日光诱导叶绿素荧光遥感反演及碳循环应用进展

在植被遥感领域,遥感植被指数在过去30年极大地促进了从宏观尺度上来理解和认识地球生物圈,但是以"绿度"观测为主的植被指数仅表征植被"潜在光合作用",而不能直接量化"实际光合作用"。植被叶绿素荧光在光合作用探测上具有优势,是"实际光合作用"的直接探测方法。日光诱导叶绿素荧光(SIF)遥感是近年快速发展起来的新型遥感技术,尤其是2011年实现全球尺度卫星反演以来,在反演算法、植被监测和碳循环应用等方面发展迅速,是近10年来植被遥感领域最具突破性的研究前沿。本文阐述了现阶段(2011年以来)SIF遥感反演及其在碳循环应用方面的进展。本文首先介绍了卫星SIF遥感的发展及其反演算法现状;然后重点剖析了其在陆地生态系统总初级生产力(GPP)估算、全球碳循环监测、物候和植被胁迫监测等方面的应用现状和特点;最后从卫星SIF反演算法优化、SIF-GPP关系机理、SIF多尺度综合观测和全球碳循环监测等方面对今后植被SIF遥感的发展前景进行了展望。     

海洋酸化对碳、氮和硫循环的影响

工业革命以来,大气CO_2浓度呈现快速增加的趋势,随之而来的问题是海洋酸化的程度越来越明显。与工业革命前相比,目前海洋表层海水pH降低了0.1个单位,到本世纪末估计会降低0.4个pH单位。本文综述了海洋酸化对碳、氮和硫循环的影响,包括碳循环中的溶解度泵、碳酸盐泵、软组织泵和微型生物碳泵,海洋酸化对氮循环中氮的固定、硝化作用、反硝化作用、N_2O的产生的影响,海洋酸化与硫循环中二甲基硫(DMS)的产生及其与食物网结构之间的关系。海洋酸化无论是以直接或间接方式均会在一定程度上对碳、氮和硫的生物地球化学循环产生影响,最终改变海洋系统的结构与功能。在自然界中,海洋酸化不是一个独立的过程,而是与其他物理、化学、生物变化因素相偶联共同作用于碳、氮和硫的生物地球化学循环。     

干旱区土壤自养微生物研究进展

微生物自养固碳是维持干旱区土壤微生物群落结构及异养活动的重要过程,并影响地表生物结皮的演替及生态功能。近年来,土壤微生物组学的广泛应用,拓展了蓝细菌及真核藻类土壤自养微生物功能群研究,揭示了非蓝细菌类原核微生物向土壤输入有机质的可能。基于此,本文综述了干旱区土壤蓝细菌及藻类的分布及功能特征,并总结了环境因子的调控作用,重点总结了近几年对非蓝细菌自养微生物功能群及其生态功能的探索,最后对干旱区土壤自养微生物功能群研究的发展进行了总结与展望,以期为深入理解干旱区土壤微生物群落的形成及发展机理提供理论基础,并为良好生物结皮的构建提供科学依据。     

华东地区农田土壤有机碳时空格局动态模拟研究

基于已建成的农田土壤有机碳模型与GIS空间数据库的耦合,对华东6省(市)1980—2000年农田土壤有机碳时空变化进行模拟。结果表明:20年来该区土壤有机碳总体呈增加趋势,其中增加、持平和减少的面积分别占89.3%9、.5%和1.2%。1980—1985年土壤有机碳增加迅速,1985—1991年增加速率最快,其后趋缓。20年来农田土壤有机碳储量累计增加166 Tg,范围为140~193 Tg。其中安徽和江苏SOC储量增加量约占总增量的59.3%,上海、福建、江西和浙江占40.7%。     

跨流域地下水循环研究进展

在区域尺度上,地下水流的路径存在跨越地表分水岭的可能性,从而形成跨流域地下水循环,影响流域之间的水文关系和溶质输送过程。跨流域地下水循环的研究在国际上尚处于起步阶段,方兴未艾,目前已经取得的进展是一个值得关注的问题。对近20年来国内外跨流域地下水循环的研究文献进行了系统的跟踪分析,从形成机理、识别方法和影响评估3个角度总结现有的研究进展。在水动力学形成机理方面,已经从理论上确定了地表分水岭、潜水面最高点和地下水流系统分水点之间的偏离特征,为划分河流之间的多种跨流域地下水循环路径提供了依据。在跨流域地下水循环的识别方面,一系列实际流域的案例提供了可以借鉴的方法,包括水均衡法、流域水文模型和水文地球化学端元混合模型等,证实了跨流域地下水循环的存在性,甚至评估出其循环通量,深化了流域水量平衡关系的认识。研究表明流域地理位置、形态尺寸、气候背景和地质构造等条件都会影响跨流域地下水循环的发生及通量。在影响评价方面,初步发现跨流域地下水循环对水文要素的气候敏感性、Budyko模式状态参数及碳源碳汇形成有重要影响,忽略其作用可能产生错误的认识。目前,科学界对跨流域地下水循环的动力学过程及其物质输送效...     

北京典型溶洞土壤中的CO2及其对岩溶作用的驱动

本文通过对北京万佛堂孔水洞观测站土壤ＣＯ２及泉水中ＨＣＯ＾－３等为期一年的观测资料的分析评价,得出结论：土壤中的ＣＯ２驱动着岩溶作用,表现在土壤中ＣＯ２含量的季节性变化－夏季土壤ＣＯ２含量和泉水中ＨＣＯ＾－３浓度也相应升高。     

北京典型溶洞区土壤中的CO2及其对岩溶作用的驱动

本文通过对北京万佛堂孔水洞观测站土壤CO2 及泉水中HCO-3 等为期一年的观测资料的分析评价,得出结论: 土壤中的CO2驱动着岩溶作用,表现在土壤中CO2 含量的季节性变化—— 夏季土壤CO2 含量升高和泉水中HCO-3 浓度也相应升高。      

带生物泵三维全球海洋碳循环模式

建立了一个带生物泵的三维全球海洋碳循环模式,该模式在海气界面上与一个CO2充分混合的大气箱进行CO2交换,模式积分1 200年达到准稳定态的海水总CO2、碱度及溶解氧的浓度、表层新生产力、海气分压差等的分布与实测相接近。通过带生物泵和不带生物泵的对比实验,表明海洋生物过程在海洋吸收大气中CO2能力上起着重要作用。     

大气圈碳循环的模拟研究进展

碳元素是地球生命的重要组成元素,而大气中的ＣＯ２是生命物质中碳元素的最主要来源,它也是引起气候长期变化的外强迫作用中最主要的温室气体,观测资料表明,在工业革命后,由于人类工农业活动的影响,大气圈中ＣＯ２含量增加很快。了解碳的源汇分布,大气圈碳循环动力机制以及碳循环与气候系统的相互作用,并进一步了解碳循环在整个地球系统内的作用过程十分重要。本文综合了近年来一关于碳循环在整个地球系统内的作用过程十分重     

陆地碳循环研究进展

近年发表的关于陆地碳循环的国内外论著反映出如下观点 :1陆地主要的碳库 -陆地生物圈、土壤圈和岩石圈的碳贮量分别为 560 Pg C、 1 40 0～ 1 50 0 Pg C(有机碳 )、 2 .0× 1 0 7Pg C(有机碳 ) ,其中岩石圈中化石燃料的贮量约为 50 0 0～ 1 0 0 0 0 Pg C;2大气 CO2“未知汇”的量大概在 0 .7～ 3.1 Pg C之间 ,“未知汇”可能存在于中纬度地区 ;3土地利用与土地覆被变化造成的 CO2 排放量估计值差异较大 ,可能在 0 .6～ 3.6Pg C之间 ;4陆地碳循环模型已从静态模型发展到动态模型 ,而且更加注重大气 CO2 浓度增加和 LUCC对碳循环的影响以及 C、 N、 P和 S等循环的耦合作用。