火干扰与生态系统的碳循环

火干扰是陆地生态系统碳循环的重要影响因子。它改变着整个系统的碳循环过程与碳分布格局。正确评估火干扰在碳循环过程中的作用,对推进全球碳循环研究有着重要的意义。从4个方面系统的回顾了火干扰对碳循环的影响过程及其研究方法:(1)火烧过程中含碳痕量气体排放的估算;(2)火烧迹地恢复过程中净第一性生产力(NPP)与土壤呼吸的变化;(3)火干扰对生态系统碳源/汇的影响;(4)模型方法在火干扰与生态系统碳循环研究中的应用。目前火灾碳排量的估算方法业已成熟,但进行更精确的估算必须基于对受干扰生态系统的性质以及火势的时空变异性质的准确理解;相比之下,对于间接的、更为重要的影响,即对火烧迹地恢复过程中碳循环变化的研究则显不足。由于数据缺乏,现有研究大多限于对碳循环某一方面的观测与定量描述,缺乏全面的机理性分析。对此,实地观测、模型模拟与遥感观测的跨尺度集成将成为未来火干扰研究的一个主要方向。     

火在生态系统中的作用

前言火对植被的影响是在近十多年来才被完全确认的。在二十世纪的大部分时间内,火常常被认为是破坏生态系统的非自然因子;然而,植被学家、人类学家、地理学家和其他许多学者都认为北美的土族印地安人和其他许多民族曾广泛地利用火作为土地管理的工具(Van-     

火对森林主要生态系统过程的影响

火及火生态学是当代生态系统生态学研究最为深入的领域之一.理解火生态效应及其基本原理,对降低野火灾害并适当利用火作为一种有效管理手段起着关键的作用.本文介绍了目前火对若干具倾火性的生态系统（尤其是位于北美的寒温带及温带森林生态系统）影响的研究进展,并着重论述了火作为一种主导性的力量在植被动态、养分循环、土壤及水分关系的紧密关联过程中所起的作用.火通过以下主要过程影响生态系统的组成、结构和功能,即选择性地保留和去除物种,释放贮于生物量中的养分且增进其循环,藉改变土壤微生物活动及水分关系等影响土壤性能,并形成异质的时空环境镶嵌格局,而这些变化反过来又进一步影响火行为及其生态效应.火作为一种毁灭性的力量能迅速消耗大量生物量,并导致继后的土壤侵蚀、水土流失和空气污染等负面影响;但火作为一种建设性力量,对维持一些对火有依赖性的生态系统的健康及持续具有极重要的作用.考虑到火在生态系统过程中的独特调节作用,火应被视为生态系统及其管理中有机组分之一.火对生态系统的影响取决于火情势（包括火发生的季节、规模大小、频率及强度等）、植被类型、气候条件、物理环境及评价所用的时空尺度.未来有必要加强有关火对一些特定生态系统的作用研究,尤其是基于长期试验性的监测和模型来研究火对生态系统时空变化的影响.     

重力生态学与农田生态系统生产力

农田生态系统是对人类生存发展具有重大影响的生态系统之一。农田生态系统生产力水平与影响作物生长发育的自然环境因子如光、气、热、水、肥、土等具有不可分割的联系。其中一些环境因子如光、气、热等在一定的区域内和较长的时间范围内并无显著变化差异,     

臭氧污染与陆地生态系统生产力

空气污染的严重性、普遍性和不断发展的趋势及其对陆地生态系统生产力造成的重大影响已引起科学工作者的高度重视,成为一个急需解决的重要课题。对流层臭氧(O₃)在空气污染现状与未来发展趋势中占据重要角色,该文重点探讨了O₃对陆地生态系统生产力的光合、分配、生长和产量形成等主要过程的影响及其对整个生态系统的长期效应,并评述了相关研究方法进展。主要结论包括:O₃在生产力形成过程中的每个环节中都有着不同程度的负面影响,通过影响光合作用和气孔导度,减少根冠比改变碳分配量,而最终导致粮食生产和森林生物量损失率高达30%;气候变化、CO₂和O₃协同作用对植物影响较为复杂,有促进也有抑制;生态系统模拟已成为研究O₃污染影响陆地生态系统生产力的主要方法之一,在区域评估和未来气候预测方面都具有重要作用。     

中国森林生态系统净初级生产力时空分布及其对气候变化的响应研究综述

植被生产力是表征植被活力的关键变量,能够反映陆地生态系统的质量状况。森林净初级生产力(NPP)对气候变化的响应研究,是理解森林生态系统碳收支的基础,有助于认识气候变化与森林生态系统的相互作用机制,因而对于深刻理解陆地碳循环和全球变化均具有重要意义。目前我国已有大量针对近几十年国家和区域尺度上植被NPP时空分布的研究,其中专门针对森林生态系统NPP的研究也有不少。研究尺度多为全国范围或者片段式区域,以行政区或流域尺度最为多见。然而,这些研究总体比较分散,其中部分研究的结果、结论并不一致甚至相悖,尚缺乏异同性分析与比较,也缺乏系统性和综合性。这并不利于全面掌握我国相关研究的整体情况、了解清晰明确的研究结论以及进行更深层次的规律及原因探究,也非常影响对森林NPP的精确评估及机理认识,因而,对相关研究成果进行梳理、整合和总结非常有必要。鉴于此,本文收集了近几十年我国植被NPP研究的相关文献,依据其研究结果,系统地综述了全国及区域尺度森林生态系统NPP的时空分布规律及未来可能变化趋势,揭示出NPP与气候因子(以CO₂、温度、降水为主)的关系及对气候变化的响应情况,并指出目前...     

生态系统学中的生产力及其有关概念

生态系统学中的生产力及其有关概念鲁开宏（山东大学生物学系济南２５０１００）生态系统的基本功能,从根本上来说,可以归结为三流：能量、物质流和信息流。一个生态系统,不管它有多少种不同的具体功能,都是由这三流所派生的,或者是其在不同组合上的具体表现。信息是...     

天山北坡不同海拔梯度山地草原生态系统地上净初级生产力对气候变化及放牧的响应

以天山北坡三工河流域为例,利用改进后的Biome-BGC模型分别模拟了仅气候变化（Clm）、气候变化与放牧联合作用（ClmGra）下研究区不同海拔梯度3种山地草原生态系统（低山干旱草原,LAG;森林草甸草原,FMG;高寒草甸草原,AMG）1959—2009年地上净初级生产力（Aboveground Net Primary Production,ANPP）的动态,并通过假设27种放牧强度情景（0—8 羊/ha）模拟了其ANPP随放牧强度增加的变化趋势。近50年气候变化致使研究区各海拔梯度草原生态系统ANPP整体均呈上升趋势,但在放牧联合作用下,不同草原类型ANPP变化趋势差异显著;放牧导致FMG和AMG的ANPP呈下降态势,分别减少30.0%和33.2%,对比之下,由于1980前较低放牧强度促进了LAG的ANPP,放牧导致其ANPP整体增加1.3%。随着放牧强度增加,LAG的ANPP呈先增后减趋势,且在干旱年份最为显著;而FMG和AMG的ANPP呈显著非线性递减趋势。这些结果表明,近50年气候波动可能有利于中亚干旱区山地草原生态系统生产力的提高,但日益增强的放牧活动导致其净初级生产力显著降低;放牧对FMG与AMG生产力的负面效应随放牧强度增加而增强,但适度放牧可能促进LAG净初级生产力,尤其在干旱年份。     

中国东北地区近50年净生态系统生产力的时空动态

东北地区处于我国最高纬度地区,是全球气候变化最敏感的区域之一,研究东北地区净生态系统生产力对气候变化的响应,对阐明北半球中高纬度陆地生态系统碳源汇格局具有重要意义。基于CEVSA(Carbon Exchange between Vegetation,Soil and Atomasphere)模型,对1961—2010年东北地区净生态系统生产力NEP的时空格局及变化趋势进行分析,并探讨了气候变化与区域碳源汇的关系。结果表明:(1)1961—2010年,东北地区年NEP总量在-0.094PgC/a—0.117PgC/a之间波动,年平均0.026PgC/a,占全国NEP总量的15%—37%。过去50年东北区域NEP没有明显的线性变化趋势,20世纪80年代碳吸收量最高,20世纪90年代后碳吸收量开始下降。(2)东北地区NEP的空间分布呈现出东部高,西部和中部低,北部高,南部低的空间格局。过去50年来,碳源区向大气释放的碳量在减少,碳汇区从大气吸收的碳也在减少。(3)NEP的年际变化与温度呈负相关(r=-0.343,P0.05),与降水呈显著正相关(r=0.859,P0.01),东北地区NEP和年降水量的变化规律基本一致,即同期上升或达到最高值,温度和降水共同作用导致东北地区NEP的年际变化,而年降水量的变化对NEP年际变化起主要作用。在空间上,东北地区NEP与降水呈极显著正相关(P0.01)的面积占研究区域总面积的91.5%,与温度呈显著负相关(P0.05)的面积占31.6%,降水也是决定NEP空间分布的最主要因子。(4)升温伴随降水增加导致1961—1990年NEP呈增加趋势,而其后升温伴随降水减少则是近20年东北区域碳汇能力减弱的重要原因。     

火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响研究进展

土壤呼吸是陆地生态系统与大气碳交换的主要方式,主要分为自养呼吸和异养呼吸。土壤呼吸不仅是森林生态系统碳循环过程的关键环节,也是森林生态系统能量流动和物质循环的重要生态过程。火作为森林生态系统中一个重要的生态因子,可以在短时间内对土壤呼吸组分造成巨大的影响。火干扰对土壤呼吸组分的影响与火烧强度、火烧频率、火烧持续时间以及火后恢复等因子有关,通过影响植被的根系与组成、微生物群落数量与结构,凋落物的数量以及生态系统的环境和小气候等,进而对土壤呼吸产生影响。火干扰对土壤呼吸影响整体表现为火烧后土壤呼吸速率下降,在几个月至几年内恢复到火烧前水平,之后火继续对土壤呼吸产生影响长达数年至数十年。通过描述火烧强度、火烧频率以及火后恢复时间,阐述火干扰对土壤呼吸组分的直接影响,以及通过火后环境对土壤呼吸组分产生的间接影响,来揭示火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响。同时针对火干扰对土壤呼吸组分的影响进行以下3个方面的研究展望：（1）火后产生的黑碳对土壤呼吸组分的影响;（2）火后植被恢复对土壤呼吸组分产生的影响;（3）火后土壤呼吸组分的长期变化规律。     

干旱对陆地生态系统生产力的影响

该文综述了干旱对陆地生态系统生产力的影响,分析了其影响机制,并总结了植被对干旱的响应与适应及其机理机制。干旱通过抑制光合作用来降低陆地生态系统总初级生产力,干旱还可以降低生态系统的自养呼吸和异养呼吸。同时干旱还可以通过影响其它干扰形式来间接影响陆地生态系统生产力,如增加火干扰的发生频率和强度,增加植物的死亡率,增加病虫害的发生等。在生态系统水平上干旱可以降低碳固定,减弱碳汇功能,甚至把生态系统从碳汇改变成碳源。目前生态系统水平上的干旱影响研究主要通过两种方法实现,一种是模型模拟,另一种就是大型模拟实验。作为陆地生态系统生产力的实现者,在干旱胁迫条件下,植物也会采取积极的适应策略以减弱干旱对生态系统生产力的影响,其适应策略主要分以下3种:在一些周期性发生干旱的地区,植物会调整生长期以避开干旱或通过休眠来减弱干旱所造成的伤害;还有一些植物会通过调节体内的代谢过程,改变一些生理特性来抵御干旱;而长期生活在干旱条件下的植物则通过进化来改变了自身的生理生化代谢过程,形成耐旱机制。目前,植物对干旱响应的分子学机制,以及生态系统水平上对干旱的响应和适应仍然是薄弱的领域,也必然成为未来研究的重点。     

东北地区陆地生态系统生产力及其人口承载力分析

 日益增长的人口及其生存环境问题已经成为人类社会生存与可持续发展的关键,亦是区域生态承载力的重要指标。生态系统生产力及其人口承 载力研究不仅可以弄清某一区域所能承载的最大人口数量,而且能为农业生态系统的宏观调控和长远发展规划提供依据。东北老工业基地地处 地球环境变化速率最大的东亚季风区,以气候变暖为标志的全球变化必将影响东北地区生态承载力,进而影响该地区的人口承载力。该研究基 于10 km×10 km 分辨率的东北地区1980～2002年共23年的气象资料,结合植物生理生态特点和水热平衡关系建立的自然植被净第一性生产力模 型和农业生产力模型,借助于地理信息系统软件,分析了东北地区4类生态系统类型：森林、农田、草地和湿地的生产力及其动态,指出东北地 区近23年来年均气温呈显著上升趋势、年降水总体上呈减少趋势。23年来东北地区植被年均总生产力为3.52×10¹¹ kg DM&;#8226;a^－1,其中森林、农 田、草地和湿地的年均总生产力分别为1.53×10¹¹、4.55×10¹⁰、1.07×10¹¹和4.63×10¹⁰ kg DM&;#8226;a^－1,森林、农田、草地和湿地的平均生产 力为5.73×10³、1.84×10³、5.64×10³和5.55×10³ kg DM&;#8226;hm^-2&;#8226;a^－1。在此基础上,以第一性生产-第二性生产之间的生态适应性和能量-物 质流平衡(在食物链上传递机制)为主线,通过对第一性生产力在人类直接消费与第二性生产之间以及各畜群(猪、肉牛羊、禽、奶牛和水产品( 鱼))之间的分配 ,估算了1980～2002年东北地区在宽裕型、小康型与富裕型3种消费水平下,不输出商品粮和每年向国家提供350×10⁸ kg商品 粮条件下的年均总人口承载力分别为2.61×10⁸、2. 15×10⁸和1.77×10⁸;和1.70×10⁸、1.40×10⁸和1.15×10⁸。因此,要确保东北地区每年 向国家提供350×10⁸ kg的商品粮,且在未来东北地区的生活水平要达到富裕型水平,必须控制人口数量。在此基础上,根据2020、2050、2070 和2100年的气候预估资料,预测了2020、2050、2070和2100 年东北地区在宽裕型、小康型和富裕型3种消费水平下的人口承载力分别为2.73× 10⁸、2. 25×10⁸和1.85×10⁸;2.88×10⁸、2.38×10⁸和1.95×10⁸;3.03×10⁸、2.49×10⁸和2.05×10⁸;以及 3.09×10⁸、2.55×10⁸和2.09 ×10⁸。该研究可为东北地区及各省的生态建设与土地资源可持续利用提供参考。     

中国陆地生态系统对全球变化的敏感性研究

根据自然植被净第一性生产力综合模型和农业净第一性生产力模型计算了我国自然植被及农作物的净第一性生产力,结果表明:在所有可能的气候条件下,我国陆地生态系统的生产力表现出由东南向西北递减的趋势及明显的条带状分布,并在新疆地区形成明显的低值区。在年平均气温升高2℃且降水不变的情况下,湿润地区生产力增加幅度最大,约增加1～2tDW·hm~(-2)·a~(-1);在年平均气温升高2℃、年降水增加20％的情况下,干旱、半干旱地区生产力增加幅度最大,约增加0.5～3.0tDW·hm~(-2)·a~(-1);在年平均气温升高2℃、年降水减少20％的情况下,湿润地区生产力提高约0.5～1.0tDW·hm~(-2)·a~(-1),干旱、半干旱地区生产力降低约0.5～2.0tDW·hm~(-2)·a~(-1)。     

大兴安岭北部地区原始林火干扰历史的研究

在大兴安岭阿龙山林业局的一个集水区,通过样地法（９６个样地）,调查了大量的火疤木,研究了景观水平上的火状况。结果表明,由１８２５至１９９３年间样区共发生１４次火灾,火烧种类主要是地表火,但也有少量树冠火;火烧强度主要为弱度火;火场面积通常很大;火烧平均间隔期为３７ａ,火烧轮回期的约３０ａ。这些指标对大于大兴安岭北部林区有一定的代表意义。大兴安岭北部林区的火状况主要决定于兴安落叶松的抗火特性和森林群     

中国森林生产力及其对全球气候变化的响应（英文）

根据国内外关于森林生物生产力的研究资料及其对全球气候变化响应的预测结果,本文对中国的森林生产生产力进行了归纳和总结,对其与全球气候变化的关系作了初步分析。结果表明,中国森林的总生物量为４．０－７．１ＰｇＣ（１ＰｇＣ＝１０＾９ｔＣ）,均值为４．６ＰｇＣ,总生物生产力（不包括经济林和竹林）为０．４－０．６ＰｇＣ．ａ＾－１,均值为０．５ＰｇＣ．ａ＾－１;按已知的全球变化预测结果,ＣＯ２浓度倍增后,中国森     

生物生产力的“4P”概念、估算及其相互关系

生物生产力是指从个体、群体到生态系统、区域乃至生物圈等不同生命层次的物质生产能力,它决定着系统的物质循环和能量流动,也是指示系统健康状况的重要指标。表示生物生产力的概念有总初级生产力（GP P）、净初级生产力（NPP）、净态生态系统生产力（NEP）和净生物群区生产力（NBP）,本文简称“4P”。主要探讨了“4P”概念的内涵和估算以及全球变化对它们的影响;通过生态系统的碳循环,建立“4P” 之间的相互联系,并对若干衍生概念进行定义。尽管生态系统的最终产物（NBP或现存量）占光合总产量的很少一部分,但它是决定物质再生物的资本,维持和决定生态系统的物质再生产。     

自然火干扰对新疆喀纳斯旅游区森林景观树种结构的影响

 自然火干扰是森林生态系统的正常行为, 是决定森林物种构成、群落结构和生物多样性的主要因素。该研究将新疆喀纳斯旅游区作为研究对象, 把自然火干扰和树种结构作为不可分割的整体, 就喀纳斯旅游区树种结构对自然火干扰的响应进行了分析。结果表明, 受自然火干扰林分和长期未受干扰林分的树种结构之间存在明显的差异, 自然火干扰对阔叶针叶树种比、树种丰富度(Ma)和Shannon-Wiener多样性指数(H′)存在极显著的影响, 受自然火干扰后, 三者均表现出增大的特征。此外, 所调查范围内曾发生8次自然火干扰事件, 并且不同时期发生的自然火干扰对以阔叶针叶树种比为特质的季相结构和树种丰富度存在极显著的影响。自然火干扰是影响新疆喀纳斯旅游区季相结构和组成结构的主要因素之一。     

白桦种群的稳定性与火干扰关系的研究

从种群生态学和干扰生态学的角度出发,在火史重建的基础上,采用种群世代划分的方法,研究了大兴安岭北部白桦群的稳定性与火干扰的关系,结果表明：白桦种群的耐火力与自我恢复力都较差,主要依靠很强的火后恢复力维持其稳定性,种群耐火力与长期火状况密切相关,表现为：低频类〈中频类〈高频类。高强类〈中强类〈低强类。火后恢复力与自我恢复力和最近一次火烧强度及距今时间密切相关,火后恢复力与自我恢复力都以低强类〉高强类     

中国农业生态系统的生产潜力和人口承载力

中国农业生态系统的生产潜力和人口承载力是全球关注的问题。本研究将农业生态系统的生产潜力定义为由生物遗传特性和4大宏观生态条件(太阳辐射、温度、水资源和土地资源)共同决定的生产力上限;以无机环境-第一性生产-第二性生产之间的结构适应性和能量-物质流平衡为主线,发展了对农业生态系统生产潜力和人口承载力的综合评价模型,它包括第一性生产潜力子模型和第二性生产潜力与人口承载力优化子模型;并应用该模型把中国农业生态系统分为603个区域单元,进行第一性生产潜力,第二性生产潜力和人口承载力的评价。