黄河三角洲芦苇湿地生长季净生态系统CO2交换及其环境调控机制

采用涡度相关法,对2011年生长季的黄河三角洲芦苇湿地净生态系统CO₂交换(NEE)进行了观测,研究湿地NEE的变化规律及其影响因子.结果表明: 不同月份芦苇湿地的NEE日变化均呈“U”形曲线,CO₂最大净吸收率和释放率的日均值分别为(0.44±0.03)和(0.16±0.01) mg CO₂·m^-2·s^-1;芦苇湿地NEE、生态系统呼吸(R_eco)、总初级生产力(GPP)的季节变化均呈现生长旺季(7-9月)较高、生长初期(5-6月)和生长末期(10-11月)较低的趋势;R_eco和NEE在8月达到峰值,GPP在7月达到峰值.芦苇湿地生态系统的CO₂交换受到光合有效辐射(PAR)、土壤温度(T_s)和土壤体积含水量(SWC)的共同影响.白天NEE与PAR呈直角双曲线关系;5 cm深处T_s与夜间生态系统呼吸(R_eco,n)呈指数关系,生态系统呼吸的温度敏感性(Q₁₀)为2.30,SWC和T_s是影响芦苇湿地R_eco,n的主要因子.在整个生长季,黄河三角洲芦苇湿地生态系统是一个明显的CO₂的汇,总净固碳量为780.95 g CO₂·m^-2.     

凋落物去除和添加处理对典型草原生态系统碳通量的影响

为揭示凋落物去除和添加处理对草原生态系统碳通量的影响, 2013和2014年连续两年在成熟群落围封样地进行凋落物去除实验、在退化群落放牧样地进行凋落物添加实验, 并运用静态箱法探讨碳通量变化规律并分析其主要影响因子。结果表明: 两种群落的净生态系统CO₂交换(NEE)有明显的季节性变化。对成熟群落而言, 去除50%凋落物显著增加了NEE, 去除100%凋落物显著降低了NEE, 而对生态系统总初级生产力(GEP)和生态系统呼吸(ER)均无显著影响; 对退化群落而言, 凋落物添加显著增加了GEP和NEE, 而对ER无显著影响。两种群落的GEP与10 cm土壤温度显著正相关, 但NEE和GEP的变化规律与土壤温度相反, 与10 cm土壤湿度相同。由此可见, 凋落物去除和添加处理对生态系统碳通量的影响主要是改变土壤湿度和地上生物量,而不是改变土壤温度。该研究为合理利用凋落物改善草地生态系统管理和促进草地恢复提供了理论依据。     

Effects of litter removal and addition on ecosystem carbon fluxes in a typical steppe

为揭示凋落物去除和添加处理对草原生态系统碳通量的影响, 2013和2014年连续两年在成熟群落围封样地进行凋落物去除实验、在退化群落放牧样地进行凋落物添加实验, 并运用静态箱法探讨碳通量变化规律并分析其主要影响因子。结果表明: 两种群落的净生态系统CO₂交换(NEE)有明显的季节性变化。对成熟群落而言, 去除50%凋落物显著增加了NEE, 去除100%凋落物显著降低了NEE, 而对生态系统总初级生产力(GEP)和生态系统呼吸(ER)均无显著影响; 对退化群落而言, 凋落物添加显著增加了GEP和NEE, 而对ER无显著影响。两种群落的GEP与10 cm土壤温度显著正相关, 但NEE和GEP的变化规律与土壤温度相反, 与10 cm土壤湿度相同。由此可见, 凋落物去除和添加处理对生态系统碳通量的影响主要是改变土壤湿度和地上生物量,而不是改变土壤温度。该研究为合理利用凋落物改善草地生态系统管理和促进草地恢复提供了理论依据。     

开垦对黄河三角洲湿地净生态系统CO2交换的影响

近年来, 由于对湿地的不合理利用, 自然湿地被大面积地垦殖为农田, 导致湿地生态系统碳循环的模式发生改变, 从而影响了湿地生态系统碳汇功能。该研究通过涡度相关法, 对山东省东营市黄河三角洲芦苇(Phragmites australis)湿地和开垦多年的棉花(Gossypium spp.)农田的净生态系统CO₂交换(NEE)进行了对比观测, 以探讨该地区典型生态系统NEE的变化规律及其影响因子, 揭示开垦对芦苇湿地NEE和碳汇功能的影响。结果表明: 在生长季, 湿地和农田生态系统NEE的日平均值各月均呈明显的“U”型变化曲线, 非生长季NEE的变幅很小。生长季湿地生态系统日最大净吸收值和释放值分别为16.04 g CO₂·m^-2·d^-1(8月17日)和14.95 g CO₂·m^-2·d^-1(8月9日); 农田生态系统日最大净吸收值和释放值分别为18.99 g CO₂·m^-2·d^-1 (8月22日)和12.23 g CO₂·m^-2·d^-1 (7月29日)。生长季白天两个生态系统NEE与光合有效辐射(PAR)之间呈直角双曲线关系; 非生长季NEE主要受土壤温度(T_s)的影响; 生态系统生长季夜间NEE受T_s和土壤含水量(SWC)的共同影响; 湿地和农田的生态系统呼吸熵(Q₁₀)分别为2.30和3.78。2011年生长季, 黄河三角洲湿地和农田生态系统均表现为CO₂的汇, 总净固碳量分别为780.95和647.35 g CO₂·m^-2, 开垦降低了湿地的碳吸收能力; 而在2011年非生长季, 黄河三角洲湿地和农田生态系统均表现为CO₂的源, CO₂总释放量分别为181.90和111.55 g CO₂·m^-2。全年湿地和农田生态系统总净固碳量分别为599.05和535.80 g CO₂·m^-2。     

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。     

三江源地区人工草地的生态系统CO2净交换、总初级生产力及其影响因子

为了揭示三江源区垂穗披碱草(Elymus nutans)人工草地生态系统(100°26′-100°41′ E, 34°17′-34°25′ N, 海拔3 980 m)的净生态系统CO₂交换(NEE), 该研究利用2006年涡度相关系统观测的数据分析了该人工草地的NEE, 总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(R_eco)以及R_eco/GPP的变化特征及其影响因子。CO₂日最大吸收值为6.56 g CO₂·m^-2·d^-1, 最大排放值为4.87 g CO₂·m^-2·d^-1。GPP年总量为1 761 g CO₂·m^-2, 其中约90%以上被生态系统呼吸所消耗, CO₂的年吸收量为111 g CO₂·m^-2。5月的R_eco/GPP略高于生长季的其他月份, 为90%; 6月R_eco/GPP比值最低, 为79%。生态系统的呼吸商(Q₁₀)为4.81, 显著高于其他生态系统。该研究表明: 生长季的NEE主要受光量子通量密度(PPFD)、温度和饱和水汽压差(VPD)的影响, 生态系统呼吸则主要受土壤温度的控制。     

1981—2000年中国陆地生态系统碳通量的年际变化

应用一个生物地球化学模型(CEVSA)估算了中国陆地净初级生产力(NPP)、土壤异养呼吸(HR)和净生态系统生产力(NEP)在1981—1998年期间对气候和大气CO2浓度变化的动态响应。结果显示,全国NPP总量波动于2．89—3．37Gt／a之间,平均值为3．09Gt C／a,年平均增长趋势约为0．32％。HR总量变化范围为2．89—3．21Gt C／a,平均值为3．02Gt C／a,年均增长0．40％。NEP总量变动于-0．32和0．25Gt C／a之间,在统计上没有明显的年际变化趋势。在研究时段内,年平均NEP约为0．07Gt C／a,表明中国陆地生态系统在气候与大气CO2浓度变化的条件下吸收了碳,为碳汇,总的吸收量为1．22Gt C,约占全球碳吸收总量的10％,与同期内美国由大气CO2和气候变化所产生的碳吸收量大致相当。尽管由于较高的年际变率,NEP在统计上没有明显的变化趋势,但NPP的增长率低于HR的增长率,说明在研究时段内,中国陆地生态系统的吸碳能力由于气候变化降低了。全国大多数地区年平均NEP接近零,明显的NEP正值区(即碳汇)出现在东北平原、西藏东南部和黄淮平原等地区,而大小兴安岭、黄土高原和云贵高原等地区NEP为负值(即碳源)。研究认为,1981～1998年期间中国气候温暖、干旱,因此估算的NEP可能低于其他时段。如果气候进入一个比较湿润的时期,碳吸收量可显著增加,但若当前干旱和暖化趋势以此为继,中国的NEP可能会变成一个负值。     

干旱胁迫降低了内蒙古羊草草原的碳累积

采用涡度相关法, 分析了2004年(平水年)和2005-2006年(干旱年)生长季内蒙古锡林河流域羊草(Leymus chinensis)草原的净生态系统碳交换(net ecosystem exchange, NEE)、总初级生产力(gross primary productivity, GPP)和生态系统呼吸(ecosystem respiration, R_e)的季节和年度变化。结果表明: 平水年羊草草原的日最大GPP和R_e分别为4.89和1.99 g C·m^-2·d^-1, 而干旱年GPP和R_e分别为1.53-3.01和1.38-1.77 g C·m^-2·d^-1。与平水年相比, 干旱年日最大GPP、R_e分别下降了38%-68%和11%-12%。平水年羊草草原累积的GPP、R_e分别为294和180 g C·m^-2, 而在干旱年分别为102-123 g C·m^-2和132-158 g C·m^-2。和平水年相比, 干旱年的GPP、R_e分别下降了58%-65%和12%-27%。用Van’t Hoff模型模拟的8个窄土壤含水量(θ)跨度生态系统呼吸(R_e)对土壤温度(T_s)的敏感程度表明: 曲线斜率在θ = 0.16-0.17 m³·m^-3范围内达到最大, 高于或者低于这个阈值, R_e对T_s的敏感度降低。干旱胁迫降低了生态系统生产力和生态系统呼吸量。与平水年相比, 干旱年的GPP比R_e下降的幅度更大, 干旱胁迫降低了内蒙古羊草草原的碳累积, 使生态系统由碳汇变为碳源。     

氮添加对内蒙古温带典型草原生态系统碳交换的影响

生态系统碳交换(NEE)是评估碳循环及平衡的重要指标,由生态系统总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(ER)共同决定。以往研究表明,N添加能显著促进草地生态系统植物的生长进而提高生态系统的生产力,但N添加如何影响生态系统碳交换的结论仍不明确。同时,对于不同剂量的N添加对生态系统碳交换影响有何差异也不清楚。于2012和2013年在内蒙古草原开展N添加控制实验,设置中等剂量(10 g N m~(-2)a~(-1),N10)和高等剂量(40 g N m~(-2)a~(-1),N40)两个N添加处理,并采用生态系统原位观测箱系统监测不同N处理条件下的NEE动态。结果表明:2年中等剂量N添加处理(N10)下GPP较对照分别增加了15.6%和20%,而ER的变化不显著,该处理下NEE较对照显著降低了230%和337%(即固碳能力增强)。与中等剂量N添加处理结果不同,高等剂量N添加处理下GPP和ER均有不显著的降低趋势,同时,尽管该处理下NEE有升高的趋势(即固碳能力降低),但并不显著。土壤水分改善、土壤温度下降以及叶片N浓度增加可能是中等剂量氮添加促进该生态系统固碳能力的重要机制,而土壤酸化和物种组成改变可能是导致高等剂量N添加下生态系统固碳能力低于中等剂量的重要原因。研究结果表明,不同剂量N添加对生态系统生产力与呼吸的作用机制存在差异,导致生态系统固碳能力有着明显区别。     

Net ecosystem carbon exchange characteristics in Stipa breviflora desert steppe with different stocking rates

草地生态系统是我国最大的陆地生态系统, 其碳循环的动态变化在全球碳收支平衡中扮演着重要角色。放牧是草地生态系统的主要利用方式。不同的放牧利用强度对草地生态系统会产生不同的影响。该文采用便携式光合仪LI-6400和密闭式箱法于2014-2016年生长季(5-10月)测定了3个载畜率处理(对照、轻度放牧和重度放牧)的生态系统净碳交换, 同步测定了土壤10 cm温度和湿度, 探讨载畜率、水热因素对短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原碳交换的影响。结果表明: 载畜率对生态系统净碳交换有显著影响, 随着载畜率的增加, 生态系统净碳交换、生态系统呼吸以及生态系统总初级生产力分别降低了48.6%、35.3%、40.4%。重度放牧显著降低了草地的固碳能力, 但轻度放牧对草地的固碳能力没有显著影响。年际间生态系统净碳交换主要受降水调控。整个生长季, 短花针茅荒漠草原均表现为碳吸收, 土壤温度对生态系统净碳交换的贡献率高于土壤湿度。     

长治市区域生态经济弹性

基于弹性理论,提出了生态经济弹性系数模型,分析了2001—2006年间山西省长治市区域系统的生态经济弹性.结果表明：长治市生态足迹由2001年的8.6569×10⁶ hm²增加至2006年的19.8190×10⁶ hm²,能源生态足迹占区域总生态足迹的1/2以上,区域系统生态足迹增长的速度逐渐下降,并低于区域经济增长的速度;该区生态经济弹性系数从2002年的0.80减至2006年的0.10,相对于经济增长,该区域系统的经济发展对资源的需求不断下降.为实现长治市区域系统的可持续发展,提出了调整产业结构、改善居民生活消费方式、提高区域生态承载力、降低生态足迹增长速度、增强区域生态经济弹性等对策.     

基于生态足迹模型的江苏省六大经济区可持续发展评价

运用复种指数调整后的生态足迹模型,利用江苏省的相关统计资料以及GIS技术,对1999-2008年间江苏省六大经济区的生态足迹变化进行了比较分析,并在此基础上进一步对江苏省六大经济区的资源利用效率、生态经济协调性以及社会经济发展趋势予以探讨。研究发现当前江苏省六大经济区处于不同程度的生态赤字状态。基于生态足迹计算结果,进一步引入万元GDP生态足迹、生态经济弹性系数以及可持续发展能力三项指标,从资源利用效率,生态经济协调性以及社会经济综合发展趋势三方面来综合分析评价江苏省六大经济区的可持续发展状况,最终结果显示尽管区域间发展水平有明显差异,但是整个江苏省的可持续发展能力水平在不断提高,总体状况良好。最后根据江苏省六大经济区的可持续发展水平,提出了进一步协调区域间平衡发展的相关建议。     

基于能值理论的成都市生态经济系统可持续性评估

运用能值理论与方法,建立了以能值产出率、能值密度、能值-货币比率、环境负载率和可持续发展指数等9个指标的评价指标体系,并对2005-2009年成都市生态经济系统发展态势进行了定量描述.结果表明:近几年系统能值产出率持续降低,环境负荷率由17.49上升到37.77,可持续发展指数从0.26下降到0.06;城市经济社会综合实力显著增强,但由此造成的环境压力不断增大,阻碍了系统的可持续发展;成都市全面提升可持续发展能力的关键,应从产业结构的优化调整入手,提高资源能值利用效率,大力推行清洁生产,创建循环经济产业链,加大高科技的应用力度和范围.     

基于能值改进的开放系统生态足迹模型及其应用——以深圳市为例

对生态经济复合系统综合评价是实现区域可持续发展首先要面对的科学问题.针对传统生态足迹模型的系统封闭性和空间互斥性等不合理假设,利用从系统论出发并具有基于流量算法优点的能值分析理论,对传统生态足迹模型加以改进,同时将人类劳务纳入系统评价.改进后的模型仍然从供给与需求角度分析区域消费足迹与承载力,强调区域资源进出口,分析开放系统条件下区域发展状况,并将人类的作用纳入可持续发展评价范畴.以深圳市2006年发展状况为例对改进模型进行实证分析.计算结果显示:研究区域具有48.08ghm2的人均潜在生态承载力;在生物生产账户上存在3.60ghm2的人均生态赤字,需进口来弥补,而在工业产品账户上3.14ghm2的人均盈余,可供出口;具有约4.87ghm2的人均净承载力出口,为其他区域的发展做出了贡献;人力资源是深圳市可持续发展的重要保障,至少提供相当5.20ghm2的人均生态承载力;发展高新技术产业、低能耗的清洁工业,产出高能值转换率的产品,实现区域本地产品在能量系统等级的提升,是提升本地承载力的现实途径.结果表明,改进后模型突破了传统生态足迹模型偏生态的弱可持续性评价局限,成为综合反映区域生态经济发展状况的可持续性评价模型.     

辽宁省朝阳市农业生态经济系统能值分析

应用能值分析的方法,研究了以辽宁省朝阳市为代表的辽西半干旱区农业生态经济系统的能值投入及产出结构,并通过计算、对比能值评价指标,分析了朝阳市农业生态经济系统的发展现状。结果表明,对自然资源的过度利用造成了当地生态环境条件的恶化,由此产生不可更新自然资源的流失以及产出能值的损失;对可更新有机能的不充分利用也是造成当地资源浪费和环境破坏的重要原因。     

台州市城市生态足迹

城市生态足迹分析可定量反映城市人类活动对自然生态环境产生的压力和影响程度,这种方法为城市生态系统研究提供了新的思路和研究方向。本文在介绍生态足迹的理论和计算模型的基础上,以台州市为例,计算了台州市2002年的生态足迹。结果表明,2002年台州市生态足迹为1．33084hm^2·人^-1,可利用的生态承载力为0．25800hm^2·人^-1,生态赤字为1．07284hm^2·人^-1,反映了台州市的生产、生活强度超过了生态系统的承载能力。因此,台州市需注重提高其资源利用效率,提倡节约型的生产和生活消费模式,减少其生态足迹,通过生态城市建设,实现城市的可持续发展。     

城市近郊型乡镇农业生态经济系统生态潜力及产业空间布局——以延安市河庄坪镇为例

生态脆弱区抗干扰能力弱,明确其系统的生态潜力,在潜力的基础上开发利用资源对区域的可持续发展具有重要的意义。研究基于生态系统服务价值视角,尝试测度农业生态经济系统生态潜力,同时以三产融合典型代表乡镇为研究对象,对其农业生态经济系统生态潜力和主导产业进行时空分析,最后对生态系统加以功能分区。结果显示：（1）气体调节、气候调节、水源涵养和土壤形成与保护是生态系统提供的主要服务功能。随退耕还林工程实施,林地面积的增加使生态系统服务价值量随之上升,在空间上呈现"中间低两翼高"的格局。（2）农业生态经济系统生态潜力受服务价值与资源开发过程影响,与生态系统服务价值在空间上相对一致,呈现出"两翼高中间低,北高南低"的分布格局,其中,退耕还林工程的推进直接导致林地的生态潜力增加,耕地的生态潜力减少。（3）研究区在退耕过程中形成以大棚种植为主的设施农业、以农林特色销售为主的商品型种植农业,以山地苹果为主的林果产业以及以酒店商贸为主的服务行业。并随城镇一体化的推进,主导产业呈现出由传统粗放型大田种植向集约型设施农业方向发展。在空间上形成了以镇区分布为主的第三产业、依托拐沟坡地的林果产业和沿川道展开的设施农业的产业布局。（4）基于生态系统服务价值,研究区农业生态经济系统功能区划分为城镇生态环境维护区（第Ⅰ类型区）、农业生态保护区（第Ⅱ类型区）、生态安全屏障区（第Ⅲ类区）3个区域。     

江西省主要作物(稻、棉、油)生态经济系统综合分析评价

基于成本收益分析和能值分析理论,构建经济效益指标和生态经济效益指标,对江西省水稻(早稻和晚稻)、棉花、油菜种植系统的经济效益、生态经济综合效益进行分析和评价。经济效益方面,分析比较了单位面积作物成本构成,构建了净利润(Rev)和净利润率(Prof)两个经济效益指标;生态经济方面,分析比较了单位面积能值投入产出构成,构建了能值投入率、能值产出率、环境负载率、宏观经济能值等四个能值评价指标。计算结果表明江西省水稻、棉花和油菜等作物的生产成本占主导地位,价格因素是影响种植成本最重要的因素。水稻主要是以生产物资费用为主,而棉花和油菜以人工费用为主。从产值和收益来看,Rev大小为棉花>晚稻>早稻>油菜,Prof大小为晚稻>棉花>早稻>油菜。水稻、棉花和油菜种植系统对自然更新资源的依靠程度较低,系统的维系主要依赖于外部购买能值的投入,其构成与生产成本构成是一致的。水稻、棉花和油菜等作物的种植系统能值投入率比较高,大小为棉花>早稻>晚稻>油菜,能值产出率:油菜>棉花>晚稻>早稻,造成生态环境压力为晚稻>早稻>油菜>棉花,宏观经济能值大小为油菜>棉花>晚稻>早稻。结果表明,江西省水稻、棉花、油菜种植系统是高度开放的系统,主要依赖购买能值,但是系统产出率不高,其环境压力也不大。研究结果可为深入认识江西水稻、棉花和油菜等主要作物种植系统提供一个新的视角,并为种植业可持续发展提供一定的参考价值。     

城市生态韧性时空变化及情景模拟研究——以杭州市为例

从韧性的特征角度研究城市生态韧性水平的变化机制,探究城市防范化解生态风险能力的时空差异,以此明确城市分区生态治理的重要任务,是实现韧性城市生态风险防控的有利途径。从抵抗力、适应力和恢复力3个方面构建了城市生态韧性评估模型,并以杭州为例,评估了其1995—2015年城市生态韧性时空变化格局,再者利用空间自相关模型对2015年杭州生态韧性分区管理模式进行了探究。最后,基于FLUS模型模拟了2035年基准和创新创业导向的两种情景下的城市土地利用空间格局,并评估了不同城市发展情景下的生态韧性水平空间分布情况。基于以上研究得到以下结论:(1)1995—2005年,生态韧性低值区域向东北和东南方向扩张,而生态韧性高值水平区域明显减少。2005—2015年,杭州西北部和西部原本存在的中等韧性水平区域也转为低等水平。(2)2015年,城市东北区域呈现低韧性水平-高排污企业密度的集聚分布,说明该区域环境生态风险防范化解能力比较低,需要加大环境监测和生态治理的资金投入,严防重大环境污染事件的发生。(3)创新创业导向的"创新天堂"城市发展情景比基准情景下2035年杭州整体生态韧性水平更高,主要影响因素在于前...     

黄土丘陵区小流域系统生态经济要素分析

以隆德县李太平小流域为例,对比分析了退化小流域系统恢复重建过程中系统的生态经济要素变化,揭示系统演变趋势.应用能值方法分析了投入产出的动态变化,评价治理的生态经济效果.结果显示：农、林、牧业用地比例由1990年的6.2：2.0：1.0变为2003年的1.9：1.4：1.0,土地利用及种植结构趋于合理,农业产值所占比重由79.6%下降为54.8%,林业、牧业、副业产值比例分别由9.6%、9.6%、1.1%上升为22.7%、15.1%、7.4%,收入多样性指数也呈增加趋势,显示了流域收入构成的多元化,有利于生态经济系统的稳定.同时,恩格尔系数减小,表明人民生活水平日益提高.基于能值的流域生态经济系统投入产出效率动态研究结果表明在调整后的土地利用格局及种植结构下,净能值产出率由1990年的2.5增长到2003年的3.41,资源利用效率逐年提高,环境负荷率在1990、1995和2003年分别为2.55、2.44和2.11,呈减小趋势,能值持续性指数从1990年的0.98增加到2003年的1.62,经济与生态环境的协调性不断提高.研究结果表明该治理模式是成功的.