中国典型森林生态系统土壤水分时空分异及其影响因素

森林土壤水分作为物质与能量循环的载体影响林木生长与发育,并通过影响水分在陆气之间的循环与分配影响区域气候。基于我国不同气候带的9个森林生态系统定位观测站的长期观测数据,探究了2005—2016年中国典型森林生态系统土壤水分的空间分异及其时间动态,并进一步分析了影响其时空分异的环境因素。主要研究结论如下:(1)9个森林生态系统的土壤水分多年均值介于12.45%—36.30%之间,空间上呈现中温带、亚热带、热带土壤水分较高,暖温带土壤水分较低的分布特征。降水蒸散差(降水与蒸散的差值)可以解释我国森林生态系统土壤水分空间分异的62%(P<0.05);(2)我国北部与东部季风区森林区域土壤水分呈上升趋势,降水上升是主因,其中暖温带北京、南亚热带鼎湖山与鹤山森林土壤水分上升趋势显著,增幅分别为0.67%/a、1.72%/a与0.69%/a;西南地区森林生态系统土壤水分呈下降趋势,该趋势由降水下降与蒸散上升共同导致,其中中亚热带贡嘎山及哀牢山森林生态系统土壤水分下降趋势显著,降幅分别为-1.77%/a与-0.94%/a;土壤水分时间分异与降水蒸散差的相关性最高(R=0.59,P<0.01);(3)土壤水分呈下降趋势的森林生态系统中,春季土壤水分变化主导了年际变化,土壤水分上升的森林生态系统中,年际变化则是由秋、冬季主导。(4)与ERA-interim土壤水分再分析数据比较得出,两者在空间格局与变化趋势上均具有较高的一致性。CERN土壤水分观测数据反映了无人为干扰的自然条件下森林土壤-植被-气候之间的反馈作用,可为基于模型的土壤水分研究提供长时序的验证数据。

2005-2020年中国西北干旱区典型生态系统土壤有机碳密度数据集

土壤有机碳库是陆地生态系统碳库中最大、最为活跃的部分,在全球碳循环过程和全球气候变化中起着重要的作用。中国西北旱区位于欧亚大陆的腹地,生态系统极其脆弱,对气候变化的响应也极为敏感,是近年来众多学者关注的热点地区,土壤有机碳储量估算以及空间分布特征日益成为该区域的研究焦点之一,但是数据共享不足与实测数据相对缺乏是造成研究结果不确定性的重要因素。在收集中国生态系统研究网络(CERN)位于中国西北六省区的农田、荒漠、草地生态系统野外科学观测研究站土壤长期观测数据的基础上,通过筛选、质量控制后,采用有机碳估算模型计算生成了中国西北干旱区典型生态系统土壤有机碳密度数据集。本数据集涵盖了11个站点2005-2020年各类长期观测样地的表层(0-20 cm)和剖面分层土壤有机碳密度数据,以期为中国西北干旱区土壤碳储量估算和碳循环过程研究提供有价值的实测数据。

1998—2017年中国典型森林生态系统潜在蒸散的变化趋势及成因

潜在蒸散(PET)是计算实际蒸散、评价区域干湿状况和合理规划水资源的关键因子。本文基于1998—2017年中国生态系统研究网络(CERN)11个森林生态系统定位研究站的逐日气象数据,分别采用Penman-Monteith和Priestley-Taylor两种方法计算各森林生态系统的潜在蒸散(PETPM和PETPT),分析近20年潜在蒸散年总量的变化趋势及成因,并量化了基于邻近国家气象站观测数据计算的PETCMA偏差。两种方法均表明,近20年来7个森林生态系统的潜在蒸散呈下降趋势。风速是长白山温带针阔混交林和鹤山亚热带人工常绿阔叶林潜在蒸散变化的主导因子,而净辐射主导了其他9个森林的潜在蒸散变化。PETCMA年总量较PETPM偏高,主要是由于国家气象站下垫面的气温、风速和净辐射均高于森林定位研究站,而相对湿度偏低。北部和东部森林邻近气象站的风速和净辐射变化趋势偏高,导致PETCMA变化趋势偏高,而其他森林邻近气象站PETCMA变化趋势偏低主要源自相对湿度变化趋势偏高和净辐射变化趋势偏低。研究可为认识中国森林生态系统潜在蒸散的变化特征及其对气候变化的响应提供参考。

气候变化背景下中国未来森林生态系统服务价值的时空特征

基于用CEVSA模型计算的NPP及Costanza等提出的生态系统服务价值计算方法,分析了基准期(1971—2000年)及未来(2021—2050年)我国森林生态系统服务价值时空动态变化特征。结果表明,基准期及未来RCP4.5、RCP8.5两情景下,我国森林生态系统服务总价值均呈逐年增加趋势,年均值分别为12.80(4.55—20.72)万亿元、14.81(5.26—23.97)万亿元、15.13(5.38—24.49)万亿元。总价值在空间上均呈现出西部、东北低及南部高的格局。未来总价值除了在少数地区(新疆中部、内蒙古西部、甘肃西北部、西藏东南部以及我国东北和南方部分森林边缘地区)将降低外,在其他地区均增加,且增幅在东部大于西部,南部大于北部,其中华南增幅最大(RCP4.5、RCP8.5情景下年均增幅分别达1.87亿元、2.13亿元)。高增幅比例(>45%)主要分布在我国东北北端。生态系统服务各功能构成项对总价值的贡献率依次为:土壤形成与保护(17.8%)>气体调节(16.0%)>生物多样性保护(14.9%)>水源涵养(14.6%)>气候调节(12.4%)>原材料生产(11.9%)>废物处理(6.0%)>娱乐文化(5.9%)>食物生产(0.5%),即物质产品产出价值(12.4%)远低于非物质价值(87.6%)。揭示了未来30年我国森林生态系统服务价值的时空格局动态演化及气候变化的影响,为气候变化背景下合理利用森林资源、促进生态环境保护及实施可持续发展战略提供科学量化的依据。

中国森林生态系统服务功能及其价值评估

根据全国第7次(2005—2009年)森林资源清查资料和森林生态系统研究网路(CFERN)台站多年连续观测数据,应用由国家林业局2008年发布的《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721-2008)对2009年全国及各省级行政区森林生态系统服务功能进行价值评估。结果表明:2009年我国森林生态系统服务功能总价值为10.01万亿元.a-1;各项森林生态系统服务功能价值表现为涵养水源>生物多样性保护>固碳释氧>保育土壤>净化大气环境>积累营养物质;森林生态系统服务总价值空间格局分布特点为:森林生态系统服务价值较大的区域主要分布在我国西南部地区(四川和云南)和东北地区(黑龙江和内蒙古)以及南部地区(广东、广西和福建),我国北方地区总价值普遍低于南方地区,东部地区普遍高于西部地区;单位面积价值量较高的区域主要分布在南部沿海地区(海南、广东和广西),较低的区域主要分布在西北地区(甘肃、青海、宁夏和新疆)和中部地区(天津、北京和河南)。

中国森林生态系统水源涵养功能分析

根据水源涵养的机理、森林的水文效应 ,对我国森林生态系统的水源涵养功能作了分析 ,并对我国不同地域的森林生态系统类型的水源涵养功能进行了综述。

中国主要森林生态系统水文功能的比较研究(英文)

基于中国不同区域生态站的观测资料 ,着重从降雨截留 (林冠截留、枯枝落叶层截持和土壤蓄水 )、调节径流和蒸散等 3个方面对我国主要森林生态系统的水文生态功能进行了比较研究。各生态系统林冠年截留量在 134～ 6 2 6mm间变动 ,由大到小排列为 :热带山地雨林 ,亚热带西部山地常绿针叶林 ,热带半落叶季雨林 ,温带山地落叶与常绿针叶林 ,寒温带、温带山地常绿针叶林 ,亚热带竹林 ,亚热带、热带东部山地常绿针叶林 ,寒温带、温带山地落叶针叶林 ,温带、亚热带落叶阔叶林 ,亚热带山区常绿阔叶林 ,亚热带、热带西南山地常绿针叶林 ,南亚热带常绿阔叶林 ,亚热带山地常绿阔叶林。枯落物持水量可以达到自身干重的 2～ 5倍 ,但也因林型而异。土壤非毛管持水量变动在 36～ 142mm之间 ,平均 89mm。常绿阔叶林的非毛管持水量通常高于 10 0mm ,而寒温带 /温带落叶阔叶林和常绿针叶林通常低于 10 0mm .土壤的非毛管持水量通常占生态系统中截持水量的 90 % ,其次是枯落物和林冠层。这说明 ,森林土壤在调节降雨截留中占有重要地位 ,其水文功能的大小取决于土壤结构和空隙度 ,而这些恰恰又受枯落物和森林植被特征的影响。森林皆伐后 ,一般地表径流会显著地增加 ,而适当抚育措施则对地表径流影响不大。

中国森林生态系统保护土壤的价值评价

针对我国森林保护土壤的生态价值,用机会成本法、影子价格法和替代工程法,对我国森林生态系统在减少土地废弃、土壤养分流失及泥沙淤积等方面的价值进行了估算。结果表明:我国森林每年减少土地废弃的总经济价值为6亿2414万元;每年减少的土壤N、P、K损失的经济价值为4538亿7240万元;每年减少淤积泥沙的经济价值为13亿7545万元。以森林为主的森林生态系统每年减少土壤侵蚀的总经济价值为4558亿7200万元。我国主要森林生态系统保护土壤服务功能价值大小顺序为:亚热带>热带>温带草原>寒温带>温带>温带荒漠>暖温带>青藏高原。我国亚热带土壤保持量最大,为32亿8704万t/a;温带荒漠最小,为2亿6214万5000t/a。

中国森林生态系统服务价值评估指标体系初探

随着人类对生态系统功能不可替代性认识的不断深入,生态系统服务价值研究逐步受到人们的重视。森林作为陆地生态系统的主体,在全球生态系统中发挥着举足轻重的作用。如何对其服务价值进行评估,建立一套科学、合理、具有可操作性的评估标准和指标体系,便成为当前迫切需要研究解决的问题。在充分考虑森林生态系统服务价值机制的基础上,采用频度分析法和专家咨询法,尝试构建了我国森林生态系统服务价值评估指标体系。

中国森林生态系统的异戊二烯排放研究

植被的非甲烷碳氢化合物 (non methanehydrocarbon ,NMHC)排放对大气环境变化有重要的影响 ,异戊二烯是对流层最主要的NMHC之一 .本文应用Guenther的光温影响模型 ,对 1 993年中国森林生态系统的异戊二烯排放量进行了估算 .结果发现 :中国森林生态系统异戊二烯总的排放量约为 0 0 3～ 8 6Tg/a ,对全球碳的贡献量以碳计为 0 0 2 6～ 7 5 89Tg/a,年最大可能排放量约占全球年排放总量的 1 5 %～ 4 3 % ;排放有较大的空间 (地域 )差异 ,年排放大值区分布在南方多林区和东北地区 ,以云南和黑龙江 2省最大 ,对全国排放的贡献率分别为 2 2 %和 1 1 % ;不同植被对总排放量的贡献率有较大差异 ,贡献率较大的杨树和栎类分别达到 5 2 2 8%和 4 4 2 9% .

1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的模拟

基于中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN,对模型水分模块进行优化,加入了降雨截留、降雪截留以及下层植物和凋落物层截留,模拟了1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的时空分布格局.结果表明:1981—2002年间,中国东北地区森林生态系统起着碳"汇"的作用,总碳储量约12.37Pg C·a-1,其中植被和土壤碳储量分别为4.01和8.36Pg C·a-1;研究期间,植被碳储量和土壤碳储量均呈增长趋势,气温升高对该区森林生态系统碳储量增加的贡献大于降水的变化;研究区植被碳密度的空间分布具有东南高、西北低的特点,平均约10.45kg C·m-2;东北各地区森林生态系统土壤有机碳密度普遍较高,最大值出现在大小兴安岭及长白山的部分地区,平均约21.78kg C·m-2;中国东北地区森林碳库在全国森林碳库中占有重要位置,研究区有林地面积占全国森林的31.4%,其植被、土壤碳储量分别为全国森林的74.28%、63.88%,植被、土壤碳密度分别为全国森林的2.70和1.22倍.

中国森林生态系统净初级生产力时空分布及其对气候变化的响应研究综述

植被生产力是表征植被活力的关键变量,能够反映陆地生态系统的质量状况。森林净初级生产力(NPP)对气候变化的响应研究,是理解森林生态系统碳收支的基础,有助于认识气候变化与森林生态系统的相互作用机制,因而对于深刻理解陆地碳循环和全球变化均具有重要意义。目前我国已有大量针对近几十年国家和区域尺度上植被NPP时空分布的研究,其中专门针对森林生态系统NPP的研究也有不少。研究尺度多为全国范围或者片段式区域,以行政区或流域尺度最为多见。然而,这些研究总体比较分散,其中部分研究的结果、结论并不一致甚至相悖,尚缺乏异同性分析与比较,也缺乏系统性和综合性。这并不利于全面掌握我国相关研究的整体情况、了解清晰明确的研究结论以及进行更深层次的规律及原因探究,也非常影响对森林NPP的精确评估及机理认识,因而,对相关研究成果进行梳理、整合和总结非常有必要。鉴于此,本文收集了近几十年我国植被NPP研究的相关文献,依据其研究结果,系统地综述了全国及区域尺度森林生态系统NPP的时空分布规律及未来可能变化趋势,揭示出NPP与气候因子(以CO_2、温度、降水为主)的关系及对气候变化的响应情况,并指出目前国家研究中存在的主要问题及未来重点研究方向,以期为以后进一步的研究起到一定的索引和参考作用。

全球气候变化对中国森林生态系统的影响

人类活动所引起的温室效应及由此造成的全球气候变化和对全球生态环境的影响正引起人们越来越多的重视。作为全球陆地生态系统一个重要组分,中国的森林生态系统对未来全球气候变化的响应更是人们关注的重点。作者系统地总结了全球气候变化对中国森林生态系统分布、生态系统生产力、森林树种以及森林土壤的影响,指出了现阶段该领域研究中存在的一些问题,并对今后需要加强的一些核心问题与研究重点作了展望。

气候变化对中国森林生态系统服务价值的影响

本文基于前人的研究成果 ,估算了三种气候变化情景下中国森林生态系统的服务价值 ,结果表明 :在当前和 ( 1 )年均温增加 4℃、降水增加 1 0 % ;( 2 )年均温增加 4℃、降水不变 ;( 3)年均温增加 4℃、降水减少 1 0 %气候变化情景下 ,中国森林的生态系统服务价值分别为 :2 70 7.2 5亿美元 ,4861 .45亿美元 ,4746.2 0亿美元和 4688.39亿美元。尽管在全球变暖背景下 ,中国的森林面积减少 ,但生态系统服务价值却明显增加。

中国森林生态系统N平衡现状

由于N饱和生态系统的出现,森林生态系统作为环境污染储蓄库的认识受到挑战。收集了近十余年来全国各地森林N素循环的研究资料,通过对目前大气N沉降、森林生物固N、森林生态系统N的流失、淋失、挥发等各项收支参数的分析,借助农田养分收支平衡的估算思路和方法对全国森林生态系统N平衡进行了估算。结果表明,我国森林生态系统N的输入大于输出,全国森林生态系统年容纳大气N约为736万t,其中约176万t来自于大气N沉降,约599万t来自于生物固N。而进入到森林生态系统中的N约16万t固定在木材中用以维持森林蓄积的增加,其余绝大部分则保存于森林土壤,使得森林土壤全N含量大约以每年0.002%的速率增长。但不断增加的N素输入并未导致森林生态系统N饱和,全国的森林蓄积仍保持增长的趋势,森林生态系统在N的生物地球化学循环过程中起着重要的调节作用,仍是环境N的储蓄库,对于调节气候,防治污染具有重大作用。

中国典型生态系统土壤硝化强度的整合分析

针对国内外1959年至2013年间发表的2 900篇中国土壤硝化相关论文,获得288组中国土壤硝化强度数据,涉及26个省份,初步构建了开放式的中国土壤硝化信息系统。进一步利用整合分析,评估了土壤理化性质与土壤硝化强度的可能联系。结果表明:不同生态系统之间硝化速率由大到小依次为:农田(NO-3-N 1.39±0.27 mg kg-1d-1)、草地(0.74±0.17)、森林(0.66±0.16)、沙漠(0.17±0.08)、湿地(0.06±0.04)。在统计显著性的前提下,硝化强度与环境因子之间表现出一定的相关性趋势:即硝化强度与p H、有效磷、硝态氮正相关,与有机碳、速效氮和碳氮比负相关。在较大时空尺度下,生态系统类型是土壤硝化过程地理分异规律的最优解释因子,可能在硝化微生物形成与演替过程中发挥了重要作用。

中国陆地边境地区城镇化与生态系统健康的动态交互响应

研究目的:探究边境地区城镇化与生态系统健康的变化情况及两者的相互解耦状态特征,为区域经济和环境协调发展提供参考。研究方法:城镇化发展水平测定、生态系统健康评价、随机森林模型、解耦模型。研究结果:(1)在时间维度上,综合城镇化由萌芽阶段升为初步发展阶段,人口、土地、经济、社会城镇化水平均呈上升趋势;生态系统健康整体呈波动下降趋势,表现为生态系统自然健康下降,但综合生态系统服务指数提升。(2)在空间维度上,综合城镇化等级较高的地区多分布在内蒙区,等级较低的地区多分布在新疆区;生态系统健康指数较高的地区多分布在东北区、滇桂区和西藏区,指数较低的地区多分布在内蒙区和新疆区。(3)土地城镇化对生态系统健康变化的影响日益显著。(4)城镇化与生态系统健康间的解耦关系在2000—2020年呈现出由扩张性负解耦到强解耦的变化趋势。研究结论:边境地区城镇化与生态系统健康解耦状态多变且区域差异显著,沿边地区在发展经济的同时,需因地制宜提出生态保护措施,实现经济与环境的可持续发展。

突发气象灾害的生态效应:2008年中国南方特大冰雪灾害对森林生态系统的破坏

2008年1月中旬至2月中旬，受拉尼娜现象及大气环流异常等的影响，北方强烈的冷气流南下与南方暖湿气流在我国南方交汇，导致湖南、贵州、广西、江西、湖北、安徽、浙江等19个省区市遭受大范围的特大冰雪灾害。冻雨在树木等物体上凝结成冰。直径1cm左右的树枝上结冰的厚度可超过10cm，冰重量可达其自身重量的数十倍，导致林木折干、倒伏、翻蔸、弯斜、断枝、断冠、劈裂、爆裂等，使森林受到严重破坏。

我国喀斯特森林生态系统的特征及其保护利用——以西南地区茂兰、木论、弄岗典型喀斯特森林区为例

通过对茂兰喀斯特森林、木论喀斯特森林、弄岗森林自然保护区等典型喀斯特森林研究的分析、调查,阐述了喀斯特森林生态系统的性质、群落动态、稳定性、生态旅游、生态恢复等问题.并在此基础上针对以往研究中存在的一些问题和未来应进一步研究的问题进行了探讨.

中国森林生态系统定位研究新进展

中国森林生态系统定位研究机构,在大陆分属国家林业局和中国科学院。前者由大兴安岭等15个森林站组成中国森林生态系统定位研究网络(CFERN),后者在中国生态系统研究网络(CERN)中,设有长白山等7个森林试验站。这些站近期研究包括碳循环、生物多样性等10个领域。本文仅从近十年的研究成果和正在进行的研究项目作重点报告。