旱区农业雨水资源利用与生态系统可持续性:2013干旱农业和生态系统可持续性国际会议综述

随着全球气候变化的日益凸显,旱区农业和生态系统可持续性发展越来越受到世界各国政府和生态学家的关注。本文综述了2013年10月14—18日在兰州大学举行的干旱农业和生态系统可持续性国际会议全部28场学术报告,围绕"旱区雨水资源高效利用与生态系统可持续管理"的主题,分别从干旱农业面临的机遇和挑战、雨水资源高效利用、旱区生物多样性保护、生态信息系统构建、生态系统可持续管理和加强发展中国家之间的国际合作等几个方面进行了总结。文章最后围绕生态系统圈层管理理论,总结了最近几年在旱区农业水资源利用和生态系统管理方面的最新进展,构建了生态保育和农业生产之间的耦合关系图,为气候变化下旱区粮食安全、农户生计改善、生态系统可持续管理和社会经济协调发展提供理论依据。     

EAM会议专刊辑述评——气候变化下旱区农业生态系统的可持续性

农业生产是将自然资源不断转化为农产品的过程。简单的说就是将阳光、空气、水和土壤等无机资源转化为可以供人类消费的有机产物。农业生态系统必须对全球气候变化、市场竞争、自然环境的恶化、经济等政策法规和人民的需求等因素做出灵活的应对策略,同时还要保证自然生态系统的稳定性。在发展中国家,有超过20亿的人口每天收入低于2美元,他们收入中绝大部分都用于解决温饱。这些人大部分生活在干旱、半干旱地区,并以农业生产作为生活的主要来源。由于这些地区水资源匮乏、土壤贫瘠,粮食安全问题一直是该地区人类生存的关键。中澳两国都把干旱、半干旱地区的农牧业发展作为研究的重点。两国的专家都致力于恢复和维护干旱半干旱地区脆弱的农业生态系统。气候变化正在使农业生态系统可持续发展面临严峻挑战。因此,迫切需要农学,生态学,环境学,社会经济学等多学科的共同发展和融合解决这一问题。2010年7月20—25日在兰州大学举办了以“气候变化和旱区农业生态系统管理”为主题的“第二届生态系统评估与管理（EAM）国际会议”。国内外众多知名专家参与了此次会议,并共同讨论在全球气候变化背景下如何提高干旱半干旱地区脆弱农业生态系统生产力与可持续性。本次会议的议题是：(1）半干旱地区旱作雨养农业生态系统评估与管理,(2）干旱地区绿洲农业生态系统评估与管理。此次会议由兰州大学和澳大利亚西澳大学联合主办,中国科学院生态环境研究中心协办,由国家教育部和国家外专局联合支持、兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验室承担的“旱寒生态学”学科创新引智基地和西澳大学农业研究院、FAO属下的叙利亚国际旱地农业研究中心(ICARDA)联合提供资金支持。会议期间,25位专家就干旱、半干旱地区植物土壤互作关系作了报告。另外还有18位在干旱半干旱地区科研一线工作的青年学者汇报了研究进展,并与专家进行了广泛交流。报告会之后,大会组织专家分别对典型旱区农业进行了考察,分别是兰州大学黄土高原旱地农业生态实验站(榆中)和甘肃武威市民勤绿洲农业生态系统。此次大会遴选出35篇学术论文,以专刊的形式发表于《生态学报》第31卷第9期。会议遴选出的其它英文文章将于2011年在《Plant and Soil》和《Crop and Pasture Science》上发表,敬请期待。我们相信,本专刊的出版将会对气候变化背景下旱区农业生态系统的研究和发展产生重要的推动作用。     

全球气候变化对农业生态系统的影响研究进展

全球大气中CO2浓度升高、气温升高及降水量的变化等是全球气候变化对农业生产和农业生态系统影响最为重要的几个生态因子,其影响主要表现在对农作物产量、生长发育、病虫害、农业水资源及农业生态系统结构和功能等方面.在过去的几十年,全球气候变化已对我国农业和农业生态系统,特别是我国北方旱区农业造成重大影响,其中不少影响是负面的或不利的.本文综述了全球气候变化对农业水资源、农田土壤养分变化、农作物生长发育、农作物病虫害与杂草、粮食安全及农业生态系统的结构和功能等方面的影响.针对21世纪全球气候变化对我国农业生产和农业生态系统带来的挑战,探讨了今后研究的重点和难点问题.     

应对全球气候变化的干旱农业生态系统研究——第二届EAM国际会议青年学者论坛综述

全球气候变暖对干旱农业生态系统管理提出了严峻的挑战,解决方案须从个体到全球不同尺度开展系统研究,并协同考虑与社会经济系统的互作机制。综述了2010年7月24日在兰州大学举行的第二届生态系统评估与管理(EAM)国际会议青年学者论坛的18场青年学者报告,包括全球变化生态学、植物水分生态学、植物营养与土壤生态学、草畜耦合生态学和生态系统设计与管理等5个分支,报告内容从个体尺度到全球尺度、从自然层面到社会层面均有涉及。将会议主题放入Reynolds等人提出的旱地系统发展范式(DDP)、Jianguo Liu等人提出的人与自然耦合系统理论(CHANS)和Thorvald Srensen提出的生态区概念(ecotope)及脆弱生态系统差别分层管理理论(SFDM)的视角中开展系统地讨论。总结过去20a在干旱农业生态学方面的研究工作,并融合国际前沿进展,提出在年降水量为300-550 mm的地区如何实施"大面积搞生态、小面积搞生产"和以"提高农业生产力和增加植被覆盖率"为核心的生态系统管理模式。该模式映射了未来几十年高效应对全球变化给干旱农业生态系统管理带来的挑战。     

自然衰退“史无前例”,物种灭绝率“加速”——IPBES全球评估报告简述

2019年4月29日至5月4日,生物多样性和生态系统服务政府间科学与政策平台（IPBES）第七届全体会议在法国巴黎召开,会议通过了IPBES全球评估报告,指出当前全球正面临自然衰退"史无前例"和物种灭绝率"加速"的局面,保护和恢复自然需要"变革性改变"。会议于2019年5月6日发布决策者摘要,核心内容包括：（1）自然及其对人类的重要贡献的评估;（2）直接和间接的驱动力分析;（3）全球目标和政策方案;（4）政策工具、选项和最佳实践等内容。IPBES全球评估报告为我国生态系统服务和可持续发展领域的研究带来如下启示：（1）系统评估我国生物多样性与生态系统保护现状;（2）探讨推动我国可持续发展的变革性方案;（3）加强可持续发展的高等教育与公众宣传。     

气候变化对雌雄异株植物影响的研究进展

雌雄异株植物作为陆地生态系统的重要组成部分,在维持生态系统结构和功能稳定性方面发挥着关键作用。但是,由于雌雄异株植物的不同性别植株在形态特征、生理特征和资源分配等方面均存在明显差异,至今对全球气候变化背景下雌雄植物的性别差异响应机制的认识仍十分有限。本文综述了全球变暖、降水变化和大气CO2浓度升高等主要气候因子变化对雌雄异株植物的影响,探讨了雌雄异株植物对气候变化响应的性别差异,提出了未来雌雄异株植物与气候变化关系研究的重点,以期为揭示陆地生态系统结构和功能稳定性对气候变化的响应机制提供参考依据。     

全球变化背景下的现代生态学——第六届现代生态学讲座纪要

"现代生态学讲座"是由著名生态学家李博院士创导,国内外华人生态学家联合发起,旨在促进中国现代生态学与世界同步发展,加强国内外生态学界交流与合作的国际会议。2011年8月1-4日在南京大学举行的第六届现代生态学讲座围绕"全球背景下现代生态学热点问题及其研究进展"主题,进行了23场特邀专家学术讲座,从全球变化背景下:现代生态学方法论、全球变化与陆地生态系统的响应与反馈、全球变化背景下的生物入侵、全球变化背景下的森林生态、全球变化背景下的植物生理生态、全球变化背景下退化生态系统恢复与重建、全球变化背景下的生态水文、全球变化背景下的区域生态管理等八个方面进行分类总结,从不同时空尺度、不同学科角度探讨全球变化与生态系统的响应以及人类为实现可持续发展而采取的适应性管理对策。最后,对会议的进一步完善提出几点建议。     

陆地森林植被植物细根对全球气候变化的响应研究进展

全球气候变化对陆地森林生态系统与生物多样性造成了较为明显的负面和潜在影响, 由此引发了各种生态环境问题。细根作为植物最活跃的组成部分之一, 在调节陆地森林生态系统碳平衡和养分循环的过程中发挥着重要作用。植物细根对全球气候变化的响应研究已成为当前全球变化背景下陆地生态系统关注的热门课题之一。全球气候变化是以温室气体(CO2、N2O)浓度持续上升、氮沉降加剧、全球气候变暖为主要特征。为此该文从以下几个方面对该领域的研究进展进行综述: (1)CO2浓度升高对植物细根的影响; (2)氮沉降增加对植物细根的影响; (3)温度升高和降水变化对植物细根的影响。最后, 进一步探讨了该领域研究仍存在的科学问题, 提出了未来研究展望。研究结果不仅为进一步研究全球气候变化对植物细根的影响提供重要的理论依据和参考, 也丰富了全球变化背景下根系生态学相关科学理论。     

面向可持续未来的生态系统服务——第十届生态系统服务伙伴关系全球大会述评

第十届生态系统服务伙伴关系全球大会（10th Ecosystem Services Partnership World Conference）于2019年10月20日-10月26日在德国下萨克森州首府汉诺威市召开。本次会议主题为"生态系统服务科学、政策与实践前进中的十年：面向一个可持续的未来",旨在探讨生态系统服务科学研究、政策支持、实践等方面的热点问题,交流最新研究成果,并寻求未来可持续发展的绿色解决方案,进一步推动生态系统服务研究与生态环境保护政策及实践的有机结合。本文对本次会议的开幕式、7场特邀报告,48个主题会场、160个海报展览等内容进行述评,大会内容围绕当前生态系统服务领域的前沿与热点领域展开,包括生态系统服务评估方法与模型,生态系统服务与可持续性、生物多样性、气候变化、土地利用变化与景观格局、区域政策分析与决策支持、城市绿色基础设施等方向。     

长江河口典型湿地碳库动态研究方法

湿地生态系统在维持碳平衡和全球气候调节中起着重要作用。长江河口湿地生态系统是国际公认的生态过程敏感区,选择长江河口典型湿地——崇明东滩作为长期碳循环观测和实验模拟的研究对象,针对长江河口湿地生态系统碳库动态研究具体的科学问题,从"土壤-植被-大气"连续体(SPAC)碳流过程监测、涡度相关法碳通量监测、植物生长控制实验(开顶式气候室,OTC)、"湿地碳循环-气候变化"生态过程模型构建、多方数据源校正等方面,总结了全球气候变化条件下长江河口湿地碳库动态的研究方法。旨在了解长江河口湿地生态系统碳库动态特征,探寻湿地碳平衡的主导控制因子,评估中国东部沿海湿地碳库对全球气候变化的响应。进而为提出长江河口湿地碳储备功能的保育策略提供理论依据。     

干旱半干旱区生态系统凝结水的影响因素及其作用研究进展

凝结水是干旱半干旱生态系统重要的水分补给来源,对于维持生态系统功能具有重要意义。综述了干旱半干旱生态系统气象条件、地形环境和植被属性等因素对凝结水形成的影响,以及气候和环境变化对凝结水产量的影响机制。在此基础上,进一步从植被生长、生物土壤结皮、小型动物、微生物和地表水热平衡过程等方面,探讨了凝结水产量变化对干旱半干旱生态系统组成和过程的重要作用。最后对未来相关研究提出以下建议：（1）增加长时间序列的凝结水观测数据分析,（2）系统探讨凝结水对干旱半干旱区生态系统功能的综合影响,并（3）完善气候变化背景下凝结水与生态系统关系的相关研究。本文旨在对该领域的未来研究提出综述、建议和展望。     

干旱半干旱区地下水埋深对沙地植物土壤系统演变的驱动作用综述

在干旱半干旱生态脆弱区,地下水是限制植物种类组成、数量和生长发育的关键因素之一。近年来由于气候变化与土地利用强度的增加,我国北方普遍出现以极端气候变化、地表水体萎缩和地下水位下降为特征的生态过程,对区域生态系统安全和可持续发展构成严重威胁。而有关干旱半干旱区地下水埋深变化驱动退化植被恢复和稳定性维持方面的系统研究尚存不足。系统总结了地下水埋深变化分别对植物、土壤产生的影响及其三者间相互作用关系,比较分析了前人的研究成果,归纳总结了地下水埋深变化的驱动作用和影响因素,以及干旱半干旱区地下水埋深变化对植物土壤系统影响的预测模型研究,以期为今后应对地下水埋深变化制定生态保护策略提供理论指导依据。对本研究做了展望。     

遥感GPP模型在中亚干旱区4个典型生态系统的适用性评价

总初级生产力（GPP）是全球生态系统碳循环的重要组成部分,对全球气候变化有重要影响。目前有多种遥感模型可以模拟总初级生产力,比较不同遥感模型在中亚干旱区上的适用性对推进全球干旱区碳收支估算具有重要意义。基于涡度协相关技术观测的四个地面站数据验证MOD17、VODCA2、VPM、TG、SANIRv五种模型的模拟精度。结果表明：（1）基于光能利用率理论的MOD17、VPM模型模拟咸海荒漠植被和阜康荒漠植被GPP的精度最高（R²分别为0.52和0.80）,但在模拟草地、农田生态系统生产力时存在较明显的低估（RE>20%）;基于植被指数的遥感模型TG模型、SANIRv模型模拟巴尔喀什湖草地生态系统和乌兰乌苏农田生态系统GPP的精度最高（R²分别为0.91和0.81）,同时模拟值与实测值的相对误差也较低;基于微波的VODCA2模型模拟各生态系统生产力的效果最差。（2）水分亏缺是限制植被GPP的主要因素,因此是否合理考虑水分胁迫是影响GPP模型在中亚干旱区适用性的重要因素。研究揭示了遥感GPP模型在中亚干旱区的应用潜力,为推进全球植被碳通量的准确估算提供参考。     

Climate change and marine life

A Marine Climate Impacts Workshop was held from 29 April to 3 May 2012 at the US National Center of Ecological Analysis and Synthesis in Santa Barbara. This workshop was the culmination of a series of six meetings over the past three years, which had brought together 25 experts in climate change ecology, analysis of large datasets, palaeontology, marine ecology and physical oceanography. Aims of these workshops were to produce a global synthesis of climate impacts on marine biota, to identify sensitive habitats and taxa, to inform the current Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) process, and to strengthen research into ecological impacts of climate change.     

亚洲半干旱区碳水通量时空格局及驱动因素

亚洲半干旱区生态系统敏感，环境问题突出，作为全球近30年来碳水通量变化最大的区域，明确其碳水通量的时空分布格局和驱动因素对区域资源管理与可持续发展、全球气候变化等领域具有重要意义。基于植被与土壤湿度的联合同化产品(LPJ-Vegetation and soil moisture Joint Assimilation, LPJ-VSJA),结合研究区植被及气象数据，分析了亚洲半干旱区2010—2018年碳水通量植被总初级生产力(GPP)、蒸散发(ET)和水分利用效率(WUE)的时空变化、年际变化贡献率以及驱动因素。结果表明：(1)2010—2018年亚洲半干旱区年均GPP、ET、WUE空间格局总体呈“双夹型”,中高纬度与低纬度地区的碳水通量值大于中纬度区域。(2)2010—2018年GPP、ET和WUE的年际变化总体都呈现增长趋势，但只有GPP呈现显著增长趋势(P<0.05),增速为7.82 g C m^-2 a^-1。(3)WUE的年际变化表现为总体先增加后减少，正值中农田对WUE年际变化贡献率最大(54.6%),森林生态系统在面积占比仅有...     

Spatial patterns of soil and ecosystem respiration regulated by biological and environmental variables along a precipitation gradient in semi-arid grasslands in China

Precipitation is a key environmental factor in determining ecosystem structure and function. Knowledge of how soil and ecosystem respiration responds to climate change (e.g., precipitation) and human activities (e.g., grazing or clipping) is crucial for assessing the impacts of climate change on terrestrial ecosystems and for improving model simulations and predictions of future global carbon (C) cycling in response to human activities. In this study, we examined the spatial patterns of soil and ecosystem respiration along a precipitation gradient from 167.7 to 398.1 mm in a semi-arid grassland. Our results showed that soil and ecosystem respiration increased linearly with increasing mean annual precipitation. The trends were similar to those of shoot biomass, litter and soil total C content along the precipitation gradient. Our results indicated that precipitation was the primary controlling factor in determining the spatial pattern of soil and ecosystem respiration in semi-arid grasslands in China. The linear/nonlinear relationships in this study describing the variations of the ecosystem carbon process with precipitation can be useful for model development, parameterization and validation at the regional scale to improve predictions of how carbon processes in grasslands respond to climate change, land use and grassland management.     

干旱和半干旱地区灌木下土壤“肥岛”研究进展

世界许多干旱、半干旱地区草地生态系统逐渐被灌木生态系统取代,这种取代过程的发展是由灌木冠幅下土壤中“肥岛”的形成和灌木的扩散相互作用直接造成的,这种“肥岛”的形成和灌木的扩散之间的反馈作用能够改变该系统中的植被组成、结构和土壤养分分布格局,从而改变该生态系统的结构和功能,文中从“肥岛”的概念和形成机制出发,对“肥岛”现象形成的原因、“肥岛”现象的研究意义、研究方法、灌木扩散与“肥岛”之间的相互关系及生物对“肥岛”的响应进行了总结,并分析了“肥岛”研究中应注意的问题,希望为中国干旱、半干旱区域土地退化的成因和过程以及植被恢复的研究提供一些参考。