Modeling the carbon cycle of urban systems

Although more than 80% of carbon dioxide emissions originate in urban areas, the role of human settlements in the biosphere evolution and in global carbon cycling remains largely neglected. Understanding the relationships between the form and pattern of urban development and the carbon cycle is however crucial for estimating future trajectories of greenhouse gas concentrations in the atmosphere and can facilitate mitigation of climate change. In this paper I review state-of-the-art in modeling of urban carbon cycle. I start with the properties of urban ecosystems from the ecosystem theory point of view. Then I discuss key elements of an urban system and to which degree they are represented in the existing models. In conclusions I highlight necessity of including biophysical as well as human related carbon fluxes in an urban carbon cycle model and necessity of collecting relevant data.     

渭河上游天然径流变化及其自然与人为因素影响贡献量

从20世纪60年代开始,渭河上游入陕西境内的水量不断减少,90年代天然径流量仅为60年代的60%。分析天然径流与降水的相关关系,对降水与非降水因素对径流减少的贡献进行了定量分析。结果表明,降水与非降水因素共同作用使得渭河上游径流量不断减少,且从20世纪70年代开始,非降水因素的贡献率逐渐增强,成为影响渭河上游天然径流量减少的主要因素。分析天然径流量与气温的相关关系,两者的相关系数在0.47以上,采用假设法,将气温从非降水因素中提取出来,进一步分析自然因素与人为因素的影响,结果表明,80年代以前,以自然因素影响为主,80年代以后,以人为因素影响为主,且人为因素的影响程度在逐渐增强,其原因在于人类活动改变下垫面导致径流减少。     

“耕地总量动态平衡”政策驱动下中国的耕地变化及其生态环境效应

土地政策是影响土地利用及生态环境变化的一个重要的驱动因素。论文分析了“耕地总量动态平衡”政策对中国的耕地变化及其生态环境效应的影响,结果表明,“耕地总量动态平衡”政策对中国耕地的数量变化产生了积极作用,主要表现为:非农建设占用耕地的势头总体上得到遏制,全国及各省(市、区)基本实现耕地占补平衡,促进了农地整理工作的开展。但是,该政策对中国耕地的质量变化的影响却相反,在全国实现耕地占补平衡的情况下,耕地的总体生产能力呈下降趋势,同时,对生态环境产生了一定的负面效应。在此基础上,论文提出了重新审视“耕地总量动态平衡”政策的可行性,以“保护和提高耕地综合生产能力”替代“耕地总量动态平衡”以及根据土地资源区域差异采取不同的具体措施等对该政策加以调整的思路。     

森林与径流关系——一致性和复杂性

@论文综述国外近一个世纪以来在配对集水区研究方面所取得的结论,从水的自然属性出发,从森林变化对径流(年径流量、洪峰与枯水径流)的影响,径流响应的干扰临界值及水文恢复各方面探讨森林变化与径流关系的一致性与复杂性。森林变化与径流关系的一致性主要表现在由较长时间尺度表达的年径流量上。绝大多数的配对集水区的试验研究表明,采伐森林就会增加年径流量,而在荒地上造林就会减少年径流量。而由较短时间尺度表达的洪峰径流与枯水流量则呈现较大的复杂性和难预估性。综述表明,对径流特别是洪峰与枯水径流的定义及分析方法的不同也是造成森林与径流关系复杂性的重要原因。森林与径流关系的复杂性要求人们在研究及应用其关系时就必须有系统观,必须考虑植被、径流与其它过程(土壤变化、气候变化等)的相互作用。论文还认为尽管配对集水区试验作为一种研究方法为研究者提供了许多可靠的结论,但由于许多研究者只把集水区看作是“黑箱”Q从而对认识森林与径流关系的复杂性有一定的局限性。未来的研究应把配对集水区的试验与其它对过程的研究技术(同位素、GIS等技术)结合起来。     

华北地区水资源及水安全问题的思考与研究

结合中国科学院知识创新工程项目“华北地区水循环与水资源安全”的研究工作,论述华北地区紧迫的水安全问题与反思,展望国际水科学研究前沿与热点问题,介绍中国科学院在变化环境下的水循环、农业节水和水资源安全研究的阶段成果和近期研究行动计划,提出中国北方特别是华北地区的水文水资源科学研究与发展的几点建议。目的是研讨未来中国北方特别是华北地区水资源安全国家需求中的长远发展的前沿性问题。     

温带亚高山针叶林土壤碳循环微生物群落的时空动态

选取参与碳固定的二磷酸羧化/加氧酶基因（cbbM）、有机碳降解的淀粉酶基因（amylase）和纤维素酶基因（cellulase）作为分子标记,用实时定量PCR方法对温带亚高山华北落叶松（Larix gmelinii var.principis-rupprechtii）林、白杄（Picea meyeri）林、青杄（P.wilsonii）林和油松（Pinus tabulaeformis）林土壤碳循环功能微生物类群丰度的时空动态开展研究.结果显示,总碳（TC）、总氮（TN）、总硫（TS）、有机质（OM）和有机碳（TOC）、pH值、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）、过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性在4种森林土壤中都有不同程度的差异,且有显著的季节变化特征.高海拔华北落叶松林土壤TC、TN、TS、C/N、OM和TOC含量最高,而pH值最低.土壤TC、TN、亚硝态氮（NO₂^--N）含量、蔗糖酶和脲酶活性,与碳循环微生物类群的丰度呈极显著相关.土壤NO₃^--N含量与有机碳分解和固碳微生物类群的相对丰度显著相关;土壤C/N、NO₂^--N、pH值、OM、TOC、过氧化氢酶及脲酶活性,与降解易分解碳（labile C）和难分解碳（recalcitrant C）的微生物类群的相对丰度呈极显著相关.植被类型和季节变化共同影响土壤碳循环微生物类群的丰度,而季节变化是主导因素.植被和土壤环境因子通过调控微生物群落碳代谢功能类群的结构,影响森林土壤碳源-汇的平衡.     

碳中和目标下海洋地球工程的国际法规制和政策启示

碳中和目标的实现需要充分开发海洋碳汇的潜力。海洋施肥、人工海洋上升流、海洋碱化是三种旨在提升海洋碳汇的地球工程技术。本文从海洋地球工程活动合法性、海洋环境保护义务和气候变化公约体系三个方面论述海洋地球工程的国际法框架。首先,《伦敦倾倒公约》和《伦敦议定书》中关于“倾倒”的定义不适用于海洋地球工程活动涉及的以吸收二氧化碳为目的投放铁或碱性物粉末或放置管道的行为。《关于规制以海洋施肥和其他以海洋地球工程活动为目的投放物质的伦敦议定书修正案》将海洋施肥活动限制在通过了完整的环境影响评价的“合理科学研究”范围内。目前这一限制不适用于其他海洋地球工程技术,但随着对其他技术研究的深入,修正案限制范围有可能会扩大。其次,《联合国海洋法公约》和《生物多样性公约》中有关海洋环境和海洋生态保护的公约条款适用于海洋地球工程活动,其中有关环境影响评价的义务与海洋地球工程的发展密切相关。再次,《联合国气候变化框架公约》以及《巴黎协定》中关于国家自主贡献的规定为实施海洋地球工程提供了鼓励性规则。最后,本文就中国关于该技术的实验活动以及未来应用该技术的场景下涉及的遵约和治理问题进行展望。当前不与国际法冲突的发展模式是进行小规模试验研究、建立海洋碳汇方法学标准、核算海洋碳汇经济价值,推动海洋碳汇换算核证自愿减排量进入碳市场交易;在实践中鼓励将开发海洋碳汇与低碳渔业养殖、陆海统筹增汇等方法相结合。未来能否大规模实施海洋地球工程技术取决于对海洋生态环境相关影响研究的进展。     

季节变化对海洋鱼体内EROD活性的影响

利用2001～2003年对大连大长山岛海域不同季节EROD活性的监测结果,分析了季节变化对海洋鱼体内EROD活性的影响.结果表明,春季海洋鱼体内EROD活性明显高于夏季和秋季.利用EROD活性进行海洋环境污染的监测,不宜选在背景值较高的春季进行.     

滇东主要断裂带温泉CO_2成因浅析

通过对滇东主要断裂带上典型温泉的地质背景、环境条件、水化学及碳、氦稳定同位素分析,探讨这些温泉CO2释放的一般规律。分析表明滇东主要断裂带温泉具有特殊的碳来源,其CO2释放与沿小江断裂混杂第三纪煤层(褐煤)有关。     

中国中东部地区地表水环境锶元素地球化学特征研究

水环境中锶的含量及其变化、地理分布及其控制因素等特征的研究有助于认识区域水文地球化学特征及流域盆地岩石风化速率等地球化学行为,因此河流环境中锶的地球化学行为是地球化学研究的重要课题之一。对我国中东部地区部分河流水体中溶解态锶含量进行了分析研究发现,与世界上主要河流溶解态锶含量平均值0.078 mg/L相比,中国中东部地区河水中的锶含量(0.139 mg/L)明显偏高。分析研究表明,中国中东部地区河水中的锶主要源于蒸发盐岩和碳酸盐岩的风化作用,流域锶含量从南向北逐渐增加的现象主要受流域岩石或沉积物类型的控制,化学风化作用越强烈,河流锶含量越高。除了受区域岩性的影响外,气候条件对流域河水中的锶含量水平及地理分布起到一定的控制作用。