黄河流域陆地生态系统碳储量测算及其影响因素

准确估算陆地生态系统碳储量,科学制定生态环境保护和土地利用政策,对促进区域低碳可持续发展,实现“碳中和”目标具有重要意义。基于大量碳密度样点数据,将其与生态地理分区和土地利用类型图空间叠置,采用克里金插值法得到黄河流域碳密度空间分布数据集。应用InVEST模型对2000年、2010年和2020年黄河流域陆地生态系统碳储量的时空演变测度,提高了碳储量估算结果的准确性。利用Pearson相关性分析和多尺度地理加权回归模型(MGWR)对自然、社会经济和景观格局指数等因素对县级行政单元尺度单位面积碳储量的影响进行分析。主要结论如下:(1)黄河流域碳密度空间分布呈西部大于东部、东部地区自东南向西北递减的格局;(2)2000—2020年黄河流域陆地生态系统碳储量增加0.02%(7.011×10~9—7.012×10~9t),空间分布与碳密度相同,空间集聚特征显著,“高高集聚区”主要分布在黄河上游西南部的青藏高原地区,“低低集聚区”主要分布在黄河上游北部和黄河下游大部分地区;(3)Pearson相关性分析得出与碳储量呈正相关的影响因素为Pr(降水)、NDVI(归一化植被指数)和Slope(坡度);呈负相关的影响因素为TEM(温度)、HAI(人类影响指数)、SHDI(香农多样性指数)、DN(夜间灯光数据像素值)和PPOD(人口密度)。(4)MGWR模型得出TEM、Pr、NDVI和SHDI空间异质性强,HAI在2010年后异质性强;Slope空间异质性中等;DN和PPOD为全局尺度变量,空间影响平稳;(5)MGWR模型得出NDVI对黄河流域县级单位面积碳储量作用强度最大。NDVI、Slope对县级单位面积碳储量的影响呈正效应,TEM、HAI、DN和PPOD呈负效应,Pr、SHDI呈正、负双向效应。

区域尺度陆地生态系统生物生产力研究方法

本文对国内外生物生产力区域尺度研究的理论、方法以及取得的成就和存在的问题进行全面而系统地评述。生产力机理模型是当前生产力生态学研究中的热点，而区域尺度转换是全球变化模型研究的关键问题。大量研究表明，植被叶面积指数是进行空间尺度拓展的连接点，而且叶面积指数的地带性分布规律是进一步拓展生态系统定位站研究结果的重要理论依据之一。

陆地生态系统净第一性生产力过程模型研究综述

陆地生态系统净第一性生产力的模拟已从统计模型发展到过程模型时代。过程模型从机理上对植物的生物物理过程以及影响因子进行分析和模拟,理论框架完整,结构严谨。论文从植物器官、个体、冠层、景观以及区域等不同尺度对过程模型进行分析。近年来,由于遥感和GIS技术的支持,使得遥感过程模型融合了遥感及时、准确、宏观、多尺度的优势而成为当前生产力模型的主攻方向。遥感过程模型可实现生态系统NPP的及时模拟和动态监测,便捷、准确地反映NPP的时空变化格局。而在NPP建模过程中,尺度转换是所面临的一个重要问题。不同尺度模型间扩展时,需要采取相应的数学手段进行尺度转换,同时遥感和GIS技术提供了尺度转换的有力工具。综观我国NPP研究的发展,起步晚、发展快是其特点。虽然取得了大量的研究成果,但过程模型的建模方面还很不足,这是一个亟待解决的问题。

基于空间降尺度的中国陆地年净生态系统生产力及其趋势的空间变化

年净生态系统生产力(NEP)是一年内生态系统净固定的有机碳量,是形成碳汇的基础。量化NEP及其趋势的空间变化有助于增进生态系统对环境变化适应与响应的认知,并服务于应对碳中和的区域碳管理。基于过程模型和数据驱动模型输出的NEP栅格数据,结合多站点涡度相关观测结果,本研究获得反映NEP空间变化的最优模型模拟结果,并发展空间降尺度方法获取中国陆地高分辨率NEP数据,分析2000—2017年中国陆地NEP及其趋势的空间变化及影响因素。结果表明:相较于过程模型模拟结果,数据驱动模型模拟的NEP更能反映观测NEP的空间变化,并可基于随机森林回归结合简单扩展法实现NEP的空间降尺度。2000—2017年,空间降尺度所得中国陆地NEP总量平均值为(1.30±0.03)Pg C·a^(-1),年际之间呈现先降低后增加的趋势,在2009年出现拐点。NEP呈现自东南向西北逐渐减少的空间分布,表现为纬向递减和经向增大格局,主要受气候与生物因素的共同影响。NEP趋势呈现东高西低的空间分布,仅随经度增加呈现微弱的增大趋势,且主要由光合有效辐射和土壤有机碳含量的作用所引起。中国陆地NEP及其趋势的空间变化存在明显差异,体现出生态系统对环境变化适应与响应的明显不同。

晚三叠纪陆地生态系统的变化

美国西南部诺利期钦儿组(Chinle Formation)因其著名的石化木和丰富的动植物化石为一个古老的陆地生态系统提供了一个快照。植物化石组合(包括孢子和花粉)为古植物和它们对气候变化的响应提供了有用信息。来自亚利桑那州石化林国家公园钦儿组花粉和孢子的最新数据表明,在2.13亿-2.17亿年前发生了一次植物灭绝,并伴随一些爬行动物种群的灭绝。大灭绝事件之后,植物开始适应干旱环境。由于科迪勒拉火山山脉的隆升和北美大陆可能因板块活动发生北移,从而导致北美大陆的逐渐干旱化。

大尺度陆地生态系统状态变化及其资源环境效应的立体化协同联网观测

环境变化和人类活动的双重驱动正在快速地改变地球生态系统状态,呈现出了众多级联的资源环境问题,生态系统的状态变化和时空演变驱动因素以及相应的资源环境效应是大尺度陆地生态系统科学研究的永恒主题。观测和评估生态系统状态变化,发现和理解生态系统响应机制,认知和描述生态系统演变规律,预测和预警生态系统演变趋势,都依赖于大陆及全球尺度的分布式协同观测研究网络。本研究以服务大陆尺度生态系统科学研究、支撑区域生态环境治理为目标,围绕生态系统状态变化及资源环境效应科学问题,综合分析了现有生态环境观测研究网络现状,明确提出了生态系统观测研究站及其网络的发展方向,进而提出了发展"多要素-多界面-多介质-多过程-多尺度-多方法"的联网协同观测体系,构建"高新技术集成化-区域分布网络化-网络管理智能化-观测实验长期化-模型模拟多功能化-数据集成和资源共享远程化"的新一代大陆尺度生态系统观测实验研究网络的设想,并进一步阐述了该研究网络的功能定位、设计理念、设计方案、建设目标和技术体系,以期为我国陆地生态系统观测研究网络的发展提供借鉴与参考。

大尺度陆地生态系统动态变化与空间变异的过程模型及模拟系统

当代生态系统科学研究更加关注区域生态环境及生态系统状态变化的监测、评估、预测、预警及生态环境可持续管理。在深入理解陆地生态系统的要素、过程、功能、格局及其相互作用机理基础上,发展生态系统定量化描述方法和数值模拟技术,集成构建大陆尺度的"多过程耦合-多技术集成-多目标应用"的陆地生态系统数值模拟器已成为生态系统与全球变化及其资源、环境和灾害效应科学研究的重要科技任务。本研究围绕宏观生态系统模拟分析方法问题,在回顾陆地生态系统模型研究现状和发展趋势的基础上,深入讨论开发大尺度陆地生态系统动态变化和空间变异及其资源环境效应模拟系统的理念,以及模拟系统的功能定位、结构设计等基本问题,为构造中国陆地生态系统数值模拟器提供参考。

区域尺度陆地生态系统固碳速率和增汇潜力概念框架及其定量认证科学基础

陆地生态系统固碳速率、增汇潜力及其定量认证研究不仅是应对气候变化的急迫需求,更是地球系统碳循环科学研究的核心任务,也是陆地生态系统管理的科学基础。在过去20多年的碳管理实践中发展了许多增汇技术,同时也提出了许多关于陆地生态系统固碳速率和增汇潜力的科学概念、以及碳汇计量和认证的方法。但不同行业、不同学科在各自的科学研究和实践活动中对相关概念的理解存在较大差异,甚至是十分混乱的。本文从陆地生态系统固碳的基本概念出发,系统性地阐述了生态系统固碳量、固碳速率、固碳潜力等相关概念;并根据增汇技术实现的难易程度分析了现实固碳潜力、社会经济固碳潜力、技术固碳潜力和理论固碳潜力、以及《京都议定书》认可的固碳潜力等相关概念;最后阐述了碳汇定量认证、分析和评价的时间连续清查法、空间代替时间参照系法、限制因子分析法等碳汇定量认证方法的科学基础、局限性和不确定性。通过对区域尺度陆地生态系统固碳速率和增汇潜力的概念框架及其定量认证科学基础开展系统性的探讨,期望能够引起中国学术界和相关行业部门的重视,推动碳汇相关概念使用的科学化和碳汇定量认证标准化,为中国固碳速率、增汇潜力的计量、报告、认证和核查方法论和技术体系的建立奠定基础。

陆地生态系统碳循环的多尺度试验观测和跨尺度机理模拟

准确估计陆地碳汇时空变化是预测气候变化和执行温室气体控制协议的基础.近10年来,以大型试验环境控制、涡度相关测定和定量遥感为代表的新技术手段的应用推动了多尺度生态观测网络的建立,获得和积累了大量有关陆地生态系统碳循环变化的数据.但是这些高强度和多尺度观测并没有显著降低对陆地碳汇及其变化估计和机理认识的不确定性.其主要原因是这些观测主要是在各个尺度上分别进行的,而生态系统碳循环变化取决于从生物个体的短期反应到区域生态系统格局长期变化各个尺度过程的相互作用.试验和观测总是在特定尺度上进行的,认识和定量表达跨尺度相互作用需要应用机理模拟的方法.但是,现有的生态机理模型以单一尺度试验观测数据为基础,不能现实地模拟生态系统大尺度格局、结构和过程对环境变化的动态响应和适应.估计和预测由多尺度过程相互作用决定的陆地碳汇变化要求构建新的生态系统理论框架和机理模型,集成和定量表达从生理生态过程响应到生态系统格局适应性变化的传递机理和非平衡生态系统演替机制.多尺度数据-模型融合(Data-modelfusion)是近年来发展起来的生态系统碳循环研究的新方法,它包括应用多尺度观测数据建立跨尺度机理模拟模型;应用多种观测数据在不同尺度上对模型进行检验和验证;应用动态观?

大尺度陆地生态系统科学研究的理论基础及其技术体系之探讨

大尺度的陆地生态系统科学研究是在生物多样性保护、应对全球气候变化、区域生态环境治理及全球社会经济可持续发展的科技需求背景下应运而生的生态学及生态系统科学前沿领域,并在我国的生态文明建设社会实践中快速发展。本文在系统论述大尺度陆地生态系统科学研究的科技使命基础上,重点梳理和探讨了区域及大陆尺度的生态系统科学研究理论基础和方法学问题,进而基于宏生态系统生态学理论,新提出了宏观生态系统科学的基础理论、科学概念及其研究方法体系的逻辑框架。本文重点探讨了:1)基于生态系统的系统学特性,发展多维视角的"生态系统科学概念网络体系";2)基于生态系统整体性和涌现性理论,发展"生态系统状态变化分析理论体系";3)基于生态系统属性及状态概念,发展生态系统结构-过程-功能-服务级联关系的"整合研究方法学理论体系"的学科内涵及应用问题,进而论述了发展区域及大陆尺度宏观生态系统科学研究的方法体系,提出构建新一代大陆尺度生态系统观测研究实验网络,完善"联网观测-联网实验-数值模拟-知识融合"四位一体的科学研究技术体系的必要性。

区域尺度陆地生态系统固碳速率和潜力定量认证方法及其不确定性分析

区域尺度陆地生态系统固碳速率和潜力定量认证的方法及其不确定性分析是国家应对气候变化的重要基础工作。目前国内外对于陆地生态系统碳汇以及增汇潜力计量方法已经开展了大量的研究,提出了温室气体排放清单的计量方法,CDM(清洁发展机制)造林再造林项目碳汇的计量方法,以及土地利用变化碳汇计量等方法,国家温室气体清单的方法仅适用于国家范围的碳汇计量,对于区域碳汇计量却十分粗略。CDM造林再造林项目仅局限于森林管理等项目,而未涵盖将来可能列入碳汇目标的其它生态系统增汇管理措施。目前,关于森林、草地、农田等区域尺度生态系统碳汇计量还没有形成统一的、标准化的方法体系。本文对IPCC国家尺度的碳排放和陆地增汇技术评估方法体系、土地利用对陆地碳源汇影响的评价方法、以及人为管理措施下陆地生态系统增汇效应计量方法进行了详细的阐述,并对每种计量方法的不确定性进行分析,期望为中国陆地生态系统固碳速率、增汇潜力的计量、报告、认证和核查方法论和技术体系的建立提供依据。

开展国家尺度综合研究 揭示陆地生态系统机制——《陆地生态系统通量观测的原理与方法》介绍

人类活动引起的超越自然变率的全球变化（global change）主要表现为全球大气温室气体浓度增加与全球气候变暖、臭氧层破坏和紫外辐射增加、大气污染与酸雨、内陆水体和海洋污染、污染物质和有害废弃物的越境迁移、生态系统退化和土地荒漠化、森林功能与资源量减少、野生物种的减少和生物多样性丧失等方面。

中国陆地生态系统土壤呼吸的时空变异研究取得新进展

土壤呼吸（即土壤CO2排放）是碳循环中一个重要过程,在全球尺度上,土壤呼吸量仅次于全球陆地总初级生产力（GPP）的估算值,是陆地生态系统第二大碳通量过程.准确估算中国陆地生态系统土壤呼吸量对于研究碳循环过程具有重要意义.

欧亚大陆北部地球科学计划

1概况欧亚大陆北部研究计划(The Northern Eurasia Earth Science Partnership Initiative,NEESPI)最早由美国宇航局(NASA)和俄罗斯科学院(RAS)发起制定,其目的在于开展多学科的研究,提高对欧亚大陆北部的综合认识,了解这一区域对于全球地球系统的作用,同时开展广泛的国际间的科学合作.

西南岩溶区高钙背景下土壤氮转化研究取得新进展

土壤无机氮制约着陆地生态系统植物生长、功能和稳定性,因此主导无机氮产生的矿化和硝化过程受到广泛研究。全球尺度下不同土地类型土壤矿化和硝化过程的特点和影响因素已有系统认识,但是岩溶区这两个氮转化过程的变化规律尚不清楚。

立足中国北方草原、面向欧亚草原的保护和发展的思考和实践

草原是地球表面最主要的陆地生态系统。欧亚草原位于北半球中纬度地区，是世界上面积最大、保存较好的草原区，在地域上可以划分为黑海一哈萨克斯坦草原亚区、亚洲中部草原亚区椭藏高原草原亚区，我国北方草原是欧亚大陆草原的重要组成部分。欧亚草原在欧亚文明文化发展交流、国民经济发展和生态环境建设中具有非常重要的地位和作用，发挥着多种功能和用途。然而，由于草原生态系统本身的脆弱性，加之长期不合理的开发利用，导致目前欧亚大陆草原植被退化、物种减少、遗传多样性丧失、生产力下降现象十分严重。以我国草原为例，

应辩证看气候变暖现象

我们应该辩证看待气候变暖现象。所谓升温2℃后,陆地生态系统中约30%的物种将灭绝的"托马斯预言"没有坚实的科学根据。1二氧化碳是温度变化的反馈因素全球气候变化可以分为三个时间尺度,即地质构造尺度(10万年至亿年)、地球轨道尺度(10万年至万年)和短时间尺度(万年)。在地质构造尺度上,由于岩石圈变动,自650万年前的新生代以来,全球温度降低了10℃以上,海面下降了约70米。

生物圈与全球气候变化──“青年科学家论坛”举行第二十九次活动

中国科协主办的“青年科学家论坛”第二十九次活动于１９９８年６月中旬在中国科技会堂举行。本次论坛以“生物圈与全球气候变化”为主题，对生物及生命系统在全球气候变化中的作用以及相互影响进行了认真、热烈的讨论。来自２４所高等院校和科研院所的３１名海内外青年科...

龙之绝灭（二）：灭绝在瞬间？及向大海的问话

这期我们将视角转向关于恐龙灭绝的两个主要争议：一是灭绝的时间尺度，二是海平面变化是否足以影响陆地生态系统。 物种大灭绝是渐进发生还是瞬间发生？ 从专业角度看问题，对事那么是什么样的自然事件使得一批躯体庞大、温血的陆生动物种群走到了生命的尽头？第一步要做的。是估算一下恐龙及其他不幸的动物走向灭亡花了多少时间。换句话说，回答这样一个问题：物种大灭绝是渐进发生还是瞬间发生的？

缅北寻兰

兰科是被子植物的第二大科，种数仅次于菊科。据统计，全球的兰科植物超过850属2．5万余种，占有花植物总数的10％，广泛分布于除地球两极和极端干旱沙漠地区以外的各种陆地生态系统。全球的兰科植物基本分布格局是：热带美洲306属8266种，热带亚洲250属6800种，热带非洲134属3131种，大洋洲及附近岛屿68属602种，欧亚大陆主要部分49属664种，北美26属153种。在热带亚洲.