具有重要意义,同时为制定农业生态补偿提供依据。本文综合分析农田生态系统碳循环过程,并根据实际情况修正核算了碳排放系数,从碳输入、碳输出、固碳三个过程对曲周县农田生态系统碳源和碳汇以及碳效率进行研究。结果表明,2011年曲周县农田生态系统碳平衡值为-3.30万t,当年可固定碳17.61万t。土壤呼吸、农用机械以及氮肥、磷肥的使用是造成碳排的主要因素。各乡镇农田生态系统碳源和碳汇情况有所差异,曲周镇等乡镇由于高投入低产出导致当年系统为碳源,而候村镇、河南疃镇等乡镇由于低投入、高产出导致当年系统为碳汇。曲周县农田生态系统虽整体表现为碳源,但仍具有较强的碳汇能力以及较高的碳效率,在一定程度上可弥补碳排放对环境造成的影响。     

基于碳平衡的区域土地利用结构优化

土地利用/覆被变化对陆地生态系统碳循环有着显著影响。基于实地采集的土样测试数据和1989年、2000年、2004年8月份的陆地卫星TM遥感影像数据,采用生态系统类型法对吉林省通榆县旱田、水田、林地、草地、水域、城镇用地、沙地、盐碱地、湿地等11种陆地生态系统有机碳储量进行了估算,分析了土地利用/覆被变化对碳储量的影响;并采用线性规划方法优化土地利用结构,以实现土地利用结构变化下的陆地生态系统的碳平衡。结果表明,在以草地退化、土地沙化和盐碱化为主要特征的土地利用变化中,1989年~2000年研究区陆地生态系统的有机碳储量减少387.70×10⁴t,2000年以后进行的退耕还林、退耕还草等生态建设使有机碳储量增加69.70×10⁴t。应用线性规划模型获得的土地利用方案可以满足研究区对各类土地的需求,并预测2020年有机碳储量可达到4729.70×10⁴t。     

西藏高原生态系统研究的进展与展望

概要介绍了中国科学院拉萨高原生态试验站建站10年的定位观测和试验研究进展。拉萨站科研人员通过对以高原农田为主的生态系统长期定位监测和试验研究，在高原环境背景特征、能量传输和能量平衡、生态系统结构和生产力的形成、作物光合生理生态以及碳循环过程研究等方面进行了深入的研究，并以生态学理论为指导，在作物和牧草品种引种筛选和模式建立、人工草地建设和利用、蔬菜栽培和农业产业结构调整等方面为地方农牧业发展做出了贡献。     

国家自然科学基金重大项目“我国主要陆地生态系统对全球变化的响应和适应性样带研究”总结与展望

国家自然科学基金重大项目"我国主要陆地生态系统对全球变化的响应和适应性样带研究"经历5年的研究,在生态系统水碳氮循环过程对全球变化的响应与适应机制、生物多样性与生态系统功能关系对全球变化的响应与适应、中国陆地样带生态系统植被分布格局变化的环境驱动机制、区域生态系统过程功能和结构对全球变化响应和适应的集成分析等方面取得了原创性的成果,完成了项目预定目标。通过项目实施,积累了大量的原始数据,建立了共享数据库;培养了大量的科技人才,形成了具有国际竞争力的研究队伍,提升了国际影响力。在结题验收会上,项目受到了评审专家组的好评,获得了特优的综合评价。     

中国生态系统碳汇功能提升的技术途径：基于自然解决方案

2030年前碳达峰、2060年前碳中和已被确定为中国经济社会发展的重要战略目标。当前,中国陆地生态系统碳汇能力约为每年10亿—13亿吨二氧化碳（CO₂）。巩固和提升生态碳汇功能,需要与国土空间规划和生态保护等相结合,稳定现有森林、草原、湿地、滨海碳碳汇,进而实施生态保护与修复等重大增汇工程,同时还需要推动生态系统管理及新型生物/生态碳捕集、利用与封存技术（Bio-CCUS/Eco-CCUS）的开发应用。通过统筹陆地-河流-海洋国土空间规划和各种增汇技术,有望实现中国区域生态系统自然和人为碳汇功能倍增目标,即在2050—2060年实现每年20亿—25亿吨CO₂的碳汇贡献。当前,亟待系统梳理生态系统碳汇提升关键技术,科学评估其增汇效应、经济可行性和时间可持续性,集成不同区域增汇技术并开展区域示范。     

畜粪能源利用对草地生态系统碳汇的影响

畜粪是广大牧区可稳定获得的主要生活能源。长期、大量地把畜粪移出草地生态系统阻断了物质循环,致使土壤肥力变差、草地初级生产力下降、增加了草地生态系统物质循环紊乱的风险。与畜粪自然分解相比,畜粪燃能利用加速了碳排放,对放牧草地生态系统的碳循环产生了明显影响。本研究依托中科院地理资源所当雄草原生态站,综合运用3S技术、牧户调查、样方调查、实验分析和模型模拟等方法,基于藏北牧区的草地、牲畜、畜粪利用的地带性规律,重点从草地初级生产力、土壤呼吸、畜粪土壤碳回归、畜粪燃烧碳排放等4个关键环节,研究畜粪能源利用对草地生态系统碳循环的影响机制及其碳平衡过程,为畜粪资源优化利用、生态环境保护和增汇减排提供决策支持。     

“我国森林生态系统结构与功能规律及其监测网的研究”开始实施

森林生态系统是维持生物圈、地圈动态平衡的重要陆地生态系统类型,森林的养分循环和水分循环参与整个地球的生物地球化学循环过程,在全球物质循环代谢方面起重要作用。世界森林面积日益缩小,造成自然灾害不断加剧,严重地影响人类的生存环境和社会经济的发展。本项目将推动我国森林生态系统研究深度和广度的发展,加入世界森林生态网络研究,全面正确地估价我国各类森林的生态功能,开展站际合作,协调观测内容、方法和手段,建立长期监测网络,进行大尺度、高层次的系统综合分析,对陆地生态平衡、生态环境变化等世界重大理论课题和宏观指导人类社会实践有重大意义,而且对我国森林的合理利用和保护,充分发挥其多种效益,决策林业的发展方向及目标具有重要的意义。本项目在批准后的四个月内,建立了完善的管理办法,严格按照技术路线的要求,已完成各站点观测研究规范化和数据库与自动观测系统设计的任务,为今后的协调深入研究打下了良好基础。     

土地利用总体规划对生态系统服务价值的影响——以淳安县为例

以淳安县土地利用规划为研究对象,采用Costanza的生态系统服务价值计算方法,参照谢高地中国陆地生态系统单位服务价值系数,结合敏感度分析,探讨了淳安县土地利用总体规划对生态系统服务价值的影响。研究结果表明,在土地利用总体规划期间(2006-2020年),淳安县生态服务价值总体呈下降趋势,生态系统服务价值将净减少68.91×10~6元;生态系统服务价值下降的主导因素是规划建设占用和耕地补充。规划实施过程应该加强对生态环境的保护。