变化的地球面临挑战——全球变化开放科学大会简介

由国际生物圈地圈计划 (简称 IGBP)、国际全球环境变化中人类空间计划 (简称 IHDP)、世界气候研究计划 (简称 WCRP)和国际多样性研究计划 (简称 DIVERSITAS)等四个国际项目共同组织的全球变化开放科学大会于 2 0 0 1年 7月 1 0～ 1 3日在荷兰阿姆斯特丹举行。会议的主题是“变化的地球面临挑战”。来自全球近 1 0 0个国家和地区约 2 0 0 0名科学家参加了会议 ,其中中国科学家近 80人 (含台湾科学家 7人 )。1　会议背景随着人类和社会的发展 ,人类活动全面改变着地球的环境。人口增长、CO2 等温室气体排放增加、以及土地利用和覆盖…     

未来地球——全球可持续性研究计划

全球环境变化与可持续发展是当今人类社会面临的两大重要问题,为了运用新的科学知识应对全球变化产生的重大问题,实现可持续发展,国际科学联盟提出了“未来地球”计划。该计划整合了现有四大国际研究计划(IGBP、IHDP、WCRP和DIVERSITAS),成为应对全球环境变化、推动全球可持续发展的科学联盟。计划宗旨是发展有效应对全球环境变化所带来的风险与机遇的知识,支持向可持续性转变。该计划重视科研项目的协同设计、侧重不同尺度的研究、提供有力的决策支持和科学的政府间评估,并将围绕动态星球、全球发展、可持续性转变三个主题开展研究。中国当前发展也面临诸多问题,应对全球变化对中国既是挑战也是机遇,中国将积极参加“未来地球”计划,结合中国国情与特色科学问题,加强与国外科研单位的沟通,探索适合自身的可持续发展道路。     

国际生物多样性研究科学计划与热点述评

生物多样性与人类生活密切相关.近年来不断加剧的人类活动,对生物多样性造成了严重破坏.已有研究表明,地球上的物种正以前所未有的速度丧失.为了遏止这种状况,目前,世界上许多国际组织和国家都对生物多样性及其相关问题展开研究,并制定了与生物多样性保护相关的法规和战略计划,也采取了许多保护生物多样性的行动.DIVERSITAS是国际全球环境变化(GEC)四大研究计划之一,也是生物多样性领域最大的国际科学计划, DIVERSITAS于2001年开始启动了第Ⅱ阶段研究并确定了新的核心研究计划和跨学科交叉网络计划.世界自然保护联盟(The World Conservation Union,IUCN)在2008年发布了<塑造可持续的未来:IUCN 2009～2012年计划>,提出了5个优先主题领域.欧盟于2006年通过了一项保护生物多样性的新战略--<2010年及未来阻止生物多样性丧失:人类福祉的可持续生态服务>.此外,很多国际/国家基金组织还发起了一些全球性的生物多样性计划,如国际海洋生物普查计划、生命之树计划、国际生命条码计划等.本文对上述生物多样性保护和研究的国际计划予以概要介绍和评述,并指出当前国际上生物多样性研究的主要热点,即:生物多样性变化与生态系统功能;生物多样性和生态系统服务的价值评估;生物多样性与气候变化;生物多样性长期动态监测;生物多样性的评价指标等.     

全球变化背景下内蒙古草原土壤微生物多样性维持机制研究进展

全球变化对人类环境的影响是近几十年世界广泛关注的热点之一。内蒙古草原不仅是我国重要的牲畜和饲料生产基地, 而且有着不可替代的生态系统功能。土壤微生物是地球上多样性最高的生物类群, 在驱动碳氮循环等多种生态系统过程中发挥着至关重要的作用。由于研究技术的限制和群落结构复杂等原因, 土壤微生物生态学研究还处于描述性阶段, 理论研究还很缺乏。鉴于此, 利用分子生物学技术尤其是新一代测序技术, 从理论层面上系统地研究全球变化背景下我国北方草地微生物多样性的维持机制具有重要意义。本文在比较各种环境变化对土壤微生物群落的相对影响的基础上, 分析全球变化对微生物多样性影响的物理化学和生态学机制, 并对未来内蒙古草原微生物多样性的重点研究领域进行了展望, 包括: (1)加强全球变化多因素综合研究; (2)加强微生物多样性维持的生态学机制的研究; (3)加强地上与地下多样性关联机制的研究; (4)加强全球大尺度多生态系统的整合研究。     

跨越世界之巅

在TPE国际计划自2009年正式启动以来的5年中,第三极地区的环境研究取得了很大的进展,如冰川变化,季风与西风的相互作用及生态系统响应等方面。未来希望扩展到青藏高原周边地区,深入探索第三极环境变化对全球气候变化的影响,为"未来地球计划"作出贡献,为区域与全球环境保护作出努力。     

丰硕的二十年—人与生物圈计划在中国

人与生物圈计划(Man and the Biosphere Programme,简称MAB)是联合国教科文组织(UNESCO)于1971年发起的一项政府间跨学科的大型综合性的研究计划。这是一项致力于全球环境与发展的长期性科学研究,目的在于通过多学科(包括自然科学与社会科学)相结合,研究人与环境之间的关系,为资源和生态系统的保护及持续发展提供科学依据;通过培训、示范、信息传播等方式,提高人类对生物圈的有效管理能力。MAB计划和以往有关资源与环境的科学计划相比,更注重于解决人类当前所面临的问题;对人为因素在生物圈中所起的作用从观念上发生了改变,逐渐认识到人类活动对生物圈的作用正在改变着不断变化的环境总体。换言之,人类是生物圈大家庭中重要的一员,而且是最积     

协同应对全球变化, 促进可持续发展——"未来地球2025愿景"

2014年11月,国际科学联盟发布了"未来地球2025愿景"。愿景制定了未来十年该计划的学科发展体系,提出将推进以解决问题为导向的科学研究,加强交叉学科发展,贯彻"协同设计、协同实施、共享成果"的创新思路,发展新知识应对全球变化挑战,向可持续性转变。从总体构想、学科发展、创新思路、预期成果四个方面阐述了"未来地球2025愿景"。同时,认为我国应以"未来地球"计划为契机,深刻理解可持续发展内涵,转变发展观念;在自然科学和社会科学方法的基础上发展综合集成研究,构建"经济-社会-环境"健康发展系统;重视交叉学科与前沿领域研究,发展新知识,应对全球变化挑战。     

转型期城市生态学前沿研究进展

城市是一类以人类活动为中心听社会－经济－自然复合生态系统。城市人类活动对局地、区域和全球环境的胁迫效应,自然生态系统的响应机制,城市时、空、量、构、序的耦合规律、动力学机制和控制论方法是当前国际社会和学术界关注的热点。介绍了转型期城市人类生态影响研究的一些主要国际科学计划,如ＳＣＯＰＥ及ＩＨＤＰ等,综述了城市生态学研究三大前沿领域的国际研究动向和案例,即人居生态学、产业生态学和城镇生命支持系统生态     

生态保护与修复理论和技术国外研究进展

人类进入的21世纪,是一个人类真正需要进行生态反思的世纪。反思我们与自然的关系,反思我们与地球生命支持系统中植物、动物、抑或微生物的关系,反思我们与地球环境保障系统中的江河湖海、山川大地、森林草原、城镇乡村的关系。地球生物圈尚存的完整自然生态系统愈来愈少,人类未来生存、发展及适应全球变化的珍贵缓冲区（buffers）正快速萎缩,地球表面随处可见的3D系统（degraded,damaged and destroyed ecosystems）正快速增加,人类生命支撑系统中最为重要的生物多样性也正以前所未有的速度丧失,人类生存与发展之基失稳,亟待从生态保护理念出发,探索生态技术解决方案。在辨析生态、生态保护与生态修复内涵的基础上,基于文献计量学方法,以生态保护（ecological protection）和生态修复（ecological restoration）为主题词在Web of Science上检索了生态保护与生态修复近70年发文量及国际主流杂志发文量,分析了生态系统退化机制及驱动力,总结了国外生态保护与生态修复所依托的先进理论和技术方法,以期为我国生态系统保护与退化生态系统修复提供一定的理论指导。     

《全球环境变化》——人类和决策领域的新杂志

人类居住的地球日益受到人为作用的影响,这些影响不但威胁人类本身的生活而且威胁全球生命系统的持续发展。然而,人类可在这些变化之前采取一系列措施,以减少或降低其影响或制定对付其残余负作用的计划。为此《全球环境     

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     

土壤微生物对气候变暖和大气N沉降的响应

 气候变暖和大气N沉降是近一、二十年来人们非常关注的全球变化现象,它们所带来的一系列生态问题已成为全球变化研究的重要议题。它们不 仅影响地上植被生长和群落组成,还直接或间接地影响土壤微生物过程,而土壤微生物对此做出的响应正是生态系统反馈过程中非常重要的环 节。该文分别从气候变化对土壤微生物的影响（土壤微生物量、微生物活动和微生物群落结构）和土壤微生物对气候变化的响应(凋落物分解、 养分利用与循环以及养分的固持与流失)两个角度,综述近期土壤微生物对气候变暖和大气N沉降响应与适应的研究进展。气候变暖和大气N沉降 对土壤微生物的影响更多地反映在微生物群落的结构和功能上, 而土壤微生物量、微生物活动和群落结构的变化又会通过改变凋落物分解、养 分利用和C、N 循环等重要的土壤生态系统功能和过程做出响应,形成正向或负向反馈,加强或削弱气候变化给整个陆地生态系统带来的影响。 然而,到目前为止土壤微生物的响应对陆地生态系统产生的最终结果仍是未决的关键性问题。     

中国气候－植被关系初探

气候－植被分类必须强调气候因子的综合影响及其指标的区域性。一般的气候观测缺乏在生物学上具有重要与综合的作用或代表性,而区域潜在蒸散包括从所有表面的蒸发与植物蒸腾,并涉及到决定植被分布的两大要素：温度和降水。因此,区域潜在蒸散具有作为植被－气候相关分析与分类的综合气侯指标的功能。本文首次根据区域潜在蒸散对气侯－植被关系的热量与水分指标进行了初步探讨,提出了进行气候－植被关系的热量指标（ＴＩ）和区域湿润指标（ＲＭＩ）,并据此对中国气侯－植被关系进行了初步的定量研究。该研究对于了解气候－植被之间的相互关系,正确地评估和预测全球变化对人类及生物所赖以生存的生态环境的影响具有重要的理论和现实意义。     

Net primary and ecosystem production and carbon stocks of terrestrial ecosystems and their responses to climate change

Evaluating the role of terrestrial ecosystems in the global carbon cycle requires a detailed understanding of carbon exchange between vegetation, soil, and the atmosphere. Global climatic change may modify the net carbon balance of terrestrial ecosystems, causing feedbacks on atmospheric CO₂ and climate. We describe a model for investigating terrestrial carbon exchange and its response to climatic variation based on the processes of plant photosynthesis, carbon allocation, litter production, and soil organic carbon decomposition. The model is used to produce geographical patterns of net primary production (NPP), carbon stocks in vegetation and soils, and the seasonal variations in net ecosystem production (NEP) under both contemporary and future climates. For contemporary climate, the estimated global NPP is 57.0 Gt C y^–1, carbon stocks in vegetation and soils are 640 Gt C and 1358 Gt C, respectively, and NEP varies from –0.5 Gt C in October to 1.6 Gt C in July. For a doubled atmospheric CO₂ concentration and the corresponding climate, we predict that global NPP will rise to 69.6 Gt C y^–1, carbon stocks in vegetation and soils will increase by, respectively, 133 Gt C and 160 Gt C, and the seasonal amplitude of NEP will increase by 76%. A doubling of atmospheric CO₂ without climate change may enhance NPP by 25% and result in a substantial increase in carbon stocks in vegetation and soils. Climate change without CO₂ elevation will reduce the global NPP and soil carbon stocks, but leads to an increase in vegetation carbon because of a forest extension and NPP enhancement in the north. By combining the effects of CO₂ doubling, climate change, and the consequent redistribution of vegetation, we predict a strong enhancement in NPP and carbon stocks of terrestrial ecosystems. This study simulates the possible variation in the carbon exchange at equilibrium state. We anticipate to investigate the dynamic responses in the carbon exchange to atmospheric CO₂ elevation and climate change in the past and future.     

Responses of Terrestrial Ecosystems’ Net Primary Productivity to Future Regional Climate Change in China

The impact of regional climate change on net primary productivity (NPP) is an important aspect in the study of ecosystems’ response to global climate change. China’s ecosystems are very sensitive to climate change owing to the influence of the East Asian monsoon. The Lund–Potsdam–Jena Dynamic Global Vegetation Model for China (LPJ-CN), a global dynamical vegetation model developed for China’s terrestrial ecosystems, was applied in this study to simulate the NPP changes affected by future climate change. As the LPJ-CN model is based on natural vegetation, the simulation in this study did not consider the influence of anthropogenic activities. Results suggest that future climate change would have adverse effects on natural ecosystems, with NPP tending to decrease in eastern China, particularly in the temperate and warm temperate regions. NPP would increase in western China, with a concentration in the Tibetan Plateau and the northwest arid regions. The increasing trend in NPP in western China and the decreasing trend in eastern China would be further enhanced by the warming climate. The spatial distribution of NPP, which declines from the southeast coast to the northwest inland, would have minimal variation under scenarios of climate change.     

基于潜在植被的中国陆地生态系统对气候变化的脆弱性定量评价

 陆地生态系统对气候变化的响应及其脆弱性评价研究是当前全球变化领域的重要内容之一。该研究在生态系统过程模型的基础上，耦合了潜在 植被对气候变化的动态响应，模拟气候变化对潜在植被分布格局和生态系统主要功能的影响，以潜在植被的变化次数和变化方 向定义植被分布 对气候变化的敏感性和适应性，以生态系统功能特征量的年际变率及其变化趋势定义生态系统功能对气候变化的敏感性和适应性，进而对生态 系统的脆弱性进行定量评价，分析不同气候条件下我国陆地生态系统的脆弱性分布格局及其区域特点。结果表明，我国自然生态系统气候脆弱 性的总体特点为南低北高、东低西高，气候变化将会增加系统的脆弱性。采用政府间气候变化委员会排放情景特别报告国内和区域资源情景， 即IPCC-SRES-A2气候情景进行的预测模拟表明，到21世纪末我国不脆弱的生态系统比例将减少22%左右，高度脆弱和极度脆弱的生态系统所占的 比例较当前气候条件下分别减少1.3%和0.4%。气候变化对我国陆地生态系统的脆弱性分布格局影响不大。不同气候条件下，高度脆弱和极度脆 弱的自然生态系统主要分布在我国内蒙古、东北和西北等地区的生态过渡带上及荒漠-草地生态系统中。总体而言，华南及西南大部分地区的生 态系统脆弱性将随气候变化而有所增加，而华北及东北地区则有所减小。     

Validation of the Integrated Biosphere Simulator in simulating the potential natural vegetation map of China

The Integrated Biosphere Simulator (IBIS)—a Dynamic Global Vegetation Model—was validated by simulating the potential natural vegetation map of China using data on monthly mean climate from 1961 to 1990, soil texture, and topography. Although the vegetation map simulated by IBIS was able to describe the sketch of vegetation patterns in China, the distributions of several plant functional types (PFTs) and vegetation types were still simulated incorrectly, especially in eastern temperate areas, southern subtropics, the southern Sichuan basin, and the Hengduan mountains area. By adjusting some of the climatic constraints and physiological parameters of PFTs defined in IBIS, the simulated distributions of PFTs became reasonable, and the simulated vegetation map fitted the natural vegetation map better. The kappa statistic between the simulated and the natural vegetation maps was 0.76, an increase of 16.9% from the previous parameter adjustment of 0.65. Correspondingly, the degree of agreement between these two maps rose from “good” to “very good”. After the parameter adjustments, IBIS became more suitable for the large-scale simulation of Chinese natural vegetation distributions and could provide a powerful support to reveal the dynamic responses of terrestrial ecosystems to climate change in China.     

全球降水格局变化下土壤氮循环研究进展

自然和人为因素导致全球降水格局发生改变,降水变化势必影响土壤氮循环,从而影响陆地生态系统生产力和多样性,然而不同降水变化类型对土壤氮循环的影响仍然缺乏足够的认识。因此,本文综合分析了全球和我国降水格局变化特征,简要介绍了6种降水格局变化下土壤氮循环的研究方法（长期降水固定观测、野外降水控制实验、自然降水梯度、室内培养、模型和遥感）,系统综述了3种降水变化类型（降水波动、干旱、干湿交替）,以及降水与温度、氮沉降等交互作用对土壤氮循环影响的研究进展与存在的问题,并展望了未来研究方向,为评估和预测未来降水变化对陆地生态系统功能的影响提供理论依据。     

自然植被净第一性生产力模型初探

 本文根据植物的生理生态学特点及联系能量平衡方程和水量平衡方程的区域蒸散模式建立了联系植物生理生态学特点和水热平衡关系的植物的净第一性生产力模型：该模型的建立为宏观地确定地带性景观的生产潜力、植物净第一性生产力的区域分布和全球分布,以及全球变化的影响提供了理论基础,对于合理地利用气候资源,扬长避短,充分发挥气候生产潜力,最大限度地提高植物的产量具有重要的意义。     

近30年中国陆地生态系统NDVI时空变化特征

气候变化已明显影响到陆地植被的活动,但在不同生态系统间存在差异,研究不同陆地生态系统归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征,不仅可揭示各生态系统植被活动对气候变化的响应规律,而且可为我国不同生态区制定应对气候变化的策略和生态文明建设提供科学依据。基于1982—2012年GIMMS NDVI3g和中国陆地生态系统类型数据,利用一元线性回归、集合经验模态分解和相关分析等方法,研究了近30年中国各陆地生态系统NDVI的时空变化特征,分析了其与气候事件的关系。结果表明,近30年中国植被活动显著上升,年平均归一化植被指数(ANDVI)的上升幅度为0.0029/10a(P0.05),年最大归一化植被指数(MNDVI)的上升幅度为0.0076/10a(P0.01);植被活动显著增强的区域主要是分布在东部季风区的农田和森林生态系统,显著下降的区域主要是分布于西北的荒漠生态系统和东北的森林生态系统;尽管ANDVI和MNDVI线性趋势的显著性有所差异,但农田、森林、草地和水体与湿地生态系统的NDVI总体呈非稳定的上升趋势,上升过程中伴随着较大波动,荒漠生态系统的NDVI呈下降趋势,植被退化显著;与线性趋势不同,各生态系统植被活动的残差趋势包含"上升—下降"两个阶段,并相继于20世纪90年代到21世纪初发生转折;上述5类生态系统的植被活动存在不同尺度的周期特征,年际周期波动特征(1.9—7.6a)比较显著,而年代际周期(10.7a和22.2a)的显著性相对较差;各生态系统的空间异质性在趋强过程中存在2.1—7.1a的年际周期节律;海洋与大气环流的短周期脉动与各生态系统植被活动的周期性节律有着明显关联,ENSO事件和太阳活动是推动植被活动周期性振荡的重要因素。