18 南民族大学学报(自然科学版) 第42卷 上升是上世纪80年代和90年代北半球植被生产力方温带草原生态系统大多处于碳平衡状态,其年净碳 增加趋势的主要原因.除了干旱以外,春季温度下交换因受降水的影响有较大的年际间波动,在湿润的 降导致的植被生长季推迟是北半球部分地区植被生年份是弱的碳汇,而在干早年份极易转变为碳源16 产力下降的另一个重要原因0.不同季节温度上 升对北半球碳循环的影响不一样,如果未来秋季温度2未来研究展望 的上升大于春季温度的上升,北半球碳汇能力可能会 全球变化与陆地生态系统碳循环的研究是全球 下降.此外,我国科学家还首次证明了白天和晚上变化生态学研究的核心,当前正处在前所未有的迅猛 增温对生态系统碳循环的特异性影响:白天温度上升发展时期.遥感技术、激光雷达技术、涡度相关技术、 有利于草原生态系统碳吸收,而晚上的温度上升效果同位素技术等的发展和不断更新更是促进了该领域 则相反.这些研究说明未来陆地生态系统的碳汇的快速发展.未来发展趋势包括: 能力还取决于未来温度变化的时间格局. 1)多途径与多尺度的综合集成研究 在陆地生态系统碳储量方面,我国科学家已经初 以往的研究已经对小尺度、孤立的科学现象和变 步量化了我国典型陆地生态系统碳收支.冯宗炜等人化规律有了较为深刻的认识将来的研究将体现为多 (1999全面系统地总结和分析了我国自60年代以来学科交叉、微观与宏观技术相结合、野外长期定位观 的森林生态系统生物量和生产力的研究资料,并在此测与生态系统模型模拟、多源遥感数据相结合.为了 基础上提出了我国主要类型森林生态系统的生物量提高对不同时间和空间尺度上的全球变化与陆地生 和生产力特征及其分布格局.李克让等人(2003)态系统碳循环之间关系的研究,我们需要将联网定位 基于生物地球化学模型估算岀中国植被和土壤总碳观测、控制实验、遥感、地理信息系统、模型模拟等多 储量分别为13.3PgC和82.65PgC.方精云等种技术手段结合起来,进行多途径与多尺度的综合研 (2007)用森林资源清查资料并结合模型算法的研究究.同时,随着大量研究数据的积累,整合研究将为 发现,由于造林和再造林工程,70年代中期至90年代未来区域乃至全球尺度碳循环的研究提供有力的支 末中国人工林总共固定了045PgC,而1980~2000持 年间我国各种森林、草地和灌丛的年均总碳汇分别为 2)对全球变化多个因子的综合响应研究 0.075,0.007和0.014-0.024PgC10.黄耀和孙文 全球变化涉及了大气CO2浓度升高、气候变暖 娟(2006)在分析了近20年中国耕作土壤有机碳储量降水格局变化、氮沉降增加等诸多方面,这些变化大 的变化后认为,我国耕作土壤的年平均碳汇为15~20多是同时发生的,并且不同全球变化因子之间可能存 TgCl1.piao等(200)用不同的方法对中国陆地生在交互作用因此,如何真实地模拟多个全球变化因 态系统的碳平衡进行了估算,认为中国碳固定的速率子对陆地生态系统的影响以及研究陆地生态系统对 是每年0.19~0.26PgC2 多种全球变化的综合响应是当年全球变化生态学的 基于 ChinaFlUX的陆地生态系统碳通量连续观难点与重点之一未来的研究将通过全球变化多因子 测,我国科学家也初步揭示了典型陆地生态系统碳控制实验来了解生态系统对多种环境要素变化的综 源/汇状况.研究结果表明我国东部亚热带天然林与合响应及其机制. 人工林、温带森林生态系统都具有明显的碳汇功能, 3)生态系统对极端气候事件的响应和机理 其碳汇强度受温度和水分条件的限制由南向北降 全球变化背景下极端气候事件的发生日益频繁 低12.研究还发现,我国亚热带老龄林的土壤仍具有碳循环对极端气候事件的响应和对长期气候逐渐变 较强的碳汇功能,而基于通量观测的结果也证实化的响应截然不同,而目前关于生态系统碳循环对极 了我国亚热带及温带老龄林的碳汇作用(x,1.中国端气候事件的响应机制和恢复过程的研究尚很匮乏 森林的碳汇能力显著髙于加拿大、略高于美囯和欧洲将来需要加强硏究极端气候对陆地生态系统碳循环 地区的.沿中国草地样带,我国科学家也开展了大的影响和生态系统的反馈机制的研究利用长期观 量的研究工作].例如,研究表明我国高寒草原和北测、控制实验、或模型模拟等手段,研究生态系统内关西南民族大学学报(自然科学版) 第 ４２ 卷 上升是上世纪 ８０ 年代和 ９０ 年代北半球植被生产力 增加趋势的主要原因[１０３] . 除了干旱以外ꎬ春季温度下 降导致的植被生长季推迟是北半球部分地区植被生 产力下降的另一个重要原因[１０４￣１０５] . 不同季节温度上 升对北半球碳循环的影响不一样ꎬ如果未来秋季温度 的上升大于春季温度的上升ꎬ北半球碳汇能力可能会 下降[１０６] . 此外ꎬ我国科学家还首次证明了白天和晚上 增温对生态系统碳循环的特异性影响:白天温度上升 有利于草原生态系统碳吸收ꎬ而晚上的温度上升效果 则相反[１０７] . 这些研究说明未来陆地生态系统的碳汇 能力还取决于未来温度变化的时间格局. 在陆地生态系统碳储量方面ꎬ我国科学家已经初 步量化了我国典型陆地生态系统碳收支. 冯宗炜等人 (１９９９)全面系统地总结和分析了我国自 ６０ 年代以来 的森林生态系统生物量和生产力的研究资料ꎬ并在此 基础上提出了我国主要类型森林生态系统的生物量 和生产力特征及其分布格局[１０８] . 李克让等人(２００３) 基于生物地球化学模型估算出中国植被和土壤总碳 储量分别为 １３􀆰 ３ Ｐｇ Ｃ 和 ８２􀆰 ６５ Ｐｇ Ｃ [１０９] . 方精云等 (２００７)用森林资源清查资料并结合模型算法的研究 发现ꎬ由于造林和再造林工程ꎬ７０ 年代中期至 ９０ 年代 末中国人工林总共固定了 ０􀆰 ４５ Ｐｇ Ｃꎬ而 １９８０ ~ ２０００ 年间我国各种森林、草地和灌丛的年均总碳汇分别为 ０􀆰 ０７５ꎬ０􀆰 ００７ 和 ０􀆰 ０１４ ~ ０􀆰 ０２４ Ｐｇ Ｃ [１１０] . 黄耀和孙文 娟(２００６)在分析了近 ２０ 年中国耕作土壤有机碳储量 的变化后认为ꎬ我国耕作土壤的年平均碳汇为 １５ ~ ２０ Ｔｇ Ｃ [１１１] . Ｐｉａｏ 等(２００９)用不同的方法对中国陆地生 态系统的碳平衡进行了估算ꎬ认为中国碳固定的速率 是每年 ０􀆰 １９ ~ ０􀆰 ２６ Ｐｇ Ｃ [２４] . 基于 ＣｈｉｎａＦＬＵＸ 的陆地生态系统碳通量连续观 测ꎬ我国科学家也初步揭示了典型陆地生态系统碳 源/ 汇状况. 研究结果表明我国东部亚热带天然林与 人工林、温带森林生态系统都具有明显的碳汇功能ꎬ 其碳汇强度受温度和水分条件的限制由南向北降 低[１１２] . 研究还发现ꎬ我国亚热带老龄林的土壤仍具有 较强的碳汇功能[１１３] ꎬ而基于通量观测的结果也证实 了我国亚热带及温带老龄林的碳汇作用[２６ꎬ１１４] . 中国 森林的碳汇能力显著高于加拿大、略高于美国和欧洲 地区的[６８] . 沿中国草地样带ꎬ我国科学家也开展了大 量的研究工作[１１５] . 例如ꎬ研究表明我国高寒草原和北 方温带草原生态系统大多处于碳平衡状态ꎬ其年净碳 交换因受降水的影响有较大的年际间波动ꎬ在湿润的 年份是弱的碳汇ꎬ而在干旱年份极易转变为碳源[１１６] . ２ 未来研究展望 全球变化与陆地生态系统碳循环的研究是全球 变化生态学研究的核心ꎬ当前正处在前所未有的迅猛 发展时期. 遥感技术、激光雷达技术、涡度相关技术、 同位素技术等的发展和不断更新更是促进了该领域 的快速发展. 未来发展趋势包括: １)多途径与多尺度的综合集成研究 以往的研究已经对小尺度、孤立的科学现象和变 化规律有了较为深刻的认识ꎬ将来的研究将体现为多 学科交叉、微观与宏观技术相结合、野外长期定位观 测与生态系统模型模拟、多源遥感数据相结合. 为了 提高对不同时间和空间尺度上的全球变化与陆地生 态系统碳循环之间关系的研究ꎬ我们需要将联网定位 观测、控制实验、遥感、地理信息系统、模型模拟等多 种技术手段结合起来ꎬ进行多途径与多尺度的综合研 究 . 同时ꎬ随着大量研究数据的积累ꎬ整合研究将为 未来区域乃至全球尺度碳循环的研究提供有力的支 持. ２)对全球变化多个因子的综合响应研究 全球变化涉及了大气 ＣＯ２ 浓度升高、气候变暖、 降水格局变化、氮沉降增加等诸多方面ꎬ这些变化大 多是同时发生的ꎬ并且不同全球变化因子之间可能存 在交互作用. 因此ꎬ如何真实地模拟多个全球变化因 子对陆地生态系统的影响以及研究陆地生态系统对 多种全球变化的综合响应是当年全球变化生态学的 难点与重点之一. 未来的研究将通过全球变化多因子 控制实验来了解生态系统对多种环境要素变化的综 合响应及其机制. ３)生态系统对极端气候事件的响应和机理 全球变化背景下极端气候事件的发生日益频繁ꎬ 碳循环对极端气候事件的响应和对长期气候逐渐变 化的响应截然不同ꎬ而目前关于生态系统碳循环对极 端气候事件的响应机制和恢复过程的研究尚很匮乏. 将来需要加强研究极端气候对陆地生态系统碳循环 的影响和生态系统的反馈机制的研究. 利用长期观 测、控制实验、或模型模拟等手段ꎬ研究生态系统内关 １８