陆地生态系统碳循环及其机理研究的地球信息科学方法初探

针对陆地生态系统碳汇/源的时空格局、碳循环过程的驱动机制及未来情景等前沿科学问题,提出陆地碳循环研究的地球信息科学方法,采用陆地生态系统碳通量/储量与碳循环过程的综合网络观测、生物过程的适应性实验研究以及河流碳输运过程研究为支撑系统的自下而上途径、与以土地利用/土地覆被变化和对地观测数据生态参量反演为基础的自上而下研究途径、经相互验证和尺度转换模型实现有机结合的研究方法,开展综合观测、调查、比对分析、模拟和评价研究,把握陆地生态系统碳循环的格局与过程规律,辨析自然和人为因素对陆地生态系统碳循环过程的影响,探讨全球气候变化条件下陆地生态系统碳循环过程的演变趋势。     

中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求与重要科学问题

陆地生态系统碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化的成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析等领域的热点,受到科技界和国际社会的广泛关注。本文在简要回顾中国陆地生态系统碳收支及其循环过程研究领域的发展历史,总结各个发展阶段主要特征的基础上,讨论了开展中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求和社会需求,评述了中国在相关领域研究中存在的主要问题,探讨了当前的科学研究前沿领域及其关键科学问题。本文指出,现阶段中国开展区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程机制综合研究工作不仅是提升中国生态系统生态学、地球系统科学与全球变化科学的创新能力的科技发展需求,更是中国参与应对全球气候变化国际合作、改进生态系统管理、保障生态安全的社会经济发展需求。同时还指出,中国现阶段在该领域的研究工作还缺乏各类生态系统碳收支的实际调查数据,缺乏国家尺度碳收支科学数据的整合,缺乏可用于碳收支计量与综合评估的模型工具,也没有形成国家层次的碳源汇计量、评估、认证及决策分析信息系统平台。本文通过国内外科技发展的分析认为,中国在该领域的研究工作,应在大力发展陆地生态系统碳收支和碳汇功能的定量监测、评价和认证的方法与技术基础上,重点关注并前瞻性地开展陆地生态系统碳-氮-水循环过程耦合关系及其对全球气候变化的响应与适应、碳-氮-磷生态化学计量学特征及其环境影响、碳-氮-水耦合循环过程的生物调控机制等前沿领域,以提高中国生态系统与全球变化科学研究水平,为国家的生态系统与温室气体管理提供基础理论、科学知识和先进技术的储备。     

“全球—地方”视角下中国汽车生产网络的跨域关联与影响因素—— 一汽—大众案例

全球生产网络背景下,生产组织的“全球—地方”跨域关联研究具有重要的理论意义。为探究中国合资汽车生产网络在“全球—地方”互动情景下跨域网络特征及地理空间表征,论文基于“全球—地方”生产关联与多尺度融合视角,利用整车制造一级供应链数据,分析以一汽—大众为代表的中国合资汽车生产网络的跨域关联及其影响因素。研究发现：① “全球—地方”多尺度融合为理解跨国公司构建全球生产网络的产业转移足迹提供了良好视角。德国大众公司通过构建全球生产网络嵌入中国汽车制造业体系,生产网络结构表现出典型的“全球—地方”关联特征。② 一汽—大众整车生产本土一级供应商数量的空间分布与中国国土开发的“T”字形战略高度吻合。供应商资本类型/技术掌控呈现出同类型空间集聚的地域组织模式,集聚程度呈现独资≈合资>内资的差异性特征。③ 一汽—大众通过整车厂生产转移和跨区域供应链采购,生产组织形成了以整车厂所在城市为核心、受地理边界制约的跨区域集群网络结构。④ 地理时空约束、区位优势与集聚效应、模块化生产为代表的技术革新、跨国集团的企业战略与外资俱乐部策略,共同影响了一汽—大众汽车生产网络的空间组织结构。论文通过典型案例研究,为理解“全球—地方”多尺度下中国关键性产业生产网络的组织结构提供了理论与现实依据。     

生态地理学概念界定及其经典案例分析

对生态地理学的概念进行了详细讨论和辨析,并将它与相近学科如生物地理学、生态地理区划、宏生态学等进行了比较分析,界定了生态地理学的概念。研究认为：生态地理学是生态学和地理学的交叉学科,是研究生态系统各组分关系和生态过程的地理空间分布格局或/和时间演变规律及其与地理环境耦合机制的学科。生态地理学的目的是揭示不同环境梯度下或不同时间尺度上生态系统各组分关系和生态过程的普适性规律及其成因。同时,结合国内外野外实验平台介绍,在全球变化等研究领域列举了经典案例进行分析：① 全球不同气候带森林凋落物分解和碳汇功能的研究;② 中国不同陆地生态系统碳通量和碳汇功能研究;③ 中国东北样带和南北样带陆地生态系统的脆弱性与适应性研究;④ 中国北方草地样带尺度的生态系统生态学研究。主要目的是在辨析生态地理学概念的基础上指出未来发展方向,推动生态地理学的发展。     

中国陆地生态敏感性时空演变特征

生态敏感性作为评价区域生态环境问题的重要指标之一,对区域的生态治理与管理工作具有重要意义。本文从自然生态系统、自然—社会复合生态系统、社会生态系统等视角选取生物多样性、水热环境、土壤盐渍化、土地荒漠化、土壤侵蚀和人类干扰6个指标,运用全排列多边形图示指标法对2000—2018年间中国陆地生态敏感性进行计算,并运用格网编码法对其时空演变特征进行分析。研究结果表明：① 2000—2018年间中国陆地生态敏感性总体稳定,生态敏感值稳定在0.33~0.34之间;但得益于21世纪以来中国实施了一系列生态环境治理与预防工作,敏感值在2000—2018年间持续下降,表明中国陆地生态敏感性状况正在逐渐好转。② 中国陆地生态敏感性空间异质性显著,呈现出“东低西高、南低北高”“城区高、郊区低”的空间分布格局。中国西部区域和北方区域自然环境恶劣,生态自我调节能力较差,易受外界因素的影响,而人类聚居区生态自我调节能力虽然较强,但由于人类活动强度较大,其敏感性反而较高。③ 中国陆地生态敏感性受土壤（地）环境因素影响较大,但人类干扰因素影响力也在逐年递增,这表明在经济快速发展的同时,中国的生态环境保护与治理工作仍然任重道远。     

国际生态系统观测研究计划及启示

国际生态系统研究计划与全球可持续发展相结合,推动了区域和全球可持续发展相关生态系统科学知识的发现和应用。多尺度、多平台集成的生态系统观测研究网络有力地支撑了上述计划的实施,进而服务于管理决策,促进可持续发展目标的实现。本文阐述了国际生态系统相关研究计划和生态系统观测网络研究发展及其对中国生态系统观测研究网络的启示。全球生态系统相关研究计划的发展显示:面对复杂因素驱动的生态系统变化,生态系统研究需要发展多学科交叉、国际合作的研究平台,需要从单纯的生态系统过程机理的研究转向与全球可持续发展相结合。当前,国际生态系统观测研究网络的观测尺度从站点走向流域和区域,关注的对象从生态系统扩展到地表系统,逐渐将自然生态要素与社会经济相结合,深化了联网观测和联网研究;在观测手段上实现了地面观测和遥感多尺度观测的有机结合,日益注重数据共享和集成,促进了科学知识的产生。今后生态观测网络研究需要扩展观测和研究的时空尺度,深化和规范单要素联网观测和研究,有机结合地面观测和遥感观测,强化生物多样性相关监测与研究,发展耦合自然和社会经济的综合研究,拓展国内外合作研究,融入全球尺度的观测研究网络。     

2010—2060年中国森林生态系统固碳速率省际不平衡性及调控策略

森林生态系统具有很高的固碳潜力,是陆地碳汇的主体。准确估算各省（自治区）森林生态系统固碳速率,是科学制定碳中和技术路线及相应调控政策的重要依据。然而,目前有关中国不同省份森林生态系统未来固碳潜力的研究非常罕见。利用中国森林生态系统固碳模型（FCS）并结合3种未来气候情景（RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5）,定量评估了2010—2060年间各省现存森林生态系统的固碳速率。研究发现：中国区域内各省的森林生态系统固碳速率介于0.01~36.74 Tg C/a,平均值为(10.09±0.43) Tg C/a。省际间森林固碳速率存在非常大的差异,其中东部地区各省的单位面积固碳速率大于西部地区;但考虑到单位GDP固碳速率和人均固碳速率后则表现为西部地区明显更大。此外,各省人均碳固存速率与其人均GDP之间存在显著负相关关系。因此,省际间森林生态系统固碳速率存在明显的区域不均衡性,要真正地持续实现其碳汇潜力需要在技术和政策层面做出重大调整。结合中国贫困区与高生态碳汇区的重叠,不能仅仅依靠传统碳贸易,亟需研究制定符合中国特色的“区域碳补偿”措施,在保障区域协调发展的基础上使西部或不发达地区民众能自愿/自觉加强对森林的保护、保持甚至提升森林碳汇,使森林在实现碳中和战略中发挥更大作用。     

空间视角下的能源—经济—环境关系研究进展与展望

在全球气候变化和国际地缘政治复杂的背景之下,地理学的空间视角为能源—经济—环境关系研究提供了新的研究思路。论文通过梳理、评述能源—经济、能源—环境以及能源—经济—环境关系研究文献发现：① 能源—经济关系研究出现“空间转向”趋势,区位特征被用于解释能源—经济关系的空间异质性;② 能源—环境关系研究多关注能源污染及政策的空间效应,出现了能源景观研究等新研究话题;③ 能源—经济—环境关系研究刚刚兴起,出现了因果关系实证、耦合协调度评价、多目标规划预测3种研究思路;④ 当前研究存在实证分析高度同质化、空间差异机制解释不足、可再生能源相关研究较少等不足之处。据此,论文尝试构建了空间视角下能源—经济—环境(3E)关系研究基础框架,并基于中国研究现状提出未来的研究展望,即完善理论框架建设、加强可再生能源研究以及开展碳减排目标下的能源—经济—环境系统模拟预测,从而为中国碳达峰、碳中和目标的实现提供理论与实证支撑。     

国际重大研究计划与中国生态系统研究展望——中国生态大讲堂百期学术演讲暨2014年春季研讨会评述

以“传播新知识、交流新思想、展示新成果”为宗旨的中国生态大讲堂百期学术演讲暨2014年春季研讨会于2014年4月25日在北京举行。本次研讨会以“国际重大研究计划与中国生态系统研究展望”为主题,邀请秦大河、姚檀栋、傅伯杰、崔鹏4位中国科学院院士和马克平、于贵瑞、张佳宝、秦伯强4位知名专家作了主题报告。8位报告人分别介绍了政府间气候变化专门委员会(IPCC)、未来地球(Future Earth)、第三极环境(Third Pole Environment)、国际长期生态监测研究网络(ILTER)、生物多样性和生态系统服务政府间科学—政策平台(IPBES)、生物多样性计划(DIVERSITAS)、通量观测研究计划(FluxNet)等国际重大研究计划的进展和趋势,并就山洪泥石流风险分析与管理、碳通量空间格局及生物地理生态学机制、农田地力提升和湖泊富营养化治理等领域的前沿科学问题和研究进展作了系统阐释。基于8位报告人的演讲,本文评述了8个报告的主要内容和亮点工作,分析了国际生态环境领域重大国际研究计划的发展趋势及其对中国生态系统研究的启示,讨论了中国相关领域的科学研究方向和主要问题。     

粤港澳区域联动发展的关键科学问题与重点议题

在新时期新背景下,实现粤港澳区域联动发展具有紧迫性、必要性和重大现实意义。本文认为研究粤港澳区域联动发展需要以区域一体化理论体系、“全球—地方”尺度理论、区域空间相互作用理论体系为主要的理论基础。其关键科学问题是研究“一国两制”下粤港澳尺度的区域联动理论,探索粤港澳区域联动的机制、关键因素、模式与路径;提出了粤港澳区域联动发展关注的4个重点议题：①粤港澳区域一体化/协同理论的研究与探索;②粤港澳地位与作用研究;③粤港澳联动的多尺度、多主体影响机制与模式研究;④粤港澳联动发展的实施路径研究。     

Construction and progress of Chinese terrestrial ecosystem carbon,nitrogen and water fluxes coordinated observation

Eddy Covariance technique (EC) achieves the direct measurement on ecosystem carbon, nitrogen and water fluxes, and it provides scientific data for accurately assessing ecosystem functions in mitigating global climate change. This paper briefly reviewed the construction and development of Chinese terrestrial ecosystem flux observation and research network (ChinaFLUX), and systematically introduced the design principle and technology of the terrestrial ecosystem carbon, nitrogen and water fluxes coordinated observation system of ChinaFLUX. In addition, this paper summarized the main progress of ChinaFLUX in the ecosystem carbon, nitrogen and water exchange and environmental controlling mechanisms, the spatial pattern of carbon, nitrogen and water fluxes and biogeographical mechanisms, and the regional terrestrial ecosystem carbon budget assessment. Finally, the prospects and emphases of the terrestrial ecosystem carbon, nitrogen and water fluxes coordinated observation of ChinaFLUX are put forward to provide theoretical references for the development of flux observation and research in China.     

中国陆地生态系统碳氮水通量协同观测系统的建设及其科学研究（英文）

Eddy Covariance technique(EC) achieves the direct measurement on ecosystem carbon, nitrogen and water fluxes, and it provides scientific data for accurately assessing ecosystem functions in mitigating global climate change. This paper briefly reviewed the construction and development of Chinese terrestrial ecosystem flux observation and research network(China FLUX), and systematically introduced the design principle and technology of the terrestrial ecosystem carbon, nitrogen and water fluxes coordinated observation system of China FLUX. In addition, this paper summarized the main progress of China FLUX in the ecosystem carbon, nitrogen and water exchange and environmental controlling mechanisms, the spatial pattern of carbon, nitrogen and water fluxes and biogeographical mechanisms, and the regional terrestrial ecosystem carbon budget assessment. Finally, the prospects and emphases of the terrestrial ecosystem carbon, nitrogen and water fluxes coordinated observation of China FLUX are put forward to provide theoretical references for the development of flux observation and research in China.     

野外科学观测研究台站（网络）和科学数据中心建设发展

中国科学院地理科学与资源研究所成立80年来,十分重视野外台站（网络）和科学数据中心的建设,取得了辉煌成就。研究所建立了4个野外观测研究网络,引领了中国生态系统研究网络的建设与发展;成立了2个国家级科学数据中心,1个中国科学院数据中心,1个数据出版系统并于2016年加入了世界数据系统;拥有2个国家级野外观测研究站,1个中国科学院野外研究站,形成了独具特色的野外观测研究平台和数据共享服务平台。本文回顾了中国生态系统研究网络、国家生态系统观测研究网络、中国通量观测研究网络、中国物候观测网和禹城站、拉萨站、千烟洲站以及地球系统科学数据中心、生态科学数据中心、资源环境科学数据中心和全球变化科学研究数据出版系统的发展历程。地理资源所台站（网络）从无到有,不断发展壮大,引领了中国野外观测研究事业的发展,支撑了地理学、生态学等重要科学成果产出,科技支撑能力和示范能力大幅提升,有力支撑了华北平原、青藏高原以及南方山地丘陵区的生态文明建设;成为中国地球系统科学、野外台站、资源环境等学科和领域最大的科学数据汇聚中心,数据共享服务成效显著,在国内外具有广泛影响力。在未来发展中,地理资源所将充分发挥野外台站（网络）综合中心作用,强化生态系统、碳水通量、物候等观测研究网络的能力建设,稳步提升野外观测研究站条件保障能力和科学数据中心的数据汇聚能力、分析挖掘能力以及共享服务能力,持续推动和引领中国科学数据的共享,在科学研究和支撑国家需求等方面做出更大贡献。     

Recognizing the Scientific Mission of Flux Tower Observation Networks—Lay the Solid Scientific Data Foundation for Solving Ecological Issues Related to Global Change

As the Earth entering into the Anthropocene, global sustainable development requires ecological research to evolve into the large-scale, quantitative, and predictive era. It necessitates a revolution of ecological observation technology and a long-term accumulation of scientific data. The ecosystem flux tower observation technology is the right one to meet this requirement. However, the unique advantages and potential values of global-scale flux tower observation are still not fully appreciated. Reviewing the development history of global meteorological observation and its scientific contributions to the society, we can get an important enlightenment to re-cognize the scientific mission of flux observation.     

区域尺度陆地生态系统碳收支评估方法及其不确定性

定量评估区域和不同类型生态系统的碳收支,可以为科学预测气候变化、服务于减缓和适应气候变化的区域碳管理提供科学依据,是生态系统与全球变化科学研究的重要科技问题.虽然区域碳收支的定量评估和认证还很难用当前的各种直接观测和评估方法来精确实现,但是,近年来这方面做了很多研究工作,也取得了一定进展.为此,本文综述了陆地生态系统碳...     

生态系统观测研究网络在地球系统科学 中的作用

地球系统科学是以地球系统为研究对象, 重点研究各圈层、各要素以及自然和人为现象 之间相互作用关系的科学, 是在科学技术自身发展和社会需求共同推动下发展起来的新兴学科。 地球系统科学概念的提出是为了解决全球性的资源和环境问题的需要, 是地球科学向综合集成 方向转变的重要阶段。目前在地球系统科学思想的指导下, 在全球规模上已经组织了一系列重要 国际联合研究计划, 企图组织全球的科学家协作推动地球科学的发展。地球系统科学发展离不开 对地球系统要素和圈层的物理、化学和生物过程的综合观测工作的支持。自20 世纪80 年代以 来, 一些国家、国际组织和国际合作项目都纷纷建立了国家、区域甚至全球尺度的观测、监测和信 息共享网络。国际长期生态研究网络(ILTER) 自20 世纪80 年代开始建设, 其目的是对生态过程 进行长期的监测, 研究各种生态因子的相互作用及生态过程, 从而揭示出生态系统和环境的长期 变化, 为生态系统评价及管理提供科学依据。 中国生态系统研究网络(CERN) 始建于1988 年, 在中国生态系统动态观测、科学研究和试验 示范方面发挥了重要作用, 2005 年在CERN 的基础上, 由国家科技部组织开始建立中国国家生 态系统观测研究网络(CNEN) , 目前已经遴选出了53 个台站, 开始对农田、森林、草地( 含荒漠) 和 水体( 湖泊和海湾) 的动态进行观测研究, 该网络必将成为全球地球观测系统(GEOSS) 的重要组 成部分, 在我国地球系统科学发展的历程中发挥重要作用。本文主要从发展地球系统科学角度, 讨论生态系统观测研究网络在地球系统科学中的作用。     

全球碳通量东滩野外观测站的建立

湿地作为地球上一种重要的生态系统类型,其碳循环过程与特征在全球陆地生态系统碳循环研究中具有相当重要的地位。崇明东滩湿地位于长江入海口,是陆地、海洋和淡水三大生态系统的交汇区,是具有国际重要意义的生态区,目前正遭受外来互花米草入侵和人类干扰的双重影响。2004年7月,复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室在崇明东滩建立了“全球碳通量东滩野外观测站”,这个野外观测站主要包括3座涡度通量塔和两条长期监测样带,并通过借助涡度协方差技术精确地测定生态系统能量、CO2和水汽通量,同时结合遥感、水文地质学和地面生物物理学调查,研究河口/海滨湿地生态系统结构、生物物理学过程及其他因子对二氧化碳通量的影响。本文的目的是介绍在东滩建站的根据、采用的技术以及将要开展的研究工作。     

湿地生态系统观测进展与展望

作为地球之肾的湿地,具有重要的生态环境与社会服务功能。湿地生态系统观测是获取湿地生态系统以及环境信息的重要手段,其观测结果是对湿地生态系统的变化做出科学预测和制定合理保护措施的重要依据。湿地生态系统的观测始于16世纪对湿地的利用,至20世纪70年代得到了较大的发展,全球生态系统监测网络的建立为湿地生态系统观测提供了良好的平台。不同地区湿地观测的水平、具体内容及指标不同,北美及地中海地区湿地观测水平较高。通过对国内外湿地生态系统观测的历史、观测内容和指标进行研究,提出我国湿地生态系统观测要在观测网络的建立、指标体系完整性、先进技术和方法引用等方面进一步完善和补充。