陆地碳循环研究中的模型方法

陆地碳循环是全球变化研究中的重要内容,碳循环模型已成为研究陆地碳循环的必要方法．其中气候变化、大气ＣＯ２浓度上升以及人类活动引起的土地利用和土地覆盖变化导致陆地生态系统在结构、功能、组成和分布等方面的变化及其反馈关系对陆地碳循环的影响是模型模拟的关键问题．生物地理模型和生物地球化学模型是碳循环模型的两大类型,建模方法、模型性质、特点和应用范围各异．碳循环模型的发展方向是综合两类模型的特点,建立全球动态碳循环模型．     

陆地碳循环研究中植物生理生态过程模拟进展

植物生理生态过程的模拟是陆地碳循环模型研究中的关键过程之一,就与碳循环过程密切相关的3个关键的植物生理生态过程;光合作用,碳分配和物候等过程的数学模式进行分类：（1）光合作用模式,根据光合作用模式基础的不同把光合作用模式分为：半经验模式;机理模式和使用卫星遥感资料的模式等;（2）植物碳分配模式介绍了功能平衡模式;运输-阻力模式;光合作用与生长模式;环境反应模式和大尺度生态系统模式等5类。（3）植被物候模式;根据观测和参数化方法的不同可以将现有的物候数值模式分为两类;观测统计模式和使用卫星遥感资料的物候模式,对各类模式的主要控制方程,研究进展和应用分别进行了简要评述。     

碳同位素示踪技术及其在陆地生态系统碳循环研究中的应用与展望

碳同位素示踪技术具有高度的专一性和灵敏度, 经过几十年的发展, 形成了一系列成熟的标记方法, 在陆地生态系统碳循环过程的研究中已得到广泛应用。目前, 自然丰度法、与¹³C贫化示踪技术结合的自由空气中气体浓度增加(FACE)实验、脉冲与连续标记法以及碳同位素高丰度底物富集标记法是研究陆地生态系统碳循环过程常用的碳同位素示踪方法; 通过将长期定位实验和室内模拟实验结合, 量化光合碳在植物-土壤系统的传输与分配特征, 明确植物光合碳对土壤有机质的来源、稳定化过程的影响及其微生物驱动机制; 阐明土壤碳动态变化(迁移与转化)和新碳与老碳对土壤碳库储量的相对贡献, 评估有机碳输入、转化与稳定的生物与非生物微观界面过程机制。然而, 生态系统碳循环受气候、植被、人为活动等多因素影响, 碳同位素技术需要结合质谱、光谱技术实现原位示踪, 结合分子生物学技术阐明其微生物驱动机制, 从而构建灵敏、准确、多尺度、多方位的同位素示踪技术体系。因此, 该文以稳定碳同位素为主, 综述了碳同位素示踪技术的原理、分析方法和在陆地生态系统碳循环过程中的应用进展, 归纳总结了碳同位素示踪技术结合原位检测技术和分子生物学技术的研究进展和应用前景, 并对碳同位素示踪技术存在的问题进行了分析和展望。     

UV-B辐射增强对陆地生态系统碳循环的影响

作为全球变化的重要现象之一,紫外射线B(UV-B,波长280～320 nm)辐射增强对陆地生态系统碳循环具有重要影响.UV-B辐射增强主要通过改变植物的光合作用、凋落物分解以及土壤呼吸来影响陆地生态系统碳的输入和转化输出.其他气候因子(大气CO2浓度、温度和水分)可能会促进或减缓UV-B辐射对陆地生态系统碳循环的作用.本文介绍了UV-B辐射增强的背景,综述了国内外近年来UV-B辐射增强及与其他气候因子交互作用对陆地生态系统碳循环的影响,总结了目前研究存在的不足,讨论了未来的研究重点和方向.     

城市土壤碳循环与碳固持研究综述

城市化过程带来的土地利用变化和环境污染是全球变化的重要方面,城市为人们了解人类与自然复合生态系统对全球变化的影响及其对全球变化的响应过程提供一个独特的"天然实验室"。陆地生态系统碳循环是全球变化研究的热点领域之一,然而,人们对城市在全球碳循环中的作用和影响知之甚少,城市土壤碳循环研究处于起步阶段。介绍了城市土壤的主要特性和碳循环特征,指出强烈的人为作用是其最突出的特点;综述了城市土壤碳库、碳通量和碳固持研究方面取得的进展;探讨了城市化过程中土地利用变化、土壤中生物及土壤管护措施、城市小气候、大气污染沉降和土壤污染等对土壤碳循环的影响;提出未来城市碳循环研究需要开展长期系统监测、深化城市土壤碳循环机制研究、创新研究范式和研究方法、并将研究成果与城市景观规划与设计相结合,提升城市土壤碳管理能力。     

陆地生态系统类型转变与碳循环

 土地利用变化引起的陆地生态系统类型转变对于全球碳循环有着极其重要的作用。　通过总结国内外有关森林砍伐以及森林、草地转变成农田对于碳循环的影响,阐述了可能引起全球“未知汇”现象的重要原因,强调未来中国陆地生态系统碳循环研究应充分重视陆地生态系统类型转变对于全球碳循环的影响研究,包括研究陆地生态系统的不同发展阶段(自然与退化生态系统)、利用方式的改变(森林转化为人工林或农田,草地转化为农田、退耕还林草等)所引起的碳库类型转换的增汇机理及其对全球变化响应,并指出了建立统一观测方法与规范的陆地生态系统碳通量观测网     

气候变暖对陆地生态系统碳循环的影响

作为全球变化的主要表现之一,气候变暖对全球陆地生态系统碳循环的影响巨大,揭示这一作用对于精确理解碳循环的过程和相关政策的制定具有重要的指导意义。该文综述了此领域近十几年来的主要研究工作,总结了陆地生态系统碳循环对气候变暖响应的主要内部机制及其过程,简述了相关模型的发展及其主要应用,并指出以往研究中存在的主要问题以及未来研究的主要方向。在气候变暖条件下,陆地生态系统碳循环的变化主要体现在以下几个方面:1)低纬度地区生态系统NPP一般表现为降低,而在中高纬度地区通常表现为增加,而在全球尺度上表现为NPP增加;2)土壤呼吸作用增强,但经过一段时间后表现出一定的适应性;3)高纬度地区的生态系统植被碳库表现为增加趋势,低纬度地区生态系统植被碳库变化不大,或略微降低,在全球尺度上表现为植被碳库增加;4)地表凋落物的产量和分解速率增加;5)土壤有机碳分解加速,进而减少土壤碳储存,同时植被碳库向土壤碳库的流动增加从而增加土壤碳库,这两种作用在不同生态系统的比重不同,在全球尺度上表现为土壤碳库的减少;6)尽管不同生态系统表现各异,总体上全球陆地生态系统表现为一个弱碳源。生物物理模型、生物地理模型和生物地球化学模型陆续被开发出来用于研究工作,并取得了一定的成果,但是研究结果仍然存在很大的不确定性。在未来的数年甚至是数十年间,气候变暖与全球变化的其它表现间的协同影响将是下一步的研究重点,气候变暖和陆地生态系统间的双向反馈作用机制是进行更准确研究的理论基础,生态系统结构和功能对气候变化的适应性是准确理解和预测未来气候情景下陆地生态系统碳循环的前提。     

陆地碳循环的动态非平衡假说

生态系统维持物质与能量的动态平衡是地球系统孕育与维持生物多样性的重要基础。自工业革命以来, 人类活动导致陆地生态系统的碳循环转变为动态非平衡,进而使陆地生态系统的结构与功能出现许多难以预测的变化动态。本文阐释了陆地生态系统碳循环的动态非平衡假说。该假说构建于陆地碳循环内部过程的四点基本特征和五类外部驱动因素。基于这些内部特征与外部因素, 本文归纳了陆地生态系统碳循环动态非平衡在不同时间与空间尺度的表达现象, 并从观测、实验与模型的角度讨论了其检测方法。陆地生态系统碳循环的动态非平衡假说不仅有助于我们理解复杂的陆地碳循环现象, 也为预测未来陆地碳汇动态提供了新的理论框架。     

菌根真菌在陆地生态系统碳循环中的作用

在陆地生态系统中,土壤、植被与大气之间有着可观的碳交换通量,陆地生态系统碳循环也和全球气候变化密切关联。菌根真菌可与绝大多数陆地植物建立菌根共生关系,通过矿质养分-碳交换连接起生态系统地上与地下部分,深度参与和影响陆地生态系统的碳循环过程。该文从碳的输入,土壤有机质的形成、稳定和分解等4个关键环节分别论述了菌根真菌在陆地生态系统碳循环中的作用。研究表明,菌根真菌在陆地生态系统碳的输入过程中扮演关键角色,其通过改善植物矿质营养,参与植物逆境响应,影响植物的光合作用强度,以及调控植物多样性与生产力之间的关系等多种途径,维持或提高植被初级生产力;大气中的CO₂被植物固定后,一部分碳经由菌丝网络输送到土壤中,随后经微生物的分解和转化,与矿物结合或被团聚体包裹而被稳定在土壤中;同时,菌根真菌通过影响根际激发效应和菌丝际生物化学过程,如分泌特定胞外酶,与菌丝际微生物互作,驱动芬顿反应,以及与腐生微生物竞争等,调控土壤有机质的分解和转化过程。考虑到菌根真菌对环境和气候变化的敏感性,该文还探讨了全球变化因子对菌根真菌介导的碳循环过程的影响。最后,该文对未来研究方向进行了展望,并提...     

土壤溶解性有机碳在陆地生态系统碳循环中的作用

土壤溶解性有机碳(DOC)是有机碳库的活跃组分,在陆地生态系统碳循环中发挥重要作用.本文从碳循环重要性着手,综述了土壤DOC在土壤碳固持与温室气体排放中的作用;结合我国的现实情况(如土壤酸化、气候变暖等),探讨了土壤DOC的相关影响因素如土壤性质、环境因素、人为活动对土壤DOC的影响及作用机制,对进一步理解土壤DOC在陆地生态系统碳循环与温室气体减排中的作用具有重要意义.     

兴安落叶松人工林生态系统营养元素生物地球化学循环特征

生态系统营养元素的生物地球化学循环是生态系统重要功能过程之一。营养元素循环和动态平衡过程直接影响生产力水平,并直接关系到生态系统的连续与稳定。因此,营养循环     

林冠附生物在森林生态系统养分循环中的作用

1　引　言林冠是森林生态系统中重要的组成部分。由于认识上、技术上和其它方面的原因 ,过去一直都把林冠当作“黑箱”来研究。近 2 0年来 ,随着对林冠生物多样性、林冠附生物在生态系统功能过程影响认识和研究技术上的提高 ,对林冠附生物的研究已逐步从个体水平转移到系统水平上。林冠现在被认为是一个适宜于许多动植物种类生存的场所 ,其物种数量比原先所想象的更为丰富。通过对林冠的研究 ,促进了对天然林生态系统中养分循环的了解 ,以及林冠干扰或破坏对自然和人类活动的影响。其中林冠附生物质在森林生态系统养分循环过程中的作用和影…     

城市生态系统中土壤动物研究及应用进展

城市生态系统是一个以人群 (居民 )为核心 ,包括其它生物 (动物、植物、微生物等 )和周围自然环境以及人工环境相互作用的系统[8] 。近年来许多学者就城市中大气和水的有关问题进行了研究 ,而对城市土壤的相关研究开展的相对较少 ,对于直接受土壤质量变化影响的土壤动物 ,在城市生态系统中的研究也不多。土壤动物作为生态系统的组成部分 ,可以通过自身的运动分解有机物质 ,促进物质的循环和能量的流动 ,并通过群落及细胞组织病理学的变化 ,监测环境质量的变化。因此 ,开展对城市生态系统中土壤动物的研究 ,拓展城市生态系统的研究内容和方法…     

一个农牧结合生态系统营养循环的源,库,流

一个农牧结合生态系统营养循环的源、库、流曾江海,张玉铭（中国科学院石家庄农业现代化研究所０５００２１）Ｓｏｕｒｃｅ,ＰｏｏｌａｎｄＦｌｕｘｏｆＮｕｔｒｉｅｎｔＣｙｃｌｉｎｇｉｎａＣｏｍｂｉｎｅｄＡｇｒｏ－ＡｎｉｍａｌＨｕｓｂａｎｄｒｙＥｃｏｓｙｓｔｅ...     

子午岭林区生态系统转换对土壤有机碳特征的影响

生态系统转换影响土壤有机碳的动态、循环及环境质量.本研究分析了子午岭林区农田、草地、灌丛和森林不同生态系统土壤总有机碳、活性有机碳和稳定性有机碳含量.结果显示:各生态系统中,表层(0~10 cm)土壤总有机碳含量显著高于深层土壤(40~70 cm).与农田生态系统表层土壤相比,草地、灌丛、森林生态系统土壤总有机碳含量分别增加82.07%、121.67%和183.16%,深层土壤有机碳含量也有类似的趋势;从增加的绝对值来看,表层土壤活性有机碳含量分别增加2.24、4.13和5.43 g/kg,土壤稳定性有机碳含量分别增加4.76、6.23和10.18g/kg.表明农田生态系统转换为林、草生态系统,有利于土壤有机碳的积累.而且,土壤作为碳“汇”的功能增强,更有利于CO2固定和生态环境改善.     

微生物在碳的海洋生物地球化学循环中的作用

微生物在碳的海洋生物地球化学循环中的作用郑天凌,王海黎,洪华生（厦门大学环境科学研究中心３６１００５）ＲｏｌｅｏｆＭｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｉｎＢｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｙｃｌｉｎｇｏｆＣａｒｂｏｎｉｎＯｃｅａｎｓ．￥ＺｈｅｎｇＴｉａｎｌｉｎｇ...     

增强的UV—B辐射对麦田生态系统Mg和Zn累积和循环的影响

近 2 0多年以来 ,ＵＶ Ｂ辐射增加对植物个体的影响受到了广泛的关注 ,而对植物群体和生态系统的影响仍然知道的很少[2 ] 。仅见ＵＶ Ｂ辐射对副极地石南灌丛和沙丘草地生态系统物种结构、生长、物候和叶分解等方面有报道[3,4 ] 。ＵＶ Ｂ辐射影响植物Ｍｇ和Ｚｎ吸收和运转[5～ 7] ,但对营养累积和物质循环的影响了解甚少[3] 。因此 ,大田条件下 ,植物群体和生态系统水平的营养累积和物质循环对ＵＶ Ｂ辐射的响应与反馈的研究 ,对于真实评估ＵＶ Ｂ辐射对生态系统的影响是必不可少的[2 ] 。ＵＶ Ｂ辐射对春小麦生长、生理、群体结构、植物营…     

苏南丘陵次生栎林生态系统磷素循环的系统分析与预测

森林生态系统中的养分循环是该系统的主要功能之一 ,历来为许多研究者所重视[1,4 ,5] 。磷是植物生长发育所不可缺少的重要营养元素 ,它对促进林木生长 ,提高林业生产力具有很大作用。以往有关森林生态系统磷素循环的研究 ,大多忽视了根系凋落归还的作用 ,从而影响循环结果及其相应评价。为此 ,研究了苏南丘陵次生栎林生态系统磷素循环 ,并进行系统分析 ,建立生态系统磷素动态模型 ,预测并分析其变化规律 ,为制定合理的经营管理措施 ,保持林业持续发展提供理论依据。1　自然概况与研究方法1.1　自然概况试验地位于江苏省句容县境内 ,东经119…     

Microbiotic Crusts and Ecosystem Processes

Microbiotic crusts are biological soil crusts composed of lichens, cyanobacteria, algae, mosses, and fungi. The biodiversity of these crusts is poorly understood; several cosmopolitan species dominate in most areas, but many species are confined to one or a few sites. Nitrogen fixation by organisms within the crust can be the dominant source of nitrogen input into many ecosystems, although rates of nitrogen input are limited by water availability, temperature, and nitrogen loss from the crust. Photosynthetic rates of the microbiotic crust can be 50% of those observed for higher plants, but the contribution of crusts to carbon cycling is not known. The microbiotic crust binds soil particles together, and this significantly increases soil surface stability and resistance to erosion. Greenhouse studies have found that crusts can enhance seed germination, seedling survivorship, and plant nutrient status, but further experiments are needed under field conditions. Crusts are extremely susceptible to surface disturbance and fire, and disruption of crusts can decrease soil fertility and stability resulting in lower nutrient availability for vascular plants and significant soil loss from the ecosystem.