气候驱动的中国陆地生态系统碳循环研究进展

近年来,碳循环问题日益成为全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,其中,陆地生态系统碳循环又是全球碳循环中最复杂、受人类活动影响最大的部分.本文主要对气候驱动的中国陆地生态系统碳循环研究进展做了综述,介绍了陆地生态系统中植被和土壤两个主要碳库以及陆地生态系统碳循环的基本过程,总结了陆地碳汇的形成机制、研究进展及气候变化对碳失汇的影响,提出了对陆地生态系统碳循环的研究应采用多尺度的研究方法,并简要叙述了中国陆地生态系统碳循环的研究展望.     

陆地生态系统的碳循环机理研究

碳循环在生态系统中具有十分重要的地位,是全球气候变化研究中的重要组分,其中陆地生态系统的碳循环是最复杂且受人类活动影响最大的部分.笔者简要介绍了各种类型的陆地生态系统在碳循环中的作用,探讨了影响陆地系统碳循环的关键因素,从空间尺度上对碳循环的模型研究做了对比分析,并对今后陆地生态系统碳循环的研究提出了几点建议.     

福建柏人工林生态系统生产力的研究

以双重抽样法和“相对变比生长”模型（ｙ＝ａｘ＾ｂｅ＾ｃｘ）、“树形管道”模型（ｙ＝ａｘ＾ｂＬ＾ｃ）测定４个福建柏人工林的生物量。结果表明：２４年生福建柏人工林密林分（Ⅱ类立地，２７００株／ｈｍ＾２）和２６年生稀林分（Ｉ类立地，１２１６株／ｈｍ＾２）的生物量，前者为１７８．２４０ｔ／ｈｍ＾２（乔木层占９９．６％），后者为１５５．２０４ｔ／ｈｍ＾２（乔木层占９９．６％）；前者年平均净生产量为７．６２８     

陆地生态系统动力过程模拟集成研究

文中利用VisualC＋＋和Microsoft ActiveX控件开发了“陆地生态系统动力过程模拟系统”,集成了由Fortran语言开发的生态模拟动态链接库（DLL）,实现了模拟结果的图表分析功能及其Microsoft Excel电子表格与图形数据产品的自动生成,系统在华北平原得到初步验证与应用．     

中国陆地生态系统植硅体碳汇潜力估算研究进展

植硅体封存有机碳作为长期稳定的碳汇机制之一,近年来在全球碳汇研究领域备受关注.分析植硅体在陆地生态系统植被-凋落物-土壤连续体的周转,计算其封存的有机碳含量,是进一步准确估算整个陆地生态系统植硅体碳封存潜力的基础,对陆地生态系统碳稳定固存和碳中和具有重要意义.通过全面回顾中国陆地生态系统植硅体碳封存潜力研究成果,系统论...     

南极长城站陆地生态系统中^137Cs比活度测定及其地理意义

在综合考察南极长城站陆地生态系统特征的基础上,对研究区土壤、苔藓和地衣中＾１３７Ｃｓ比活度进行了测量,结果表明,南极陆地生态系统中有源于北半球中高纬地区人类核活动产生的人工放射性同位素＾１３７Ｃｓ,其＾１３７Ｃｓ比活度的序列为：壳状地衣〉枝状地衣〉苔藓〉土壤表层;全球陆地表面广泛分布的壳状地衣是监测人工放射性核素长期扩展影响的极为敏感的信息载体。     

净生态系统生产力研究进展与问题

针对净生态系统生产力(NEP)的研究正处于起步阶段,尤其在土壤呼吸及其对气候变化的响应方面尚有许多具体工作有待展开,土地利用/覆被变化(LUCC)对净生态系统生产力的影响越来越受到科学界的重视等现实,较为系统地总结了当今关于净生态系统生产力的最新研究进展,并对现存的主要问题进行了一些必要的讨论.     

城市化过程对江苏省陆地生态系统服务的影响研究

利用2000年和2015年江苏省土地利用数据、气象数据、粮食产量数据、NDVI数据等,使用生态系统供给和调节服务评估模型评估了生态系统粮食供给功能、固碳服务及蓄水服务,定量评价了城市化过程对江苏省陆地生态系统服务的影响。结果显示耕地转换为建设用地是最主要的土地利用变化方式,自2000—2015年江苏省建筑面积增加3 693 km²。全省固碳总量由6.2×10⁷ tC增加到7.2×10⁷ tC,可能与全球气候变暖及CO₂浓度上升的施肥效应使得单位面积植被净第一生产力(NPP)增加有关。蓄水服务评价结果显示相比2000年,2015年江苏省平均径流深度增加比例约为15.34%,与人口聚集、建设用地扩展导致的蓄水能力降低有关。     

土壤微生物对陆地生态系统植物生产力的影响

着重分析了土壤微生物对植物生产力的贡献。土壤微生物通过为植物获取限制性养分调节植物生产力,尤其在养分贫瘠的生态系统。植物生长必需的5-20%(草原和稀树草原)至80%(温带和寒温带森林)的氮,以及75%的磷来自茵根真菌和固氮细菌。自由生活的微生物通过矿化以及竞争养分也能调节植物生产力。     

Comprehensive analysis of the impact of climatic changes on Chinese terrestrial net primary productivity

Recent climatic changes have affected terrestrial net primary productivity (NPP). This paper presents an investigation of the impact of climatic changes on Chinese terrestrial vegetation NPP by analyzing 18 years’ (1982 to 1999) climatic data and satellite observations of vegetation activity. Results indicate that climatic changes in China have eased some critical climatic constraint on plant growth. (1) From 1982 to 1999, modeled NPP increased by 1.42%·a-1 in water-limited regions of Northwest China, 1.46%·a-1 in temperature-limited regions of Northeast China and Tibet Plateau, and 0.99%·a-1 in radia- tion-limited regions of South China and East China. (2) NPP increased by 24.2%, i.e. 0.76 petagram of carbon (Pg C) over 18 years in China. Changes in climate (with constant vegetation) directly contrib- uted nearly 11.5% (0.36 Pg C). Changes in vegetation (with constant climate) contributed 12.4% (0.40 Pg C), possibly as a result of climate-vegetation feedbacks, changes in land use, and growth stimula- tion from other mechanisms. (3) Globally, NPP declined during all three major El Ni-o events (1982 to 1983, 1987 to 1988, and 1997 to 1998) between 1982 and 2000, but Chinese vegetation productivity re- sponded differently to them because of the monsoon dynamics. In the first three events (1982 to 1983, 1987 to 1988, and 1992), Chinese vegetation NPP declined, while in the later two events (1993, 1997 to 1998) increasing obviously.     

西北地区自然植被净第一性生产力的空间分布

植物净第一性生产力与全球碳平衡和碳扰动、全球土地利用变化、全球气候变化和粮食安全等有密切关系,成为表征陆地生态过程的关键参数.以西北地区211个气象站降水和/>0℃积温的30年观测数据为基础,以GIS为技术支撑,利用统计方程实现两大环境变量的空间化.联系植物生理生态学特点及水热平衡关系的综合模型对自然植被的净第一性生产力现状进行估算,结果表明西北地区NPP分布在0.51～8.00 t/(hm2.a).其中:森林草原或草原NPP分布在4.68-8.00 t/(hm2-a);干草原NPP分布在2.18～4.68 t/(hm2.a);半荒漠、荒漠、沙漠或戈壁NPP分布在0.51～2.18 t/(hm2.a).     

放牧和刈割对草原地下净生产力和根系周转的影响

放牧作为一种人类活动的干扰因子,主要通过动物的采食、践踏及其排泄物的输入对草原生态系统产生影响.放牧直接作用于草原生态系统的地上部分和土壤,从而改变草原生态系统的物质生产和碳分配,进而影响到地下净生产力和根系周转.本文综述了放牧及刈割对地下生物量、地下净生产力、碳分配和根系周转的影响,得到如下结论:北方干旱、半干旱草原在重度放牧下,地下净生产力、地下生物量会显著下降,地下碳分配减少.放牧也通常会加快根系周转.研究不同放牧方式(羊单牧、牛单牧、牛羊混牧和无牧)对根系周转的影响,发现牛单牧条件下细根的年周转率最高.文章也对今后根系生态学的研究方向提出建议和展望.     

庙岛群岛南部岛群无居民海岛植被净初级生产力评估

无居民海岛具有显著的战略地位和重要的生态价值,植被净初级生产力(NPP)评估对维护无居民海岛生态系统稳定性和活力具有重要意义.以庙岛群岛南部岛群中螳螂岛等5个无居民海岛为研究对象,通过遥感手段,对海岛NPP总量和密度及其空间分布特征进行分析.结果显示：1) 全年NPP总量为134.22 tC·a－1,平均密度为274.13 gC·m－2·a－1,并表现出明显的季节差异,各岛NPP平均密度由大到小依次为牛砣子岛、羊砣子岛、螳螂岛、南砣子岛和挡浪岛;2) 不同地表覆盖类型NPP平均密度由大到小依次为阔叶林、针叶林、草地、建设用地和裸地,各岛NPP平均密度与裸地面积占比呈明显的负相关,区域NPP密度与海拔、坡度、坡向和归一化植被指数呈显著正相关;3) 黑松和刺槐是北方无居民海岛人工林的理想树种,持续的人工林种植是提升无居民海岛NPP的重要途径.     

河流生态需水量研究进展

河流生态需水量是当今水利和生态学界一个热点研究问题,本文总结了国内外现有的计算河流生态需水量的方法和最新的研究动态,并针对目前研究中存在的主要问题,提出了今后的研究方向. 这对于在水利水电开发过程中合理确定河流生态需水量,保护生态环境,维护生物多样性具有重要的现实意义.     

滇西北油麦吊云杉林净第一性生产力的初步研究

本文研究了滇西北油麦吊云杉林的净第一性生产力。林龄大，净第一性生产力也大。林龄约５０年和１５０年林分的净第一性生产力分别为５．０３１５ｔ／ｈｍ￣２·ａ和１３．７５６０ｔ／ｈｍ￣２．ａ；油麦吊云杉净第一性生产力占群落净第一性生产力的９２．０３％和６５．３９％；木材的净第一性生产力为１．３４３１和４．１４１７ｔ／ｈｍ￣２·ａ，仅占群落净第一性生产力的２６．６９％和３０．１０％。     

结合冠层密度的森林净初级生产力遥感估测

【目的】 森林冠层密度与林分年龄、植被生长状况有关,在区域森林净初级生产力遥感估测中,结合森林冠层密度以期提高估测精度。【方法】 以广东省韶关市为研究对象,选用2017年Landsat-8 OLI影像、2017年357块森林资源连续清查固定样地数据为主要信息源,分别采用随机森林、多元线性回归、人工神经网络和K最近邻分类法等4种模型,结合森林冠层密度制图器(FCD)进行区域森林净初级生产力特征变量的选取、参数建模、模型精度评价和森林净初级生产力空间制图。【结果】 特征变量中,红光波段(B4)、归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、叶面积指数(LAI)、缨帽变换土壤植被因子、纹理特征和地形特征在森林净初级生产力反演中有重要作用。将森林冠层密度因子加入反演模型后,4种遥感估测模型精度均有大幅度提高。对4种遥感估测模型进行性能比较,随机森林模型精度最高,其次是多元线性回归模型、人工神经网络模型,K-最近邻分类模型精度最低。研究区内森林净初级生产力平均值为10.689 t/(hm²·a),高森林净初级生产力 [≥18 t/(hm²·a)]林分面积仅占研究区的19.61%,主要分布在海拔较高的西北部。【结论】 结合冠层密度进行森林净初级生产力的建模,可有效提高模型估测精度。     

河北省2001-2010年植被NPP时空变化及与气候因子相关性分析

利用中分辨率成像光谱仪MODIS (moderate resolution imaging spectroradiometer)的MOD17A3数据集及气象数据,采用一元线性回归法及相关系数法对河北省2001-2010年植被净初级生产力(NPP)时空动态变化及与气候因子的相关性进行了分析.结果表明:河北省植被NPP多集中在200～400 g/(m2·a).从时间上看,10年间NPP年均值和最大值呈现一定的波动性变化,并呈下降趋势.2004年NPP均值最大,为356.42g/(m2·a),其次是2008年,为314.87 g/(m2·a),2001年最小,为225.13 g/(m2·a).从空间上看,河北省北部年均NPP值呈现从东向西递减、西部从南向北递减的趋势,中部太行山东部分布有1个NPP高值带.2001-2010年10年间河北省植被NPP在0.01检验水平下呈减少趋势的区域占全区植被面积的48.79％,增加的区域占45.54％,大部分地区呈减少趋势.NPP与气温和地温主要为负相关,与降水主要为正相关.总体上看,NPP与地温的相关性最高,与气温的相关性最低,但在局部地区并非如此.     

Methane emissions from terrestrial plants over China and their effects on methane concentrations in lower troposphere

Methane (CH₄) is the most important greenhouse gas and reactive trace gas in the atmosphere. Recently, it has been reported that terrestrial plants can emit CH₄ under aerobic conditions, which may call for reevaluation of the inventory of CH₄ emissions in China. In this paper, those emissions over China and their effects on CH₄ concentrations in lower troposphere were investigated. Firstly, based on the work of Keppler et al., the aerobic plant CH₄ emission model (PLANTCH4) for China was established. And by using the database of normalized difference vegetation index (NDVI) derived from NOAA/AVHRR, the distribution of net primary productivity (NPP) over China was simulated, and thereby, for the first time, the amount and distribution of the newly identified source in China were estimated. Secondly, with the aid of the three-dimensional atmospheric chemistry model system (MM5-CALGRID), the effects of the emissions were studied. The results show that the annual aerobic plant CH4 emissions over China amount to 11.83 Tg, i.e. nearly 24% of Chinese total CH₄ emissions. And the major fraction (about 43%) comes from forests. When those emissions are considered in modeling, computed countrywide mean surface concentration of CH₄ is 29.9% higher than without them, with a maximum increase of 69.61 μg·m⁻³ in the south of Yunnan Province. In conclusion, to study CH₄ emissions from terrestrial plants over China may have important implications for correctly estimating the contribution of China to global CH₄ budget, and may call for a reconsideration of the role of CH₄ in global and regional environment and climate change. Supported by National High-Tech Research & Development Program of China (Grant No. 2006AA06A307), National Basic Research Program of China (Grant Nos. 2006CB403706 and 2006CB403703), and the Program for New Century Excellent Talents in University, and Nanjing University Talent Development Foundation     

不同环境介质中污染物生态风险评价方法的国内研究进展

污染物生态风险评价是近年来国内外一直关注的热点,已有国内外学者提出了多种生态风险评价的方法与模型,通过建立不同的指标对环境介质中污染物的生态风险进行评价,以期预测其不利的生态影响,也可以对过去某种因素导致的生态变化的可能性进行评估。回顾了生态风险评价的发展历程,归纳了水、沉积物和土壤中污染物的生态风险评价模型与方法,总结了风险熵法(RQ)、AQUATOX模型、物种敏感度分布曲线法(SSD)、地积累指数法(Igeo)、Hakanson潜在生态风险指数法确定的生态风险等级,根据不同环境介质中的污染物类型及浓度选择适当的方法进行生态风险评价。今后应对不同环境介质中多种污染物共存时的生态风险评价给予更多关注,并丰富生态风险评价的方法体系,为确定更为恰当的不同类型污染物的生态风险评价方法提供参考。