2016年1月 西南民族大学学报(自然科学版) Jan.2016 第42卷第1期 Journal of Southwest University for Nationalities( Natural Science Edition) Vol. 42 No. I doi:10.11920/ xnndzk.2016.01.003 全球变化与陆地生态系统碳循环研究进展 宋冰,牛书丽 (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CERN综合研究中心,北京100101) 摘要:碳循环是地球系统物质和能量循环的核心,是地圈-生物圈-大气圈相互作用的纽带.陆地碳循环及其对全 球变化的响应研究一直是国际地球物理学界广泛关注的前沿问題.关于陆地生态系统碳循环对全球变化的响应和反 馈的研究是预测未来大气CO2浓度、认识大气圈与生物圈的相互作用等科学问题的关键.本文介绍了气候变化与区域 碳收支相关研究进展,着重综逑了近十几年来陆地生态系统碳循环对全球变化多个因子的响应与反馈相关方面的研 究,并分析了未来研究的主要方向 关键词:碳循环;碳源/汇;反馈;陆地生态系统;气候变化 中图分类号:P46 文献标志码:A 文章编号:20954271(2016)01-0014-10 Global change and terrestrial carbon a review SONG Bing, NIU Shu-li Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, P.R. C Abstract: Global carbon cycle plays a dominant role in biogeochemistry and energy cycle of the earth system, and is the cou- osphere- atmosphere interaction. Research on terrestrial carbon cycle and its response to global change us of attention in geophysics. Understanding the response and feedback of terrestrial carbon cycle to global change can ul to predict the CO, concentration change of atmosphere in the future and to fully elucidate the interaction between at mosphere and boisphere. This paper reviews research on the response and feedback of terrestrial carbon cycle to global change in recent years, and points out the main aspects of ecological studies in the future. Key words: carbon cycle; carbon source/sink feedback; terrestrial ecosystem; climate change 自工业革命以来,由于化石燃料的燃烧和土地利球变化现象已经对陆地生态系统的结构和功能产生 用变化等,大气中二氧化碳(CO2)的浓度持续升高.了重大影响.例如,大气CO2浓度的升高促进了植 联合国政府间气候变化专门委员会(IPC)第五次评物生长,提高了生态系统生产力0,但不同植物对 估报告指出,人类活动导致的大气CO2浓度上升是过其响应会有所不同21;全球温度升高会降低植物群 去100年来气候变暖的主要驱动因子.与气候变暖落的物种丰富度和多样性131,但会提高植物生物量 同步,全球降水格局也发生了改变1.除气候变化以和陆地生态系统生产力;全球范围的大气氮沉降 外,人类活动同时导致了大气氮沉降增加、气溶胶含增加可能会使陆地生态系统碳汇增大,但同时会 量增加以及臭氧水平变化等诸多环境变化.这些全导致陆地植物多样性下降{1 收稿日期:2015-10-19 作者简介:宋冰(1987-),女,汉族博士研究生,研究方向:全球变化生态学 通信作者:牛书丽(1975-),女,汉族,研究员,博士生导师,研究方向:区域及全球生态学、全球变化生态学,F-mal:sniu@ignr西南民族大学学报(自然科学版) 第 ４２ 卷 ２０１６ 年 １ 月 第 ４２ 卷第 １ 期 西南民族大学学报(自然科学版) Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏｒ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ(Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ) Ｊａｎ􀆰 ２０１６ Ｖｏｌ􀆰 ４２ Ｎｏ􀆰 １ ｄｏｉ:１０􀆰 １１９２０ / ｘｎｍｄｚｋ􀆰 ２０１６􀆰 ０１􀆰 ００３ 全球变化与陆地生态系统碳循环研究进展 宋冰ꎬ牛书丽 (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 ＣＥＲＮ 综合研究中心ꎬ北京 １００１０１) 摘 要:碳循环是地球系统物质和能量循环的核心ꎬ是地圈 － 生物圈 － 大气圈相互作用的纽带. 陆地碳循环及其对全 球变化的响应研究一直是国际地球物理学界广泛关注的前沿问题. 关于陆地生态系统碳循环对全球变化的响应和反 馈的研究是预测未来大气 ＣＯ２浓度、认识大气圈与生物圈的相互作用等科学问题的关键. 本文介绍了气候变化与区域 碳收支相关研究进展ꎬ着重综述了近十几年来陆地生态系统碳循环对全球变化多个因子的响应与反馈相关方面的研 究ꎬ并分析了未来研究的主要方向. 关键词:碳循环ꎻ碳源/ 汇ꎻ反馈ꎻ陆地生态系统ꎻ气候变化 中图分类号:Ｐ４６ 文献标志码:Ａ 文章编号:２０９５￣４２７１(２０１６)０１￣００１４￣１０ 收稿日期:２０１５￣１０￣１９ 作者简介:宋冰(１９８７ － )ꎬ女ꎬ汉族ꎬ博士研究生ꎬ研究方向:全球变化生态学 通信作者:牛书丽(１９７５ － )ꎬ女ꎬ汉族ꎬ研究员ꎬ博士生导师ꎬ研究方向:区域及全球生态学、全球变化生态学ꎬＥ￣ｍａｉｌ: ｓｎｉｕ＠ ｉｇｓｎｒｒ. ａｃ. ｃｎ Ｇｌｏｂａｌ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｃａｒｂｏｎ ｃｙｃｌｅ: ａ ｒｅｖｉｅｗ ＳＯＮＧ ＢｉｎｇꎬＮＩＵ Ｓｈｕ￣ｌｉ (Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ＭｏｄｅｌｉｎｇꎬＩｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ＲｅｓｅａｒｃｈꎬＣｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ ＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ １００１０１ꎬＰ􀆰 Ｒ􀆰 Ｃ. ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｇｌｏｂａｌ ｃａｒｂｏｎ ｃｙｃｌｅ ｐｌａｙｓ ａ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｂｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｃｙｃｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｒｔｈ ｓｙｓｔｅｍꎬａｎｄ ｉｓ ｔｈｅ ｃｏｕ￣ ｐｌｉｎｇ ｏｆ ｇｅｏｓｐｈｅｒｅ － ｂｉｏｓｐｈｅｒｅ － ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ􀆰 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｃａｒｂｏｎ ｃｙｃｌｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｇｌｏｂａｌ ｃｈａｎｇｅ ｉｓ ｔｈｅ ｆｏｃｕｓ ｏｆ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｉｎ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ􀆰 Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｏｆ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｃａｒｂｏｎ ｃｙｃｌｅ ｔｏ ｇｌｏｂａｌ ｃｈａｎｇｅ ｃａｎ ｂｅ ｈｅｌｐｆｕｌ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ＣＯ２ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｏ ｆｕｌｌｙ ｅｌｕｃｉｄａｔｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｔ￣ ｍｏｓｐｈｅｒｅ ａｎｄ ｂｏｉｓｐｈｅｒｅ􀆰 Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｖｉｅｗｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｏｆ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｃａｒｂｏｎ ｃｙｃｌｅ ｔｏ ｇｌｏｂａｌ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓꎬａｎｄ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈｅ ｍａｉｎ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｕｄｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｃａｒｂｏｎ ｃｙｃｌｅꎻｃａｒｂｏｎ ｓｏｕｒｃｅ / ｓｉｎｋꎻｆｅｅｄｂａｃｋꎻｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍꎻｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ 自工业革命以来ꎬ由于化石燃料的燃烧和土地利 用变化等ꎬ大气中二氧化碳(ＣＯ２ ) 的浓度持续升高. 联合国政府间气候变化专门委员会(ＩＰＣＣ)第五次评 估报告指出ꎬ人类活动导致的大气 ＣＯ２浓度上升是过 去 １００ 年来气候变暖的主要驱动因子[１] . 与气候变暖 同步ꎬ全球降水格局也发生了改变[１￣３] . 除气候变化以 外ꎬ人类活动同时导致了大气氮沉降增加、气溶胶含 量增加以及臭氧水平变化等诸多环境变化[１] . 这些全 球变化现象已经对陆地生态系统的结构和功能产生 了重大影响[４￣７] . 例如ꎬ大气 ＣＯ２浓度的升高促进了植 物生长ꎬ提高了生态系统生产力[８￣１０] ꎬ但不同植物对 其响应会有所不同[１１￣１２] ꎻ全球温度升高会降低植物群 落的物种丰富度和多样性[１３￣１４] ꎬ但会提高植物生物量 和陆地生态系统生产力[１５] ꎻ全球范围的大气氮沉降 增加可能会使陆地生态系统碳汇增大[１６] ꎬ但同时会 导致陆地植物多样性下降[１７￣１８]