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河北师范大学硕士学位论文基于CASA模型的呼伦贝尔地区NPP估算研究姓名：杜红申请学位级别：硕士专业：地图学与地理信息系统指导教师：胡引翠20100307摘要呼伦贝尔市处于内蒙古自治区的东北部地区，属于西北干旱区向东北湿润区和华北旱作农业区的过渡地带，对于保障我国的生态安全和可持续发展具有重要的意义。
草地植被是草地生态系统中的第一性生产者，对区域甚至全球气候和环境变化具有很大的影响作用。
本论文根据CASA模型估算呼伦贝尔地区的NPP，采用遥感数据，以草地植被作为草地生态系统研究的主体，对草地状况进行监测、分析计算和评价。
植被净初级生产力(NPP)是指绿色植物在单位时间内、单位面积上所积累的有机物的量。
NPP作为地表碳循环的重要组成部分，不仅直接反映了植被群落在自然环境条件下的生产能力，表征陆地生态系统的质量状况，而且是判定生态系统碳源/汇和调节生态过程的主要因子，在全球变化及碳平衡中起着重要作用。
近30年来，随着人类活动的影响，温室效应等气候和环境问题日益突出，使得陆地生态系统的碳收支的时空变化成为一项研究趋势。
本文主要运用地理信息系统和CASA遥感模型，利用MODIS遥感数据、气象数据及相关资料，估算内蒙古呼伦贝尔地区的NPP，并将估算结果与实测数据进行对比研究，从而验证CASA模型的精度，并改进该模型。
CASA模型从其产生开始就是基于大尺度甚至全球的空间验证，模型中的许多参数均是从区域甚至全球给定的，本论文拟应用CASA模型来模拟出呼伦贝尔草原生态系统的净初级生产力，并利用该生态系统的野外实测地上生物量数据进行模拟验证，旨在验证CASA模型的动态模拟能力，以评价CASA模型反映NPP空间变异特征的准确性及阐释程度。
本研究主要得出了以下结论：(一) CASA模型的改进及实现以CASA模型的基本结构为基础，考虑到最大光能利用率的取值在不同的地表植被类型中存在的差异，结合呼伦贝尔地区存在不同植被类型的实际情况，对CASA模型进行了一些改进，通过对NPP结果与实测数据及其他模型的对比验证，发现改进后的CASA模型对小尺度植被NPP的模拟效果较好。
《长期氮、水添加对内蒙古典型草原生态系统碳通量的影响》篇一一、引言在全球气候变化背景下，草原生态系统作为地球表面碳汇的重要组成部分，其碳通量的变化成为科学研究的重要领域。
中国内蒙古典型草原是温带草原的代表，对气候变化的响应尤为敏感。
而长期氮、水添加作为人为干预的主要手段，对草原生态系统的碳通量有着重要的影响。
本文旨在探讨长期氮、水添加对内蒙古典型草原生态系统碳通量的影响，以期为草原生态系统的保护和恢复提供科学依据。
二、研究方法本研究选取内蒙古典型草原为研究对象，采用长期氮、水添加的试验方法，观察其对草原生态系统碳通量的影响。
具体试验设计包括：设置不同氮、水添加量的处理组，以及不进行任何处理的对照组。
在试验期间，定期对草原进行碳通量的测定，并收集相关环境因子数据。
三、氮、水添加对草原生态系统碳通量的影响1. 氮添加的影响长期氮添加能够显著提高内蒙古典型草原生态系统的碳通量。
氮素是植物生长的重要营养元素，能够促进植物的生长和光合作用。
在氮素充足的情况下，植物能够更好地吸收和利用光能，提高光合作用的效率，从而增加生态系统的碳通量。
然而，过量的氮添加可能导致土壤中微生物的活性增强，加速有机质的分解，对生态系统的碳储存能力产生负面影响。
2. 水添加的影响水是植物生长的必需条件之一，对草原生态系统的碳通量有着重要的影响。
长期水添加能够显著提高内蒙古典型草原生态系统的水分含量，促进植物的生长和光合作用，从而增加生态系统的碳通量。
然而，过多的水分也可能导致土壤中氧气的缺乏，抑制微生物的活性，从而影响生态系统的碳储存能力。
3. 氮、水共同作用的影响氮、水共同作用下，对内蒙古典型草原生态系统碳通量的影响更加显著。
适量的氮、水添加能够相互促进，使植物的生长和光合作用更加旺盛，从而提高生态系统的碳通量。
然而，过量的氮、水添加可能导致土壤环境的恶化，对生态系统的碳储存能力产生负面影响。
四、结论与建议本研究表明，长期氮、水添加对内蒙古典型草原生态系统碳通量具有显著影响。
《长期氮、水添加对内蒙古典型草原生态系统碳通量的影响》篇一摘要：本文通过对内蒙古典型草原生态系统进行长期氮、水添加实验，探讨了氮、水添加对草原生态系统碳通量的影响。
研究结果表明，适量的氮、水添加可以显著提高草原生态系统的碳吸收能力，但过量的添加则可能导致碳通量的减少。
本文通过分析实验数据，揭示了氮、水添加与草原生态系统碳通量之间的复杂关系，为草原生态系统的管理和保护提供了科学依据。
一、引言草原生态系统是全球碳循环的重要组成部分，对气候变化具有敏感的响应。
内蒙古作为我国的重要草原区，其生态系统碳通量的变化对于全球气候变化具有重要意义。
近年来，随着人类活动的增加，草原生态系统的氮、水等营养元素平衡受到干扰，导致生态系统功能发生改变。
因此，研究长期氮、水添加对内蒙古典型草原生态系统碳通量的影响，对于理解草原生态系统的响应机制和保护草原生态系统具有重要意义。
二、研究方法本研究选取内蒙古典型草原为研究对象，通过设置不同氮、水添加梯度的实验区域，进行长期观测和实验。
实验区域分为对照组和实验组，对照组不进行任何处理，实验组则进行不同浓度的氮、水添加。
通过定期测量草原生态系统的碳通量，分析氮、水添加对碳通量的影响。
三、实验结果1. 氮添加对碳通量的影响适量的氮添加可以显著提高草原生态系统的碳吸收能力。
氮是植物生长的重要营养元素，适量的氮添加可以促进植物的生长，从而提高生态系统的碳吸收能力。
然而，过量的氮添加则可能导致土壤中微生物的活动增强，消耗大量的有机碳，从而导致碳通量的减少。
2. 水添加对碳通量的影响水是植物生长的重要条件之一，适量的水添加可以提高植物的生长速度和生物量，从而提高生态系统的碳吸收能力。
然而，过量的水添加可能导致土壤过湿，影响植物的根系呼吸和生长，从而降低碳通量。
3. 氮、水添加的交互作用氮、水添加的交互作用对碳通量的影响不容忽视。
适量的氮、水添加可以相互促进，提高生态系统的碳吸收能力。
然而，过量的氮、水添加则可能导致生态系统的失衡，降低碳通量。
宁夏农林科技，Ningxia Journal of Agri.and Fores.Sci.&Tech.2023，64（06）：42-46基金项目：宁夏回族自治区农业科技自主创新专项科技创新引导项目“宁夏东部风沙区不同管理方式对草地生态系统碳平衡的影响研究”（NKYJ-20-11）。
作者简介：马菁（1988－），女，宁夏盐池人，助理研究员，研究方向为草地资源、生态与环境。
收稿日期：2022-12-12自然环境由大气、水、动植物及各种各样的微生物等构成，其具有独特的物质能量循环规律，这样的物质能量循环规律对陆地生态系统的平衡具有重要调节作用[1]。
大气中CO 2、CH 4等温室气体浓度不断升高引起了诸多问题，如全球变暖、极地冰盖消融、海平面上升、生态系统物种组成改变等等，这些问题波及范围之广，成为人类最为关注的环境问题[2]。
大气中CO 2浓度增加和淡水资源短缺相关的碳和水的问题使越来越多学者关注陆地生态系统碳循环和水循环研究[3]。
陆地生态系统的碳循环与水循环并不是彼此孤立存在的两个循环过程，二者是具有紧密耦合关系的生态学过程[4]。
当前，对陆地生态系统的碳、水循环有大量研究，但多数是从碳、水循环的独立角度来开展的，而系统分析两者耦合关系的研究少之又少[5]，或者仅仅局限于某一尺度，缺乏全面分析的、多尺度下的水碳耦合关系研究[6]。
更好地理解水碳耦合关系及其时空演化可以为有关碳循环研究、水资源利用、生草地生态系统土壤水碳耦合研究进展马菁1，袁媛21.宁夏农林科学院农业经济与信息技术研究所，宁夏银川7500022.北京市昌平区园林绿化局，北京102299摘要：草地生态系统的碳循环与水循环过程不是相互独立的循环过程，而是存在相互作用、相互影响的耦合关系的生态学过程。
基于此，综述了土壤水碳耦合相关的国内外研究进展，概述了草地生态系统土壤水分、碳库及土壤水分和有机碳的相互关系，介绍了水碳耦合的基本过程、基本机制、不同空间尺度水碳耦合关系、水分利用率、蒸散发及水碳耦合模型。
陆地生态系统水碳响应特征解读陆地生态系统是地球上一种重要的生态系统类型，包括森林、草原、湿地、沙漠等各种不同的生态系统。
这些生态系统与水和碳密切相关，并对其变化做出响应。
本文将解读陆地生态系统的水碳响应特征。
首先，我们先来了解一下陆地生态系统的水循环过程。
水循环是指地球上水在不同形态之间不断循环的过程，包括蒸发、降水、径流和地下水等。
陆地生态系统中，植物通过根系吸收土壤水分，然后经过蒸腾作用释放到大气中。
这些水分在大气中形成云，最终以降水的形式返回地面。
陆地生态系统中的湿地和河流也起着贮存和调节水资源的重要作用。
接下来，我们来讨论陆地生态系统的碳循环过程。
碳循环是指地球上碳在不同储存库之间不断交换的过程。
植物通过光合作用吸收二氧化碳，并以碳的形式储存起来。
部分碳通过呼吸作用释放到大气中，同时一部分落叶和死亡的植物材料逐渐分解，释放出二氧化碳。
同时，土壤中的有机物也在分解过程中释放碳。
然而，尚有一部分碳被固定在土壤中，形成土壤有机质。
这些过程共同构成了陆地生态系统的碳循环。
陆地生态系统水碳响应特征的解读包括水分影响和碳循环变化两个方面。
首先，就水分影响而言，陆地生态系统对水分的变化非常敏感。
干旱和湿润条件下，植物的生长和养分吸收能力都会受到影响。
在干旱条件下，植物通过关闭气孔减少蒸腾作用，以减少水分流失。
这会导致植物生长减缓以及养分吸收受限。
而在湿润条件下，土壤含水量增加，植物的生长活动也会得到促进。
同时，水分的变化还会影响土壤中的微生物活动和有机物分解速度，进而影响碳循环过程。
其次，就碳循环变化而言，陆地生态系统的碳储量和碳流动也会受到水分的影响。
在干旱条件下，植物的生长减缓，导致碳吸收减少，同时土壤中的碳分解速度相对较慢，导致碳流出减少。
而在湿润条件下，植物生长活跃，碳吸收增加，土壤中碳分解速度加快，导致碳流出增加。
此外，水分的变化还会影响植物和土壤微生物的呼吸作用，从而影响土壤中的碳释放速率。
项目名称：中国陆地生态系统碳-氮-水通量的相互关系及其环境影响机制首席科学家：于贵瑞中国科学院地理科学与资源研究所起止年限：2010年1月-2014年8月依托部门：中国科学院一、研究内容(一) 拟解决的科学问题本研究的核心科学目标是：分析生态系统碳、氮、水通量的年际变异及其相互平衡关系；揭示典型森林和草地生态系统碳氮水耦合循环对环境变化的区域响应机制；研发新一代基于多尺度-多源数据融合的陆地生态系统碳氮水循环耦合模型；综合评价我国及东亚地区陆地生态系统碳收支的时空格局及其对未来气候变化和人类活动的响应。
本研究工作的核心任务是：评估我国陆地生态系统碳源/汇强度、空间格局及变化趋势，阐明我国主要生态系统碳氮水循环关键过程对温度升高、降水变化和氮沉降增加的区域响应机制，为国家的温室气体管理提供科学依据。
为实现上述的目标和核心任务，必需解决以下两个关键科学问题，发展一套关键方法论体系，它们的逻辑关系如图1所示。
集成研究：中国区域生态系统碳源汇的时空格局与温室气体管理图1. 本研究所关注的核心科学问题与方法论体系的逻辑关系1. 生态系统碳-氮-水通量组分的相互平衡关系及其影响机制陆地生态系统碳、氮、水循环包含诸多复杂过程，它们不仅在土壤、植被、大气界面之间存在着错综复杂的相互作用关系，而且碳、氮、水循环之间具有相互制约的耦合关系，由此可以推断生态系统碳氮水通量组分之间存在着可计量的相互平衡关系。
因此，研究生态系统碳氮水通量组分生态化学计量平衡关系及其环境影响机制是揭示碳氮水通量的季节和年际变异规律、阐明陆地生态系统增汇潜力、降低全球碳平衡预测的不确定性必须解决的科学问题，是本研究项目的难点与挑战。
2. 生态系统碳-氮-水耦合循环过程对全球变化的响应和适应人类活动导致的大气氮沉降增加、温度/降水的空间格局和时间分配的改变，正在严重影响生态系统碳、氮、水循环过程以及各种通量组分间平衡关系和陆地生态系统碳源/汇强度。
中国及全球陆地生态系统碳源汇特征及其对碳中和的贡献中国及全球陆地生态系统碳源汇特征及其对碳中和的贡献概述：陆地生态系统是地球上重要的碳源和碳汇。
它们通过光合作用吸收二氧化碳，将其转化为有机碳，并通过呼吸作用释放二氧化碳。
中国作为世界上人口最多的国家之一，其陆地生态系统在全球碳循环中起到重要的作用。
本文将讨论中国及全球陆地生态系统的碳源汇特征，并探讨它们在碳中和中的贡献。
一、中国陆地生态系统碳源汇特征1. 碳源特征：中国的陆地生态系统主要包括森林、草地和农田。
其中，森林是重要的碳汇，能够吸收大量的二氧化碳。
根据统计数据，中国森林覆盖率逐渐增加，从20世纪90年代的13.9%增加到2015年的21.66%。
这表明中国的森林生态系统具有很强的碳吸收能力。
另一方面，中国的农田和草地是重要的碳源。
农田和草地的土壤中含有大量的有机碳，但由于农业活动和人类干扰，这些碳往往会被释放到大气中。
据研究，中国的农田和草地每年释放的碳相当于全国二氧化碳排放量的30%以上。
因此，降低农田和草地的碳排放是中国碳中和的重要任务。
2. 碳汇特征：中国的森林生态系统是一个重要的碳汇，它吸收大量的二氧化碳，并将其转化为有机碳储存在森林植被、土壤和死亡有机质中。
研究表明，中国的森林每年吸收的碳约为 2.89亿吨，占全球森林碳吸收总量的约7%。
此外，中国的湿地也是重要的碳汇。
湿地中的湿地植被和湿地土壤能够吸收和储存大量的碳。
研究发现，中国的湿地每年吸收的碳约为1亿吨，占全球湿地碳吸收总量的约15%。
二、全球陆地生态系统碳源汇特征1. 碳源特征：全球的陆地生态系统主要包括森林、草地和湿地。
森林是全球最重要的陆地碳汇之一，吸收和储存大量的二氧化碳。
据估计，全球森林每年吸收的碳约为90亿吨，占全球碳吸收总量的约30%。
另一方面，草地和湿地是全球的碳源。
草地和湿地中的土壤含有大量的有机碳，但由于人类活动和气候变化等原因，这些碳逐渐被释放到大气中。
森林碳汇对氮沉降的响应CO2浓度增加导致全球气候变暖目前已经成为不争的事实，威胁着人类的生存和平安。
因此，在全球气候变化背景下，陆地生态系统碳循环与收支研究一直是国内外学者关注的热点问题之一［1－3］。
过去几十年，科学家在全球范围内针对不同生态系统类型的碳循环开展了大量研究，特别是通过不同尺度的区域联网观测，产出了大量的研究成果［4－9］，对全球主要陆地生态系统的碳汇功能有了初步定量认识。
我国也先后启动了包括973等(如中国陆地生态系统碳——氮——水通量的相互作用关系及其对环境变化的响应和适应机制研究以及天然森林和草地土壤固碳功能与固碳潜力研究)在内的多项重大科研方案和专项，通过大量地面台站的建立实现了陆地生态系统碳循环观测和模拟实验联网平台的构建，根本上探明了国内主要陆地生态系统碳源汇的格局及其环境驱动机制，并有一大批研究成果报导［7－8，10－13］，极大地推动了生态学、环境科学及地球表层系统科学研究的开展。
可以说目前我们已进入一个减少碳循环研究不确定性的时期。
这其中，在未来全球变化背景下，氮沉降的增加对陆地生态系统碳汇效劳功能的影响受到了越来越多的关注。
森林是陆地上面积最大的生态系统，森林与大气间的CO2交换研究对评价陆地生态系统碳收支具有重要意义。
因此，森林碳汇功能对氮沉降增加的响应研究备受关注。
1国内外研究概况在氮沉降增加条件下陆地生态系统的植物生理生态特性、土壤化学性质以及土壤微生物学活性等都将发生变化，因而成为全球变化背景下陆地生态研究领域的热点和难点。
20世纪80年代初，欧洲和北美的一些学者开场关注氮沉降对森林生态系统构造和功能的影响。
80年代末欧洲科学家启动了有关氮沉降的2大联网实验工程，即氮饱和试验(NITREX)和欧洲森林生态系统实验控制(EXMAN)研究工程，布设模拟实验站点近20个，希望通过相关研究提醒氮沉降增加对欧洲森林生态系统，特别是针叶林生态系统的影响［14－15］。
陆地生态系统碳循环及其对气候变化的响应第一章：引言陆地生态系统是地球生物圈的重要组成部分，扮演了调节全球气候变化的重要角色。
其中，陆地生态系统的碳循环是极其重要的，它与气候变化密切相关。
本文从陆地生态系统碳循环的基本规律出发，综述了陆地生态系统碳循环对气候变化的响应。
第二章：陆地生态系统碳循环的基本规律陆地生态系统碳循环是指陆地生态系统中碳元素的物质循环和能量流动过程，可分为生物和非生物两个方面。
其中，生物方面的主要流程包括光合作用、呼吸作用和分解作用；非生物方面的主要流程包括大气和土壤中碳气体的交换。
光合作用是陆地生态系统碳循环的引擎，它是将大气中的二氧化碳和水合成有机物质，并释放出氧气的过程。
陆地生态系统中的植物、藻类和蓝藻是光合作用的主要执行者。
当植物使用光合作用将大气中的二氧化碳转化为有机物时，同时也将一部分有机物储存在体内。
在植物的生长中，有一部分有机物通过呼吸作用和分解作用释放出来，并转化为二氧化碳、水和能量等产物，即光合作用中所储存的能量被释放出来。
除此之外，当植物死亡并分解时，其中储存的有机物也会释放出来，回归大气中。
此外，大气和土壤中的碳气体也会进行交换。
一方面，植物通过根系将土壤中的二氧化碳吸收并转化为有机物；另一方面，土壤也会释放出二氧化碳等碳气体，其中包括生物活动和土壤微生物功能的影响。
综合上述因素，可以得出陆地生态系统碳循环的基本规律：碳元素不断在大气、陆地和水体之间相互交换，并形成一个稳定的碳循环系统。
第三章：陆地生态系统碳循环对气候变化的响应随着全球气候变化的加剧，陆地生态系统碳循环也受到了广泛关注。
一方面，气候变化对陆地生态系统碳循环的影响是复杂而多样的；另一方面，陆地生态系统碳循环本身对气候变化也具有一定的反馈作用。
从气候变化对陆地生态系统碳循环的影响来看，主要表现为以下几个方面：1. 气候变暖导致碳的释放增加在全球气候变暖的趋势下，陆地生态系统中的冰雪融化、海洋水温升高、降雨量不稳定等因素导致植物物种多样性下降和植被数量减少，这进一步导致植物对光合作用和二氧化碳吸收能力的降低，最终使得大气中的二氧化碳含量增加，温暖湿润的土壤条件也会促进土壤中的有机物分解，加剧二氧化碳的释放。
项目名称：中国陆地生态系统碳-氮-水通量的相互关系及其环境影响机制首席科学家：于贵瑞中国科学院地理科学与资源研究所起止年限：2010年1月-2014年8月依托部门：中国科学院一、研究内容(一) 拟解决的科学问题本研究的核心科学目标是：分析生态系统碳、氮、水通量的年际变异及其相互平衡关系；揭示典型森林和草地生态系统碳氮水耦合循环对环境变化的区域响应机制；研发新一代基于多尺度-多源数据融合的陆地生态系统碳氮水循环耦合模型；综合评价我国及东亚地区陆地生态系统碳收支的时空格局及其对未来气候变化和人类活动的响应。
本研究工作的核心任务是：评估我国陆地生态系统碳源/汇强度、空间格局及变化趋势，阐明我国主要生态系统碳氮水循环关键过程对温度升高、降水变化和氮沉降增加的区域响应机制，为国家的温室气体管理提供科学依据。
为实现上述的目标和核心任务，必需解决以下两个关键科学问题，发展一套关键方法论体系，它们的逻辑关系如图1所示。
集成研究：中国区域生态系统碳源汇的时空格局与温室气体管理图1. 本研究所关注的核心科学问题与方法论体系的逻辑关系1. 生态系统碳-氮-水通量组分的相互平衡关系及其影响机制陆地生态系统碳、氮、水循环包含诸多复杂过程，它们不仅在土壤、植被、大气界面之间存在着错综复杂的相互作用关系，而且碳、氮、水循环之间具有相互制约的耦合关系，由此可以推断生态系统碳氮水通量组分之间存在着可计量的相互平衡关系。
因此，研究生态系统碳氮水通量组分生态化学计量平衡关系及其环境影响机制是揭示碳氮水通量的季节和年际变异规律、阐明陆地生态系统增汇潜力、降低全球碳平衡预测的不确定性必须解决的科学问题，是本研究项目的难点与挑战。
2. 生态系统碳-氮-水耦合循环过程对全球变化的响应和适应人类活动导致的大气氮沉降增加、温度/降水的空间格局和时间分配的改变，正在严重影响生态系统碳、氮、水循环过程以及各种通量组分间平衡关系和陆地生态系统碳源/汇强度。
因此，生态系统碳-氮-水耦合循环关键过程对气候变化(如温度升高、降水格局变化等)和各种扰动(如氮沉降的增加、放牧等)的响应和适应引起了学术界的高度关注，也是本研究项目所要解决的关键科学问题。
3. 生态过程机理模型-遥感模型-观测数据融合系统建设的关键技术区域碳汇功能的评估及其对环境响应和适应性分析最有效的技术途径是以生态系统模型为基础的综合模拟系统。
以往的研究工作由于各种技术手段的局限性，尚未发展整合多尺度、多途径的生态系统碳、氮、水相互作用的评估模型。
因此，构建新一代的生态过程机理模型-遥感模型-观测数据融合系统是模拟和评估区域碳、氮、水通量时空格局特征的迫切需要，也是本研究所要解决的关键技术，包括新型卫星遥感反演技术、多源数据同化技术、机理模型-遥感模型-观测数据的融合技术等。
(二) 主要研究内容1. 主要陆地生态系统碳氮水通量的年际变异及其相互平衡关系本研究将整合中国东部南北样带(NSTEC)和中国草地样带(CGT)的代表性通量观测研究站，开展生态系统碳氮水通量及其主要组分动态变化的综合观测研究，揭示我国主要陆地生态系统碳、氮、水通量的季节和年际变异特征和环境驱动机制，揭示生态系统碳、氮、水通量之间的计量学平衡关系及其时空变异规律。
拟重点解决以下关键科学问题：❖我国主要陆地生态系统碳、氮、水通量的季节和年际变异具有怎样的特征？其环境驱动机制是什么？❖生态系统碳、氮、水通量之间究竟具有怎样的生态化学计量平衡关系，是否具有可以定量表达的时空变异规律？❖生态系统碳、氮、水通量之间的生态计量平衡与土壤和植物的生物化学计量平衡、生物资源的平衡利用和环境因素综合作用的木桶效应理论具有怎样的联系？2. 生态系统碳氮水耦合循环关键过程及其对全球变化的响应与适应本研究拟以中国东部南北样带（NSTEC）和中国草地样带（CGT）上典型区域森林和草地生态系统为研究对象，考虑不同区域主要的环境驱动因子，开展单因素或多因素交互作用的控制实验研究。
揭示我国典型区域生态系统对氮沉降、温度和水分变化等的短期响应与长期适应机制，揭示气候变化和人为扰动的多因子协同作用，为区域生态系统碳源/汇的时空格局模拟分析，碳汇计量和增汇对策等提供实验性的科学依据。
重点解决以下关键科学问题：❖生态系统碳-氮-水耦合循环存在着多个环节，具体是哪些环节对生态系统功能的影响起着关键作用？这些耦合环节对环境变化的响应在时间和空尺度上是否存在一致性？❖温度升高、氮沉降增加以及降水格局变化，如何综合影响生态系统碳平衡？是否会改变生态系统碳、氮、水通量之间的生态计量平衡？❖大气氮沉降、降水量和降水季节分配（脉冲式降水以及干旱）变化对森林和草地生态系统固碳潜力的影响究竟有多大？对碳循环关键过程的短期及长期影响机制是什么？3. 多尺度-多源数据融合的陆地生态系统碳氮水耦合循环模型以生态模型模拟、遥感反演和数据同化技术为主要手段，基于碳、氮、水循环联网观测数据、控制实验数据和遥感数据，改进生态系统水平的碳氮水循环关键耦合过程的模拟方法，优化碳氮水循环模型的参数，提高现有的生物地球化学循环模型(A VIM2、CEVSA、InTEC、BEPS等)对气候变化和人为活动情景下碳氮水耦合过程预测的精度，发展基于新型遥感传感器反演碳通量的方法，建立与多尺度-多源数据融合的新一代陆地生态系统碳-氮-水循环耦合模型系统，模拟分析我国和东亚区域陆地生态系统碳源/汇时空变化格局及其对环境变化和人类活动（地表覆盖变化和扰动）的区域响应。
拟解决以下关键技术问题：❖如何在同化ChinaFLUX和CNERN的长期监测数据、地面调查和实验数据基础上，研究碳氮水耦合循环的机理性定量表达方法，构建新一代碳-氮-水耦合循环的过程机理模型？❖如何利用新的卫星数据，发展新的陆地表面参数算法，建立基于遥感数据的大气温室气体估算方法和技术体系？如何构建新一代碳-氮-水耦合循环的过程机理-遥感耦合模型？❖如何以生态系统碳、氮、水通量长期观测和控制实验为基础，综合模拟分析和评估中国和东亚区域碳、氮、水通量的时空格局特征，定量估计输入资料和模型参数化导致的模拟结果的不确定性？4. 中国陆地生态系统碳氮水通量的时空格局及其区域响应基于碳氮水通量联网观测、典型区域生态系统控制实验和模型模拟研究，建立中国陆地生态系统碳氮水耦合循环过程的数据库系统，结合新一代碳-氮-水循环过程机理—遥感模型，研究中国及东亚区域陆地生态系统碳氮水通量的时空格局及其对全球变化的区域响应机制，开展中国陆地“碳汇功能区”的区划，构建基于数据-模型融合平台的服务于陆地生态系统温室气体管理的碳计量分析系统。
重点研究以下关键科学问题：❖我国典型生态系统碳库和氮库功能、碳-氮-水耦合关系的重要参数(如水分利用效率，氮素利用效率、光能利用效率等)具有怎样的生物地理分异规律？❖中国/东亚季风气候区的碳格局与其它大陆(区域)有怎样的差异，氮沉降和水分条件如何影响中国区域碳源/汇的时空格局？❖如何基于陆地生态系统碳源/汇和生态系统类型的空间格局特征，进行中国陆地“碳汇功能区”的区划，如何调控和管理我国的陆地生态系统温室气体的吸收和排放过程？二、预期目标(一) 总体目标充分利用中国东部南北样带(NSTEC)和中国草地样带(CGT)在全球植被中的区位优势和现有的研究基础，以国家生态系统观测研究网络(CNERN)和中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)为依托，建立中国陆地生态系统碳氮水循环科学研究平台(ChinaFLUX-CN)，在此基础上综合开展典型陆地生态系统碳氮水循环过程的长期联网观测、多因子控制联网实验，开发我国新一代碳-氮-水耦合循环的过程机理-遥感耦合模型，阐明生态系统碳氮水通量之间的生态计量平衡特征及其对气候变化的响应和适应，为我国参与应对全球气候变化的国际行动和生态环境建设提供科技支撑。
通过本项目的实施，构建我国陆地生态系统碳氮水循环的观测、数据和模拟平台，以支持中国生态系统温室气体管理决策分析；揭示生态系统碳氮水循环耦合机制、陆地碳汇时空分布格局，以服务于全球气候变化对策和生态环境建设；阐明碳-氮-水通量间的生态化学计量平衡特征及其对气候变化的响应和适应机制，以提升我国的学术地位和研究水平。
(二) 五年预期目标1. 科学目标❖阐明中国东部南北样带(NSTEC)和中国草地样带(CGT)主要陆地生态系统碳、氮、水通量特征、年际变异和过程机理，确定各类生态系统植被-土壤-大气碳库之间的通量及其平衡关系；阐明我国主要陆地生态系统碳氮水通量间的生态计量平衡对温度和降水变异的适应性；定量评价异常气候事件(如干旱、高温等)对碳氮水通量的影响。
❖科学辨识我国典型区域主要类型生态系统碳氮水耦合循环机理及其对全球变化的响应与适应性；揭示典型区域生态系统碳氮水循环关键过程对温度升高、降水变化、氮沉降增加和人类活动的区域响应机制，为国家的陆地生态系统碳氮水综合管理提供科学依据。
❖基本摸清我国陆地生态系统碳源/汇强度、空间格局及变化趋势，揭示我国及东亚地区陆地碳源/汇的时空分异特征及其不确定性；定量评价氮沉降和水分变化对我国陆地生态系统碳收支的影响，提高我国陆地生态系统碳源/汇估算与预测水平。
2. 科研条件或基地建设目标❖通过本项目实施，带动我国陆地生态系统碳氮水循环通量的长期定位和联网观测的发展、完善典型区域的增温、控水、氮沉降等联网控制实验研究体系，将ChinaFLUX提升为具有国际先进水平的研究平台(ChinaFLUX-CN)，形成我国陆地生态系统碳氮水循环与全球变化的综合野外科学研究平台。
❖综合集成陆地生态系统碳氮水循环通量的长期定位观测、环境控制实验、植被/土壤样带调查、遥感监测、模型模拟分析产生的多源数据，形成我国陆地生态系统碳氮水循环与全球变化的数据共享平台。
❖整合和优化自主开发的生态系统过程、机理与遥感模型，构建陆地生态系统碳氮水耦合循环模型，形成我国陆地生态系统碳循环与全球变化研究的机理模型-遥感模型-观测数据融合系统。
❖在综合开展中国陆地“碳汇功能区”区划的基础上，构建服务于中国陆地生态系统温室气体管理碳计量分析系统。
3. 人才培养目标通过本研究项目的实施，形成一支我国碳氮水循环与全球变化研究团队，造就6~8位相关研究领域的学术带头人，培养30人左右的骨干力量和20人左右的技术队伍，培养30~50名硕士与博士研究生。
4. 研究成果目标发表学术论文100篇以上，其中SCI等重要刊物论文50篇以上，具有重大国际影响力的论文3~5篇，完成专著1~2部。
针对国家气候变化外交谈判与陆地碳氮水管理相关问题，提出2~3份政策咨询报告。
三、研究方案(一) 总体研究思路和技术路线本项目针对国家需求与国际研究前沿，以中国区域陆地生态系统碳、氮、水耦合过程及其对气候变化的响应和适应为主线，以服务于科技创新和环境外交谈判战略需求为总目标，在收集整合中国东部南北样带(NSTEC)和中国草地样带(CGT)以往各种观测与控制实验数据的基础上，主要采用以下的研究思路和技术途径(图2)来组织项目的实施。
