森林流域生态水文过程动力学机制与模拟研究进展

水文过程是联系气候变化和森林生态系统时空变化的关键因素．未来的气候变化和人类大尺度活动将影响森林流域生态系统与水文过程的变化,森林流域生态与水文过程耦合、生态系统水文过程动力学机制研究在认识和调控生态资源及其合理利用、区域生态恢复,以及社会经济可持续方面均具有重要意义．森林流域生态系统中的水文过程可分为降雨截留、蒸散和产汇流过程．森林流域生态与水文耦合过程边界条件的确定,土壤表面特定水文过程的参数化,降雨、土壤水分运动和植被的动态耦合作用,分布式模型的应用以及森林生态水文过程动力学机制与调控等将是今后生态水文动力学过程研究的重点,综述了森林流域生态水文过程动力学机制与调控的研究进展。     

历史变域在森林生态系统管理中的应用现状与展望

历史变域描述了自然干扰下生态系统条件和过程的变化范围,能够使人们认识现代生态系统如何变化,为生态系统的有效管理提供了重要的参照和目标,使管理者能够制定有效措施最终使生态系统达到可持续状态.近年来,历史变域在森林生态系统管理中发挥着越来越重要的作用,已成功用于揭示生态系统变化的原因、保护生物多样性和濒危物种及恢复生态系统功能等多个领域.本文介绍了历史变域的概念并对其在森林生态系统管理中的应用及所面临的挑战(数据缺乏、环境变化和人类影响等)进行了论述.加大数据解译和分析的研究力度、注重自然环境和人类社会变化的研究及加强对公众的宣传力度可以更好地认识研究区的生态环境及其主要干扰机制,有利于提高历史变域在生态系统管理中的应用效率,使森林生态系统最终达到可持续的状态.     

森林-农业景观格局变化的社会-生态系统模拟模型方法进展

社会-生态系统（SES）模拟模型是景观格局分析和决策的有效工具,能表征景观格局变化的社会-生态效应及景观决策的复杂反馈机制。文献综述了森林-农业景观格局的SES模型方法进展发现：（1）多数模型对景观过程与社会经济决策的反馈关系分析不足;（2）应集成多种情景模拟和景观效应分析方法,完善现有SES模型的理论方法基础;（3）通过集成格局优化模型和自主体模型会有效改进SES模型功能,具体途径包括：集成情景-生态效应的景观格局模拟方法、完善景观决策的理论基础、加强集成模型的不确定性分析、降低模型复杂性和综合定性-定量数据等。研究结果有助于理解多尺度森林-农业景观格局在社会-生态系统中的重要作用,能更好地支持跨学科集成模型开发与应用。     

土壤动物对森林凋落物分解的影响:机制和模拟

土壤动物是森林生态系统的重要组成部分。本文综述了土壤动物在不同森林生态系统中对凋落物分解过程的贡献大小及影响因素、土壤动物影响凋落物分解的作用机制以及凋落物分解模型的研究进展,以期为更好地理解森林生态系统中土壤动物在地上、地下生态过程中的作用。我们试图建立一个概念模型来模拟土壤动物在凋落物分解过程中的贡献。土壤动物可以通过直接作用于凋落物(包括移动、破碎、取食等),或间接作用于土壤(穿梭、掘穴等影响凋落物分解微环境)和微生物(影响定殖于凋落物中的微生物群落种类、数量和活性)影响凋落物的分解过程。温度和水分条件是影响土壤动物活动的重要因素,普遍认为热带森林中的土壤动物作用要大于亚热带森林、温带森林和高山/亚高山森林。未来该领域的研究应注重如何在凋落物分解模型中体现土壤动物的作用机制以及利用野外实验数据量化土壤动物对凋落物分解过程的贡献等。     

大尺度森林碳循环过程模拟模型综述

森林生态系统碳循环是全球陆地生态系统碳循环的重要组成部分,而碳循环模型已经成为研究森林碳循环的必要手段。森林碳循环模型可以分为统计模型和过程模型,其中过程模型以其完整的理论框架、严谨的结构分析和清晰的过程机理,逐渐占据了主导地位。从地球化学过程模型、陆面物理过程模型和生物过程模型等3个方面综述区域尺度到全球尺度(本文称为大尺度)森林碳循环过程模型研究进展,论述了各类模型的主要特征、优缺点以及应用现状,探讨了森林碳循环模拟研究中存在的问题,并讨论了森林碳循环过程模型的主流研究方向。可为不同空间尺度下森林生态系统碳循环模拟模型的选择提供参考,以及为森林碳循环研究提供借鉴。     

林窗模型及其在全球气候变化研究中的应用

林窗模型是基于个体的广泛应用于森林长期动态变化的模拟与预测的模型,是研究森林生态系统对气候变化响应的有效工具。本文把林窗模型的发展与演变过程概括为3个阶段:萌芽阶段、飞速发展阶段和提高阶段;展望了林窗模型的未来发展趋势;简要阐述了在全球气候变化背景下应用模型研究森林与气候间关系的可行性与必要性;对国际上相关的研究热点和前沿问题进行了探讨;综述了国内的研究现状,指出国内林窗模型的预测研究应以改进现有模型、构建新模型、耦合多模型作为未来的发展方向。     

硫稳定同位素技术在生态学研究中的应用

随着人为SO₂释放的增加, 硫稳定同位素的动态已成为生物地球化学循环过程中研究的热点。该文对天然硫稳定同位素在大气自然过程中的硫来源分析及其在森林生态系统、农田生态系统和水域生态系统中的硫动态研究, 人为添加的硫稳定同位素在生态环境中的应用及硫稳定同位素技术在我国酸雨研究中的潜在贡献等进行了综述, 并从硫稳定同位素技术应用研究的范围、分析手段及源解析模型方面介绍了可能的发展方向。     

森林生态系统碳水关系及其影响因子研究进展

森林生态系统的碳水关系是陆地生态系统碳循环和水循环相互耦合的作用过程,对研究森林碳汇、森林生态水文过程和全球变化响应有重要意义.在全球变化背景下,森林生态系统碳水关系已成为生态水文学领域中的一个热点科学问题.本文在总结国际上森林碳汇研究的基础上,概述了森林碳水关系的过程机制,包括森林水分利用效率、不同尺度上的碳水关系、尺度推绎和碳水关系的模拟研究方面的进展;总结了影响森林碳水关系的因子和研究进展,包括水分条件、CO₂浓度升高、增温、氮沉降、臭氧浓度变化、辐射因子和海拔梯度因子对森林碳水关系的影响;最后对已有研究存在的问题进行了初步分析,并对未来研究内容和方向进行了展望.     

森林凋落物的微生物分解

森林凋落物的分解是森林生态系统中物质循环和能量流动的一个重要环节,而微生物在这一过程中起着重要作用。本文系统介绍了森林凋落物微生物分解的过程及其生态学意义,并从参与凋落物分解的微生物多样性、凋落物分解过程中的微生物数量动态及群落演替、影响微生物分解的因素及微生物分解酶学等方面综述了森林凋落物的微生物分解研究概况,探讨了未来研究的方向。     

边缘效应及其对森林生态系统影响的研究进展

边缘效应是生态学和生物保护的重要概念之一,它在研究生态系统尺度和景观生态系统尺度的能量流和物质流等生态过程中具有重要作用.本文对边缘效应的内涵、特征、定量评价(包括定量分析基础、强度、影响区、模型等)、应用研究等方面进行阐述,分析了边缘效应研究中存在的不足,总结了边缘效应对森林生态系统的影响及其研究方向,以期为森林经营、保护区管理等生产实践提供借鉴.     

辐射传输模型多尺度反演植被理化参数研究进展

植被是生态系统最重要的组成成分之一,许多与植被有关的物质能量交换过程都与植被的理化参数密切相关,因此定量估算植被的理化参数含量对监测植被生长状况、森林火灾预警以及研究全球碳氮循环过程等都具有重要意义.在众多定量反演植被理化参数的方法中,基于数学、物理学以及生物学的基本理论建立起来的辐射传输模型受到越来越多的关注.辐射传输模型描述了植被与入射辐射之间的相互作用过程和特征,相对于传统的经验/半经验方法,辐射传输模型物理意义明确,具有稳定性和可移植性强的特点.在分析国内外最新相关研究的基础上,首先从植被叶片、冠层和像元3个不同的尺度阐述反演植被理化参数的辐射传输模型.叶片尺度上主要介绍PROSPECT模型和LIBERTY模型;冠层尺度上主要介绍SAIL冠层辐射传输模型以及PROSPECT与SAIL耦合的PROSAIL叶片-冠层辐射传输模型;像元尺度的植被理化参数反演目前主要采用冠层尺度的辐射传输模型.其次,分析尺度变化下植被理化参数遥感反演所面临的主要问题,如不同尺度下模型参数敏感性的变化、辐射传输模型的选取以及混合像元的影响等.最后,总结展望植被理化参数反演多模型与多种数据源相互结合的研究趋势,以及将来具有高空间分辨率的高光谱遥感卫星升空后所带来的发展前景.     

森林生态系统生物物理参数遥感反演研究进展

论述了利用遥感技术反演推算森林生态系统主要生物物理参数：叶面积指数、吸收光合有效辐射、净第一性生产力和生物量的技术、方法和模型及各个参量之间的相互关系研究进展,阐述了各研究方法、模型的特点、优势及局限性。特别论述了净第一性生产力的森林冠层光合作用理论模型基础、微波遥感估算森林生物量的应用优势和理论模型,展示了遥感技术在森林生态学研究中广阔的应用前景,同时也指出现有研究中各生物物理参数的定量遥感估算还有待进一步深入研究。     

面向生态系统服务的森林生态系统经营:现状、挑战与展望

森林生态系统是地球陆地生态系统的主体,它具有很高的生物生产力和生物量以及丰富的生物多样性,对全球生态系统和人类经济社会发展起着至关重要和无可替代的作用。伴随着人口的不断增长和经济社会的迅猛发展,对森林资源和森林生态系统服务的需求不断高涨,而且人类对森林资源价值的认识也发生了很大程度的改变。推进森林资源可持续经营,增加森林总量、提高森林质量、增强生态功能,已成为中国林业可持续发展乃至推进中国生态文明建设和建设美丽中国的战略任务。本文全面综述了森林生态系统经营发展历程,分析了森林生态系统经营的现状和存在问题,在此基础上,提出整合基于生态系统管理与满足现代人类福祉对森林多重需求的新的森林生态系统经营理念,面向生态系统服务的森林生态系统经营理念是未来的发展趋势。森林经营发展战略表现为:1)从单纯的森林面积数量扩张,转变到提高单位面积的森林生产力和森林质量;2)从单一追求木材生产逐步转变为多目标经营,将森林林产品单一的经营目标转变为广泛的生态、经济和社会等多目标经营;3)森林经营重点从林分水平转变为森林景观的经营,强调森林景观的时空异质性和动态变化,权衡和协同多种生态系统的服务功能,倡导森林景观的多样性和连通性,提高森林与其它土地利用模式镶嵌构成的复合景观的可持续性和稳定性,增强森林生态系统对气候变化影响的适应能力;4)森林生态系统经营将从依赖传统经验的主观决策转变为信息化、数字化和智能化的决策,发展森林生态系统经营决策支持系统和森林景观恢复与空间经营规划系统。     

城市森林景观格局与过程研究进展

大规模的城市化进程,改变了城市以及周边区域的景观格局,显著影响着城市森林生态系统的结构、过程与功能.景观尺度上的城市森林景观格局与生态过程研究已经成为当前城市森林学的研究热点.在阐明城市森林及其景观格局与过程概念的基础上,综述了国内外城市森林景观格局与过程的研究内容、研究方法的进展情况,指出了以下几个方面有望成为今后城市森林景观研究的发展方向:景观尺度上的城市森林系统能流、物质循环等生态学过程研究;城市森林景观格局演变的社会驱动力研究;基于生态服务功能的城市森林规划研究;半都市化地区的森林景观格局与过程研究;基于空间显式景观模型的城市森林景观格局与过程模块开发.     

A system-wide assessment of forest biomass production,markets, and carbon

This study examines the effects of supplying forest biomass on forest ecosystem services and goods with a dynamic systems model. This unique analysis models dynamic trade and investments in forestry, thereby capturing price changes from increased forest biomass demand on current and future flows of forest ecosystem services and natural capital stocks. Forests across the globe are interconnected through timber and forest biomass markets, which influence forest management decisions, land rents, and policy responses. Results indicate that expanding forest biomass consumption, even at relatively low levels, will have important impacts on ecosystem services, particularly the benefits of terrestrial carbon sequestration and timber outputs. Increased forest biomass production can be achieved with smaller impacts on ecosystem services through policies targeting natural forest preservation. However, policies that encourage residual biomass use for energy or discourage forest plantation expansion could potentially compromise carbon benefits.     

亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究基地(BEF-China)研究进展

生物多样性与生态系统功能的关系(BEF)及其内在机制是当前生物多样性研究领域的热点问题。长期以来,以草地生态系统为主的BEF研究积累了大量研究成果,而基于森林生态系统的相关研究则相对较少。亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究基地(BEF-China)是目前包含树种最多、涉及多样性水平最高的大型森林控制实验样地。该文总结了基于BEF-China平台的研究进展,特别是生物多样性对生态系统生产力、养分循环以及多营养级相互作用关系等方面的影响,并提出了未来BEF-China的研究应注重高通量测序和遥感等新兴技术的应用,在生物多样性的多维度、生态系统的多种组分与多种功能以及BEF研究的多种尺度等交叉方向上持续开展深入研究。针对BEF-China研究成果的梳理有助于理解驱动亚热带森林生物多样性与生态系统功能关系的内在机理,为生物多样性保护和生态修复提供科学依据。     

Climate change,woodpeckers, and forests: Current trends and future modeling needs

The structure and composition of forest ecosystems are expected to shift with climate‐induced changes in precipitation, temperature, fire, carbon mitigation strategies, and biological disturbance. These factors are likely to have biodiversity implications. However, climate‐driven forest ecosystem models used to predict changes to forest structure and composition are not coupled to models used to predict changes to biodiversity. We proposed integrating woodpecker response (biodiversity indicator) with forest ecosystem models. Woodpeckers are a good indicator species of forest ecosystem dynamics, because they are ecologically constrained by landscape‐scale forest components, such as composition, structure, disturbance regimes, and management activities. In addition, they are correlated with forest avifauna community diversity. In this study, we explore integrating woodpecker and forest ecosystem climate models. We review climate–woodpecker models and compare the predicted responses to observed climate‐induced changes. We identify inconsistencies between observed and predicted responses, explore the modeling causes, and identify the models pertinent to integration that address the inconsistencies. We found that predictions in the short term are not in agreement with observed trends for 7 of 15 evaluated species. Because niche constraints associated with woodpeckers are a result of complex interactions between climate, vegetation, and disturbance, we hypothesize that the lack of adequate representation of these processes in the current broad‐scale climate–woodpecker models results in model–data mismatch. As a first step toward improvement, we suggest a conceptual model of climate–woodpecker–forest modeling for integration. The integration model provides climate‐driven forest ecosystem modeling with a measure of biodiversity while retaining the feedback between climate and vegetation in woodpecker climate change modeling.     

Regional analysis of drought and heat impacts on forests: current and future science directions

Accurate assessments of forest response to current and future climate and human actions are needed at regional scales. Predicting future impacts on forests will require improved analysis of species‐level adaptation, resilience, and vulnerability to mortality. Land system models can be enhanced by creating trait‐based groupings of species that better represent climate sensitivity, such as risk of hydraulic failure from drought. This emphasizes the need for more coordinated in situ and remote sensing observations to track changes in ecosystem function, and to improve model inputs, spatio‐temporal diagnosis, and predictions of future conditions, including implications of actions to mitigate climate change.     

基于meta分析的中国森林生态系统服务价值评估

meta分析作为价值转移方法中最有效的手段之一，已在生态系统服务价值评估中得到了较为广泛的应用。然而国内相关研究的meta回归模型大多依据传统的最小二乘法建立，忽略了原始数据的层次结构特征。通过收集关于中国森林生态系统服务已有实证研究的价值评估结果，建立meta分析数据库；通过面板数据回归方法构建meta回归模型，对模型的价值转移有效性进行评估；在构建的meta回归模型基础上，根据IPCC SRES中的四类情景——A1B、A2、B1、B2，计算中国森林生态系统2010-2100年的生态系统服务价值。研究结果表明：（1）相较基于普通最小二乘法和加权最小二乘法建立的回归模型，基于面板数据回归方法建立的模型平均转移误差最小（11.57%），模型有效性较高，因此为适合本研究的meta回归方法；对于不同价值观察值，转移误差存在较大差异，随着观察值的增大，模型预测值由高估逐渐转变为低估，转移误差趋向减小。（2）基于面板数据回归方法建立的meta回归模型能够有效揭示中国森林生态系统服务的价值转移规律，生态系统服务类型、植被区划、森林面积、森林丰度、人均GDP和铁路长度是中国森林生态系统服务价值的重要影响因素。（3）中国森林生态系统2010-2100年价值变化的情景分析表明，情景A1B和B1下森林面积和生态系统服务总价值持续增加，情景A2下森林面积和生态系统服务总价值持续下降，情景B2下森林面积和生态系统服务总价值先上升后下降；其中情景B1下中国森林生态系统服务总价值增长最大，至2100年达到41.58万亿元，情景B2下价值损失最为显著，至2100年降至22.97万亿元。