土地利用/土地覆盖变化对区域气候影响的生物地球物理途径研究进展

本文从LUCC对气候影响的生物地球物理途径角度阐述其对气候系统的影响机制,并且结合多项研究结果归纳了诸如森林砍伐/造林活动、城市化、农业发展等人类LUCC活动在区域尺度的气候效应.气候模式是研究LUCC对区域气候及其变化最重要的试验工具之一,本文概括了气候模式经历了大气环流模式、区域气候模式、耦合的大气-陆面模式等一系列发展过程及其特点,提出利用遥感技术获取气候模式中的地面生物物理参数可以大幅提高模拟精度.最后,评论了目前LUCC气候效应研究中存在的问题,提出未来研究应着手降低区域气候模式模拟的不确定性,引入景观生态学理论与方法等可以更好地了解人类活动与气候变化的关系,进而制定适应气候变化的区域土地系统优化方案.     

基于RS和GIS的江西省生态系统格局和空间结构动态变化研究

利用多源多时相遥感数据,在RS和GIS技术的支持下,按照生态学的分类方法对地表覆盖数据进行解译,从生态系统的景观格局、空间结构变化趋势和变化速率等方面进行深入分析。研究结果表明:1)2000-2010年江西省主要生态系统类型为森林生态系统和农田生态系统;2)研究期内,城镇生态系统面积增加明显,而森林、湿地和农田生态系统面积减少;3)生态系统转换特征主要表现为农田生态系统转为城镇生态系统;4)生态系统的波动性前5年大于后5年,南昌市和新余市是江西省生态系统变化的热点区域。     

贵州百里杜鹃林区森林生态系统健康遥感诊断

贵州百里杜鹃林区是当今世界面积最大、种类最多的天然杜鹃林带之一,具有重要科研及保护价值.由于林区植物相对单一,树龄较大,人为活动干扰随旅游开发不断加大,森林生态系统已受到较多影响.为掌握林区森林生态系统健康状况,有效保护及合理利用林区珍贵自然资源,基于经典健康模型,结合林区1992年—2015年区域遥感数据、野外调查和问卷调查等资料,利用层次分析法,首次构建了林区森林生态系统健康遥感诊断指标体系,并完成了对其健康状态的分析诊断.结果表明,百里杜鹃林区森林生态系统在2015年处于亚健康状况,森林群落受自然及人为因素影响较大,抵御外界压力能力不强.研究对于推动百里杜鹃原生杜鹃林的保护及其可持续利用具有重要科学意义,并可为其他类型森林生态系统健康诊断提供方法参考.     

基于遥感的珠江三角洲森林固碳释氧效应变化分析

基于Landsat TM/ETM+遥感影像提取的土地利用数据,结合森林生物量已有研究成果分析了珠三角地区森林固碳释氧效应变化特征.研究结果表明,1986～2000年期间珠江三角洲森林面积从2345902 hm2急剧缩减到1 925 286 hm2,区域森林生态系统碳储量下降了2739762t,生态系统对碳氧的调节能力下降了15.84%,固定CO2和释放O2的量分别减少5980023 t.a-1和4 349 122 t.a-1,快速城市化区域森林生态系统变化对生态环境的影响不可忽视.     

树木生长对气候变化的响应研究进展

树木生长对气候变化的响应将深刻影响区域植被动态、陆地生态系统生物地化循环、气候反馈及其人类福祉.持续的气候变暖、极端气候事件及自然和人为干扰的增加深刻地影响树木生长动态的时空格局.本文综述了近几十年全球气候变化的整体概况,着重探讨了气候变化对树木生长的影响机制以及树木生长对气候系统的反馈,并就树木生长响应气候变化研究中可能存在的问题和研究前景进行了探讨.提出未来树木生长响应气候变化关系的研究应考虑树木生长响应气候变化的时空差异,加强对树木死亡时空格局及内在机理的认识,重点关注不断增加的极端气候事件及火、虫灾干扰对树木生长的非线性影响机制,并融合地面观测、遥感及陆面动态植被模型模拟等多种分析手段综合分析树木生长对气候变化响应机制的尺度效应及内在机理.     

气候变化对生态系统服务影响的研究进展

气候变化是影响生态系统服务的重要驱动因素。气候变化影响下生态系统服务稳定持续的供给水平深刻影响着区域可持续发展能力。笔者通过分析国内外气候变化对生态系统服务影响的已有研究成果,全面系统总结了气候变化对生态系统服务影响的研究现状和存在问题,并展望了未来研究趋势。气候变化对生态系统服务影响研究的主要内容包括:气候变化对生态系统服务供给水平、生态系统服务相互关系、生态系统服务管理的影响以及极端气候事件对生态系统服务影响。分析认为,气候变化对生态系统服务影响的研究应在不同尺度气候变化对生态系统服务供给变化特征的影响,不同尺度气候变化影响下生态系统服务权衡与协同关系类型识别及其空间格局特点分析,气候变化影响下全球尺度生态系统服务可持续管理的评价指标体系和评价模型构建,区域生态系统服务保护规划,小尺度极端天气气候事件和未来极端气候事件对生态系统服务的影响等方面进行深入研究。气候变化对生态系统服务影响的研究可以深化生态系统服务变化驱动机理研究,为区域生态系统服务管理、生态环境保护政策制定提供科学依据。     

中国植被物候研究进展及展望

本文围绕气候变化背景下的中国植被物候研究,梳理了植被物候对气候变化的响应机制,分析了中国植被物候变化对陆地生态系统碳、水和能量循环的影响,植被物候变化对局地气候的反馈机制以及通过大气环流对气候系统的影响．主要结论:1)中国植被生长季开始日期提前1~6 d?(10 a)–1,结束日期推迟2~5 d?(10 a)–1,生长季显著延长;2)中国中高纬度地区植被对温度的响应明显高于亚热带和热带地区,温度在控制植被物候的过程中起到多重作用,降水主要影响干旱和半干旱地区的植被物候;3)植被生长季延长增加陆地生态系统生产力,增加中国碳汇;4)植被物候变化改变植被的蒸散发量,从而改变我国的流域尺度河流径流;5)在中国大部分地区,植被物候变化对气候系统产生负反馈作用,甚至影响大气环流过程．中国植被物候的研究越来越多,但仍存在亟待解决的科学问题,比如未来中国植被物候研究需要更加关注遥感数据反演精度,明确物候响应气候变化机制的尺度效应,结合机器学习等智能算法改进物候模型提高物候模拟精度,并重视农作物物候,加强物候与森林管理结合研究以提高我国生态系统碳汇能力,积极面对碳中和带来的机遇与挑战．      

岩溶系统不同植被下土壤碳排放的温度效应

全球变化研究中土壤的呼吸排放等成为科学家们关注的热点问题,影响土壤碳排放的一个最主要的因子是温度。本文研究了岩溶系统中两种典型植被条件下温度的日变化动态及其系统碳排放过程,并对碳排放的温度效应进行了研究,结果表明土壤温度与岩溶系统碳排放有显著相关,尤以草地生态系统为甚。森林生态系统中,与土壤呼吸排放有显著相关的温度因素为土表温度,且为负相关,表明土壤呼吸排放对该温度的滞后响应。林地、草地生态系统中5cm～15cm土壤温度与土壤呼吸碳排放显示出正效应,表明土壤温度促进土壤呼吸的碳排放。同时,草地生态系统中表层泉水碳排释与土下5cm土温也有极显著相关。即岩溶生态系统碳排放具有极显著的温度效应。     

基于光能利用率集成模型的GPP估算不确定性研究

为探究全球及区域尺度总初级生产力(GPP)及其模型模拟的不确定性来源,基于广泛使用的光能利用率模型的算法结构,搭建多算法集成模型,结合气象再分析数据和卫星遥感数据,模拟全球及区域尺度总初级生产力,并使用方差分析方法对模拟结果的不确定性来源进行量化研究.结果表明:1)集成模型与基于通量观测升尺度(FLUXCOM)的GPP...     

极化雷达与光学遥感森林雪灾破坏协同监测

以贵州省扎佐林场为例,利用全极化雷达与光学遥感数据进行森林雪灾破坏状况协同监测,分析了倒伏森林与健康森林的后向散射特性及其差异,重点分析了倒伏森林与健康森林的极化响应特征、散射机制及其差异。基于雪灾破坏前后森林的散射机制变化,利用Freeman-Durden分解方法对倒伏森林进行了识别。为了进一步优化识别效果,引入了高分辨率光学数据,采用优选的融合方法, 将雷达与光学遥感数据融合,得到了较好的倒伏森林识别效果。研究结果表明,利用雷达与光学遥感数据协同监测森林雪灾破坏是可行的,而全极化雷达遥感数据在森林类型识别和森林破坏监测方面具有独特的优势,在我国西南地区的森林资源调查和灾害监测中具有广阔的应用前景。     

森林生态系统的固碳功能和碳储量研究进展

森林是陆地生态系统的重要组成部分,充分发挥森林的固碳能力关系到能否降低大气CO2浓度和抑制全球变暖趋势.本文在回顾森林固碳作用和碳储量研究进展的基础上,对未来研究提出粗浅看法:探知全球森林生态系统的碳储量和碳通量是调控碳循环过程的必要环节和最大难题之一,样地清查、遥感分析和模型模拟等方法的综合运用将是解决这一问题的根本途径;森林生态系统的固碳和生物多样性保护等生态功能与采伐森林资源不存在绝对对立关系,以演替理论指导森林管理有利于发挥森林生态系统的固碳作用和生物多样性保护功能,同时能够实现对森林资源的适度经济利用;应重视和加强对中高纬度森林枯落物碳库的研究.     

适应全球气候变化的森林固碳计量方法评述

在全球气候变化背景下,研究森林固碳计量方法理论具有重要意义。笔者基于文献计量学方法评述了该研究领域近年来的最新进展,比较了各森林固碳计量方法的优缺点。森林固碳计量方法主要包括基于样地清查或遥感估测和基于模型模拟的方法。选择合适的方法需要考虑数据信息、研究侧重点及各方法间的兼容性等。目前,森林碳计量的核心目标是构建各树种的异速生长方程,难点主要是尺度转换。样地调查、遥感估测和模型模拟等方法的综合运用是解决尺度转换问题和研究森林生态系统碳循环的主要趋势。特别要加强全球气候变化背景下人工林的适应性管理,科学评估人工林的固碳潜力,提升人工林固碳潜力评估方法的必要性。同时,也需要加强森林生态系统C-N-H₂O耦合循环及其生物调控机制方面的研究,降低森林生态系统碳收支评估的不确定性。     

林火对森林生态系统碳氮磷生态化学计量特征影响研究进展

林火可以改变森林生态系统元素的生态化学计量特征,反映火后森林生态系统环境中生物地球化学循环变化模式,阐明林火干扰下森林生态系统碳(C)氮(N)磷(P)生态化学计量特征,对于理解森林生态系统对林火干扰的响应机理至关重要。笔者通过查阅大量相关文献,总结与分析了林火干扰对森林生态系统C-N-P生态化学计量特征影响模式,以及林火干扰对植物C-N-P生态化学计量特征、凋落物C-N-P生态化学计量特征、土壤C-N-P生态化学计量特征的影响,认为森林生态系统C-N-P生态化学计量特征主要受到火烧因子(火烧强度、火烧频率、火烧后恢复时间)、植被类型及土壤性质3个方面的影响,针对林火对森林生态系统生态化学计量学研究亟待解决的科学问题,从林火干扰对植物生态化学计量内稳性的影响机制、林火干扰下多重元素生态化学计量学研究、建立林火干扰下植物-凋落物-土壤复合系统生态化学计量学关系等3个方面进行了展望,以期深入了解林火干扰下植物调控策略,明确林火干扰后多重化学元素间相互耦合机制,完善以植物-凋落物-土壤为复合整体的地上地下养分输入输出的关系,对于深刻理解全球气候变化背景下森林生态系统养分循环和平衡,以及合理制定林火管理措施具有重要作用。     

气候变化对森林生态系统的主要影响述评

森林生态系统是陆地生态系统的主体,其对减少大气中的CO₂浓度从而减缓全球变暖有着决定性的作用。为了探究气候变化对森林生态系统的影响以及森林生态系统的反馈机制,发展合理的森林经营策略以应对气候变化,笔者综述了国内外有关气候变化对森林生态系统影响的相关研究方法与成果,重点讨论了气候变化对森林结构、组成和分布、森林生产力、森林碳库、森林生态系统生物多样性、生态系统生态服务功能等方面的影响,论述了森林生态系统对气候变化的反馈机制,并指出了现有研究的不足之处,提出了适应或者减缓气候变化对森林生态系统影响的森林经营策略,主要包括:①坚决贯彻实施退耕还林政策; ②加强保护天然林; ③制定科学的森林经营对策; ④加速我国碳汇林业的发展。     

福建武夷山自然保护区森林碳储量遥感 估测方法与空间分析

以福建省武夷山国家级自然保护区为研究对象,以2003年24块固定样地数据、同年Landsat TM遥感数据为主要信息源,分别采用多元线性回归、K最邻近分类算法、人工神经网络、土地覆盖分类4种方法,对研究区域2003年的碳储量进行遥感估测。在此基础上,对森林碳密度进行地理加权回归及空间格局分析。研究表明:在4个模型中,人工神经网络的相关系数最高,标准误差、平均相对误差最低,预测精度最高; 研究区不同功能分区碳密度差别不大,森林平均碳密度为52.40 t/hm²,碳储量为278.542 3万t; 森林碳密度与所处位置的海拔、坡向负相关,与坡度、林地土壤水文状况、植物生长状况正相关; 随着海拔的降低和人为干扰活动的增强,核心区、缓冲区、实验区森林碳密度的空间聚集性减弱,破碎化趋势增强。     

陇东黄土高原地区生态系统格局变化及驱动力分析

利用地理信息与生态遥感解译技术,对2013至2018年陇东黄土高原生物多样性保护优先区域生态系统格局变化特征进行定量分析.结果表明:研究区生态系统结构较为简单,主要以森林-灌丛、草地、农田3种Ⅰ级生态系统和落叶阔叶林、落叶阔叶灌丛、温性草原、草丛、旱地5种Ⅱ级生态系统为主;研究期内各类生态系统面积变化率、综合动态度和景观指数变化不显著,生态系统格局总体表现稳定;各类生态系统景观格局变化的主导因素为社会环境,退耕还林、退耕还草及其他生态环境保护政策的实施,使得研究区植被覆盖度逐渐提高,生态环境趋于好转.     

Respiration as the main determinant of carbon balance in European forests

Carbon exchange between the terrestrial biosphere and the atmosphere is one of the key processes that need to be assessed in the context of the Kyoto Protocol. Several studies suggest that the terrestrial biosphere is gaining carbon, but these estimates are obtained primarily by indirect methods, and the factors that control terrestrial carbon exchange, its magnitude and primary locations, are under debate. Here we present data of net ecosystem carbon exchange, collected between 1996 and 1998 from 15 European forests, which confirm that many European forest ecosystems act as carbon sinks. The annual carbon balances range from an uptake of 6.6 tonnes of carbon per hectare per year to a release of nearly 1 t C ha(-1) yr(-1), with a large variability between forests. The data show a significant increase of carbon uptake with decreasing latitude, whereas the gross primary production seems to be largely independent of latitude. Our observations indicate that, in general, ecosystem respiration determines net ecosystem carbon exchange. Also, for an accurate assessment of the carbon balance in a particular forest ecosystem, remote sensing of the normalized difference vegetation index or estimates based on forest inventories may not be sufficient.     

Winter forest soil respiration controlled by climate and microbial community composition

Most terrestrial carbon sequestration at mid-latitudes in the Northern Hemisphere occurs in seasonal, montane forest ecosystems. Winter respiratory carbon dioxide losses from these ecosystems are high, and over half of the carbon assimilated by photosynthesis in the summer can be lost the following winter. The amount of winter carbon dioxide loss is potentially susceptible to changes in the depth of the snowpack; a shallower snowpack has less insulation potential, causing colder soil temperatures and potentially lower soil respiration rates. Recent climate analyses have shown widespread declines in the winter snowpack of mountain ecosystems in the western USA and Europe that are coupled to positive temperature anomalies. Here we study the effect of changes in snow cover on soil carbon cycling within the context of natural climate variation. We use a six-year record of net ecosystem carbon dioxide exchange in a subalpine forest to show that years with a reduced winter snowpack are accompanied by significantly lower rates of soil respiration. Furthermore, we show that the cause of the high sensitivity of soil respiration rate to changes in snow depth is a unique soil microbial community that exhibits exponential growth and high rates of substrate utilization at the cold temperatures that exist beneath the snow. Our observations suggest that a warmer climate may change soil carbon sequestration rates in forest ecosystems owing to changes in the depth of the insulating snow cover.     

东北寒区多年冻土退化的主要研究综述

通过回顾东北多年冻土的研究成果,从多年冻土退化研究方法、退化形式、影响因子及对寒区生态系统和环境的影响等方面,归纳综述了东北地区多年冻土退化的主要研究。目前东北多年冻土受气候变化与人类活动双重影响,出现面积萎缩、冻融深度变化以及南界北移等现象,影响东北寒区生态系统及环境变化,例如导致林木倾倒、林带转移、湿地面积萎缩、土壤温室气体排放及生物地球化学循环受到干扰等。今后应重点开展冻土退化对寒区多年冻土-森林-湿地生态系统相互作用的影响研究,加强寒区冻土碳储量、碳迁移以及碳循环对气候变化的响应研究;明确多年冻土退化对区域生态环境的影响,加强构建模型预测及开发新技术探究冻土退化趋势,从多角度多尺度深刻揭示东北寒区多年冻土区冻土退化的机理及趋势,切实考虑环境和社会经济的综合发展,促进东北多年冻土区生态保护与环境安全发展。