广州市红树林和滩涂湿地生态系统与大气二氧化碳交换

在生物量调查和土壤温室气体排放量测定基础上,对广州市红树林和滩涂湿地生态系统与大气CO₂交换进行研究,分析湿地植被净生产力吸收CO₂的能力和不同积水状态下(常年积水、间歇积水、无积水)湿地碳汇功能.结果表明:红树林湿地植被净生产力吸收CO₂ 33.74 t·hm^-2·a^-1,土壤排放CO₂(包括CH₄折算成CO₂的温室效应量)12.26 t·hm^-2·a^-1,湿地每年净吸收大气CO₂ 21.48 t·hm^-2,说明红树林湿地是一个强的碳汇;滩涂湿地植被净生产力吸收CO₂ 8.54 t·hm^-2·a^-1,土壤排放CO₂ 5.88 t·hm^-2·a^-1,排放CH₄ 0.19 t·hm^-2·a^-1,若按碳素折算,湿地每年吸收大气中碳素2.33 t·hm^-2,土壤排放碳素1.74 t·hm^-2包括（CH₄中的碳),系统净固定碳0.59 t·hm^-2,说明滩涂湿地是一个弱的碳汇,若将CH₄的温室效应折算成CO₂量,则土壤排放CO₂ 9.78 t·hm^-2·a^-1,排放比吸收多1.24 t·hm^-2·a^-1,对大气温室效应而言,滩涂湿地是一个弱碳源;常年积水下排放的温室气体主要是CH₄,无积水下排放的温室气体主要是CO₂;常年积水湿地碳汇功能最大,无积水湿地碳汇功能最小.     

洞庭湖白沙洲4种植被系统与大气中碳素交换

近年来由于气候变化,极端天气现象及其相应的自然灾害的频繁发生,致使人类面临严峻的挑战,全球环境问题已备受瞩目。湿地碳循环在全球气候变化中具有不可忽视的作用,研究湿地系统与大气中碳素的交换,有助于深入了解湿地生态系统对大气环境的影响。在生物量和土壤温室气体排放测定的基础上,对洞庭湖白沙洲湿地4种主要植被系统与大气碳素交换进行研究,结果表明:杨树人工林、芦苇和苔草3种植被系统净生产力吸收大气中碳量分别为9.88、6.83.thm-.2a-1和4.07.thm-.2a-1,土壤排放碳量(包括CH4中的碳素)分别为3.08、2.79.thm-.2a-1和2.80t.hm-.2a-1,3种植被系统每年净吸收大气中的碳6.80、4.07t.hm-.2a-1和1.27t.hm-.2a-1,都是大气CO2的汇;黑藻与竹叶眼子菜混交群落净生产力吸收大气碳1.23.thm-.2a-1,土壤排放的碳1.32t.hm-.2a-1,该系统每年向大气净排放0.09t.hm-.2a-1,是一个弱的CO2排放源;将CH4温室效应是CO2的21倍折算成CO2量,杨树林土壤排放CO2量(包括CH4折算成CO2量)为16.19t.hm-.2a-1,比植被净生产力吸收的少16.64t.hm-.2a-1,对大气温室效应而言,该系统是温室气体的汇;芦苇、苔草以及黑藻与竹叶眼子菜混交群落土壤排放CO2量(包括CH4折算成CO2量)分别是43.68、39.19t.hm-.2a-1和32.22t.hm-.2a-1,比植被净生产力吸收的还多20.60、24.27.thm-.2a-1和27.71.thm-.2a-1,对大气温室效应而言,这3种湿地植被系统都是温室气体排放源。     

用于测定陆地生态系统与大气间CO2交换通量的多通道全自动通量箱系统

陆地生态系统与大气间CO2交换是全球碳循环的最重要组成部分,科学地测定其CO2交换通量一直是陆地生态系统碳循环研究的核心工作之一。提高观测的效率和减少观测对自然的干扰,是科学精确地估算区域和全球尺度上的陆地生态系统与大气间CO2交换量的关键。在参考国内外已有的陆地生态系统与大气间CO2交换通量箱式法观测技术的基础上,发展了一套多通道全自动通量箱系统用来连续观测陆地生态系统或土壤与大气间的CO2交换通量。在黄土高原中国科学院长武农业生态试验站的麦田和苹果园中进行了系统测试,结果表明,该系统不但能够实现自动、连续、多点观测,而且对自然环境的影响比较小,在田间的实验观测中,该系统运行稳定,能够比较客观地得到陆地生态系统与大气间的CO2交换通量。     

大气CO2升高及气候变化对中国陆地生态系统结构与功能的制约和影响（英文）

在本顶研究中,我们探讨了大气CO2加倍和气候变化条件下,中国陆地生态系统的结构与功能的变化。与多数研究不同的是,我们耦合了两个以地理空间为参照的生态系统模型,即生物地理模型（KBIOME）和生物地球化学模型（TEM）,用此研究现状和未来的环境下,中国的植被分布和年净初级生产力（NPP）的状况,我们采用3个大气环流模型,（GFDL－Q,GISS和OSU）预测的结果代表潜在气候变化。3个气候模型的预测都煌中国将变得更温暖并总体上更湿润。耦合的模型预测中国陆地生态系统的结构与功能都将产生十分显著的变化。植被的变迁表现为：1）中国东部森林带北移,温带常绿阔叶林面积扩大,较南的森林取代较北的类型;2）森林和草地的总面积增加,这是作为取代干旱藻木林、沙漠和高山苔原的结果。年净初级生产力在大气CO2加倍和气候变化条件下,增加30％左右,与其它研究不同的另一点是,我们可能进一步区分生产力变化的原因,在所增加的生产力中,12％－21％是源于生态系统的取代较低产的生态系统的结果。这项研究预测了未来中国植被和生产力潜在的变化并给出了变化的范围,为同类的研究以及有关的政策评估提供了有用的参考信息。     

云南省农田生态系统碳足迹时空变化及其影响因素

农田碳足迹研究对农田生态系统管理与农业可持续发展具有重要意义,也可表征农田扩展的生态影响程度。利用县域尺度统计数据与空间分析,对云南省农田生态系统近30年的碳足迹的时空演变进行研究。结果表明:1985—2015年期间,云南省农田生态系统碳排放年均增幅为13.9%,化肥施用引起的碳排放贡献率最大,为56%,2015年的化肥单位面积碳排放达到331.6kg/hm2。云南省农田生态系统碳吸收年均增幅为3.04%,稻谷的碳吸收比例最大,为41%,然而,玉米的碳吸收的增幅最大,为8.76%。云南省农田生态系统存在碳生态盈余,且碳足迹总体呈现增长趋势,年均增长率为16.8%,单位面积碳足迹随年份增加不断增长。从空间上看,云南省农田生态系统碳排放、碳吸收在空间上均呈东南高、西北低的分布格局,而碳足迹在空间上呈现东西部高、中部低的分布格局,三者的空间差异和变化幅度差异都较大。     

辐射变化对中亚热带杉木人工林净CO2交换的影响

太阳总辐射是影响森林生态系统碳交换的重要因子.为认识辐射变化对杉木人工林碳交换的影响,本研究利用开路式涡度相关系统和气象梯度观测系统测得的CO2通量和气象因子长期定位监测数据,用晴空指数(kt)表示太阳辐射情况,分析了kt对中亚热带杉木人工林生长季(4-10月)净C02交换(NEE)的影响.结果 表明:晴天时的太阳总辐...     

开放式空气CO2浓度增高影响稻田-大气CO2净交换的静态暗箱法观测研究

首先介绍静态暗箱法 气相色谱法观测确定陆地生态系统地 气CO2 净交换通量的基本原理和方法 ,然后讨论在开放式空气CO2 增加 (FACE)试验中应用该原理和方法观测研究大气CO2 浓度升高对稻田生态系统 大气CO2 净交换通量的影响 .因缺乏必要参数的实际观测值 ,本文只能根据暗箱观测值计算CO2 净交换通量的最小取值NEEmin.NEEmin计算结果表明 ,在插秧 1个月之后的水稻生长期内 ,大气CO2浓度升高 2 0 0± 4 0 μmol·mol-1使稻田生态系统对大气CO2 的净吸收约为对照的 3倍 .为根据暗箱观测准确确定NEE ,还必须在FACE和对照条件下观测水稻植株的暗维持呼吸系数、地上生物量及根冠比动态 .     

大气CO2增加对陆地生态系统微量气体地-气交换的影响

简要综述了近年来国内外在大气CO2浓度增加对微量气体交换影响方面的研究进展,首先介绍了有关大气CO2浓度增加的研究技术和方法,比较了目前两种常用技术开顶箱（OTC）和开放式空气CO2增加（FACE）方法的优缺点,然后着重阐述了用OTC和FACE研究陆地生态系统CH4、N2O、CO2等微量气体的地气交换对大气CO2浓度增加的响应,综合现有的资料表明,大气CO2浓度增加,会促进绿色植物生物量增加,同时改变生物质的C/N,降低有机质的分解速率,增强了陆地生态系统对大气CO2的固特作用;大气CO2浓度增加会提高产甲烷菌的活性和影响CH4的排放过程,有可能导致湿地生态系统CH4的排放增加;大气CO2浓度增加对N2O排放影响的研究较少,且尚无一致的结论;另外,对于其他微量气体,尚没有盯关研究报道,鉴于此,今后应加强大气CO2浓度增加的微量气体地气交换响应研究。     

广州市水生态系统服务价值

根据2005-2010年广州市水文水质资料以及相关统计资料,运用市场价值法、替代工程法等方法,对广州市水生态系统服务功能及其价值进行了评价.结果表明:2005-2010年,广州市水生态系统服务价值分别为749.64× 108、878.60×108、711.98×108、879.07×108、699.62×108和848.67×108元·a-1,呈现“升高—降低—升高”的交替变化趋势;各类型水生态服务价值所占比例在年际间变化不大,总体表现为蓄水＞水供给＞水产品＞旅游＞调节洪水＞水质净化＞水力发电＞航运＞输沙;研究期间,广州市水生态系统服务总价值占当年GDP的比重分别为14.54％、14.47％、9.97％、10.61％、7.66％、7.90％,远高于中国水生态系统服务总价值占全国GDP的比重;广州市年水生态系统服务价值与年水资源总量的年际变化趋势密切相关(r=0.973,P=O.001),但与GDP无明显的相关性(r=-0.119,P=0.843).     

氮素添加对内蒙古草甸草原生态系统CO2交换的影响

氮沉降增加将影响草原生态系统固碳, 但如何影响草原生态系统CO₂交换目前为止还没有定论。同时, 不同类型和剂量氮素对生态系统CO₂交换影响的差异也不明确。选取内蒙古额尔古纳草甸草原, 开展了不同类型氮肥和不同剂量氮素添加条件下生态系统CO₂交换的野外测定。实验设置尿素和缓释尿素2种类型氮肥各5个剂量水平(0、5.0、10.0、20.0和50.0 g N·m^-2·a^-1)。结果显示, 生长季初期及中期降雨量低时, 氮素添加抑制生态系统CO₂交换; 而生长季末期降雨量较高时促进生态系统CO₂交换。随着氮素添加水平的提高, NEE和GEP均显著增加, 当氮素添加量达到10 g N·m^-2·a^-1时, NEE和GEP的响应趋于饱和。2种氮肥(尿素和缓释尿素)仅在施氮量为5 g N·m^-2·a^-1时, 缓释尿素对生态系统CO₂交换的促进作用显著大于尿素, 在其它添加剂量时差异不显著。研究结果表明: 氮素是该草甸草原生态系统的重要限制因子, 但氮沉降增加对生态系统CO₂交换的影响强烈地受降雨量与降雨季节分配的限制, 不同氮肥(尿素和缓释尿素)对生态系统CO₂交换作用存在差异。     

广州市十种森林生态系统的碳循环

为了探讨南亚热带森林生态系统碳循环的规律,在广泛收集资料和试验数据的基础上,对广州10种森林生态系统的碳循环进行研究.结果表明：10种森林生态系统的碳密度在108.35～151.85 t C·hm^-2,其中乔木层碳密度在10.85～48.86 t C·hm^-2,0～60 cm土壤层在87.74～99.01 t C·hm^-2,均低于全国平均水平;从大气流向植被层的碳流量为4.41～9.15 t C·hm^-2·a^-1,植被层流向土壤层的碳流量为0.74～2.06 t C·hm^-2·a^-1,土壤层流向大气层的碳流量为3.94～5.42 t C·hm^-2·a^-1,即系统从大气净吸收碳在0.47～4.97 t C·hm^-2·a^-1之间.各种林分的净系统生产力不同,阔叶林大于针叶林,混交林大于纯林,天然次生林大于人工林.     

城市化过程中广州市农业生态系统服务价值的变化

根据1996、2000、2004和2008年广州市统计数据,运用市场价值法、影子价格法、造林成本法、碳税法和工业制氧法等,分别计算了广州市各农业生态系统的相关服务价值,据此对城市化进程中广州市农业生态系统服务价值进行评估.结果表明：1996-2008年,尽管农田、草地、水体生态系统的生态服务价值有所增加,但因林地生态系统服务价值减小较多（各年份林地生态系统在农业生态系统总服务价值中所占比例均在90%以上）,导致广州市农业生态系统服务价值呈减少的总趋势.各类型生态功能的服务价值所占比例在年际间变化不大,服务价值大小总体表现为：气候调节>气体调节>产品服务>废物处理>土壤形成与保护>生物多样性保护>娱乐文化>涵养水源,且气候调节和气体调节的价值之和占总价值的91%以上.广州市城市化率与农业生态系统服务总价值间呈极显著的负相关关系（R=-0.905,P<0.01）,说明城市化率的提高将导致农业生态系统服务价值的降低.在城市化发展过程中,需要考虑保留适度的农业生态系统,以此保证区域的可持续发展.     

The physics and ecology of mining carbon dioxide from the atmosphere by ecosystems

Reforesting and managing ecosystems have been proposed as ways to mitigate global warming and offset anthropogenic carbon emissions. The intent of our opinion piece is to provide a perspective on how well plants and ecosystems sequester carbon. The ability of individual plants and ecosystems to mine carbon dioxide from the atmosphere, as defined by rates and cumulative amounts, is limited by laws of physics and ecological principles. Consequently, the rates and amount of net carbon uptake are slow and low compared to the rates and amounts of carbon dioxide we release by fossil fuels combustion. Managing ecosystems to sequester carbon can also cause unintended consequences to arise. In this paper, we articulate a series of key take‐home points. First, the potential amount of carbon an ecosystem can assimilate on an annual basis scales with absorbed sunlight, which varies with latitude, leaf area index and available water. Second, efforts to improve photosynthesis will come with the cost of more respiration. Third, the rates and amount of net carbon uptake are relatively slow and low, compared to the rates and amounts and rates of carbon dioxide we release by fossil fuels combustion. Fourth, huge amounts of land area for ecosystems will be needed to be an effective carbon sink to mitigate anthropogenic carbon emissions. Fifth, the effectiveness of using this land as a carbon sink will depend on its ability to remain as a permanent carbon sink. Sixth, converting land to forests or wetlands may have unintended costs that warm the local climate, such as changing albedo, increasing surface roughness or releasing other greenhouse gases. We based our analysis on 1,163 site‐years of direct eddy covariance measurements of gross and net carbon fluxes from 155 sites across the globe.     

Endogenous circadian regulation of carbon dioxide exchange in terrestrial ecosystems

It is often assumed that daytime patterns of ecosystem carbon assimilation are mostly driven by direct physiological responses to exogenous environmental cues. Under limited environmental variability, little variation in carbon assimilation should thus be expected unless endogenous plant controls on carbon assimilation, which regulate photosynthesis in time, are active. We evaluated this assumption with eddy flux data, and we selected periods when net ecosystem exchange (NEE) was decoupled from environmental variability in seven sites from highly contrasting biomes across a 74° latitudinal gradient over a total of 36 site‐years. Under relatively constant conditions of light, temperature, and other environmental factors, significant diurnal NEE oscillations were observed at six sites, where daily NEE variation was between 20% and 90% of that under variable environmental conditions. These results are consistent with fluctuations driven by the circadian clock and other endogenous processes. Our results open a promising avenue of research for a more complete understanding of ecosystem fluxes that integrates from cellular to ecosystem processes.     

Seasonal net carbon dioxide exchange of a beech forest with the atmosphere

The seasonal carbon dioxide exchange of a beech forest of Central Italy was studied by means of the eddy covariance technique. Additional measurements of biomass respiration with cuvettes and relationship of carbon dioxide exchanges with temperature and light were used to interpolate missing data during the dormant and part of the growing season. The net ecosystem production of the forest equals 472 g C m^?2 y^?1 while the gross ecosystem production 1016 g C m^?2 y^?1 and respiration 544 g C m^?2 y^?1. These estimates are compared with the net primary production determined by direct biomass sampling which amounts to 802 g C m^?2 y^?1.     

The influence of rapid urbanization and land use changes on terrestrial carbon sources/sinks in Guangzhou,China

Complex changes in carbon sources and sinks caused by rapid urbanization have been observed with extensive changes in the quantity, structure, and spatial pattern of land use types. Based on the modified Carnegie-Ames-Stanford Approach model and on gray relational analysis, we analyzed the influence of land use changes on carbon sinks and emissions in Guangzhou from 2000 to 2012. The aim was to identify suitable options for built-up land expansion that would allow for minimal carbon losses. The key results were as follows: (1) Built-up land increased by 118.91% in Guangzhou city over the study period, with this expansion taking the form of concentric circles extending around the old Yuexiu district. (2) Carbon emissions over the period of analysis significantly exceeded carbon sink capabilities. The total carbon sink decreased by 30.02%, from 535.40 × 10³ t to 374.6 × 10³ t. Total carbon emissions increased by 1.89 times, from 13.73 × 10⁶ t to 39.67 × 10⁶ t; 80% of carbon emissions were derived from energy consumption. (3) There were large differences in the extent of carbon sink losses at different scales of built-up land expansion and land use change. In Guangzhou, the loss of carbon sink is small when cultivated land (though not prime farmland) and water bodies are converted to built-up land on a small scale. The loss of carbon sink is much smaller when grasslands are converted to built-up land on a large scale. However, forested land, which has excellent carbon sink functions, should not be converted. (4) Changes in carbon sinks were mainly affected by natural factors and land urbanization. Changes in carbon emissions were mainly affected by population urbanization, economic urbanization, and land urbanization. (5) To achieve “economical and intensive use of land”, “urban growth boundary” and “ecological red lines” should be determined for government policies on land use management. These factors have great significance for “increasing carbon sinks and reducing carbon emissions” in urban ecological systems.     

陆地生态系统碳汇评估方法研究进展

“碳中和”是我国作出的一项重大的国家战略决策,陆地生态系统碳汇作为碳增汇的重要组成部分,在碳中和目标实现的过程中发挥着重要的作用。但当前基于不同观测数据和方法的陆地碳汇计算仍有很大的不确定性,为了全面了解陆地生态系统碳汇分布特征,提高陆地生态系统碳汇评估的准确性,梳理了近年来关于陆地生态系统碳汇评估的国内外研究进展,从“自下而上”和“自上而下”两类途径阐述了陆地生态系统碳汇评估的主要方法(样地清查法、涡度相关法、模型模拟法和碳同化反演法)的主要原理和特征,优势和缺陷,及在不同尺度碳汇研究中的应用,并从土地利用/覆盖变化、气候因素(大气CO₂浓度、氮沉降)、环境因素(太阳辐射、温度、降水)等因素阐述了陆地系统碳汇主要驱动因子;分析了我国陆地生态系统碳汇的主要特征及时空变化趋势,并从人类活动(生态工程)和环境因素阐述了中国陆地生态系统碳汇的驱动因素;最后,展望了新的监测手段和评估方法在提升陆地生态系统碳汇评估精度中的作用,从而更好的服务于我国“碳中和”的长远目标。