森林生态系统在碳循环中的作用

森林生态系统在碳循环中的作用

摘要：

本文描述了碳循环及其过程以及森林生态系统的碳循环及其在全球碳循环中的作用,说明了森林生态系统在碳循环中的作用主要取决于森林生态系统的生物量、林产品、植物枯枝落叶和根系碎屑以及森林土壤。

关键字：

碳循环的过程森林生态系统森林生态系统在碳循环中的作用

一、碳循环

地球上有五个碳库，最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，但是这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。还有三个碳库：大气圈库、水圈库和生物库。这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换,容量小而活跃，起着交换库的作用。碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在,在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在，在水圈中以多种形式存在，在生物库中则存在着几百种被生物合成的有机物。根据生态学原理,一个系统中的自然过程总是有利于系统的结构稳定和功能最大化,而非自然过程总是降低或破坏生态系统的稳定性,增加系统的不确定性。显然,大量开采化石燃料以及开采森林等活动都是非自然过程。这些活动导致了大气二氧化碳浓度的不断上升。鉴于大气二氧化碳上升可能引起的严重生态后果,科学家对于全球碳循环进行了广泛的研究。具体内容包括地球各部分(大气、海洋和森林等)碳储量估算,森林生态系统与其它部分碳的交换量(流)的估算,以及人类干扰对各个库和流的影响。在陆地生态系统中,森林是最大的有机碳的贮库,占整个陆地碳库的56%。因此了解森林生态系统在碳循环中的作用,对于研究陆气系统的碳循环乃至全球碳循环都是一个基础,具有重要的意义。

二、碳循环的过程

大气中的二氧化碳被陆地和海洋中的植物吸收,然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。绿色植物从空气中获得二氧化碳，经过光合作用转化为葡萄糖，再综合成为植物体的碳化合物，经过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。植物和动物的呼吸作用

把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。动、植物死后,残体中的碳,通过微生物的分解作用也成为二氧化碳而最终排入大气。

一部分动、植物残体在被分解之前即被沉积物所掩埋而成为有机沉积物。这些沉积物经过悠长的年代，在热能和压力作用下转变成矿物燃料，当它们在风化过程中或作为燃料燃烧时，其中的碳氧化成为二氧化碳排入大气。人类燃烧矿物燃料以获得能量时，产生大量的二氧化碳。由于燃烧矿物燃料以及其他工业活动，二氧化碳的生成量每年递增，使得大气中二氧化碳浓度升高，这样就破坏了自然界原有的平衡。

植物通过光合作用从大气中吸收碳的速率，与通过动植物的呼吸和微生物的分解作用将碳释放到大气中的速率大体相等,根据生态学原理,一个系统中的自然过程总是有利于系统的结构稳定和功能最大化,而非自然过程总是降低或破坏生态系统的稳定性,增加系统的不确定性。显然,大量开采化石燃料以及开采森林等活动都是非自然过程，这些活动导致了大气二氧化碳浓度的不断上升。

三、森林生态系统

森林是一种主要的植物群落类型，约占地球陆地面积的1/3(4.1×109hm2)。森林生物量约占整个陆地生态系统生物量的90%,生产量约占陆地生态系统的70%。森林生态系统也是一种主要的生态系统，在全球碳循环过程中起着重要的作用。在自然状态下,森林进行光合同化二氧化碳,固定于生物量中,同时以根生物量和枯落物碎屑形式补充土壤的碳量。在同化二氧化碳的同时,存在林木呼吸和枯落物分解释放二氧化碳进入大气这一逆过程,同时固定于木质部分的二氧化碳也会在一定的时间后腐烂或被烧掉,以二氧化碳的形式归还大气。因此,从很长的时间尺度(103～104年)考察森林对大气二氧化碳浓度变化的作用,其影响是很小的,只能是一个不很大的汇。但在短时间尺度(<3×102年)来考察,由于单位森林面积中的碳储量很大,林下土壤中的碳储量更大,因而森林变化(人类干扰)就有可能引起大气二氧化碳浓度大的波动。

森林生态系统是陆地中重要的碳汇和碳源,在这个系统中, 植物首先通过光合作用吸收CO2生成有机质贮藏在体内,这是森林吸收碳素的过程，成为碳汇；

而后,通过植物自身的呼吸作用要释放出一部分碳素，同时以枯枝落叶、根屑等形式把碳贮藏在土壤中,而土壤中的碳有一部分会被微生物和其它的异养生物通过分解和呼吸释放到大气中，成为碳源。森林生态系统和大气之间的碳通量是森林生长过程中固定的碳和干扰过程中释放碳之间的差值。在自然生长状态下，森林生态系统的净生产量为正,是个碳汇。然而,由于人类活动的干扰和破坏,尤其是对热带森林的乱伐或把其变为农业用地等行为就会使森林生态系统的净生产量为负,从而成为碳源,这应该引起人类的关注,采取有效措施防止森林变成碳源,从而缓和和扭转全球气温变暖的趋势。

四、森林生态系统在碳循环中的作用

从人类认识到温室气体尤其是二氧化碳浓度的升高会使全球气温变暖,从而带来一系列严重生态环境问题时,就展开了对碳素循环的研究。而森林生态系统作为吸收CO2释放O2的一个大碳汇,在碳循环中起着非常重要的作用。全球森林面积为41.61亿hm2,其中热带、温带、寒带分别占32.9%、24.9%和42.1%。全球陆地生态系统地上部的碳为562Gt,森林生态系统地上部的含碳量为483Gt,占了86%。全球陆地生态系统地下部含碳量为1272Gt,而森林地下部含碳约927Gt,占整个世界土壤含碳量的73%。森林生态系统在碳循环中的作用主要取决于以下几个方面:

(1)生物量。森林生态系统的生物量贮存着大量的碳素,如按植物生物量的含碳量为45%—50%计,那么整个森林生态系统的生物量将近一半是碳素含量。森林的生物量与其成长阶段的关系最为密切,一般森林据其年龄可分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林/过熟林,其中碳的累积速度在中龄林生态系统中最大,而成熟林/过熟林由于其生物量基本停止增长,其碳素的吸收与释放基本平衡。从森林的年龄结构来估算吸收碳素的潜力是决定森林生态系统碳汇功能的一个主要方面。目前,我国森林的结构以幼龄林、中龄林居多,因此我国森林生态系统中植物固定大气碳的潜力很大。据王效科等估算我国森林生态系统潜在的植物总碳贮量为8.41Pg,现有的实际碳贮存总量只是潜在的植物总碳贮量的44.3%。因此,如果我国的森林生态系统得到切实有效地保护,那么它将是中国一个重要的碳汇。

(2)林产品。森林生态系统林产品的固碳量是个变化很大的因子。一般林产品根据其使用寿命可分为短期产品和长期产品。像燃料用木、纸浆用木等属于短

期产品,而胶合板、建筑用木则属于长期产品。林产品使用寿命的长短在很大程度上也决定着森林生态系统的碳汇功能。使用寿命长的林产品可以延缓碳素释放,缓解全球大气碳浓度的增加,一般来说,耐用林产品的使用寿命可达100—200年,在这么长时间里,通过再造林完全可以实现碳素的良性循环。因此应尽量加工耐用、使用寿命长的林产品。

(3)植物枯枝落叶和根系碎屑。这一部分含碳量在整个森林生态系统中占的比例虽少,但也是一个不容忽略的碳库。减缓它的沉淀和分解对于森林生态系统的固碳量也起到一定的作用。

(4)森林土壤。这是森林生态系统中最大的碳库。不同的森林其土壤含碳量具有很大的差别,在北部森林中森林土壤占有84%总碳量;温带森林土壤中的碳占到其总碳量的62.9%;在热带森林中,土壤中的含碳量占整个热带森林生态系统碳贮量的一半。全球森林土壤的含碳量为660—927Gt,是森林生态系统地上部的2-3倍。国内外很多学者都认识到森林土壤碳库的重要作用,纷纷对其展开研究。目前研究土壤碳库及其碳循环和全球变化已成为土壤学的一个新的发展方向。

参考文献

《恢复生态学》，气象出版社，彭少麟著

王效科等.中国森林生态系统中植物固定大气碳的潜力.生态学杂志,2000,19(4):72～74.

周玉荣等.我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡.植物生态学报,2000,24(5):518～522.

聂道平徐德应王兵全球碳循环与森林关系的研究——问题与进展世界林业研究 1997（5）：33～40

陆地生态系统碳循环研究进展

文章编号:100020585(2001)0520564212 收稿日期:2001206201;修订日期:2001208230 基金项目:中国科学院地理科学与资源研究所知识创新工程主干科学计划(CXIO G -E01-02-04) 作者简介:陶波(1972-),男,黑龙江省哈尔滨人,博士研究生。主要研究方向为全球变化与环境演变。 陆地生态系统碳循环研究进展 陶　波,葛全胜,李克让,邵雪梅 (中科院地理科学与资源研究所陆地表层系统开放实验室,北京　100101) 摘要:近年来,碳循环问题日益成为全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,其中 陆地生态系统碳循环又是全球碳循环中最复杂、受人类活动影响最大的部分。本文结合IG BP 和IPCC 中有关碳循环的最新报告,介绍了全球碳循环中大气、海洋和陆地生态系统等几个主 要碳库的大小及特点,并重点介绍了陆地生态系统碳循环及其基本过程。总结了当前陆地生 态系统碳循环研究的四种主要方法:清单方法、反演模拟、涡度相关技术和陆地碳循环模式, 介绍了它们的各自特点以及存在的问题,并对陆地碳过程中的不确定性进行了详细分析。此 外,还简要叙述了当前碳循环研究中待解决的问题和今后的发展趋势。 关　键　词:碳循环;碳汇;碳库;陆地生态系统;模式 中图分类号:P467;P593 文献标识码:A 工业革命以来,人类正以前所未有的速度和强度在全球尺度上对地球系统产生着巨大影响[1]。大气中CO 2浓度已从1850年的285±5ppmv 上升到1998年的约366ppmv ,即近150年内增长了大约28%[2]。从20世纪初至今,全球地面气温已经上升了013～016℃,最近10年已成为自1860年以来最暖的时期[3]。进入90年代,随着温室气体和温室效应等各种气候与环境问题的日益突出和国际气候谈判中对碳源、碳汇评价的客观需要,碳循环问题日益受到人们的普遍关注。大量研究表明,全球碳循环的动态变化与气候变化及人类活动影响(尤其是化石燃料的燃烧和土地利用/土地覆被变化)有着密切关系[2,4]。作为大气中CO 2的源和汇,陆地生态系统碳循环是全球碳循环中的重要环节,在全球气候变化中扮演着重要角色[5]。更好地了解陆地生态系统碳循环的动态机制是全面理解全球碳循环、正确预测未来气候变化的一个重要前提。 1　全球碳库与碳过程 碳是生命物质中的主要元素之一,是有机质的重要组成部分。概括起来,地球上主要有四大碳库,即大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库和岩石圈碳库。碳元素在大气、陆地和海洋等各大碳库之间不断地循环变化。大气中的碳主要以CO 2和CH 4等气体形式存在,在水中主要为碳酸根离子,在岩石圈中是碳酸盐岩石和沉积物的主要成分,在陆地生态系统中则以各种有机物或无机物的形式存在于植被和土壤中。 第20卷　第5期 2001年11月地 理 研 究GEO GRAPHICAL RESEARCH Vol 120,No 15Nov 1,2001

草地生态系统固碳能力研究进展

草地生态系统固碳能力研究进展 摘要：温室气体大部分是由于大量使用化石燃料致使空气中二氧化碳浓度增多而产生的。经研究表面，陆上生态系统中的绿色植物利用自身的光合作用可以把二氧化碳你转化成碳水化合物，然后采用有机碳的形式是其固存在植物或土壤中，这就是生态系统的固碳能力。现阶段人类为了解决气候的变化问题，对生态系统的研究越来越重要。在各种生态系统的固碳能力研究中，人们发现利用陆地生态系统对二氧化碳的吸收和固存能力是各种生态系统中较为安全和有效的方法。所以，人们对陆地生态系统固碳能力的研究是研究的主要方面。草地作为世界上植被类型分布最广的陆地生态系统，不仅保障着生态安全，还具有丰富的固碳能力。但是很长一段时间人们都只看到了草地的畜牧能力，对其的固碳能力研究不够。 关键词：草地生态系统退化

Research progress on the grassland ecosystem carbon sequestration capacity Author： Tutor：Abstract: most of the greenhouse gases is due to the extensive use of fossil fuels causes an increase in carbon dioxide concentration in the air. Studies the surface, the land ecological system of green plants use their photosynthesis to convert carbon dioxide you to carbohydrates, and then the form of organic carbon is its solid existing plants or soil, that is the ecosystem carbon sequestration ability. Human at present stage in order to solve the problem of climate change, the study of ecosystem is more and more important. In the study of various carbon sequestration capacity of ecosystem, it was found that use of terrestrial ecosystem to absorb carbon dioxide and sequestration ability is relatively safe and effective method in various ecosystems. People, therefore, the research of terrestrial ecosystem carbon sequestration ability is the main research aspects. Grassland as the distribution of vegetation types in the world's most widely terrestrial ecosystem, not only guarantee the ecological security, but also has rich carbon sequestration ability. But for a long time people can only see the grassland animal husbandry ability, the ability of carbon sequestration enough. Keywords：The grass The ecological system The degradation of

生态系统的物质循环教学设计讲课教案

生态系统的物质循环 教学设计

《生态系统的物质循环》 一、学习目标分析 1.知识目标 （1）理解生态系统物质循环的概念； （2）识记、应用碳循环的过程； （3）比较得出能量流动与物质循环的关系 2.能力目标 （1）学会分析生态系统中碳循环的方法，并且可以运用于其他元素循环的分析； （2）通过分析“温室效应”的形成与危害，培养学生的推理，联想，思维迁移的能力； （3）利用“能量流动和物质循环的关系”教学过程，培养学生比较，归纳以及对自己所持观点的总结表达能力 3.情感目标 （1）通过学习人类对碳循环的影响以及温室效应的危害，培养学生环境保护意识 （2）积累生态学知识，形成科学的世界观 二、教学内容分析 学生已学习了生态系统结构和能量流动的知识，对这部分的内容有了初步的了解。学生对于生态系统功能的认识容易停留在简单识记水平，难以建立起结

构功能间的联系，通过本节学习，可以深入理解生态系统结构和功能的关系，形成结构和功能相适应观点。 本课的内容来自人教版《生物》第3册第5章“生态系统及其稳定性”第3节“生态系统的物质循环”。有碳循环过程让学生探讨生态系统物质循环的特点形式等内容，并且与能量流动作比较探究两者的区别和联系。并且加入了温室效应的知识，让学生知道温室效应的产生、危害以及如何缓解，让学生重视环境保护。 教材第5章是以生态系统为框架，主要讲述了生态系统的结构，生态系统的能量流动物质循环、信息传递及稳定性等知识，主要体现宏观的生态学的内容。本节课内容是第5章的一个重点，是衔接生态系统稳定性与能量流动的重要环节，并为生态系统的稳定性实现提供了一个平台，埋下了一个伏笔。 三、教学重难点分析 （一）教学重点 碳循环的过程 （二）教学难点 能量流动和物质循环的关系 四、教学活动过程 1.用导言引入新课 同学们都知道我们人和其他动物每天都在进行着呼吸作用消耗氧气，每天也要饮水，但是为什么氧气和水一直都没有被我们消耗完呢？同学们可以思考一下这个问题。其实这就牵扯到了我们今天要讲的内容—生态系统的物质循环。 2.描述定义 让学生回忆生态系统的定义，生态系统中有物质交流，这个物质交流是循环的过程，描述生态系统物质循环的定义。 3.思考与讨论 （1）C在无机环境中的存在形式？ CO2、碳酸盐 （2）碳在生物体内的存在形式？含碳有机物

农业生态系统碳循环研究2013

农业生态系统碳循环研究 摘要：在人们对温室效应理解不断加深的同时，全球碳循环的研究也随着技术的进步不断深入。与人类生产生活关系最密切的是陆地生态系统碳循环研究，而农业生态系统碳循环研究是其中最为重要的一部分。经过国内外研究者的努力，已对农业生态系统碳源/汇效益、碳循环影响因素、模拟模型、碳通量及农业生态系统对全球变暖的响应等诸多研究内容取得极为重要的成果。但在一些问题上尚存在不小争议，对一些过程尚不能清楚认识，对一些因素尚不能准确联系。 关键词：农业生态系统；碳循环；低碳农业； 近百年来，全球变暖已成为不争事实，温度的上升对整个地球环境和人类生产生活产生了巨大的影响，产生了一系列严重的和不可逆转的后果：草原和荒漠面积增加，森林面积减少；热带扩展，副热带、暖热带和寒带缩小，寒温带略有增加；农业的种植决策、品种布局和品种改良、土地利用、农业投入和技术改进等受到影响；加剧了目前日趋紧张的水资源问题；改变了区域降水、蒸发分布状况；引发环境问题，增加了对人类及其生存环境的压力[1]。 随着全球气候变化研究的不断深入，对全球气候变暖形成原因的理解也产生了一些分歧：一部分人认为人类改造自然的活动是全球气候变暖的主要原因；另一部分人认为全球气候变暖是气候周期性变化的结果，太阳活动和火山活动是变化的主要原因，而人类活动不是决定性原因。但不论全球气候变暖的主要原因是什么，人类活动对整个地球系统产生的巨大影响不容忽视，人类活动排放出以CO2为主的温室气体引起了全球碳循环的变化，而这一变化又进一步影响到全球气候的变化，产生不利于人类生存及发展的变化。碳循环研究在此种局势下显示出极为重要的意义。 根据Falkowski研究结果表明，陆地生态系统蓄积了总量大约为2 000 Gt(1Gt=1×1015g)的碳[2]。尽管相较于岩石圈＞60 000 000Gt和海洋38 400Gt的碳量，陆地生态系统蓄积的碳量十分微弱，但是人类主要的生产生活空间位于陆地上，人类的行为最直接的影响陆地生态系统，且产生的影响最大，使得这部分碳储量的变化体现出非同一般的可变性和极为显著的重要性。土壤碳库是温室气体重要的释放源，也是重要的吸收汇[3]。正因为人类活动的强烈影响，可以说全球碳循环中最大不确定性主要来自陆地生态系统。陆地生态系统碳循环过程可以解释为：植物通过光合作用将大气中的CO2吸收存于植物体内，形成有机化合物并固定起来，而后一部分有机物在植物的呼吸作用和土壤及枯枝落叶层中有机质腐烂过程中返回大气。这样的一个循环过程就形成了大气-陆地植被-土壤-大气整个陆地生态系统的碳循环[4]。 在人类活动中，农业生产对陆地生态系统起了巨大的影响，农业生产不仅改变了原有的土地利用方式，改变了原有植被种类，甚至改变了土壤类型，并因这些改变对原有碳循环产生了极为重要的影响。1850-1990年期间，土地利用变化造成的CO2排放量约为124Gt，而其中贡献最大的是农业的扩张。在农业活动中，耕地所造成的总净通量约占68％，牧草占13％，迁移农业占4％。人类活动已经强烈改变了原有的全球碳循环模式[5]。 1. 农业生态系统碳源？碳汇？ 农业生态系统是碳汇还是碳源，这是首先需要回答的问题。 农业生态既可以是碳汇，也可以是碳源。农业碳排放主要源于农业废弃物、肠道发酵、粪便管理、农业能源利用、稻田以及生物燃烧。而农业生态系统的碳主要固定在作物和土壤中。农田生态系统中，农田管理措施、土壤性质是影响土壤有机碳固定、转化及释放的主要因素，同时还受土地利用方式、植物品种、气候变化等多种因素影响[3]。不同的农业生态系统因自身特点呈现出不同的碳通量，同一农业系统因管理方式或利用方式不同，甚至可以

森林生态系统的格局与过程

森林生态系统的格局与过程 生态系统是典型的复杂系统，森林生态系统更是一个复杂的巨系统。森林生态系统具有丰富的物种多样性、结构多样性、食物链、食物网以及功能过程多样性等，形成了分化、分层、分支和交汇的复杂的网络特征。认识和揭示复杂的森林生态系统的自组织、稳定性、动态演替与演化、生物多样性的发生与维持机制、多功能协调机制以及森林生态系统的经营管理与调控，需要以对生态过程、机制及其与格局的关系的深入研究为基础，生态系统的格局和过程一直是研究的重点，是了解森林生态系统这一复杂的巨系统的根本，不仅需要长期的实验生态学方法，更需要借助复杂性科学的理论与方法。 森林生态系统的组成与结构的多样性及其变化，涉及从个体、种群、群落、生态系统、景观、区域等不同的时空尺度，其中交织着相当复杂的生态学过程。在不同的时间和空间尺度上的格局与过程不同，即在单一尺度上的观测结果只能反映该观测尺度上的格局与过程，定义具体的生态系统应该依赖于时空尺度及相对应的过程速率，在一个尺度上得到的结果，应用于另一个尺度上时，往往是不合适的。森林资源与环境的保护、管理与可持续经营问题主要发生在大、中尺度上，因此必须遵循格局－过程－尺度的理论模式，将以往比较熟知的小尺度格局与过程与所要研究的中、大尺度的格局与过程建立联系，实现不同时空尺度的信息推绎与转换。因此，进入20世纪90年代以来，生态学研究已从面向结构、功能和生物生产力转变到更加注重过程、格局和尺度相关性。 1 相关概念 1.1 格局 在生态学中，格局一词早期多用于种群生态学，主要是对种群分布格局的描述，如聚集分布、随机分布、离散分布、均匀分布等。随着景观生态学的诞生与发展，格局一词在景观生态学中被广泛应用。景观生态学中的格局是指空间格局，包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置，不同类型的缀块可在空间上呈聚集分布、随机分布、均匀分布等。对于森林生态系统而言，除水平格局之外，还包括垂直格局，即植物体的垂直配置。格局在生态系统中的生物学组织层次上已被广泛应用，但对生态系统中的环境部分，其格局的描述及研究尚涉及很少，事实上各环境因子在时空上的配置，对生态过程同样有很大影响。 1.2 过程 “生态系统行为”、“生态系统功能”、“生态系统过程”是相同的术语，为了避免同拟人论的含义相混淆，一般不使用“生态系统功能”这个词，多采用“生态系统过程”的说法。与格局不同，过程强调事件或现象的发生、发展的动态特征。生态学过程包括生物过程与非生物过程，生物过程包括：种群动态、种子或生物体的传播、捕食者-猎物相互作用、群落演替、干扰传播等等；非生物过程包括：水循环、物质循环、能量流动、干扰等等。

森林生态学..

生态学概述： 1、定义：生态学是研究有机体之间以及有机体与环境之间的相互关系的科学。森林是以树木和其它木本植物为主体的一种生物群落。 因此,森林生态学是研究森林的结构、功能、动态、分布等规律,研究森林如何改变环境和维护环境质量的一门科学。 森林生态学主要内容一般分为两个部分,即森林环境和森林群落。 内容大致包括三个方面。 1.研究树木个体和群体与周围环境因子之间的相互作用。 主要研究光、温度、水分、大气、地形、土壤等因子的生态学意义;生态因子与森林的作用方式和作用力大小;树木个体对环境因子的适应性和耐性;森林对环境的反作用力;估价森林对人类的效益。 2.研究森林群落的结构特征、分类原则和方法;研究森林群落的演替规律。 3.研究森林生态系统。把森林植物群落和它所在的周围环境看作一个不可分割的有机整体,研究系统内的动物、植物、微生物与无机环境之间的依存、制约和因果关系,系统内物质交换和能量转化,系统内自动调节的机制和稳定性,介绍系统模型和方法 2、研究任务：森林生态学揭示森林的发生、发展、演替的原理和规律,运用这些原理和规律去解决造林、营林和防治环境污染的各种技术问题,这就是学习生态学的主要任务。 3、森林生态学的发展 森林生态学是从人们生活和生产实际的需要而逐渐发展起来的。人类为了生存,需要了解大自然的各种现象和识别它周围的动物和植物,这就要具备生态学方面的知识。我国在周朝的《诗经》里就记载了很多植物的种类。“山有枢、险有榆”。西周的禹贡,记载了植物与土壤的关系。《管子—地员篇 ) ) ( 公元前约2 00年)把植物分布的垂直带写得很清楚。在欧洲19 世纪中期,德国人洪德堡( A`Humboldt)对世界植物的分布做了理论上的阐述,创始植物地理学。丹麦人瓦尔明(E.Warming )著有“植物生态学”(1895 ),标志着植物生态学的诞生。随后法国、德国的林学家相继论述林木耐阴性的理论。本世纪初,借助实验的方法,研究森林群落和立地条件相互作用的基本原理。随着林业科学和生态学的发展,到了本世 2 0年代,便把营林学基础从森林学中分出来成为生态学的一个分支,即森林生态学。60年代以后,才集中研究生物群落中植物、动物、微生物的相互作用及其与环境所组成的功能单位,即生态系统( Ecosystem )的研究。70年代又逐步形成生态科学的一个新领域 - 系统生态学( System ecology),森林生态学也得到进一步的提高。 4、研究方法 生态学的研究长期处于定性描述阶段。对群落结构、类型划分和地理分布都采用静态描述；对群落的演替变化，如群落的建立、发育、成熟、消失规律，加速、延缓或改变自然演替的途径等则采用动态描述。20世纪60年代以来,森林生态学的研究，除借助于传统的生物学、物理学、化学等方法及其最新成就外，还借助于气象学、水文学的知识以及系统工程和电子计算机等手段。精敏测算仪器，如自记红外线气体分析仪、自记分光光度计、氧弹或热量计，以及放射性同位素等的应用，也为定量研究提供了更好的条件。林业遥感技术的应用，使森林生态

我国草地生态系统碳循环研究进展

收稿日期:2003206;修订日期:2003207 基金项目:中国科学院知识创新重大项目(KZCX 12S W 201204)、中国科学院地理科学与资源研究所知 识创新项目(CX I O G 2E 01203201与CX I O G 2A 00206)、国家重点基础研究发展规划项目 (2002CB 412503)、国家自然科学基金项目(49971005) 作者简介:齐玉春(19722),女,山东茌平县人,助理研究员,在职博士。主要从事全球变化与温室 气体排放以及碳、氮元素生物地球化学循环等方面的研究,已发表论文近20篇。E 2m ail : qiyc @igsnrr 1ac 1cn 文章编号:100726301(2003)0420342211 我国草地生态系统碳循环研究进展 齐玉春1,董云社1,耿元波1,杨小红1,耿会立2 (1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101; 2.西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌712100) 摘　要:文中首先分析了草地生态系统在碳循环研究中的地位和重要性,进而对我国草地 生态系统碳循环的研究现状作了较为详尽的阐述,包括植物、凋落物、土壤三大碳库以及 主要含碳温室气体通量等,对其主要研究结论进行了深入的剖析。同时提出了今后我国草 地生态系统碳循环的重点研究方向和研究领域。 关　键　词:草地;碳循环;碳库;温室气体 中图分类号:P 467;X 144 1　引言 自18世纪50年代Jo sep h B lack 发现空气中存在CO 2开始[1],人类就一直没有停止过对碳元素的探索和研究,尤其是工业革命以后,大气中含碳温室气体CO 2、CH 4等浓度始终以前所未有的速率增长,温室气体浓度的升高强烈地影响着气候系统,并导致人类生存环境的变化[2,3]。因此,近年来以CO 2、CH 4等为核心的碳元素循环过程研究更引起各国的高度重视,目前,碳循环的研究已成为四大国际全球变化研究组织(IGB P ,W CR P 、I HD P 、 D I V ER S ITA S )共同关注的三大科学研究目标之一[4]。 陆地生态系统作为人类的居住环境和人类活动的主要场所,其碳贮存量约为大气碳库的2倍[5],在大气、海洋、陆地和岩石圈等地球四大碳库中占据着重要地位,是全球碳循环的重要组成部分。但由于其下垫面的复杂性以及人类活动的强烈干扰,它同时也是目前研究中存在最不确定性的生态系统之一[6],对于陆地生态系统碳循环规律和机制的研究将是全球碳循环研究的关键环节。在各种陆地生态系统中,又以草地生态系统的研究尤为重要。据统计,我国现有不同类型草地面积约4亿hm 2,约占我国土地总面积的40%以上,是我国陆地最大的生态系统,其面积约为我国耕地面积的4倍,森林面积的316倍[7～10]。草地第22卷第4期 2003年7月地　理　科　学　进　展PRO GR ESS I N GEO GRA PH Y V o l 122,N o 14July,2003

森林生态系统服务功能

森林的生态服务功能 森林生态系统与生态过程所形成及维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。主要包括森林在涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、森林防护、生物多样性保护和森林游憩等方面提供的生态服务功能。 一·森林是人类的资源宝库. 森林能够提供大量木材和其它林产品,还能生产有很多有经济价值的产品.当然现代森林的主要生产功能还是表现为它是―个巨大的原材料供应者.木材及木制品，在建筑,交通,采掘,轻纺,水利电力筹许多生产部门是不可缺少的物资.木材的化学加工产品及各种林副产品也是重要的原材料及出口物资. 中国有繁多的经济林木树种,林副产品极为丰富，还有大量的中草药材,多种稀有珍贵的野生动物.产品的丰富多彩,实在是举不胜举.这些产品从需要上讲,不仅在国内牵涉到各行各业,不可缺少;而且其中许多产品在国际市场上享有声誉,是国家重要的出口物资。森林中有极其丰富的物种资源,仅热带雨林中的物种就占地球上全部物种的50%.在我国的森林中,既有大量的食用植物,又有很多油料植物,还有丰富的药材资源。现代的森林仍然是地球上一个重要的能源生产者，由于世界上一些化石能源渐渐枯竭,森林作为一种可以再生的能源,正在引起越来越大的重视. 二·涵养水源 森林对降水的截留、吸收和贮存，将地表水转为地表径流或地下水的作用。主要功能表现在增加可利用水资源、净化水质和调节径流三个方面。森林是土壤的绿色保护伞.茂密的枝叶能够截留降雨,减弱水流对土壤的冲刷;林下的草本植物和枯枝落叶层,如同一层松软的海绵覆盖在土壤表面,既能吸水,又能固定土壤;庞大的根系纵横交错,对土壤有很强的粘附作用.另外,森林还能抵御风暴对土壤的侵蚀.我国的有关观测结果表明,有林地水土流失量比荒坡地小得多.森林能够蓄水保肥,消洪补枯.防止水土流失,涵养水源. 森林是巨型蓄水库.降雨落到树下的枯枝落叶和疏松多孔的林地土壤里,会被蓄积起来,就像水库蓄水一样.雨过天晴,大量的水分又通过树木的蒸腾作用,蒸发到大气中,使林区空气湿润,降水增加.森林对于减轻旱涝灾害起着非常重要的作用。 三·保育土壤 森林中活地被物和凋落物层层截留降水，降低水滴对表土的冲击和地表径流的侵蚀作用；同时林木根系固持土壤，防止土壤崩塌泻溜，减少土壤肥力损失以及改善土壤结构的功能。风蚀是土壤流失的一种灾害.风力可以吹失表土中的肥土和细粒,使土壤移动,转移.在风沙危害严重的地区,更是风起沙飞,往往埋没了农田和村庄.风对农作物的直接危害更为普遍. 四·净化大气环境 森林生态系统对大气污染物（如二氧化硫、氟化物、氮氧化物、粉尘、重金属等）的吸收、过滤、阻

湿地生态系统碳循环的过程

湿地生态系统碳循环的过程 湿地碳循环主要包括2个基本过程:①植物通过绿色叶片的光合作用固定大气CO2并形成总初级生产力,此过程主要受太阳辐射、气温、水分和养分供应等因子的驱动.此过程中植物需要消耗部分光合产物为其自身生命活动提供能量,同时释放CO2.②植物死亡后其残体在微生物作用下分解转化,一部分形成转化成颗粒有机碳(particulateorganiccarbon,POC)和简单的可溶性有机碳(dissolvedorganic C,DOC),在水介质中经过微生物作用或直接氧化为CO2(HCO-3),一部分形成泥炭,逐年堆积.上层泥炭以及仍未完全分解的植物残体,继续参与以上分解转化.此过程是个复杂的生物地球化学过程,受植物残体本身性质、气候条件和周围诸多环境因素的影响.另外,对于开放或半开放的湿地系统,POC和DOC是外界与系统之间碳交换的2个重要形态,它们在湿地系统的碳收支中也具有重要意义。 一个典型的湿地生态系统至少应当具有底部土壤、水体介质和生活在介质中的有机体 ,并且具有完整的营养级结构、能量流动和物质循环链条。自然界的物质循环均由实体和过程组成 ,湿地的碳循环也不例外。一般来说 ,它一方面包含了碳库 ,另一方面又包含碳库之间的碳通量。碳库之间的碳通量变化是由许多物理、化学和生物过程引起的。作为实体的湿地碳库可以区分出3 种碳库类型 :活生物区碳库、碎屑碳库 (多由动植物残体组成) 和被溶解气体碳库 (即水溶无机碳库) 。同理 ,湿地碳循环的过程也可分为生物过程、物理/ 化学过程和分解过程(后者大部分为生物分解 ,也有小部分的物理和化学分解) 。碎屑碳库是目前湿地中最大的有机碳库 ,远远超过湿地中细菌、浮游生物、动植物区系有机碳量。 泥炭地及其他类型浅水型湿地的碳循环 泥炭地、草本沼泽和三角洲冲积湿地是几种较为常见的浅水型湿地。其中 ,泥炭地是全世界分布最广的湿地类型 ,在世界各地均有分布 ,尤其是在北半球北部的中高纬度地区。泥炭地占全球湿地面积的 50 %～70 % ,总面积达 400 万km2,碳储量为世界土壤碳储量的三分之一 ,相当于全球大气碳库碳储量的75 % (Joosten H andClarke D. ,2002)。1996 年和 1999 年的 Ramsar会议已把泥炭地列为国际重要湿地类型加以保护。据Joosten 等(2002) 估计泥炭地碳的蓄积速率为 20～30 gC·m- 2yr- 1,加拿大泥炭地包含有 200 ～450 Pg(1Pg = 1Gt = 1015g) 碳 ,拥有世界上最丰富的泥炭地资源。目前许多研究表明 ,占世界大部分泥炭地的北部地区在未来可能变得更温暖 ,同时也表明中部大陆地区变得更干旱 ,沿海地区变得更湿润 ,但存在着很大的不确定性。由于 NPP 和分解都与湿度和热量条件紧密相关 ,如果气候变化真如预料的那样 ,泥炭地的碳动态变化将会发生很大的改变。潜在变化无论是在量上还是在变化趋势上都有很大的不确定性。

森林生态系统结构与水文生态功能

1研究目的与意义 在我国自然环境和经济快速发展条件下，水资源不足已经引起了社会各界的普遍关注。北方常年严重缺水，南方也存在季节性缺水或水质性缺水。长江中下游地区山地丘陵面积大，历史上长期受人为强度干扰，水土流失造成的土地退化和洪涝灾害严重制约了地方经济、社会的稳定和谐发展。 水资源紧缺矛盾比较突出，水质日趋恶化，河道水质污染严重，湖泊水质恶化与湖泊富营养化。 长三角城市群环境、资源与经济、社会发展之间的矛盾日益凸显，水体污染和饮用水安全等问题越来越成为经济社会发展的制约因素。本研究将运用该理论，探讨安徽省大别山区森林资源变迁与水资源关系，为区域经济社会发展和新农村建设的决策提供理论与实践依据，为长三角城市群与山区乡村一体化协调发展的理论模式从水资源角度提供核心支撑内容。 2存在问题与展望 森林的水文功能日益成为最重要的森林生态功能。实现森林植被与水资源的综合管理，促进森林植被恢复与水资源安全的平衡，是未来现代林业或多功能林业的重要任务。由于目前对森林植被影响水资源形成过程的认识还非常有限，尤其是在森林对水资源影响的区域特点方面还有很大不足，成为制约国民经济和现代林业发展的“瓶颈”。急需开展以森林植被调控水资源形成过程为主要内容的基础性创新研究。 分布式水文模型是探索和认识复杂水文循环过程与机理的有效手段，也是解决当前水文领域面临的重要问题的有效工具，已经在气候变化、LUCC、缺资料地区、生态水文学、水资源管理等领域的研究中发挥了重要作用。随着研究工作的不断深入和认识的逐步提高，也将推动分布式水文模拟理论和技术的发展。 本实验针对长三角苏南丘陵区的杉木、麻栎、毛竹林的树干液流定点观测，试验采用热扩散树干液流仪和热平衡树干液流仪，同时结合小气象站的EM50数据采集器同步测定各环境因子，分别进行了杉木、麻栎、毛竹的蒸腾耗水日变化特征、树干液流速率与环境因子和生态系统结构的耦合关系研究，另外，通过自主研发的蒸渗仪，测定了各个林分的土壤蒸发、乔灌草的蒸散发。目的是通过研究杉木、麻栎、毛竹的树干液流速率变化情况，确定华东长三角区典型植被的蒸

退化森林生态系统恢复与重建的基本理论及其应用_何正盛[1]

第16卷第3期重庆教育学院学报V ol.16N o.3 2003年5月Journal of Chongqing C ollege of Education May.2003 文章编号:1008-6390(2003)03-0059-04 退化森林生态系统 恢复与重建的基本理论及其应用 何正盛 (西南师范大学生命科学学院,重庆　400715) 摘　要:退化森林生态系统的恢复和重建工作需要接受科学理论的指导.本文论述了在恢 复与重建退化森林生态系统过程中应遵循的八条基本生态学和生态经济学原理,即生态演替 理论、地域性原理、生态位原理、生物多样性原理、物种共生原理、密度效应原理、限制因子理论 以及三效益相统一的原理,并举例说明了它们在实践中的应用. 关键词:退化森林生态系统;恢复与重建;原理;效益 中图分类号:X171.4文献标识码:A 近代以来,由于人口的持续增长、工业化和城市化的加速发展、人类对森林资源非持续地开发利用,导致了森林生态系统大面积消失和退化,并引发了日益严重的生态环境危机,已成为社会、经济可持续发展的严重障碍.保护和重建森林生态系统被看作是缓解环境危机,实现经济、社会、环境协调持续发展的根本措施.我国的森林生态系统退化现象十分严重,而且还在进一步加剧[1].保护我国现有的天然林生态系统以及恢复和重建我国退化森林生态系统,提高其生态服务功能,是改善我国生态环境状况的关键所在.退化生态系统的恢复和重建是一项复杂的系统生态工程,其目的在于建立具有人类和生态价值的新型持久生态系统[2].在进行退化森林生态系统恢复和重建工作时,我们需要把握和认识退化森林生态系统恢复与重建的基本理论,研究应遵循的基本原则.本文试论退化森林生态系统恢复与重建的生态学基本理论与生态经济学原理,并举例说明它们在实践工作中的应用,为我们的重建工作提供理论指导和实例借鉴. 1　生态演替理论 生态演替理论是退化生态系统恢复最重要的理论基础[3],生态演替按演替方向可分为顺向演替和逆向演替.生态系统的退化实质上是一个系统在超载干扰下逆向演替的动态过程[4],主要表现为生物多样性下降,生物生产力降低,系统结构和功能退化,稳定性下降以及生态效益降低.Clements F.E.的群落演替理论认为,生态演替是生物群落与环境相互作用导致生境变化的结果.生态系统的演替是渐进有序进行的,这就要求我们在进行退化森林生态系统恢复和重建过程中也要循序渐进,依据退化阶段,按照生态演替规律分步骤、分阶段地促进顺行演替,而不能急于求成,“拔苗助长”.例如,要恢复某一极端退化的裸荒地,首先应重在先锋植物的引入,在先锋植物改善土壤肥力条件并达到一定覆盖度以后,才可考虑草 收稿日期:2002-09-19 基金项目:重庆市科委攻关项目(2000-6505) 作者简介:何正盛(1975—),男,江西彭泽人,西南师范大学生命科学学院,硕士研究生,主要从事植物生态学和恢复生态学研究.

森林生态系统服务功能及其生态经济_省略_初探_以海南岛尖峰岭热带森林为例_肖寒

森林生态系统服务功能及其生态经济价值评估初探 3 ———以海南岛尖峰岭热带森林为例 肖　寒3 3 　欧阳志云　赵景柱　王效科　(中国科学院生态环境研究中心,北京100080) 【摘要】　以尖峰岭地区为研究区域,探讨了森林生态系统服务功能的内涵,并使用市场价值、影子工程、机会成 本和替代花费等方法评价了海南岛尖峰岭地区热带森林生态系统服务功能的生态经济价值.结果表明,在尖峰岭地区,面积为44667.00hm 2的热带森林生态系统服务功能价值平均每年66438.49万元,其中林产品价值为7164.11万元,涵养水源价值为39429.21万元,保持土壤减少侵蚀价值为247.26万元,固定CO 2减轻温室效应的价值为1316.24万元,营养物循环价值为428.55万元,净化空气的价值为17853.12万元.关键词　生态系统服务功能　森林生态系统　生态服务价值　尖峰岭 Forest ecosystem services and their ecological valu ation A case study of tropical forest in Jianfengling of H ainan is 2land.XIAO Han ,OU Y AN G Zhiyun ,ZHAO Jingzhu ,WAN G Xiaoke (Research Center f or Eco 2Environmental Sci 2ences ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100080).2Chin.J.A ppl.Ecol.,2000,11(4):481～484. This paper attempts to present forest ecosystem services and their indirect economic value of Jianfengling tropical forest in Hainan Island.The results show that average annual integrated ecosystem service value of Jianfengling tropical for 2est ,which covers 44667.00hm 2,adds up to 664.38million yuan (Chinese RMB ),of which ,about 71.64million yuan is of the output of standing trees and other forest products ,about 394.29million yuan of water 2holding ,about 2.47million yuan of soil conservation against erosion ,about 13.16million yuan of carbon fixation for reducing green house effect ,about 4.29million yuan of nutrient retention for N ,P ,K ,Ca and Mg ,about 178.53million yuan of air purification. K ey w ords Ecosystem services ,Forest ecosystem ,Ecoservice valuation ,Jianfengling mountain. 3中国科学院知识创新项目(RCEES9903)、国家自然科学基金重点 项目(79930800)和国家自然科学基金资助项目(79670089). 33通讯联系人. 1999-10-12收稿,2000-05-29接受. 1　引 言 生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形 成与维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[5,12].生态系统为人类提供了食物、医药及其他工农业生产的原料,更重要的是支撑与维持了地球的生命支持系统,维持生命物质的生物地化循环与水文循环,维持生物物种与遗传多样性,净化环境,维持大气化学的平衡与稳定.人们已经认识到,生态服务功能是人类生存与现代文明的基础.研究发现科学技术能影响生态服务功能,但不能替代自然生态系统服务功能[6].由于人类对生态系统服务功能及其重要性不了解,导致了生态环境的破坏,从而对生态系统服务功能造成了明显损害,威胁人们的安全与健康,危及社会经济的发展.随着对可持续发展机制研究的深入,人们发现维持与保育生态服务功能是实现可持续发展的基础. 近年来,国际上对生态系统服务功能的研究十分重视,生态学家、生态经济学家及其它相关领域的科学 家共同合作,从生态系统过程、生态服务功能及其生态经济价值等多个方面开展综合研究,不断充实与丰富 生态系统服务功能的内涵,探索其评价技术及生态经济价值的评估方法.美国生态学会组织了以Gretchen Daily 负责的研究小组,对生态系统服务功能进行了系统研究,并且形成了能反映当前这一课题研究最新进展的论文集[4],国际科学联合会环境委员会曾成立Constanza 负责的专门研究组以研究生物多样性间接经济价值及其评估方法,以及生物多样性与生态系统服务功能关系.Costanza 等13位科学家的研究认为全球生态系统服务的价值为16～54万亿美元?a -1,平均为33万亿美元?a -1[3],Pimentel 等[15]研究报道,全球仅水土流失导致水库淤积所造成的损失约60亿美元.分析与评价生态系统服务功能的生态经济价值已成为当前生态学与生态经济学研究的前沿课题.在我国,生 应用生态学报　2000年8月　第11卷　第4期 CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug.2000,11(4)∶481～484

外源碳氮添加对草地碳循环关键过程的影响

中国环境科学 2018,38(3)：1133~1141 China Environmental Science 外源碳氮添加对草地碳循环关键过程的影响 贺云龙1,2,齐玉春1,彭琴1,董云社1*,闫钟清1,2,李兆林1,2(1.中国科学院地理科学与资源研究所,中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室,北京 100101；2.中国科学院大学,北京 100049) 摘要：人类活动引起的大量的活性氮从大气沉降到生物圈.当前氮沉降对草地生态系统碳循环过程的影响机制仍然存在较大的不确定性.本文综述草地生态系统碳循环过程(植物光合作用、地上生物量、地下生物量、土壤呼吸、凋落物分解和土壤有机碳含量)对添加不同的氮源水平和不同施氮年限的响应,并分析这些过程变化的可能原因,同时,也阐述草地碳循环关键过程对外源碳输入的响应,并进一步分析了外源碳和氮输入对草地碳循环关键过程影响的微生物学作用机制.通过上述总结旨在强调说明碳源可利用性变化作为氮沉降背景下草地生态系统碳循环关键过程重要调控因素之一,开展相关研究对科学的管理我国草地资源配置和增加土壤碳汇方面理论的重要意义. 关键词：氮沉降；外源碳；碳循环；微生物；碳汇 中图分类号：X171.1, Q948.1 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2018)03-1133-09 Effects of exogenous carbon and nitrogen addition on the key process of carbon cycle in grassland ecosystem: a review. HE Yun-long1,2, QI Yu-chun1, PENG Qin1, DONG Yun-she1*, YAN Zhong-qing1,2, Li Zhao-lin1,2 (1.Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China；2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China). China Environmental Science, 2018,38(3)：1133~1141 Abstract：Human activities result in a large amount of active nitrogen (N) depositing from atmosphere to biosphere. Then N deposition has inconsistently influenced in the key process of carbon (C) cycle in the grassland ecosystem. In this paper, we review the processes of C cycle (plant photosynthesis, aboveground and belowground biomass, soil respiration, litter decomposition and soil organic carbon content) responding to different N-addition levels and years in the grassland ecosystem, and analyze possible the causes of various in these processes. Simultaneously, we analysis that these processes respond to exogenous C addition. Furthermore, we analysis the mechanisms of microbes driving these processes under exogenous C and N addition. C availability is one of most controllers in the key processes of C cycle in grassland ecosystems. This paper throughout the above these works strongly emphasizes that conducting the related research will play important roles in scientific managing resources and increasing soil C sink in China. Key words：nitrogen deposition；exogenous carbon；C cycle；soil microbes；soil C sink 从1860年到1995年,矿物燃料大量的应用和农业化肥过量的施用等人类活动向大气中排放的氮氧化物和氨从34Tg N/a迅速增加到了100Tg N/a,并且这部分活性氮素70%以上又以干湿沉降的方式随后回降到陆地生态系统[1].到2050年,全球人类活动向大气中排放的氮氧化物和氨预计将达到200Tg N/a[1].在一些氮限制的陆地生态系统中,有研究报道,施氮可以增加植物地上[2-3]和地下[4-5]净初级生产力,进而可能会扩大生态系统碳的输入[4,6].但也有研究发现,随着施氮量增加或者施氮年限的增加,虽然施氮提高了土壤氮的可利用性,但也会导致植物向根系运输光合产物减少[7-8]、植物细根生物量[4]和根系分泌物的降低[8],这些因素可能会减少地下部分碳源输入,也可能会抵消植物地上部分的碳固定[9-10].另外,大部分氮沉降模拟试验研究还发现,施氮肥对土壤呼吸影响效应也不一致,包括积极效应、消极效应或者无影响[8,11-13].所以,氮沉降对收稿日期：2017-08-25 基金项目：国家自然科学基金资助项目(41330528,41673086, 41573131,41203054) * 责任作者, 研究员, dongys@https://www.sodocs.net/doc/fd3695781.html,