中国陆地土壤有机碳库的估算

土壤是陆地生态系统的核心之一,土壤有机碳库是陆地碳库的主要组成部分,在陆地碳循环研究中有着重要的作用,因而了解土壤碳循环是研究中国陆地生态系统碳循环的基础,确定土壤有机碳的储量、空间分布、对土壤碳循环的研究具有重要意义。根据中国和线次土壤普查得到的土壤各类型分布面积,采样数据、土壤有机质含量,运用ＧＩＳ技术,来估算土壤碳库。经过计算,中国陆地生态系统土壤有机碳总量为１００１．８×１０＾８ｔ,平均碳     

基于高光谱遥感的土壤有机碳含量估算研究进展

土壤有机碳库是人类可以对其施加影响的最大生物圈碳库,其储量的估算和动态变化研究是全球碳循环研究中的重要内容．传统的各种估算和监测方法存在一定的问题,而利用高光谱遥感估算土壤有机碳含量具有便捷快速、节约成本、非破坏性和准确度高的优势,同时,从机载高光谱传感器获取的土壤图像数据对于估算大尺度区域土壤有机碳含量和跨时空动态研究具有相当大的潜力．但是,基于高光谱遥感数据的监测受到很多因素的影响,包括土壤有机碳含量的差异、成土母质、土壤含水量、土壤质地等以及与土壤有机碳光谱响应特性较为接近的氧化铁的影响．另外,野外土壤表面状态（如植被覆盖、表面粗糙度、土壤含水量和沙石等）以及大气、光照和辐射条件等也都对研究结果和估算精度产生较大的影响．今后该领域的研究应致力于对各影响因素的深入研究,同时寻求更多有效的计量方法提高估算模型的稳定性,并最终应用高光谱遥感数据开展区域尺度土壤有机碳含量的估算．     

基于高光谱遥感的土壤有机碳含量估算研究进展

土壤有机碳库是人类可以对其施加影响的最大生物圈碳库,其储量的估算和动态变化研究是全球碳循环研究中的重要内容.传统的各种估算和监测方法存在一定的问题,而利用高光谱遥感估算土壤有机碳含量具有便捷快速、节约成本、非破坏性和准确度高的优势,同时,从机载高光谱传感器获取的土壤图像数据对于估算大尺度区域土壤有机碳含量和跨时空动态研究具有相当大的潜力.但是,基于高光谱遥感数据的监测受到很多因素的影响,包括土壤有机碳含量的差异、成土母质、土壤含水量、土壤质地等以及与土壤有机碳光谱响应特性较为接近的氧化铁的影响.另外,野外土壤表面状态(如植被覆盖、表面粗糙度、土壤含水量和沙石等)以及大气、光照和辐射条件等也都对研究结果和估算精度产生较大的影响.今后该领域的研究应致力于对各影响因素的深入研究,同时寻求更多有效的计量方法提高估算模型的稳定性,并最终应用高光谱遥感数据开展区域尺度土壤有机碳含量的估算.     

中国土壤有机碳库及空间分布特征分析

土壤有机碳库是陆地碳库的主要组成部分 ,在陆地碳循环研究中有着重要的作用。根据中国第二次土壤普查实测 2 4 73个典型土壤剖面的理化性质 ,以及土壤各类型分布面积 ,估算中国土壤有机碳库的储量约为 92 4 .1 8× 1 0 8t,平均碳密度为 1 0 .53kg/m2 ,表明中国土壤是一个巨大的碳库。其空间分布总体规律上表现为 :东部地区大致是随纬度的增加而递增 ,北部地区呈现随经度减小而递减的趋势 ,西部地区则呈现随纬度减小而增加的趋势。     

土壤碳循环研究进展及干旱区土壤碳循环研究展望

土壤碳库动态及其驱动机制是陆地生态系统碳循环与全球变化研究的热点问题之一。随着各国对《京都议定书》的重视,农业土壤碳库变化及其源汇效应研究不断加强,但以往研究土壤碳循环主要是针对有机碳,较少考虑无机碳的作用和地位,干旱区土壤无机碳储量巨大,其在区域碳循环过程中的贡献日益显著,这使得干旱区土壤碳循环研究必须同时考虑土壤有机碳和无机碳的行为。国内外关于农业土壤有机碳动态的研究主要围绕农业土壤有机碳储量、固碳潜力等问题展开,研究区多为湿润、半湿润地区;国际上对农业土壤无机碳动态的研究主要集中在干旱区土地管理措施对土壤发生性碳酸盐碳的形成与转化方面,研究方法以稳定同位素技术为主,但目前关于中国干旱区农业土壤无机碳动态的研究还较为薄弱。因此,应加强干旱区绿洲土壤碳循环研究,深入分析干旱区绿洲土壤碳的源/汇效应;探讨土壤无机碳动态变化的机理。     

1980s-2010s内蒙古草地表层土壤有机碳储量及其变化

以我国内蒙古草原为研究区域,结合1982-1988年第二次土壤普查资料以及2011-2012年实地考察数据,构建了基于遥感数据和土壤数据的区域表层土壤有机碳储量估算方法,对研究区1980s和2010s表层土壤有机碳储量、空间分布特征及其变化进行研究,结果表明：(1) 1980s、2010s内蒙古草地表层土壤 (0~20 cm) 有机碳储量分别为2.05 Pg C、2.17 Pg C,土壤有机碳密度约为3.48 kg C·m^-2、3.69 kg C·m^-2,其空间分布上呈现从草甸草原、典型草原、荒漠草原逐渐降低的特征;(2) 1982-2012年间,内蒙古草地表层土壤有机碳储量略有增加,但增加幅度较小,其中草甸草原和典型草原表层土壤有机碳储量增加,荒漠草原则表现为减少。研究结果将为研究区因地制宜地采取固碳措施,实现草地可持续管理提供科学参考。     

青藏高原草地生态系统生物量碳库研究进展

准确认识青藏高原草地生物量碳库及其变化规律对研究区域碳循环与合理利用草地资源具有重要意义。通过综述相关文献,将青藏高原草地生物量碳库的研究方法与结果概括如下:①当前草地生物量碳库的估算方法主要有4种:文献记录法、实地调查法、遥感—植被指数法和过程模型法等,而估算方法、采样标准与地下生物量估算是导致结果差异的主要因素;②文献结果显示,青藏高原草地生物量的平均碳密度为223 g/m2,碳库为277TgC(1Tg=1012g);③采用遥感的估算结果表明,近20年来青藏高原草地地上生物量碳库呈增加的趋势,总体处于碳汇状态;④影响青藏高原草地地上生物量的主要因子是降水量,温度对生物量的影响还存在不确定性,人为干扰也是影响草地生物量的重要因素。目前青藏高原草地生物量碳库的研究仍存在着一些问题,应从基础观测数据、遥感模型算法与碳—氮—水耦合过程模拟等方面开展更为深入的研究。     

黄河源区高寒草地土壤有机碳储量及分布特征

选择位于黄河源区的青海省果洛藏族自治州为研究区,利用第二次全国土壤普查所得的土壤剖面数据以及55个典型土壤剖面的地理位置、土层深度、有机质含量、面积、理化分析数据和1:50万数字化土壤类型图,在GIS的支持下利用土壤类型法对黄河源区草地土壤碳库进行了估算。结果表明,黄河源区土壤碳密度较高,平均土壤有机碳密度为29.97 kg/m²,高寒草地土壤有机碳库主要由高山草甸土和高山草原土的有机碳库构成,研究区土壤有机碳总储量达15×10⁸tC。区域草地土壤有机碳密度及储量呈明显的水平和垂直分异规律。     

阿尔泰山南坡土壤有机碳密度的分布特征和储量估算

在陆地生态系统中土壤有机碳库是重要的碳库之一,对于研究全球碳循环和温室效应有重要影响。通过野外实地采样和室内分析,按照0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm、50~100 cm的土壤分层方法,综合分析了阿尔泰山南坡土壤有机碳密度的分布特征,并估算了该地区的有机碳储量。结果表明:(1)在阿尔泰山南坡土壤有机碳密度随海拔梯度的变化具有一定的变化规律,海拔在500~2 400 m之间,土壤有机碳密度呈现逐渐增加的趋势;2 400~3 000 m之间,出现下降趋势;(2)土壤有机碳密度在0~100 cm土壤层内呈递减趋势,且不同土层有机碳密度的变异程度不同;在土壤各个土层深度,9种土壤类型的有机碳密度均有显著差异(p0.05);(3)研究区域0~100 cm有机碳储量为0.477 4 Pg,各土壤类型储量差异显著(p0.05),亚高山草甸土的储量最多,山地灰色针叶林土次之,储量最少的出现在高山寒冻土和棕钙土;其中0~30 cm层土壤有机碳储量为0.225 Pg,占总储量的44.13%。研究结果为估算不同土壤类型土壤有机碳密度,以及分析碳源碳汇提供了数据参考,并对进一步研究此地区碳循环具有一定意义。     

基于遥感和碳循环过程模型的土壤固碳价值估算——以关中-天水经济区为例

土壤是人类赖以生存的根本,也是全球碳循环的重要环节。遥感技术的发展为土壤监测提供了高时空分辨率的数据,这有助于提高土壤有机碳储量估算的精度。本文利用遥感数据测量和评价土壤固碳价值,为区域碳核算及改善生态环境提供科学参考。基于遥感数据和碳循环过程模型估算2000、2005、2010和2014年关中-天水经济区内土壤有机碳储量(0~30 cm),使用净现值法计算2014年固碳量的经济价值。2000-2014年关中-天水经济区土壤碳储量增加了2.4×107t,在预设的6个固碳收益情景(不同碳价格和贴现率)中,2014年土壤固碳净现值分别为44.958×10~8元、45.359×10~8元、62.186×10~8元、63.443×10~8元、85.156×10~8元、87.555×10~8元。林地的单位面积土壤固碳价值最大,而耕地的固碳总价值最高。除土壤理化性质,单位面积土壤固碳价值还受降水量、温度等气候因子影响。此外,合理的碳价格及贴现率可有效调控土壤固碳收益。     

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。     

Coupling numerical simulation with remotely sensed information for the study of frozen soil dynamics

The acquisition of spatial-temporal information of frozen soil is fundamental for the study of frozen soil dynamics and its feedback to climate change in cold regions. With advancement of remote sensing and better understanding of frozen soil dynamics, discrimination of freeze and thaw status of surface soil based on passive microwave remote sensing and numerical simulation of frozen soil processes under water and heat transfer principles provides valuable means for regional and global frozen soil dynamic monitoring and systematic spatial-temporal responses to global change. However, as an important data source of frozen soil processes, remotely sensed information has not yet been fully utilized in the numerical simulation of frozen soil processes. Although great progress has been made in remote sensing and frozen soil physics, yet few frozen soil research has been done on the application of remotely sensed information in association with the numerical model for frozen soil process studies. In the present study, a distributed numerical model for frozen soil dynamic studies based on coupled water-heat transferring theory in association with remotely sensed frozen soil datasets was developed. In order to reduce the uncertainty of the simulation, the remotely sensed frozen soil information was used to monitor and modify relevant parameters in the process of model simulation. The remotely sensed information and numerically simulated spatial-temporal frozen soil processes were validated by in-situ field observations in cold regions near the town of Naqu on the East-Central Tibetan Plateau. The results suggest that the overall accuracy of the algorithm for discriminating freeze and thaw status of surface soil based on passive microwave remote sensing was more than 95%. These results provided an accurate initial freeze and thaw status of surface soil for coupling and calibrating the numerical model of this study. The numerically simulated frozen soil processes demonstrated good performance of the distributed numerical model based on the coupled water-heat transferring theory. The relatively larger uncertainties of the numerical model were found in alternating periods between freezing and thawing of surface soil. The average accuracy increased by about 5% after integrating remotely sensed information on the surface soil. The simulation accuracy was significantly improved, especially in transition periods between freezing and thawing of the surface soil.     

草地生态系统碳循环研究评述

本文就目前草地生态系统碳循环研究的主要问题进行了综述,重点阐述了四个方面的内容：1、草地生态系统碳贮量,包括植被及土壤碳贮量,草地NPP及生物量的分布特征和测定;2、草地土壤呼吸,认为其是草地碳循环中最主要的环节,是目前研究的重点;3、气候及人类活动（开垦和放牧等）对草地生态系统碳循环的影响;4、二氧化碳增加对草地碳循环的可能影响,并对研究工作中的难点做了简要评述。     

我国草地生态系统碳循环研究进展

文中首先分析了草地生态系统在碳循环研究中的地位和重要性,进而对我国草地生态系统碳循环的研究现状作了较为详尽的阐述,包括植物、凋落物、土壤三大碳库以及主要含碳温室气体通量等,对其主要研究结论进行了深入的剖析。同时提出了今后我国草地生态系统碳循环的重点研究方向和研究领域。     

碳同位素在草地生态系统碳循环中的应用与展望

草地生态系统在全球碳循环研究中占有重要地位,目前,碳同位素技术已经被广泛地应用于草地生态系统碳循环研究中。本文阐述了碳同位素在草地土壤有机碳的来源、光合作用产物碳在草地生态系统中的分配、草地土壤有机质的周转及草地土壤呼吸研究方面的应用,重点论述了碳同位素在土壤呼吸方面的应用。应用碳同位素对土壤呼吸进行区分的方法主要包括13C自然丰度法、脉冲标记法、同位素稀释法、模拟根际沉积物法、14CO2动态模型法、根系分泌物洗涤法等。碳同位素技术对草地土壤和根干扰很小,方法相对成熟,为深入研究草地生态系统碳循环提供了巨大潜力。在我国,应用碳同位素方法研究草地生态系统碳循环在土壤有机碳的来源、分配及周转和土壤呼吸区分等方面有进一步研究的必要,也有进一步研究的发展空间。     

基于MODIS时序数据的中国西南地区主要植被生态系统干扰动态监测及分析

在自然或人为活动的干扰下,生态系统的正常功能或多或少受到影响。生态系统干扰信息可为跟踪气候变化响应、探寻全球碳循环路径和维系生态系统功能提供重要参考。飞速发展的遥感技术为生态系统干扰信息的获取提供了新的思路,高时空分辨率的遥感影像能及时有效地监测干扰事件发生的时间和位置。本文以中国西南地区为例,选用2005—2016年MODIS影像的地表温度LST（Land Surface Temperature）和增强型植被指数EVI（Enhanced Vegetation Index）产品,首先应用遥感干扰指数模型提取2007—2016年的逐年生态系统干扰数据,然后研究了西南地区森林与草地灌丛生态系统干扰的时空分布,并通过地面着火点观测记录、遥感火烧迹地数据、Google Earth和政府报告等验证干扰指数模型的有效性,最后明晰中国西南地区森林与草地灌丛干扰强度的分布特征。结果表明：① 本文使用的遥感干扰指数模型对干扰事件十分敏感,明显优于单独使用EVI或LST。② 本文提取的森林生态系统干扰和草地灌丛生态系统干扰与Google Earth、气象数据等保持高度一致。③ 森林与草地灌丛干扰是研究区内最主要的生态系统干扰,约占每年总干扰面积的90%。④ 森林干扰最强烈区在川西高原地区,可能的干扰类型为森林火灾,草地灌丛干扰最强烈区为青藏高原农牧区,可能的干扰类型为气象干旱干扰。     

中国陆地生态系统的碳储量及其空间格局(英文)

地球系统的碳库变化和碳循环过程机制是气候变化成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策的科学基础,受到科技界和国际社会的广泛关注。从20世纪80年代中后期开始,中国学者就开展了陆地生态系统碳循环研究工作,并且在许多研究领域都取得了可喜的进展。本文在回顾中国的陆地生态系统碳循环研究发展历程基础上,重点评述陆地生态系统的碳储量及其空间格局方面的研究成果,评价有关研究的不确定性以及亟待解决的重要科学问题。分析表明,中国的陆地生态系统碳循环研究经过了陆地生态系统碳循环的前期研究、区域尺度生态系统碳循环综合研究、生态系统碳循环过程对环境变化适应性实验研究,以及生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理研究4个主要发展阶段。大多的研究表明,中国陆地生态系统碳储量及其空间格局是温度和降水控制的。全国土壤、森林和草地植被储存约为97.95 —118.93 Pg C;自20世纪70年代中期以来,我国的植树造林和林业管理、草地保护、农作制度改革和保护性耕作等措施发挥了重要的固碳功能,但是各种方法评估的结果仍然存在较大不确定性。今后的研究重点工作是建立天地空一体化碳储量和碳汇动态监测体系、开展生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理的前瞻性研究,定量评价中国区域生态系统的碳收支状况和增汇潜力,评估各种典型生态系统增汇技术的经济效益,为国家尺度的温室气体管理和碳交易机制与政策体系的建立提供可报告、可度量和可核查的科学数据和技术支持。     

应用遥感技术模拟净初级生产力的尺度效应研究进展

采用遥感技术估算地表植被净初级生产力(NPP),已经成为模拟NPP的主要发展方向。遥感技术以及数据处理能力的迅速发展和基于遥感观测生理生态理论研究的进展使大尺度生态系统格局和过程的定量、动态观测成为可能。多种卫星传感器提供了丰富的多尺度对地观测数据,从而形成了不同空间分辨率的影像数据层次体系,使得从定量遥感出发的NPP估算必然存在多尺度的问题。NPP遥感估算模型以不同分辨率的遥感数据(代表不同的研究尺度)作为输入参数时,得到的NPP模拟值差异明显。为了提高NPP的估算精度,需要充分认识不同分辨率的遥感数据对NPP估算结果的影响差异,即NPP的尺度效应问题。本文介绍了遥感尺度效应研究进展,多分辨率遥感数据监测NPP变化的多尺度研究进展,以及NPP估算尺度效应问题的研究进展。并分析了应用遥感技术研究NPP尺度效应的发展趋势。