08-于贵瑞-生态系统水-碳-氮通量耦合过程研究的前沿与科学问题-CERN2010年会

第8卷 3-4期 2005年 12月28日 本期目录§ 研究动态............................................................................................................................2 中科院知识创新重大项目01A 专题年度会议暨中国区域通量研究网络建设与发展座谈会在北京召开 (2)重要方向性项目“南亚热带典型森林生态系统碳平衡研究”即将结题 (2)院知识创新工程重大专项子专题研究进入项目的总结阶段 (2)973项目子课题“森林植被蒸散的尺度转换模型”进展顺利 (3)台站野外监测与数据采集 (3)§ 学术交流 (3)生态系统碳平衡和碳循环研究的理论和方法国际学术研讨会圆满结束 (3)南亚热带常绿阔叶林生物多样性动态监测样地基本建成 (4)鼎湖山自然保护区管理局莫江明研究员参加“桉树论坛”学术会 (4)鼎湖山站人员参加“第十届海峡两岸环境保护学术研讨会” (5)§ 保护管理 (5)鼎湖山国家级自然保护区管理局召开全体职工和研究生会议 (5)鼎湖山森林防火指挥部召开森林防火会议 (5)华南植物园、鼎湖山保护区管理局领导拜访肇庆市政府副市长 (6)魏平副主任赴鼎湖山进行财务状况调研 (6)鼎湖山国家级自然保护区管理局举行国庆联欢晚会 (6)鼎湖山国家级自然保护区安全度过重阳.....................................................................6 鼎湖山国家级自然保护区管理局领导班子与鼎湖山管理协调领导小组办公室领导进行了工作会谈 (7)§ 简 讯 (7)§ 2005年度科研工作总结 (10)2005年度新增项目 (10)2005年度已发表论文和专著 (10)§ 研究动态中科院知识创新重大项目01A专题年度会议暨中国区域通量研究网络建设与发展座谈会在北京召开中国科学院知识创新重大项目“中国陆地与近海生态系统碳收支研究”01A专题2005年度会议于2005年11月28－29日在中科院地理科学与资源研究所举行。

长白山自然保护区生态系统碳平衡研究张娜1,于贵瑞2,赵士洞2,于振良3(11中国科学院研究生院地球科学学院,北京100039,E 2mail :zhangna @gscas ;21中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101;31国家自然科学基金委员会,北京100085)摘要:运用已建立的EPPML 生物地球化学循环模型,对1995年长白山自然保护区生态系统的碳平衡状况进行了模拟.模拟结果表明,该保护区植被的年净初级生产力[NPP (碳量)]为11332×106t ・a -1,以阔叶红松林和云冷杉林最高,分别为01540×106t ・a -1和01428×106t ・a -1.这2种林型是长白山面积最大、生产力最高的林型,其生产力的模拟结果对整个保护区的碳循环和碳平衡影响最大,前者的准确性决定了后者的可靠性.总的来说,模拟值不仅在整个保护区不同植被带和气候带的相对比较中是符合常规的,而且在与相当分散的实测数据的绝对比较中也是比较准确的.该保护区的植被具有明显的碳汇功能,主要表现为植被碳量的增长,每年增长约11058×106t ・a -1.阔叶红松林的年碳量增长最大(01452×106t ・a -1),云冷杉林其次(01339×106t ・a -1).这2种林型对整个保护区的碳汇功能起着至关重要的决定性作用.其它依次为:长白落叶松林、阔叶林、草甸、灌丛、高山苔原、岳桦林和高山流砾滩草类.1995年该保护区土壤有机质的分解碳量比凋落物碳量高01169×106t ・a -1,除草灌土壤出现有机质的积累,高山苔原和高山流砾滩土壤有机质的分解与积累处于近似平衡状态外,乔木林下土壤有机质的分解量均为凋落物量的115～210倍.关键词:碳平衡;净初级生产力;碳量增长;凋落物量;土壤有机质的分解中图分类号:X36　文献标识码:A 文章编号:025023301(2003)0120920024基金项目:国家自然科学基金项目(39970613);中国科学院“百人计划”生态系统管理的基础生态学过程研究项目(CX10G 2C00201).作者简介:张娜(1973～),女,生态学博士,讲师,主要从事草地生态学、森林生态学、景观生态学和定量遥感方面的教学和科研工作.收稿日期:2001212230;修订日期:2002209227C arbon Budget of Ecosystem in Changbai Mountain N atural R eserveZhang Na 1,Yu Guirui 2,Zhao Shidong 2,Yu Zhenliang 3(1.College of Earth Science ,Graduate School ,CAS ,Beijing 100039,China E 2mail :zhangna @ ;2.Institute of G eographic Sciences and Natural Resources Research ,CAS ,Beijing 100101,China ;3.National Natural Science Foundation of China ,Bei j ing 100085)Abstract :The study used EPPML ,a biological geochemistry cycle model that was built ,to simulate the carbon bud get for ecosystems in Changbai Mountain Natural Reserve.The results indicated that the annual net primary productivity [NPP (carbon )]of the natural reserve was 1.332×106t ・a -1.The annual NPP of mixed broad 2leaved and K orean pine forest and spruce 2fir forest were maximal ,01540×106t ・a -1and 01428×106t ・a -1respectively.The area and produc 2tivity of the two stands were maximal in Changbai Mountain ,therefore ,the simulating productivity of the two stands most greatly affect carbon cycle and carbon budget of the natural reserve ,and the veracity of the former decides the se 2curity of the latter.To sum up ,not only did the simulations accord with routines in the relative com parisons between different vegetation belts and climate belts in the whole natural reserve ,but also was exact in the absolute com parisons with very disperse data from field survey.Vegetations in the natural reserve had evident carbon sink functions ,mainl y exhibiting in the increasing of carbon ,about 1.058×106t ・a -1.The annual carbon of mixed broad 2leaved and K orean pine forest increased greatest (01452×106t ・a -1),secondly spruce 2fir forest (01339×106t ・a -1).The two stands played crucial roles in the carbon sink for Changbai Mountain ,others being Changbai larch forest ,broad 2leaved forest ,meadow ,shrub ,alpine tundra ,subalpine Betula erm anii forest and alpine grass.In 1995,the decomposing carbon of soil organic matter was 01169×106t ・a -1higher than the littering carbon in the natural reserve.There was accumula 2tion of organic matter in the meadow soil and shrub soil.The decom position and accumulation of soil organic matter was in the nearly balancing condition in the alpine tundra soil and alpine grass soil.The decomposition of organic matter was 第24卷第1期2003年1月环 境 科 学ENV IRONM EN TAL SCIENCEVol.24,No.1Jan.,2003as one and a half time or double as litterfall in the arbor forest soil.K eyw ords:carbon budget;net primary productivity;increase of carbon;litterfall;decom position of soil organic matter 目前,碳循环和碳平衡已成为全球变化研究中多个核心计划中的重要研究内容[1].已有不少研究在全球或区域尺度上充分评价了陆地生态系统(尤其是森林生态系统)的作用,并对当前及未来的陆地碳存贮模式进行了估计[2].与国外相比,我国碳循环和碳平衡的研究起步较晚[3],而且一直缺乏中、大尺度的综合研究计划,大部分仍局限于某一生态系统类型,且资料的系统性和一致性都显不够.本研究选取长白山自然保护区作为研究区,拟从时间上和空间上突破野外实测的局限,在综合应用以往研究成果的基础上,建立了一个以地理信息系统(GIS)和遥感图像作支持的景观尺度生态系统生产力过程模型(Ecosystem Productivity Process Model for Landscape, EPPML),首次模拟了长白山自然保护区的碳循环和碳平衡状况,并对不同类型生态系统在碳循环过程和碳汇功能上的差异进行了比较.1　材料与方法111　研究区概况长白山自然保护区位于吉林省的东南部,自然地理位置为127°42′55″E～128°16′48″E, 41°41′49″N～42°25′18″N,包括长白山天池北、西、西南3面原始森林的心脏地区.它是原始面貌保存较好的,以整个自然环境和森林生态系统为保护对象的综合性自然保护区.总面积为190582hm2[4]长白山自然保护区地带性植被是温带湿润针阔混交林.随着海拔下降,雨量减少,气温升高,形成明显的植被和各种自然景观的垂直分布带,从下到上大致可分为:低山针阔混交林带[500～1100m,以阔叶红松(Pi nus koraiensis)林为主]、山地暗针叶林带[1100～1800m,包括红松云杉(Picea asperata),冷杉(A bies nephrolepis)林亚带和岳桦(Bet ula erm anii)云冷杉林亚带]、亚高山岳桦矮曲林带(1800～2100m)、高山苔原带[2100m以上,包括常绿矮石楠(Photi nia serrulata Lindl.)灌丛亚带和流砾滩亚带].此外尚有夹杂在各带范围内,处于从属地位的隐域性森林植被,例如在沼泽地上生长着非地带性的长白落叶松(L ari x ol gensis)林;在红松受到破坏的地方生长着次生的山杨(Popul us davi diana)和白桦(Bet ula platyphyl2 la)林;在林间沟谷分布有草地.长白山4个垂直带谱以耐寒的针叶林和阔叶红松混交林占优势[4].图1显示了各类植被的分布状况.图1　长白山自然保护区植被空间分布图Fig.1　Vegetation map in Changbai Mountain Natural Reserve112　研究方法从生态系统物质平衡的角度来看,年净初级生产力(Net Primary Productivity,N PP)的估计是总和一年中所有所产生组织的生产量,而无论这些组织是否被草食动物消耗或者进入凋落物库.计算N PP的公式为:N PP=ΔB+D B+C B(1)式(1)中,ΔB为生物量年净增碳量;D B为土壤年凋落物量;C B为被草食动物所消耗的碳量以及因收获而移出生态系统的碳量.植被生产力通常用植物体的干重或碳(C)量表示,两者可通过植物体的碳含量进行转换.对中纬度木本植物来说,1g干有机质中的碳含量平均约为干重的50%;对中纬度草本或农作物来说,则为45%[5].依此确定长白山各类植被干重与碳量之间的转换关系.以下各量如无特殊说明,均用碳量来表示.11211　植被净初级生产力的模拟以遥感图像(TM)作为数据源,获取了影响碳循环和碳平衡的重要变量叶面积指数(LA I);用计算机程序语言(Visual C++)编写了描述系统碳循环和水循环的计算机过程模型(EPPML)[6],从中模拟包括总光合生产力(GPP)、维持呼吸量、生长呼吸量、N PP、土壤呼吸量、N EP的碳循环变量;并用GIS手段进行空间数据的处理、分析和显示.模型以天为时间尺度,在每个网格中运行并做累加,最后输出1995年长白山自然保护区碳循环变量的月平均值和年总量值.(1)光合速率模块　长白山位于东北东部的温带森林区,基本上无C4植物,而且林下草本植物也基本上无C4光合型分布[7],故在此仅考虑C3植物的光合途径.在EPPML中考虑的影响光合作用的环境因子主要有太阳辐射、温度、土壤含水量、水汽压差和CO2浓度等.光合作用及其生产力的形成还受植被冠层结构的影响,在EPPML中考虑了LA I、叶角分布、叶片空间分布的异质性(阳生叶和阴生叶)等冠层结构特征.本研究运用Farquhar等人提出的叶片光合作用的生化模型[8,9].EPPML基于羧化和电子传递2个光合作用的基本过程,也就是说叶绿体的光合速率分为受RuBP(1,52二磷酸核酮糖)电子传递速率限制的光合作用速率(A j)和受Rubisco(RuBP羧化/加氧酶,即ribulose bis2 phosphate carboxylase2oxygenase)活性限制的光合作用速率(A v).Farquhar的模型不包括气孔的调节作用,EPPML将气孔导度模型与气体传输模型相结合[10].对单叶:A=min(A v,A j)(2)式(2)中,A为叶的光合速率(μmol・(m2・s)-1),为A v和A j的较小值.对阳生叶,A为A sun;对阴生叶,A为A shade.A v和A j可用以下通式表达:A=11272(g n-g min).a0152(g2n-g2min)+c015(g n-g min)-(2ag n+b)d4a+(2ag min+b)c0154a+4ac-b28a115ln2ag n+b+2a015d2ag min+b+2a015c015(3)式(3)中,g n为叶气孔导度[μmol・(m2・s・Pa)-1];g min为日升之前或日落之后的最小气孔导度[μmol・(m2・s・Pa)-1],在这里,将g min设为010.对A v,a=(K+c a)2(4) b=2(2Γ+K-c a)v m+2(c a+K)R d　(5)c=(v m-R d)2(6)对A j,a=(213Γ+c a)2(7) b=014(413Γ-c a)J+2(c a+213Γ)R d　(8)c=(012J-R d)2(9)对A v和A j,均有d=(ag n2+bg n+c)1/2(10)e=(b2-4ac)/(8(a)3/2)(11)式(4)～(11)中,K为酶促反应速度常数(也称米氏常数)(Pa);c a为大气中的CO2浓度(Pa);Γ为无暗呼吸时的CO2补偿点(Pa);v m为Rubisco饱和时的最大羧化速率[μmol・(m2・s)-1];R d为叶暗呼吸量[μmol・(m2・s)-1];J 为电子传递的潜在速率[μmol・(m2・s)-1].对整个冠层:A canopy=A sun×LA I sun+A shade×LA I shade(12)式(12)中,A canopy为整个冠层的光合作用强度[μmol・(m2・s)-1];A sun为阳生叶的光合作用强度[μmol・(m2・s)-1];A shade为阴生叶的光合作用强度[μmol・(m2・s)-1];LA I sun为阳生叶的LA I(m2・m-2);LA I shade为阴生叶的LA I(m2・m-2).(2)净初级生产力模块　从生理生态学的角度来看,每日N PP是植物每日除去呼吸消耗后所生产的有机物质;全年累积的N PP是一年内植物光合作用生产的有机物质扣除该期间内植物呼吸所消耗的有机质量后的剩余量[11].N PP day=GPP-R a=GPP-R m-R g-R p(13)式(13)中,N PP day为日N PP[kg・(m2・d)-1]; GPP为日总光合生产力(kg・(m2・d)-1);R a为自氧呼吸量[kg・(m2・d)-1];R m为日维持呼吸量[kg・(m2・d)-1];R g为日生长呼吸量[kg・(m2・d)-1];R p为日光呼吸量[kg・(m2・d)-1],通常很小,在EPPML中忽略不计.GPP=A canopy×DA Y L×12101×10-9　(14)式(14)将A canopy[μmol・(m2・s)-1]转为GPP[kg ・(m2・d)-1],其中DA Y L为日照时数(s), 12101为碳原子的摩尔质量(g・mol-1).R m=∑R m,i=R m,s+R m,b+R m,r+夜晚R m,l=∑(M i r m,i Q10(T-T b)/10)　(15)式(15)中,i指示不同植物组分,l表叶,b表枝, s表干,r表根;M i为植物各组分的碳量(对干和枝是边材量)(kg・m-2);r m,i为基温时植物组分i的维持呼吸系数[kg・(d・kg)-1];Q10为呼吸作用的温度敏感系数,也称呼吸商,本研究取值2134[12,13];T b为基温(设为25℃);T为白天平均气温(℃).在估算R g时,植物各组分的生长呼吸系数这一参数不易获得,故常用一种简便计算方法,而不用生长呼吸系数,即先考虑R g占GPP的比例γ,再考虑植物组分i的生长呼吸量R g,i 占R g的比例r i:R g=γ×GPP(16)R g,i=r i×R g(17)年N PP为:N PP=∑N PP day(18) 11212　动物消耗量的估算动物消耗量(C B)通常只占植被N PP的很小比例,除非有毁叶昆虫的大爆发.在落叶或常绿植被中,即使有30%的叶子被消耗掉,它们也仅占总N PP的不到3%[14].由于这种消耗很难估测,在大多数的植被N PP计算中将其忽略不计.本研究对所有植被均假设C B占N PP的2%.11213　植被年凋落物量的估算随着海拔高度逐渐增加,长白山植被的年凋落物碳量(D B)呈逐渐下降的趋势[15].可用(19)表示:D B=01237-010000840h(R2=01852)(19)式(19)中,h表海拔高度(m),D B的单位为kg・(m2・a)-1.由此可得整个保护区年凋落物碳量的空间分布.用可获得的云冷杉林、阔叶红松林和长白落叶松林的实测数据[15].对模拟值进行检验,发现两者吻合得比较好.据许广山等[16]的研究,岳桦林、岳桦云冷杉林、长白落叶松林和阔叶红松林的枯枝落叶层蓄积量(不为碳量)分别为11324kg・m-2、11119kg・m-2、11352kg・m-2和11468kg・m-2.现用凋落物的分解比率(枯枝落叶层蓄积量与年凋落物量之比)来表示枯枝落叶层的分解程度,其中岳桦云冷杉林和长白落叶松林的凋落物分解比率在6以上,而阔叶红松林为3～4[17].用这种方法推算的岳桦云冷杉林、长白落叶松林和阔叶红松林的年凋落物量与用式(19)推算的结果也比较吻合(表1).11214　土壤呼吸量和生态系统净生产力的模拟在EPPML中,土壤呼吸量为地上和地下凋落物的分解释放量,忽略土壤微生物和动物的呼吸量.理论上,模拟土壤呼吸需要识别至少3个不同的层次:表层凋落物、表层土壤和较深的根区,但这涉及到一系列复杂的过程.为了简化模型,本研究不对土壤分层,不区分呼吸的类型,仅考虑土壤呼吸的总量.EPPML的土壤呼吸模块参考B EPS模型[12]:R h=a1×rswa2+rsw×a3a3+rsw×a4ts oil-Ts10(20)表1　长白山植被的年凋落物量及分解量Table1　Annual litterfall and decomposition carbon for various vegetations in Changbai Mountain植被类型来源年凋落物平均量(C)/kg・(m2・a)-1网格数年凋落物总量(C)/106t・a-1年凋落物分解量(C)/106t・a-1分解量与凋落量之比高山流砾滩草类模拟值01046±010144728010001960100020011022高山苔原模拟值01060±01014626280100338010036611083岳桦林模拟值01092±01014476990100395010056211424云冷杉林模拟值01118±01016(899～2010m)7600400108070114811831实测值[16]01103(1200m与1990m的平均)301093阔叶红松林模拟值01155±01009(641～1290m)5550790107740114211835实测值[16]01192(740m)301183阔叶林模拟值01143±01016329815010424501065311538长白落叶松林模拟值01116±01022(641～2130m)17114201017901034811948实测值[16]01104(1380m)301113草甸模拟值01095±01016927030100793010065901832灌丛模拟值01113±01019138531010149010099701708总计模拟值01127±010292162365012470141611669 “3”表用枯枝落叶蓄积量与凋落物分解比率推算的结果.式(20)中,Rh为土壤呼吸量[μmol・(m2・s)-1]; a1为10℃时的最佳呼吸速率[μmol・(m2・s)-1];a2为土壤田间持水量的一半(m);a3为饱和土壤含水量的一半(m);a4为土壤温度敏感系数(210);t soil为10cm土层处的土壤温度(℃);T s为土壤呼吸的基温(设为10℃);rsw 为根区的平均水分含量(m).rsw(%)=100×S W/S EW(21)式(21)中,S W为表层土壤水分含量(m);S EW 为土壤有效水含量(m).将rsw的单位由%转换为m:rsw(m)=rsw(%)×S W(m)/S W(%)(22) 最后,将μmol・(m2・s)-1转换为kg・(m2・d)-1,得到每天总的土壤呼吸量.据估计,在植物生长期间,各类植被覆盖下土壤CO2排放通量均表现为白天高于夜间,白天约为3/5,占功能叶片净光合速率的10%～25%;夜间约为2/5,相当于功能叶片净光合速率的10%[18].据此,可大致区分白天和夜晚的土壤呼吸量:白天土壤呼吸量=每天总的土壤呼吸量×白天土壤呼吸量所占的比例(3/5)(23)夜晚土壤呼吸量=每天总的土壤呼吸量×夜晚土壤呼吸量所占的比例(2/5)(24)土壤有机质在异养呼吸的作用下分解释放CO2,剩余的有机质形成N EP.N EP包括了土壤和凋落物层的碳库积累.生态系统日净生产力N EP day=N PP-R h(25)生态系统年净生产力N EP=∑N EP day(26) 2　净初级生产力模拟结果的验证本研究主要以文献[19]的实测数据为依据对模拟结果进行分析和验证,并用其它实测数据或模拟数据做辅助验证.从图2可见,年N PP 的模拟值/实测值线(R2=0174,n=13)与1∶1线非常接近,模拟值比实测值略高.阔叶红松林和云冷杉林年N PP的模拟值与实测值非常符合,相对误差仅为0107%,云冷杉林甚至仅为01006%.阔叶红松林和云冷杉林是长白山自然保护区面积最大的林型,因此,其生产力的模拟结果对评价EPPML的模拟效果最为重要.岳桦林年N PP的实测值接近模拟值的上限;草甸年N PP 的实测值接近模拟值的下限;长白落叶松林年N PP 模拟值与实测值之间的相对误差较大,达到015%以上;阔叶林年N PP 的模拟值偏低;高山苔原和高山流砾滩草类年N PP 的模拟值偏高.图2　长白山植被年NPP 模拟值与实测值的比较Fig 12　Comparison of measured and modeled annual NPPfor main vegetation types in Changbai Mountain虽然阔叶红松林的模拟结果与文献[19]的实测值十分吻合,但由于样地的选择具有很大的主观性和随机性,往往不同样地的实测值也有很大差异.这说明,实测值只具有参考价值,由于研究尺度不同,这种比较只具有相对意义.金昌杰[20]对长白山阔叶红松林光温碳生产潜力的估算值为11399kg ・(m 2・a )-1.在EPPML 的模拟结果中,阔叶红松林年N PP 的模拟值平均为11084kg ・(m 2・a )-1,大多在11355kg ・(m 2・a )-1以下变化;大于11355kg ・(m 2・a )-1的只是零星分布于极个别点,故基本上在以上光温碳生产潜力的估算值以下.总的来说,EPPML 模拟的年N PP 不仅在整个景观不同植被带和气候带的相对比较中是符合常规的,而且在与相当分散的实测数据的绝对比较中也是比较准确的.3　结果与分析311　植被净初级生产力的总量长白山自然保护区植被年N PP 总量为11332×106t ・a -1,年GPP 总量为31119×106t ・a -1,用于维持呼吸和生产呼吸的有机质总量R m 和R g 分别为01868×106t ・a-1和01919×106t ・a -1.在年N PP 中,分别有30155%、15147%、32106%和21192%的碳分配到叶、枝、干和根中.年N EP 总量为01916×106t ・a -1(图3).F1001416年N EP 01196地上凋落物层土壤层F901247F8010266活生物量△=11058F701292F601428F501206F401407根年N PP 干年N PP 枝年N PP 叶年N PP 年N PP 11332F301919F201868F131119大气F1:植被年总光合生产碳量　F2:植被年维持呼吸碳量　F3:植被年生长呼吸碳量　F4:植被叶年净初级生产碳量　F5:植被枝年净初级生产碳量　F6:植被干年净初级生产碳量　F7:植被根年净初级生产碳量　F8:动物消耗的生物碳量　F9:植被年凋落物碳量　F10:年土壤呼吸碳量　△:生态系统碳库的净增量.图4～图12中的F1～F10含意同图3.图3　长白山自然保护区生态系统碳平衡(106t ・a -1)Fig 13　Carbon budget for ecosystems in Changbai Mountain Natural Reserve在长白山自然保护区的各类植被中,以阔叶红松林的年N PP 总量最高(01540×106t ・a -1),约占整个保护区的40158%,它与云冷杉林的面积总和占了整个保护区的60182%,年N PP 总和占了整个保护区的72173%.阔叶红松林和云冷杉林的年N EP 总量也最高,分别为01398×106t ・a -1和01280×106t ・a -1.这2种林型是长白山面积最大、生产力最高的林型,也是对碳循环和碳平衡影响最大的林型.高山流砾滩草类的单位面积年N PP 最低,所占面积最小,年N PP 总量最低(01000370×106t ・a -1),仅占整个保护区的01028%.云冷杉林的面积最大(61840万hm 2),比阔叶红松林大11845万hm 2,但因后者单位面积年N PP 可达11084kg ・(m 2・a )-1,比前者高01458kg ・(m 2・a )-1,结果导致阔叶红松林的年N PP 总量比云冷杉林还要高01112×106t ・a -1.同理也可用于草甸N PP 与灌丛N PP 之间的关系上.各类植被年N PP 总量的大小顺序依次为:阔叶红叶林、云冷杉林、阔叶林、长白落叶松林、草甸、灌丛、高山苔原、岳桦林、高山流砾滩草类.312　植被生物量的增长由图3可见长白山自然保护区的碳平衡特征.该保护区植被有明显的碳汇功能,主要表现为植被生物量的增长.若不包括因收获移出生态系统的碳量,则植被大约每年净吸收碳量11058×106t.这说明保护区的建立使碳以燃烧等其它形式的损失减少,而碳汇功能增强.当然还需对建立保护区前后的碳平衡状况进行比较.图4～图12分别表达了长白山自然保护区各类植被的碳平衡特征.阔叶红松林的年碳量增长最大,可达01452×106t ・a -1,占整个保护区的421724%;云冷杉林其次,约为01339×106t ・a-1,占整个保护区的321024%.这2种林型对保护区的碳汇功能起着决定性作用.长白落叶松林和阔叶林的年碳量增长十分近似,约为01093～01096×106t ・a -1.高山流砾滩草类的年碳量增长最低,不到010002×106t ・a -1.各类植被年碳量增长的大小顺序,即碳汇功能的强弱顺序依次为:阔叶红松林、云冷杉林、长白落叶松林、阔叶林、草甸、灌丛、高山苔原、岳桦林和高山流砾滩草类,与年N PP 总量的大小顺序十分相似.N PP 是生态过程的重要调节者,影响着生态系统内不同营养级之间的相互作用,因此N PP 是生态系统碳汇的主要决定者.F1001142年N EP 01398地上凋落物层土壤层F9010772F8010108活生物量△=01452F701163F601187F5010721F401118根年N PP 干年N PP 枝年N PP 叶年N PP 年N PP 01540F301364F201320F111224大气图4　长白山自然保护区阔叶红松林碳平衡Fig 14　Carbon budget for mixed broad 2leaved and K oreanpine forest in Changbai Mountain Natural ReserveF1001148年N EP 01280地上凋落物层土壤层F9010807F80100856活生物量△=01339F7010609F601144F5010903F401133根年N PP 干年N PP 枝年N PP 叶年N PP 年N PP 01428F301198F201177F101807大气图5　长白山自然保护区云冷杉林碳平衡Fig.5　Carbon budget for spruce 2fir forest inChangbai Mountain Natural ReserveF10010348年N EP 010812地上凋落物层土壤层F9010179F80100232活生物量△=010958F7010122F6010507F50100601F4010471根年N PP 干年N PP 枝年N PP 叶年N PP 年N PP 01116F301502F201367F101203大气图6　长白山自然保护区长白落叶松林碳平衡Fig.6　Carbon budget for Changbai larch forest in ChangbaiMountain Natural ReserveF100100562年N EP 0100198地上凋落物层土壤层F90100395F801000512活生物量△=0100350F701000676F60100265F501000848F40100342根年N PP 干年N PP 枝年N PP 叶年N PP 年N PP 0100760F3010176F2010257F1010509大气图7　长白山自然保护区亚高山岳桦林碳平衡Fig.7　Carbon budget for subalpine Bet ula ermanii forestin Changbai Mountain Natural Reserve313　土壤凋落物的分解与积累 长白山自然保护区每年凋落物碳量为01247×106t ・a -1,而1995年凋落物分解消耗碳量却能达到01416×106t ・a -1(图3),说明该年土壤有机质的积累与分解并不处于平衡状态,分解碳量比积累碳量高出01169×106t ・a -1.F1001065年N EP 010730地上凋落物层土壤层F9010424F80100277活生物量△=010931F7010145F6010430F5010181F4010626根年N PP 干年N PP 枝年N PP 叶年N PP 年N PP 01138F301213F201264F101615大气图8　长白山自然保护区阔叶林碳平衡Fig.8　Carbon budget for broad 2leaved forest in ChangbaiMountain Natural ReserveF100100659年N EP 010431地上凋落物层土壤层F90100793F801000993活生物量△=010407F7010298F6010F5010F4010199根年N PP 干年N PP 枝年N PP 叶年N PP 年N PP 010496F3010325F2010119F1010941大气图9　长白山自然保护区草甸碳平衡Fig 19　Carbon budget for meadow in ChangbaiMountain Natural ReserveF100100997年N EP 010268地上凋落物层土壤层F9010141F801000736活生物量△=010220F70100740F6010F6010129F4010165根年N PP 干年N PP 枝年N PP 叶年N PP 年N PP 010368F3010323F2010252F1010943大气图10　长白山自然保护区灌丛碳平衡Fig 110　Carbon budget for shrub in ChangbaiMountain Natural Reserve 凋落物的分解和积累主要与不同植被类型的生物学和生态学特征有关,在一定程度上也依赖其总生物量及分解速率.由表1和图4～图12可见,阔叶红松林、云冷杉林和长白落叶松林土壤有机质的分解量为凋落物量的近2倍,该年的凋落物不仅被完全分解,而且还有一部分枯枝落叶层中的有机质也被分解;岳桦林和阔叶林土壤有机质的分解量约为凋落物量的115倍;高山流砾滩草类和高山苔原土壤有机质的分解与积累处于近似平衡状态,分解量略高于凋落物量,可忽略不计,该年的凋落物刚好被完全分解,枯枝落叶层的蓄积量可认为不发生变化;而草甸和灌丛土壤有机质的分解弱于积累,该年有一部分凋落物不能被分解,地表逐渐积累死地被物层.总之,乔木林下的凋落物每年都向土壤转移大量可利用态养分.F1001000200年N EP 01000170地上凋落物层土壤层F901000196F8010000074活生物量△=01000167F701000260F6010F5010F401000110根年N PP干年N PP 枝年N PP 叶年N PP 年N PP 01000370F301000209F201000102F101000681大气图11　长白山自然保护区高山流砾滩草类碳平衡Fig 111　Carbon budget for alpine grass in Changbai Mountain Natural ReserveF100100366年N EP 010109地上凋落物层土壤层F90100338F801000292活生物量△=010109F70100295F6010F50100509F40100656根年N PP 干年N PP 枝年N PP 叶年N PP 年N PP 010146F3010110F20100660F1010322大气图12　长白山自然保护区高山苔原碳平衡Fig 112　Carbon budget for alpine tundra in ChangbaiMountain Natural Reserve4　结论(1)EPPML 可以比较准确地模拟长白山自然保护区景观尺度上2种主要森林类型(阔叶红松林和云冷杉林)的N PP 和土壤呼吸量,因此,能够比较准确地反映生态系统的碳库动态.这为解决当前景观和区域尺度上碳循环和碳平衡中的一些重要问题提供了有力的研究途径.(2)长白山自然保护区植被具有明显的碳汇功能,主要表现为植被生物量的增长,这也是我国区域森林生态系统的碳平衡特征,再次肯定了我国森林生态系统的碳汇作用.其中,阔叶红松林和云冷杉林对整个保护区的碳汇功能起着至关重要的决定性作用.(3)长白山自然保护区不同类型植被的碳循环和碳平衡特征有很大差异,主要表现在总光合生产、自氧呼吸(包括维持呼吸和生长呼吸)、净初级生产、活生物量的净增长、凋落物的分解和积累、土壤呼吸、生态系统净初级生产等生态过程中.其中,阔叶红松林和云冷杉林是长白山面积最大、生产力最高、生物量增长最多、土壤呼吸量最大的林型,也是对碳循环和碳平衡影响最大的林型,而高山流砾滩草类的影响最小.参考文献:1　Moore B,Boone R D,Hobbie J E et al.A simple model for analysis of the role of terriestrial ecosystems in the global car2bon budget.In carbon cycle modelling(ed.Bert Bolin).SCOPE16Chichester:John Wiley&Sons,1981.365～385.2　Post,Wilfred M,Peng T H et al.The global carbon cycle.American scientist,1990,78:310～326.3　徐德应,郭泉水,阎洪等.气候变化对中国森林影响研究.北京:中国科学技术出版社,1997.52.4　邢劭朋.吉林森林.辽宁:吉林科学技术出版社;北京:中国林业出版社,1988.350～351,76.5　贺庆棠.气象学.北京:中国林业出版社,1991.77～78. 6　张娜,于振良,赵士洞.长白山植被蒸腾量空间变化特征的模拟.资源科学,2001,23(6):91～96.7　唐海萍.中国东北样带(N ECT)的C4植物分布及其与环境因子的相关性.科学通报,1999,(4):416.8　Farquhar G D,von Caemmerer S,Berry J A.A biochemical model of photosynthetic CO2assimilation in leaves of C3 species.Planta.1980,149:78～90.9　Chen J M.Canopy architecture and remote sensing of the fraction of photosynthetically active radiation in boreal conifer stands.IEEE Trans.G eosci.Remote Sensing,1996,34: 1353～1368.10　于强,谢贤群,孙菽芬.植物光合生产力与冠层蒸散模拟研究进展.生态学报,1999,19(5):744.11　刘世荣,柴一新,蔡体久等.兴安落叶松人工林群落生物量与净初级生产力的研究.东北林业大学学报,1990,18(2):40～46.12　Liu J,Chen J M,Cihlar J et al.A Process2Based Boreal E2 cosystem Productivity Simulator Using Remote Sensing In2 puts.Remote Sensing of Environment,1997,62:162.13　Running S W,J C Coughlan.G eneral model of forest ecosys2 tem processes for regional applicationsⅠ.Hydrologic bal2 ance,canopy gas exchange and primary production processes.Ecological Modelling,1988,42:125～154.14　程伯容,许广山,丁桂芳等.长白山北坡针叶林和阔叶红松林的凋落物和生物循环强度.森林生态系统研究Ⅵ.北京:中国林业出版社,1992.200～203.15　程伯容,许广山,丁桂芳等.长白山主要森林生态系统的凋落物量及养分含量.森林生态系统研究Ⅳ.北京:中国林业出版社,1984.19～22.16　许广山,张玉华,刘春萍.温带红松阔叶混交林的养分循环.生态学报,1995,15(增刊B辑):48.17　程伯容,丁桂芳,许广山等.长白山阔叶红松林的生物养分循环.森林生态系统研究Ⅵ.北京:中国林业出版社, 1992.186.18　刘允芬.西藏高原农田土壤CO2排放研究初报.自然资源学报,1998,13(2):181～186.19　李文华,邓坤枚,李飞.长白山主要生态系统生物生产量的研究.森林生态系统研究Ⅱ.北京:中国林业出版社, 1981.34～50.20　金昌杰,朱廷,杨思河.长白山阔叶红松林生产潜力评价研究.生态学报,1995,15(增刊B辑):86～92.。

基于模型数据融合的千烟洲亚热带人工林碳水通量模拟任小丽;何洪林;刘敏;张黎;周磊;于贵瑞;王辉民【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2012(032)023【摘要】人工林生态系统是我国森林生态系统的重要组成部分,在全球碳平衡中的作用越来越受到重视.利用千烟洲亚热带人工针叶林通量观测站的碳水通量和气象观测数据,通过模型数据融合方法对碳水循环过程模型——SIPNET模型关键参数进行反演,模拟了2004-2009年千烟洲人工林生态系统的碳水通量.结果表明:仅用碳通量观测数据优化模型参数时,净生态系统碳交换量(NEE)模拟效果较好(R2=0.934),而生态系统蒸散(ET)模拟效果较差(R2=0.188)；同时用碳水通量观测数据优化时,NEE模拟效果稍差(R2=0.929),但ET模拟效果显著提升(R2=0.824),说明利用碳水通量观测数据同时优化,SIPNET模型才能较好地模拟试验站点碳水通量.在此基础上,开展了人工林生态系统碳通量对降水变化响应的敏感性分析,发现降水量减少对光合作用的影响比对呼吸作用的影响更为强烈,且碳水通量同时参与优化时模型才能较好地模拟碳通量随降水减少而快速降低的趋势,表明如果不能同时利用碳水通量进行参数优化,模型无法正确揭示生态系统碳循环对降水变异的响应.【总页数】14页(P7313-7326)【作者】任小丽;何洪林;刘敏;张黎;周磊;于贵瑞;王辉民【作者单位】中国科学院地理科学与资源研究所,生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院地理科学与资源研究所,生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;华东师范大学,上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室,上海200062;中国科学院地理科学与资源研究所,生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所,生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院地理科学与资源研究所,生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所,生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101【正文语种】中文【相关文献】1.我国中亚热带人工林水热通量对干旱差异响应的模拟研究 [J], 米娜;于贵瑞;温学发;张玉书2.基于模型数据融合的中国温带和亚热带典型森林生态系统碳通量模拟 [J], 葛蓉;何洪林;任小丽;张黎;冯艾琳;王辉民;张军辉3.基于改进SW模型的千烟洲人工林蒸散组分拆分及其特征 [J], 沈竞;张弥;肖薇;温学发;刘寿东;李旭辉4.千烟洲人工林水汽通量特征及其与环境因子的关系 [J], 李菊;刘允芬;杨晓光;李俊5.2003-2010年千烟洲人工针叶林碳水通量观测数据集 [J], 戴晓琴;王辉民;徐明洁;杨风亭;温学发;陈智;张雷明;孙晓敏;于贵瑞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第4卷第1～2期1997年3月地学前缘(中国地质大学,北京)Earth Science Frontiers(China Univ ersity of Geos ciences,Beij ing)Vo l.4No.1～2Mar.　1997全球生物地球化学循环研究的进展庄亚辉⒇(中国科学院生态环境研究中心,北京2871信箱,100085)摘　要　简要介绍了全球元素生物地球化学循环研究的新进展。

首先说明几十年来生物地球化学循环研究重点的转变,其次分析了当前研究的特点,这就是多层次地(时空及生态系统)进行实验和数学模拟并外推至全球,比经典的循环研究要细致得多。

经典研究往往只是将定位点上的结果简单地外推到区域甚至全球。

最后有选择地阐述了生物地球化学循环各领域(源、汇、转化过程、测量方法、模式等)内的发展趋势与热点,其中主要有农业生态系统含碳、氮痕量气体的源、遗漏的碳汇、碳、氮、硫、磷间的耦合作用、同位素丰度比及指示物的应用和氧化亚氮和甲烷释放模式。

关键词　生物地球化学循环　释放源　汇　传输及转化过程　痕量气体测定　过程模拟CLC　P593,Q14,P69全球生物地球化学循环是研究元素的各种化合物在生物圈、水圈、大气圈、岩石土壤圈各储库之间的迁移和转化。

除了各种物理、化学、生物过程与通道的研究外,还包括其源、汇、通量、储库及模式研究〔1〕。

在50年代以前,经典的元素循环是以自然界的生物地球化学过程为对象的〔2～3〕,二次世界大战结束后,大量的核试验引起人们对人工核素的全球沉降和迁移过程的关注。

60～70年代工农业的发展带来了化肥、农药、洗涤剂和重金属的全球性污染。

在国际科联环境科学问题委员会(SCOPE/ICSU)的倡导下,开展了全球碳、氮、硫、磷和重金属的生物地球化学循环的研究〔4～6〕。

80年代以来,国际地圈生物圈计划(IGBP)以及其它许多的国际全球科研计划针对人类活动引起的系列全球变化,例如温室效应、臭氧层破坏、海平面升高、森林锐减、土地退化等进行研究。

植物生态学报 2008, 32 (4) 961~966Journal of Plant Ecology (Chinese Version)叶片水H218O富集的研究进展温学发张世春孙晓敏于贵瑞(中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京 100101)摘要植物叶片水H218O富集对大气中O2和CO2的18O收支有着重要影响。

蒸腾作用使植物叶片水H218O富集, 而植物叶片水H218O富集的程度主要受大气水汽δ18O和植物蒸腾水汽δ18O的影响。

过去, 通过引入稳态假设(蒸腾δ18O 等于茎水δ18O)得到Craig-Gordon模型的闭合形式, 或将植物整个叶片水δ18O经过Péclet效应校正后得到植物叶片水δ18O的富集程度。

然而, 在几分钟到几小时的短时间尺度上, 植物叶片蒸腾δ18O是变化的, 稳态假设是无法满足的。

最近成功地实现了对大气水汽δ18O和δD的原位连续观测, 观测精度(小时尺度)可达到甚至优于稳定同位素质谱仪的观测精度。

在非破坏性条件下, 高时间分辨率和连续的大气水汽δ18O和蒸腾δ18O的动态观测, 将提高植物叶片水H218O富集的预测能力。

该文综述了植物叶片水H218O富集的理论研究的新进展、研究焦点和观测方法所存在的问题, 旨在进一步加深理解植物叶片水H218O富集的过程及其机制。

关键词稳定同位素 Craig-Gordon模型稳态/非稳态RECENT ADVANCES IN H218O ENRICHMENT IN LEAF WATERWEN Xue-Fa, ZHANG Shi-Chun, SUN Xiao-Min, and YU Gui-RuiKey Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, ChinaAbstract There is considerable interest in the use of atmospheric C18O16O and 18O16O as a tracer for resolving the role of the terrestrial biosphere in the global carbon cycle. Leaf transpiration will result in the enrichment of the heavy H218O isotopes. The δ18O of leaf water at the evaporating site in the stomatal cavity directly influences the C18O16O and 18O16O exchanges, instead of that of the bulk leaf water. How to best quantify this enrichment effect remains an active area of research. In the past, a closed form of the Craig-Gordon model was obtained by invoking the steady-state assumption (δ18O of the transpired water is identical to δ18O of the xylem water). For the purpose of verification, the predictions of Craig-Gordon model are compared with δ18O of the bulk leaf water after appropriate corrections for the Péclet effect. On small time scales of minutes to hours, δ18O of the transpired water is variable in field conditions, implying that the steady state assumption is invalid. Recently, in-situδ18O and δD measurement technology has been developed that has potential for improving our understanding of isotopic exchanges between the Earth’s surface and the atmosphere. The precision of hourly δ18O and δD is comparable to the precision of mass spectrometry. It has the potential to improve prediction of δ18O of leaf water at the evaporating site within the stomatal cavity for the temporal dynamics of atmospheric water vapor δ18O and the δ18O of the transpired water, especially if its measurement is made in a non-destructive manner and on a continuous basis. Because the isotopic flux of δ18O and δD is influenced by a similar set of biological and meteorological variables, simultaneous observations of δ18O and δD will provide additional constraints on the hydrological and ecological processes of the ecosystem. We review the theory and measurement techniques for the enrichment of H218O in leaves and focus on the recently developed in-situ measurement technology and its potential for improving our understanding of H218O enrichment in leaf water and C18O16O and 18O16O exchanges between the ecosystem and atmosphere.Key words stable isotope, Craig-Gordon model, steady versus nonsteady state——————————————————收稿日期: 2007-11-26 接受日期: 2008-02-25基金项目: 国家自然科学基金(30770409和30670384)、中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-YW-432)、中国科学院百人计划“基于样带的草地生态系统碳水循环过程研究”和中国科学院知识创新工程青年人才领域前沿项目E-mail: wenxf@962 植 物 生 态 学 报www. 32卷DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.04.026由于同位素效应的存在, H 218O 、HD 16O 和H 216O 成为土壤、植被、大气和海洋之间不同形式水分运动的最佳示踪剂, 成为涉及大气、水文和生态等多种学科的重要研究工具(Gat, 1996; Yakir & Sternberg, 2000; Farquhar et al ., 2007)。

*通信作者资助项目：国家自然科学基金基础科学中心项目（31988102），中国科学院科技战略咨询研究院碳中和重大咨询项目修改稿收到日期：2022年3月29日① 《巴黎协定》是继《京都议定书》后第二份有法律约束力的气候协议，于2015年12月12日在第21届联合国气候变化大会（巴黎气候大会）上通过，是由全世界178个缔约方共同签署的气候变化协定，是对2020年后全球应对气候变化的行动作出的统一安排。

专刊：科技支撑“双碳”目标实现S&T Supporting Realization of Carbon Peak and Carbon Neutrality Goals 科技战略研究Strategic Research on Science and Technology引用格式：于贵瑞, 郝天象, 朱剑兴. 中国碳达峰、碳中和行动方略之探讨. 中国科学院院刊, 2022, 37(4): 423-434.Yu G R, Hao T X, Zhu J X. Discussion on action strategies of China’s carbon peak and carbon neutrality. Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2022, 37(4): 423-434. (in Chinese)中国碳达峰、碳中和行动方略之探讨于贵瑞1,2*郝天象1 朱剑兴11 中国科学院地理科学与资源研究所 中国科学院生态系统网络观测与模拟重点实验室 北京 1001012 中国科学院大学 资源与环境学院 北京 100049摘要 中国碳达峰、碳中和（以下简称“双碳”）行动是一项涵盖全域国土空间、国家主导全民参与、长期持续实施的巨大系统工程，需要有明确且兼具韧性和适应性的行动方略。

文章在梳理“双碳”现状的基础上，探讨了中国实现“双碳”目标的行动方略、技术途径与科技支撑等问题，认为中国“双碳”行动的基本方略应该是坚持“一个基本理念”、实现“两个宏观目标”、贯彻“三路综合”与“四举并进”的技术路径、落实全域国土空间管控和产业协同发展的“五个统筹”宏观布局，强化气候变化、地球系统碳循环科学研究及脱碳、低碳产业技术变革。

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。

地理学报ACTA GEOGRAPHICA SINICA 第69卷第8期2014年8月V ol.69,No.8August,2014收稿日期：2014-05-22;修订日期：2014-07-28基金项目：国家自然科学基金项目(41390464)[Foundation:National Natural Science Foundation of China,No.41390464]作者简介：傅伯杰(1958-),男,中国科学院院士,研究员,博士生导师,中国地理学会副理事长(S110001618M),主要从事自然地理与景观生态学研究。

E-mail:bfu@1052-1059页地理学综合研究的途径与方法：格局与过程耦合傅伯杰(中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京100085)摘要：地理学是一门以综合性和区域性见长的学科。

地理学的综合性通过要素多样化来体现，区域性则表现为区域分异或区域差异。

地理学综合研究是对地球表层各要素的相互作用以及人地关系的研究，帮助我们认识地球表层系统的过去、现状和未来的趋势，把握其变化的脉搏。

格局是认识世界的表观，过程是理解事物变化的机理，基于长期的野外观测和综合调查以及模型模拟，对不同时空尺度下的地理格局与过程进行耦合研究，是从机理上理解与解决地理学综合研究的有效途径与方法。

文章结合在黄土高原地区的相关研究案例，探讨了将格局与过程耦合研究的地理学综合研究的途径与方法。

关键词：地理学；地理学综合研究；格局；过程；尺度；黄土高原DOI:10.11821/dlxb20140800220世纪以来，随着全球的人口、资源、环境等诸多问题的出现，人类的可持续发展面临着极大的挑战。

地球系统科学研究通过研究整体性的地球系统来解决全球性的资源环境问题，把地球作为各个圈层有机联系的系统来开展相关的研究。

因此，“地球系统”概念的提出标志着这方面的研究向着综合集成的方向转变。

只有从整体上来认识地球系统的过去、现状和未来的趋势，才能够把握它变化的脉搏。

第八届海峡两岸水利科技交流研讨会，2004年12月华北地区水循环与水资源安全：问题与挑战夏 军中国科学院地理科学与资源研究所武汉大学水利水电学院摘要华北缺水及其日趋严重的生态环境变化是中国首要解决的问题之一。

目前，由于山区与平原径流明显减少和过量开发水资源，业已造成了地下水漏斗、平原区河道干涸、湖泊湿地萎缩、地表和地下水污染等生态环境恶化问题，严重影响到华北地区水资源安全，业已引起党和国家的高度重视。

本文以海河流域为重点对象，通过国内外学科前沿进展综述，指出华北地区缺水及其导致的生态环境恶化问题背后的自然和人文因素作用与发展演化的背景，强调高强度人类活动作用下的水循环基础研究的重要性，提出华北地区水资源安全的水循环基础与应用问题研究的若干建议与思考。

研究自然和人类活动双重作用下的华北地区水循环过程，水体运动与污染物质输移及其与生态环境演变耦合机制，阐明华北地区“河道断流，水体污染，湿地消失，地下水枯竭”的成因规律，特别是人类活动的驱动分量，提出生态环境修复的理论基础，不仅对变化环境下流域水环境演变的地学基础科学前沿研究有重大的学术价值，而且对中国可持续发展和社会进步具有重要的战略意义。

一、 华北地区严重的水问题华北地区是我国政治、经济和文化的中心。

华北平原2000年人口4.37亿，占全国34.8%；GDP3.13万亿元，占全国32.3%；农业灌溉面积3.46亿亩，占全国42%[1]。

但是，它也是我国水资源供需矛盾十分突出的地区[1-3]。

海河流域多年平均水资源总量约为419亿m3，人均水资源占有量仅为335 m3，不足全国1/6，世界的1/24。

从自然背景看，华北地区十年九旱，尤其1972、1999、2000年华北大旱，出现了严峻的缺水局面，不得不采取“弃农、压工、保生活”的供水措施。

从人文背景看，华北地区尤其是海河流域，人类活动强度之大、水资源开发利用程度之高为举世瞩目。

20世纪60年代，大力开展水利工程建设，开发利用地表水资源；70年代后尤其1972年大旱，流域地表水不足，开始争夺地下水。

近年来⽣态学研究热点透视——基于“中国⽣态⼤讲堂”100期主题演讲的总结第33卷第7期2014年7⽉地理科学进展Progress in GeographyV ol.33,No.7July 2014收稿⽇期：2014-07；修订⽇期：2014-07。

作者简介：于贵瑞(1959-)，男，研究员，博⼠⽣导师，主要从事陆地⽣态系统通量观测理论和⽅法、⽣态系统碳⽔循环及其管理、植物⽣理⽣态、SPAC 系统⽔分运动等⽅⾯研究，E-mail:yugr@/doc/b1ed197a192e45361166f526.html 。

925-930页1引⾔“中国⽣态⼤讲堂”(China Ecological Forum,CEF)是由国家⽣态系统⽹络(CNERN)综合研究中⼼、中国科学院⽣态系统研究⽹络(CERN)综合研究中⼼、CERN 秘书处以及中国科学院⽣态系统⽹络观测与模拟重点实验室共同举办。

CEF 的宗旨是“传播新知识、交流新思想、展⽰新成果”。

其涵义是：①中国专家谈中国⽣态问题的⼤讲堂，②国外专家谈中国⽣态问题的⼤讲堂，③在中国举办的国际⽣态问题的⼤讲堂。

同时，“中国⽣态⼤讲堂”也期望能够为决策者、媒体和社会团体搭建沟通的桥梁，为⼴⼤的青年科学家和研究⽣提供了解⽣态学前沿、⽣态学研究热点问题、以及新技术和新⽅法的⼤课堂。

“中国⽣态⼤讲堂”采⽤开放式的主题演讲、⼤型学术报告、专题学术研讨及⾼级研讨班等学术交流⽅式，与会⼈员⾃愿参会，没有参会资格限制，也不收取任何费⽤。

⾃2005年12⽉21⽇举办第1期开始，⾄2014年4⽉25⽇，“中国⽣态⼤讲堂”已经成功举办了100期系列学术讲座。

2014年4⽉25⽇召开的“中国⽣态⼤讲堂百期学术演讲暨2014年春季研讨会”，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位研究员作了主题报告。