中国竹林生态系统的碳储量

利用中国4次森林资源清查资料以及中国森林生态定位观测研究站(CFERN)的观测数据,估算了中国1977-2003年期间4个时期竹林生态系统的碳储量,并对其垂直分配结构特征、时空动态格局和贮碳潜力进行了分析.竹林的总碳储量结果为1977-1981年期间537.6Mt C,1984-1988年期问598.61Mt C,1994-1998年期间710.14 Mt C,1999-2003年期间837.92Mt C,期间浙江、江西、福建、湖南、广东和四川六省是中国竹林碳库的主要组成部分,占80.04%-83.13%.垂直分配结构基本相似,植被层占总碳储量的23.84%～24.49%,枯落物层占0.93%～0.96%,土壤层占的74.55%～75.23%.1999-2003年期间中国竹林生态系统碳素现存量为837.92 Mt C,10年后贮碳量将达到837.92 Mt C,并以C 54.81Mt·a-1.的平均积累速率递增.     

中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展

草地为陆地生态系统的主体,是陆地上最主要的碳储库和碳吸收汇之一。近年来,随着“草原承包责任制”、“退耕还林还草”和“封育禁牧”等重大生态工程项目的实施及草地生态系统的恢复和草地生产力的提升,草地生态系统碳储量、固持潜力、土壤碳循环机制及稳定性机制越来越受到学术界的关切。文章全面综述了近年来我国草地生态系统碳储量及其碳过程的研究工作,总结了不同研究中,我国不同草地类型碳库的特征及其储量、分析了草地生态系统碳过程等,评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,指出了当前草地生态系统土壤碳储量及碳过程的研究进展、存在的问题,分析了未来草地生态系统土壤碳研究的重点研究方向和发展趋势。研究表明：草地生态系统在调节碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于草地类型的多样性、结构的复杂性以及草地对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对草地生态系统碳储量和变率的科学估算,以及草地生态系统土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限,随着高分辨率的MODIS、TM数据、数学模型及不同草地类型实测点的建立,以及通过枯落物碳库将植物碳库与土壤碳库的有机连接,草地生态系统的土壤碳储量及固持潜力取得了重要进展;土壤有机碳来源、组成,有机碳化学结构以及环境因子是影响土壤有机碳稳定性的重要因素,而固体赫兹共振、碳同位素示踪等对破解有机碳稳定性提供了重要手段。未来,还将进一步厘清草地生态系统土壤固碳的驱动机制,构建草地生态系统土壤固碳量化方法体系等。     

中国农田作物植被碳储量研究进展

作物植被碳储量是全球陆地生态系统碳库的重要组成部分。中国农田作物植被碳储量的估算主要采用参数估算法、遥感资料反演法和环境参数模型法。通过对中国近几十年来全国和区域尺度作物植被碳储量的估算研究,获得了一些作物的经济系数、含碳率和作物收获部分水分系数等估算参数值,探讨了遥感反演和环境参数模型方法,并提出加强农田基本建设、改进农业生产技术与管理、调整作物结构和加强作物秸秆利用等固碳措施。目前对中国农田作物植被碳储量的估算仍存在较大的不确定性,获取的估算参数尚不充分,估算方法和模型有待完善,对作物植被碳储量变化的源/汇效应尚未取得统一认识。虽然在农田生态系统中土壤碳储量（密度）普遍大于作物植被碳储量（密度）,但作物植被碳储量仍然是一个数量可观、并有增加潜力和可能的碳库,其大小及秸秆利用情况直接影响着土壤碳库。因此,对农田作物植被碳储量应分时段和区域具体分析,才能认识其源/汇效应。今后应在以下几方面进一步加强作物植被碳储量的研究：进一步完善和改进估算方法;加强作物植被碳储量估算及固碳措施的区域个例研究,探索不同空间尺度作物植被碳储量的尺度转换;开展作物碳储量动态及固碳机理的综合研究。此外,还应就气候变化与作物植被碳储量的相互耦合关系进行探讨。     

城市生态系统-大气间的碳通量研究进展

城市生态系统对全球碳收支具有显著的贡献,城市化进程促进城市向大气排放碳。随着观测手段和仪器的发展,涡动相关法已成为陆地生态系统碳通量观测的主要手段,并广泛应用于中心城市碳通量观测;城市CO2浓度和通量变化具有日、周、季节变化特征,不同城市之间CO2浓度和通量也有很大差异,其主要原因是由于城市生态系统的下垫面类型不均一,土壤、植被、路面、交通、人呼吸等对碳通量都有贡献,绿地（树木、草坪）对燃料燃烧、人呼吸等的碳排放起着一定的抵消作用;由于多种因素对碳通量起作用,在对城市通量数据进行分析时必须开展贡献区即碳足迹分析。本文综述了城市生态系统-大气间碳通量研究的历程;分析了城市生态系统碳通量的时空变化特征及其主要控制因子;探讨了复杂下垫面条件下城市生态系统-大气间碳通量研究的特点和难点,并提出了未来研究的重点。     

陆地生态系统含硫气体释放研究进展

由自然生态系统释放的含硫气体在全球硫循环中起着重要作用。陆地生态系统主要的自然硫释放源有湿地、土壤、植被、内陆水体和火山等，由自然源释放的含硫气体主要产生于有机硫化物的降解和硫酸盐的还原，同时受温度、光照等环境因素的影响。文章主要综述了对人类有影响的几种含硫气体(DMS、H2S、COS、CH3SH、CS2和DMDS等)从各种自然源释放的情况，同时简要介绍了环境因素如温度、光照、土壤状况、氧化还原条件等对自然源释放含硫气体的影响，最后结合中国的研究现状，指出今后应开展和加强陆地生态系统含硫气体释放通量监测、释放机理及在大气中的转化等方面的研究，以及在此基础上建立含硫气体释放模型。     

基于InVEST模型的河北省陆地生态系统碳储量研究

研究土地利用变化对生态系统碳储量的影响可为区域碳库管理提供科学依据。以1990—2015年河北省土地利用数据为基础,分析土地流转方向,利用InVEST模型对建设用地侵占生态用地导致的陆地生态系统碳储量减少进行定量评估。结果表明,河北省碳密度较高的植被类型为沼泽湿地和落叶阔叶林,碳储量高值区主要集中在河北省西北部海拔相对较高的山地林区,碳储量低值区主要集中在南部平原区;1990—2015年河北省陆地生态系统碳储量累计减少44.48 Tg,建设用地扩张导致的碳储量减少29.23 Tg,引起碳储量减少的土地利用变化中,建设用地扩张占比最高;石家庄市建设用地扩张规模最大,碳储量减少8.83 Tg,承德市碳储量减少最少,碳储量减少0.44 Tg。河北省陆地生态系统碳储量呈下降趋势,建设用地扩张是导致碳储量下降的主要原因,其对不同区域碳储量的影响程度不同,扩张规模直接影响碳储量变化速率。     

我国毛竹林生态系统碳储量的地带性差异

地带性差异可能是影响毛竹Phyllostachy edulis林生态系统碳储量估算的一个重要因素。本文通过系统调查分析安徽省霍山县、浙江省临安市、浙江省龙游县、福建省建瓯市、福建省华安县、江西省奉新县及湖南省桃江县7个代表性县市的毛竹林生态系统的各组成碳量,比较地带性差异对毛竹林生态系统碳储量的影响。结果表明,不同地区所采毛竹单株的生物量均以竹秆为主,占到全株的44.72%-63.84%(平均51.78%),其次为枝叶(平均13.39%),竹鞭最少(占6.91%);毛竹生物碳量(以C计)以江西奉新最高(为31.5 t·hm 2),湖南桃江最低(仅为18.4 t·hm 2);毛竹林土壤碳量(以C计)(0-60 cm)以浙江临安最高(为119.5 t·hm 2),福建华安最低(仅为85.1 t·hm 2);毛竹林生态系统总碳量(以C计)同样以浙江临安最高(为149.7 t·hm 2),湖南桃江最低(仅为107.4 t·hm 2)。由北至南,毛竹林生态系统碳量呈显著下降的趋势。可见,地带性差异会影响毛竹林生态系统碳储量。     

陆地生态系统臭氧干沉降的观测和模拟研究进展

近地层臭氧(O_3)会对植物的生长和产量均产生一定的负效应。由于人类活动引起的不断升高的近地层O_3浓度已经威胁到世界粮食安全。O_3主要以干沉降的方式沉降到陆地生态系统,所以需要定量确定陆地生态系统中O_3通量、干沉降速率和不同沉降通道的沉降过程,预测其对植物的潜在影响。介绍了目前O_3干沉降的主要观测方法及其模拟模型,从4个方面(O_3通量和干沉降速率的季节变化、日变化、气象因子等对O_3干沉降的影响、不同O_3沉降通道的沉降过程)重点评述了不同陆地生态系统O_3干沉降观测和模拟的研究进展现状,并对未来的研究工作进行了展望,以期为我国未来开展相关研究工作提供借鉴。     

燕山典型流域两种造林树种生态系统碳储量及固碳潜力研究

选择燕山典型流域6个林龄序列的小叶杨（Populus simonii）和5个林龄序列的山杏（Prunus sibirica）主要造林树种为研究对象,利用时间替代空间样地测量法量化退牧还林后生物量碳储量、凋落物碳储量和土壤碳储量及生态系统碳储量的变化规律,同时以各组成碳库-林龄序列中的最大碳储量之和作为生态系统饱和碳储量,以未退牧的天然草地生态系统碳储量作为初始植被类型的碳储量,分析总结了退牧还林对生态系统碳储量和碳循环的影响。结果表明,退牧还林后生态系统的生物量碳储量、凋落物碳储量基本随退牧年限的增加而增加,土壤碳储量随退牧年限的增加呈现先减小后增加的趋势。在没有人为干扰的情况下,9、15、18、22及29 a生小叶杨林的生态系统碳储量分别为7147.45、7461.67、7509.895、8468.375及8247.85 g·m^-2,9、15、18、22及26 a生山杏林的生态系统碳储量分别为6695.44、6700.82、8011.86、8001.92及7981.92 g·m^-2;9、15、18、22、29及36 a生小叶杨林的生态系统固碳潜力分别为757.08、1071.3、1119.53、2078.01、1857.48及1312.21 g·m^-2,9、15、18、22及26 a生山杏林的生态系统固碳潜力分别为310.45、1621.49、1611.55、1591.55及757.08 g·m^-2。长期来看,研究区退牧还林对提高生态系统碳汇能力是可观的、积极的。研究结果对提高造林对碳汇影响的估测能力提供数据支持,也为政府参与国际全球气候变化的谈判提供一个很好的案例研究和科学根据。     

基于地理探测器的中国陆地生态系统土壤有机碳空间异质性影响因子分析

中国陆地生态系统土壤有机碳库对全球生态系统碳平衡具有显著影响.为揭示土壤碳库空间分布的潜在主控因子并为今后建立碳库空间分布模型提供依据,利用地理探测器对中国陆地生态系统表层土壤(0—20 cm)有机碳密度的影响因子(气温、降水量、DEM、NDVI、陆地生态系统类型、人口密度)进行空间分异性探测和定量归因.结果表明:自然...     

Surface modelling of global terrestrial ecosystems under three climate change scenarios

A high accuracy and speed method (HASM) of surface modelling is developed to find a solution for error problem and to improve computation speed. A digital elevation model (DEM) is established on spatial resolution of 13.5 km × 13.5 km. Regression formulations among temperature, elevation and latitude are simulated in terms of data from 2766 weather observation stations scattered over the world by using the 13.5 km × 13.5 km DEM as auxiliary data. Three climate scenarios of HadCM3 are refined from spatial resolution of 405 km × 270 km to 13.5 km × 13.5 km in terms of the regression formulations. HASM is employed to simulate surfaces of mean annual bio-temperature, mean annual precipitation and potential evapotranspiration ratio during the periods from 1961 to 1990 (T₁), from 2010 to 2039 (T₂), from 2040 to 2069 (T₃), and from 2070 to 2099 (T₄) on spatial resolution of 13.5 km × 13.5 km. Three scenarios of terrestrial ecosystems on global level are finally developed on the basis of the simulated climate surfaces. The scenarios show that all polar/nival, subpolar/alpine and cold ecosystem types would continuously shrink and all tropical types, except tropical rain forest in scenario A1Fi, would expand because of the climate warming. Especially at least 80% of moist tundra and 22% of nival area might disappear in period T₄ comparing with the ones in the period T₁. Tropical thorn woodland might increase by more than 97%. Subpolar/alpine moist tundra would be the most sensitive ecosystem type because its area would have the rapidest decreasing rate and its mean center would shift the longest distance towards west. Subpolar/alpine moist tundra might be able to serve as an indicator of climatic change. In general, climate change would lead to a continuous reduction of ecological diversity.     

Challenge of global climate change: Prospects for a new energy paradigm

Perspectives on the challenge posed by potential future climate change are presented including a discussion of prospects for carbon capture followed either by sequestration or reuse including opportunities for alternatives to the use of oil in the transportation sector. The potential for wind energy as an alternative to fossil fuel energy as a source of electricity is outlined including the related opportunities for cost effective curtailment of future growth in emissions of CO₂.     

土地利用对湿地土壤活性有机碳的影响研究进展

湿地生态系统土壤碳库的周转及碳源/汇过程对全球气候变化起着极其重要的作用,而土壤碳库中的活性碳组分对环境因子变化响应最为敏感,湿地土壤活性有机碳在湿地土壤碳、氮、磷等养分元素的生物地球化学循环方面起着十分重要的作用。不同的土地利用方式对湿地土壤活性有机碳组分的特征分布影响显著,综述了土壤活性有机碳内涵、组分及土地利用方式变化对湿地土壤活性有机碳多种组分的影响研究进展,展望不同土地利用方式下湿地土壤活性碳库的未来研究方向,并提出今后应加强不同土地利用方式下湿地生态系统土壤活性碳库与土壤微生物及土壤酶活性的关系研究,以期为评估湿地生态系统碳源/汇功能提供理论基础。     

陆地碳平衡对大气CO_2升高的响应及其机制

研究陆地碳平衡对大气CO2浓度升高的响应,能为揭示碳失汇之迷提供有力证据,为制定缓解全球变化的合理政策措施提供理论依据.综述了陆地碳平衡对全球大气CO2升高的响应及其町能的机制,由于陆地生态系统的复杂性,以及不同的研究在具体的对象、时间、地点、方法和角度的差异,目前有关陆地碳平衡对全球大气CO2升高的响应还存在很大的分歧.陆地碳库主要可分为植被碳库和土壤碳库,大气CO2浓度升高主要是通过影响光合作用、土壤养分、水分供应、光照条件、群落组成、光合产物分配等方式影响植被碳库;而土壤碳库的响应机理主要包括光合产物向土壤的输入量、脱落物质量、养分循环、光合产物分配、根系周转期、微生物活性等的响应.关于陆地碳平衡对全球大气CO2升高的响应今后应该主要集中在:(1)不同生态系统影响全球植被碳库变化的主导因子;(2)大气CO2浓度升高与其他环境因子的互作效应;(3)大气CO2浓度升高对植物光合作用的促进效应与光合作用适应性间的关系;(4)地上碳库与地下碳库间的相关性,及其对大气CO2浓度升高的分别响应;(5)克服目前实验方法存在的局限性.     

PM2.5: global progress in controlling the motor vehicle contribution

It is well established that ambient particles in the size range of 2.5 microns or less case a wide variety of adverse health effects. According to a recent study from the World Health Organization, in 2010 these effects resulted in approximately 3.2million premature deaths with vehicles being one of the significant contributors. Diesel vehicle particulate emissions which are virtually all smaller than 2.5 microns raise additional special concerns due to their carcinogenicity and high ratio of black carbon （BC） to organic carbon; black carbon has recently been found to be the second most important contributor to climate change after carbon dioxide. Other pollutants emitted by diesels and other vehicles such as the oxides of nitrogen and volatile organic compounds also contribute to ambient particulate matter smaller than 2.5 microns in size （PM2.5） after undergoing secondary transformations in the atrno- sphere. Technologies have dramatically reduce vehicle been developed that can emissions when clean, low sulfur fuels are available and these technologies are being phased in throughout the industrialized world resulting in a global decrease in particulate matter （PM） and BC emissions from vehicles. However the vehicle population is growing rapidly in the developing world, leading to increases in emissions in many countries. Unless these rapidly industrializing countries move to state of the art vehicles and clean fuels, global PM, BC and NOx emissions from road vehicles will start to turn up over the next 10 to 15 years.     

城市热岛效应研究进展

作为现代城市气候主要特征之一的城市热岛效应有日渐严重的趋势。文章综述了城市热岛的生态环境效应、热岛的主要形成机制、时空分布特征等研究状况和发展趋势；基于当前城市热岛研究的现状，提出了未来城市热岛效应研究的方向及缓解城市热岛效应的有关对策。     

Modelling global-scale potential grassland changes in spatio-temporal patterns to global climate change

Grassland is one of the most widespread vegetation types worldwide and plays a significant role in global carbon cycling. Understanding the sensitivity of grassland to climate change and the effect of climate changes on the grassland ecosystems is a key issue in global carbon cycling. One of the goals of this study was to evaluate the three net primary productivity (NPP)–climate models, i.e. the Miami model, the Schuur model and the classification indices-based model. Results indicated that the classification indices-based model was the most effective model at estimating large-scale grassland NPP. In this research, changes in the spatial pattern of global potential grassland from recent past (1950–2000) to future (2001–2050) A2a scenario were analysed with the integrated orderly classification system of grassland (IOCSG) approach in a Geographic Information System (GIS) environment. NPP was evaluated with the classification indices-based model. Results indicate that under recent past climatic conditions, the main parts of global grassland are the savanna and tundra and alpine grassland and will be converted into the savanna, steppe and semi-desert grassland in A2a scenario. As a whole, areas of grassland will increase by 31.76 million hectares. The classification indices-based model estimated a 12.40% increase of total NPP in grassland from recent past to A2a scenario. It will impose a new issue for future grassland researches to support sustainable development and to provide action relevant knowledge to meet the challenge of climate change.     

闽西北地区不同龄组常绿阔叶混交林生态系统碳储量结构特征

选取福建西北部地区多群落类型组成的常绿阔叶混交林为研究对象,通过典型样地调查法,对生态系统各个层次进行取样调查,采用“相对生长法”计算乔木层生物量,灌木层、草本层和凋落物层采用全部收获法测得其生物量,对土壤层的调查采用剖面法加土钻法,代表性样品碳含量的测定采用重铬酸钾-外加热容量法。在此基础上,分析了该地区不同林龄常绿阔叶林生态系统碳储量及其格局特征,结果表明,（1）闽西北地区常绿阔叶林生态系统平均碳储量为260.63 t·hm-2。在每个发育阶段,各层片对整个生态系统碳储量的贡献率相对稳定,空间分布格局特征相似。幼龄林、中龄林、近熟林、成过熟林生态系统的碳储量分别为192.14、221.15、317.11和312.12 t·hm-2,基本表现出随林龄增加而逐渐增大的趋势。（2）乔木层、灌木层、草本层、凋落物层的平均碳质量分数分别为48.5%、46.9%、41.2%、44.0%,每个层片中,各器官的碳含量差异不大,乔木层、灌木层及草本层的碳质量分数表现出随层片高度降低而减小的趋势。土壤碳质量分数由表层到底层逐渐减小。0～10、10～20 cm土层碳质量分数均显著大于其余三个土层。（3）生物量碳储量在每个层片随着龄组不同,表现出不同的变化趋势。乔木层碳储量大小排序为近熟林﹥成过熟林﹥中龄林﹥幼龄林,灌木层与草本层在不同发育阶段的碳储量,均表现出以下规律：从幼龄林到中龄林不断增长,在中龄林达到最大值后,又随发育的进行显现出不断下降的趋势。随着地表凋落物现存量的不断增加,其碳储量也表现出幼龄林﹥中龄林﹥近熟林﹥成过熟林的趋势。土壤的平均碳储量为134.986 t·hm-2,随着林分发育,表现为成过熟林﹥近熟林﹥中龄林﹥幼龄林。