生态系统碳通量估算中耦合涡度协方差与遥感技术研究进展

陆地生态系统CO2和水热通量的长期观测研究一直是国际上关注的热点问题.截止目前,利用微气象学原理的涡度协方差技术是唯一能直接测定生物圈与大气间物质与能量通量的标准方法,成为国际通量观测网络的主要技术.但是涡度协方差技术的测定仍然是一种小尺度观测方法,其观测结果难于直接外推到更大尺度.同时,缺乏区域、跨尺度生态系统及其时空动态观测数据一直是限制碳循环研究的主要障碍,而遥感技术的发展可望在不远的将来使大尺度、高分辨生态系统变化的长期定量观测成为可能.这些问题在当今集中体现在如何建立通量-遥感的跨尺度观测体系,并有效地将有限的通量站点测量数据与大尺度遥感资料以及生态模型有机地结合.总结过去耦合涡度协方差技术与遥感技术的工作,主要在以下3个层面展开:①涡度协方差技术与遥感技术对碳通量估算的相互验证;②涡度协方差技术为遥感反演提供地面参数;③遥感观测解译辅助分析通量贡献区(footprint).集中在这3个方面进行探讨,通过总结各方面的研究特点与进展,可望为未来在这个领域开展工作理顺思路.     

生态系统碳通量估算中耦合涡度协方差与遥感技术研究进展

陆地生态系统CO^₂和水热通量的长期观测研究一直是国际上关注的热点问题。截止目前,利用微气象学原理的涡度协方差技术是唯一能直接测定生物圈与大气间物质与能量通量的标准方法,成为国际通量观测网络的主要技术。但是涡度协方差技术的测定仍然是一种小尺度观测方法,其观测结果难于直接外推到更大尺度。同时,缺乏区域、跨尺度生态系统及其时空动态观测数据一直是限制碳循环研究的主要障碍,而遥感技术的发展可望在不远的将来使大尺度、高分辨生态系统变化的长期定量观测成为可能。这些问题在当今集中体现在如何建立通量—遥感的跨尺度观测体系,并有效地将有限的通量站点测量数据与大尺度遥感资料以及生态模型有机地结合。总结过去耦合涡度协方差技术与遥感技术的工作,主要在以下3个层面展开：①涡度协方差技术与遥感技术对碳通量估算的相互验证;②涡度协方差技术为遥感反演提供地面参数;③遥感观测解译辅助分析通量贡献区（footprint）。集中在这3个方面进行探讨,通过总结各方面的研究特点与进展,可望为未来在这个领域开展工作理顺思路。     

青藏高原净生态系统碳交换量的遥感评估模型研究

青藏高原作为世界海拔最高的区域,是全球气候变化的敏感区之一。定量估算这一区域的净生态系统碳交换量（NEE）有利于理解陆地生态系统碳平衡对未来气候变化的响应。本文构建了一个模拟该地区NEE动态变化的净碳收支模型（NCBM）。该模型由来源于MODIS影像的增强型植被指数（EVI）、陆地表面水分指数（LSWI）以及来源于地面观测的空气温度和短波辐射共同驱动,并利用青藏高原地区的3种植被类型（包括高寒灌丛、高寒湿地和高寒草甸）的碳通量长期观测数据对模型进行了校准和验证。结果表明,在模型校准站点年,NCBM模型可以模拟NEE观测值81%的变化,均方根误差（RMSE）为0.03molC/m2/d,模型效率（EF）为0.81。在模型验证站点年,NCBM模型可以预测NEE观测值84%的变化,RMSE为0.03molC/m2/d,EF为0.81。在大多数情况下,NCBM模型可以清晰地模拟各植被类型的NEE季节和年际变化。此外,NCBM模型因为结构简单,模型驱动变量易于获取等优势,具有在区域尺度上模拟NEE时空变化的潜力。但是该模型还需要进一步的改进和发展,特别需要提高对植被非常稀疏地区NEE变化的模拟能力。     

典型森林生态系统碳交换的机理模拟及其与观测的比较研究

CEVSA模型是一个基于生理生态过程模拟植物—土壤—大气系统能量交换和水碳氮耦合循环及其对环境变化响应和适应的机理模型,在区域和全球尺度上得到广泛应用,但缺乏在生态系统尺度上的验证。本研究对CEVSA模型中碳循环关键过程的定量表达进行了重要改进：将模型的模拟时间步长由“旬”改为“日”;增加了物候参数化的子程序;调整了生物量的分配方案;基于碳平衡模拟叶面积指数的季节动态等。分别使用改进前后的CEVSA模型模拟了3类典型森林生态系统碳交换的季节动态,模拟的结果与通量观测进行了比较分析。结果表明,改进后的CEVSA模型能更好地模拟不同类型森林生态系统碳交换的季节动态,但在不同生态系统的不同时段,模型模拟的结果与通量观测相比还有一定的偏差,模型在碳交换关键过程对环境变化的响应和适应,尤其是针叶林光合作用对温度变化的响应和适应,以及生态系统对高温和水分亏缺的响应和适应等方面的模拟还需要进一步的改进和验证。     

ENSO年代际变化对全球陆地生态系统碳通量的影响

使用动态植被陆面模式AVIM2,以NCEP (National Centers for Environmental Prediction)再分析气象资料作为大气强迫场,模拟了1953-2004年全球陆地生态系统净初级生产力(NPP)和净生态系统生产力(NEP) 的空间分布及时间变化特征。结果得到,1953-2004年陆地生态系统NPP和NEP全球总量52 a的C平均值分别为65 Pg/a和1.2 Pg/a,NPP呈明显的上升趋势,而NEP的上升趋势不明显。虽然NPP和NEP的年代际增长趋势不同,但是在20世纪70年代中期,NPP和NEP的年代际变化都出现了一个明显的突变,突变点后的增长趋势都没有之前的增长趋势高。这是由于太平洋的年代际振荡(PDO)冷暖位相影响了厄尔尼诺与南方涛动（El Nin~o Southern Oscillation,ENSO)的年代际变化,对NPP和NEP的年代际变化也产生了重要的影响。1976年以前PDO处于冷位相年,增加了ENSO冷位相的强度和频率,使热带地区的气候偏凉爽湿润,从而利于NPP和NEP趋势增长,而1976年以后PDO进入暖位相年,El Nin~o发生频繁,赤道地区多为干热的气候异常,会降低NPP和NEP的增长趋势。     

青藏高原草地土壤有机碳库及其全球意义

定量分析了青藏高原各类草地0～0.65m深度范围内有机碳储量,结果表明:青藏高原总面积为1.6027×10hm²的草地有机碳量达到335.1973×10⁸tC,其中以高原草甸土和高原草原土有机碳积累量为主,两者之和达到232.36×10⁸tC,占全国土壤有机碳量的23.44%,是全球土壤碳库的2.4%.在有机碳储量分析的基础上,按土壤碳释放的两种主要途径:土壤呼吸作用和土地利用方式变化与草地退化,对草地土壤碳排放进行了估算,揭示出青藏高原草地土壤通过呼吸每年排放的CO₂达到11.7×10⁸tC·a^-1,约占中国土壤呼吸总量的2.3%,明显高于全国乃至全球平均值;近30a来,青藏高原草地土壤由于土地利用变化和草地退化所释放的CO₂估计约有30.23×10⁸tC.保护青藏高原草地对于全球变化意义重大.定量分析了青藏高原各类草地0～0.65m深度范围内有机碳储量,结果表明:青藏高原总面积为1.6027×10hm²的草地有机碳量达到335.1973×10⁸tC,其中以高原草甸土和高原草原土有机碳积累量为主,两者之和达到232.36×10⁸tC,占全国土壤有机碳量的23.44%,是全球土壤碳库的2.4%.在有机碳储量分析的基础上,按土壤碳释放的两种主要途径:土壤呼吸作用和土地利用方式变化与草地退化,对草地土壤碳排放进行了估算,揭示出青藏高原草地土壤通过呼吸每年排放的CO₂达到11.7×10⁸tC·a^-1,约占中国土壤呼吸总量的2.3%,明显高于全国乃至全球平均值;近30a来,青藏高原草地土壤由于土地利用变化和草地退化所释放的CO₂估计约有30.23×10⁸tC.保护青藏高原草地对于全球变化意义重大.     

青藏高原地表能量通量的估计

利用1981—2000年逐日气候、植被和土壤基础资料作为输入,以大气—植被相互作用模式（AVIM2）计算了青藏高原0.1°分辨率的年平均地表能量通量的空间分布和季节变化特征。结果显示,年平均地表净辐射通量由高原西南部的100 W/m2减少到东部的70 W/m2左右。高原东南部的林区潜热通量强而感热通量弱,从高原东南向西、向北潜热通量逐渐减少,而感热通量逐渐增大。夏季这种趋势更加显著。冬季除东南部外,高原上广大地区地表能量通量都较低。     

温度对中国典型森林生态系统碳通量季节动态及其年际变异的影响

森林生态系统的碳收支及其对环境因子的响应规律一直是生态系统生态学研究的重要内容,而碳收支的年际变异规律反映了生态系统的稳定性特征。基于长白山温带针阔混交林、千烟洲亚热带人工针叶林和鼎湖山亚热带常绿阔叶林2003~2008年的通量观测数据,对比分析了3个生态系统碳通量的季节动态、季节动态的年际变异及温度对上述二者的影响规律。结果表明,长白山的总生态系统生产力(GEP)和生态系统呼吸(RE)都呈现单峰曲线的季节动态模式,最高时8天GEP总和可达85g C/m~2,8天总RE能达到66g C/m~2,二者均高于千烟洲和鼎湖山,而千烟洲和鼎湖山的GEP和RE在不同的时间起伏较大;净生态系统碳交换量(NEE)的季节动态模式3个生态系统各不相同。在碳通量的3个分量中,GEP和RE的季节动态的相对年际变异较小,而NEE的相对年际变异较大,表明GEP和RE在年际之间更稳定。3个生态系统的GEP和RE与温度之间均存在显著的指数相关关系,但NEE与温度之间的相关性较弱。在温度较高的时段,通常GEP,RE和NEE的绝对年际变异也较高,相对年际变异较低,整个生态系统表现为更加稳定;但GEP和RE的年际变异与温度的年际变异之间相关性较弱,说明除温度外,还有其他环境因子的年际变异对GEP和RE的年际变异产生重要影响。     

海气CO2通量与涡动相关法应用研究进展

海气CO2交换速率及通量的测定、估算是碳循环研究的重要内容。测定、估算海气CO2交换速率及通量有多种方法,但都有其局限性,准确定量海气碳通量的大小仍是碳循环研究的热点问题。当前应用最广泛的海气界面分压差法需要通过间接手段测定海气交换速率,交换速率和风速的关系基于经验公式,不确定性较大;而涡动相关法（eddy covariance / eddy correlation）是一种直接测量方法,理论上不需要任何经验参数,在近年来取得较大进展。综述了近年来国内外CO2海气交换速率及通量的测定、估算方法的研究进展,并对各种方法的原理、应用、优缺点进行了分析,着重介绍了涡动相关法测量CO2通量的原理、国内外研究现状、相对传统方法的优缺点以及发展前景等,对未来海气CO2交换速率及通量研究发展趋势和研究方法作了展望。     

青藏高原高寒草地小流域水体碳氮输出特征及其影响因素

以青藏高原长江源区典型高寒草地小流域为研究对象,基于2012年小流域气象监测数据和小流域径流水样分析,探讨了小流域水体碳氮输出特征,分析了气象因子和土壤水热对小流域水体碳氮输出的影响。结果表明,径流水体碳氮质量浓度均较低,其中可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)含量分别在2.95~6.96mg.L-1、0.45~1.15mg.L-1、0.02~0.88mg.L-1和0.16~0.36mg.L-1之间;DOC、DON、NO3--N在8~10月份之间随时间逐渐升高,9月中旬达到峰值后波动下降,NH4+-N无显著的季节变化特征,溶解氮中DONNO3--NNH4+-N;DOC和DON的输出量与降水、不同土层(20、40、60、90、120cm)地温和不同深度(10、20、40、60cm)土壤水分、水温呈极显著正相关(P0.001),与90、120cm土壤水分呈极显著负相关(P0.001);NH4+-N的输出量与降水、气温、水温呈显著正相关(P0.05);NO3--N与降水呈极显著正相关(P0.001)。     

青藏高原不同类型草地生态系统下土壤可培养细菌数量及多样性分布特征研究

以青藏高原北麓河不同类型草地生态系统下土壤为研究对象,研究了可培养细菌数量和多样性的季节性变化.结果显示研究区域可培养细菌数量为0.4×107～4.6×107 CFU.g-1,不同类型草地生态系统下可培养细菌具有明显的季节差异：高寒沼泽草甸和高寒沙化草原生态系统下土壤细菌在5月生物量最高,而高寒草甸生态系统下在7月有最...     

青藏高原的大气CO_2含量、岩溶溶蚀速率及现代岩溶微地貌

青藏高原是世界上最高、最大和最年青的高原。按照气候地貌学的观点,其干燥和寒冷的气候条件不利于岩溶地貌的发育。笔者在青藏高原上已发现了广泛分布的岩溶微形态。笔者用国际通用的石灰岩圆形切片,在西藏三个不同地点进行了12年的野外溶蚀试验,揭示出青藏高原的岩溶溶蚀速率是全世界最低的,在土层中还产生沉淀现象。通过在青藏高原不同高程上测量大气中CO_2分压,发现P_(CO_2)随海拔高度的增加而降低。在土壤、沉积物和岩石裂隙中的P_(CO_2)也呈现同样的变化趋势。由于CO_2含量直接影响天然水的溶蚀能力,因此可以断定低CO_2浓度是造成青藏高原上现代岩溶过程微弱的重要原因之一。其他主要原因包括干旱和寒冷气候条件。通过对不同微地貌上溶蚀速率的计算和形态分析,可以认为,分布于高原面上的所有岩溶微形态中,现代发育的岩溶微地貌形态仅仅是那些与生物岩溶过程有关的溶痕,其他岩溶微地貌形态可能是全新世温暖期的产物。     

青藏高原中部新生代伦坡拉盆地沉降史分析

新生代伦坡拉盆地位于青藏高原中部,拉萨地体与羌塘地体间班公湖-怒江缝合带之上.伦坡拉盆地及缝合带上其他陆相盆地的形成反映了班怒带缝合之后的再活化过程.盆地内部主要沉积了始新世-中新世牛堡组与丁青湖组两套地层,虽然后期的风化剥蚀和地表第四纪覆盖对获取野外露头资料造成了一定影响,但20世纪50年代以来大规模的钻井勘探为研究区域大地构造和沉积盆地演化提供了重要依据.为重建伦坡拉盆地的沉降史,本文对盆地中11条钻井剖面和1条实测剖面进行了回剥分析.沉降曲线显示盆地经历了两个明显不同的沉降阶段和一个缓慢抬升阶段.初始的快速沉降开始于始新世,在区域伸展作用下上地壳破裂形成半地堑型盆地,并开始在滨浅湖环境中沉积牛堡组地层.这一过程中伴有左行走滑.渐新世早期,受构造活动之后热量传导的影响,前期快速沉降被缓慢热沉降取代,沉降中心向北东方向迁移,并在半深湖-深湖环境下沉积丁青湖组地层.与此同时印度板块不断向北俯冲,在挤压作用下热沉降逐渐减弱并提前结束.中新世波尔多阶基底开始构造抬升,盆地不断发生挤压变形,并最终形成了现今的构造格局.     

青藏高原东北缘寺口子盆地新生代沉积演化及其构造意义

宁夏固原寺口子盆地发育巨厚的新生代地层,这些地层记录了青藏高原东北部的沉积演化特征和构造演变历史。根据剖面沉积物粒度特征、沉积结构和构造、沉积层序,识别出20种岩相、5种沉积相类型。结合前人对寺口子剖面的古地磁测年,分析研究盆地的沉积演化特征以及对构造的响应表明:20.1 Ma盆地以缓慢的坳陷沉降开始演化,直至1.2 Ma遭受破坏。在此期间青藏高原东北部经历了6.4 Ma、4.6 Ma和1.2 Ma这3次明显的构造挤压隆升运动,其中约6.4 Ma的构造运动是青藏高原向东北部扩展首次影响到海原—六盘山断裂以东地区。从盆地的形成和沉积演化过程来看,马东山山前断裂的逆冲推覆,导致了寺口子盆地的强烈变形和构造降升,并且最终成为青藏高原的最新组成部分。     

Cenozoic Sedimentary Sequence in the Kumkal Basin, Xinjiang and New Evidence for the Late Quaternary Uplift of the Qinghai-Tibetan Plateau

1. IntroductionThe Qinghai-Tibetan Plateau is an importantregion for the study of the global change andstructural evolution history). The in-depth knowledgeon its uplift process is the ke}' to understand theformation and development of temporary ph}'sicalenvironment of China or even East Asia. Therefore.a large quantity of researchers have given muchmore attention on this field (Burbank et al.. l982;Fang Xiaornin et al.. 1995f Ruddoman. ]997f AnZhisheng et al.. 1998). The macroscopic e\'o…     

青藏高原土壤碳排放研究进展

青藏高原土壤碳排放研究是评估国家区域碳排放量和预测气候变化所可能导致影响的关键. 首先对青藏高原土壤碳排放的关键性影响因子进行探讨, 并分析了土壤碳排放的时空分布格局变化. 目前青藏高原土壤碳排放研究主要是针对高寒草甸及高寒草地生态系统, 较少涉及高寒荒漠, 研究区域较为分散; 土壤碳排放受到气候环境因素、生物因素及人为因素等多重因素的影响, 其中温度、土壤湿度、土壤区系生物、人为因素及多年冻土退化是最关键的影响因素; 土壤碳排放具有明显的时空变异性, 空间变异性在生物群丛、景观、区域和生物群系四个尺度体现, 时间变异性在日、季、年上体现. 总体而言, 青藏高原土壤碳排放的研究较少, 尤其关于大尺度、长时间序列的研究以及土壤碳排放的机理等方面的研究十分缺乏, 有待于后续加强研究.     

Advances in Researches of the Effects of Grassland Vegetation on Soil Erosion in Loess Plateau

Soil erosion is a serious global environmental problem which limits the survival and development of human beings. In our country, due to the special physical geography and socio-economic conditions, soil erosion intensity is great, which is particularly prominent in Loess Plateau region. Therefore, preventing and controlling soil erosion, as well as reducing soil erosion in Loess Plateau have become the key to solving environmental problems in the region. Soil erosion on Loess Plateau is serious, and grassland vegetation has good effects on soil and water conservation, which can improve ecological environment well. After the implementation of the project about returning farmland to grassland on Loess Plateau, the ecological benefits mainly focused on soil and water conservation benefits, soil improvement benefits, water conservation benefits and species diversity benefits, etc. Grassland vegetation has an irreplaceable role in the construction of the ecological environment on Loess Plateau. Therefore, the role of grassland in preventing soil erosion has received more and more attention. Scholars have done lots of research involved in the relationship between grassland coverage and soil erosion, impacts of grassland on hydrodynamic parameters, effects of grassland on soil properties, reduction effects of grassland on runoff and sediment, and soil erosion process on grassland slope. However, there is little research on erosion effect induced by grassland cover. This paper mainly pointed out the following questions: First, grassland cover is influenced by many factors, but the relationship with soil erosion from the dynamic mechanism is rarely discussed; Second, there is no well-developed theory of overland flow erosion at present, which limits the study of hydrodynamic parameters on grassland slope; Third, establishment of mathematical model between grassland cover and soil resistance can accelerate the quantitative analysis of grassland influence on erosion; Fourth, comprehensive analysis of influencing factors on water reduction and sediment reduction effect on grassland are insufficient; Fifth, there are not many mechanisms to analyze the erosion process of grassland slope by using the hydrodynamic characteristics of slope; sixth, research results on grassland-induced erosion are mainly focused on leading to soil dry layer and we should continue to strengthen in the future. This paper summarized the previous results, and supplemented some studies about erosion caused by grassland, then pointed out the existing problems in current research and the areas that need to be strengthened in the future, aiming at reducing soil erosion on the Loess Plateau.     

对青藏高原隆升研究的几点思考

青藏高原的隆升机制和隆升历史,需多学科参与.其研究思想和研究方法有几点值得思考:①磨拉石与高原(地面)隆升有没有必然的关系;②生物尤其是古植物对青藏高原隆升最具灵敏性,能够指示青藏高原多阶段隆升的一系列信息,应该是今后研究的重点;③不可忽视加大对高原腹地的沉积盆地研究;④多学科的相互交叉、相互渗透已成为研究青藏高原隆升的必然趋势,并以青藏高原北缘新生代生物、沉积学、岩石学成果为例.这些研究不仅可以极大丰富青藏高原隆升的内容,而且可以相互验证,提供更多相关联的直接证据.     

Diversity of the T4-like Myoviruses Community in Response to Salinity in Saline Lakes of the Qinghai-Tibetan Plateau

正1 Introduction Viruses are the most abundant biological entities on Earth.They can influence the succession of individual microbial populations,biogeochemical cycles of C/N and,ultimately,microbial community structure through killing