中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)

1、中國(guó)區(qū)域陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支綜合研究的科技需求與重要科學(xué)問(wèn)題,主講人：姚慧 專業(yè)：生態(tài)學(xué),標(biāo)題欄,陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支及其循環(huán)過(guò)程機(jī)制研究一直是全球氣候變化的成因分析、變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)、減緩和適應(yīng)對(duì)策分析等領(lǐng)域的熱點(diǎn)，受到科技界和國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。 本文在回顧中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支及其循環(huán)過(guò)程綜合研究的發(fā)展歷程基礎(chǔ)上，針對(duì)中國(guó)在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支綜合研究方面的近期科技需求、存在的問(wèn)題及需要重點(diǎn)解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題等進(jìn)行了闡述，期望能為今后該領(lǐng)域的科學(xué)研究、國(guó)家層面的碳收支監(jiān)測(cè)、評(píng)估、認(rèn)證和管理工作提供有價(jià)值的信息。,二、中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支研究歷史的簡(jiǎn)要回顧,.,生態(tài)研究項(xiàng)目共同關(guān)注的科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題

2、,生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究發(fā)展階段,生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)發(fā)展歷程,2.1生態(tài)研究項(xiàng)目共同關(guān)注的科學(xué)和 技術(shù)問(wèn)題,不同類型生態(tài)系統(tǒng)不同碳庫(kù)碳儲(chǔ)量的時(shí)空格局及其影響因素； 碳循環(huán)關(guān)鍵過(guò)程對(duì)氣候變化和人為干擾的響應(yīng)和適應(yīng)機(jī)制； 主要類型陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯/源強(qiáng)度、時(shí)空格局及其形成過(guò)程 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程模型和遙感反演模型的引進(jìn)和發(fā)展 生態(tài)系統(tǒng)碳收支的歷史過(guò)程模擬、未來(lái)情景預(yù)測(cè)及增匯潛力分析。 土地利用/覆被變化、農(nóng)田管理、流域治理、森林經(jīng)營(yíng)和生態(tài)工程。 對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)及其碳匯功能的影響； 人為調(diào)控區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳收支以及碳循環(huán)過(guò)程的技術(shù) 途徑和措施。,生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究發(fā)展階段,陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支與循環(huán)過(guò)程

3、的前期研究階段； 區(qū)域尺度生態(tài)系統(tǒng)碳收支和碳循環(huán)過(guò)程綜合研究階段； 生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)和適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)研究階段； 生態(tài)系統(tǒng)碳- 氮- 水耦合循環(huán)及其區(qū)域碳收支調(diào)控管理研究階段,生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)發(fā)展歷程,從不同角度可以概括為以下幾個(gè)顯著的階段特征： 研究對(duì)象：典型生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)全國(guó)尺度全球尺度； 研究?jī)?nèi)容：靜態(tài)格局分析動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬環(huán)境影響分析系統(tǒng)響應(yīng)與適應(yīng)； 應(yīng)用目標(biāo)：儲(chǔ)量清查過(guò)程分析過(guò)程模擬區(qū)域定量評(píng)價(jià)區(qū)域綜合管理； 技術(shù)手段：資源清查碳氮水通量聯(lián)網(wǎng)觀測(cè)生態(tài)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)； 關(guān)鍵過(guò)程：地上生物量積累生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán) 過(guò)程水碳氮循環(huán)耦合關(guān),三、中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支研究的科技需求和社

4、會(huì)需求,提升中國(guó)地球系統(tǒng)科學(xué)與全球變化科學(xué)的科技創(chuàng)新能力的科技需要,參與應(yīng)對(duì)全球氣候變化國(guó)際行動(dòng)和維護(hù)國(guó)家利益的迫切需要,改進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)管理和保障生態(tài)安全的需要,A,B,C,提升中國(guó)地球系統(tǒng)科學(xué)與全球變化科學(xué)的科技創(chuàng)新能力的科技需要,采用多尺度、多學(xué)科的野外長(zhǎng)期觀測(cè)、人工控制實(shí)驗(yàn)、生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程模擬、數(shù)據(jù)- 模型融合等先進(jìn)技術(shù)手段。 地球系統(tǒng)科學(xué)、全球變化科學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、信息科學(xué)的交叉和集成性創(chuàng)新研究。 有效地組織基于綜合觀測(cè)- 控制實(shí)驗(yàn)- 模擬分析為技術(shù)手段，多學(xué)科協(xié)同攻關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程機(jī)理及其對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)的基礎(chǔ)研究，必將會(huì)促進(jìn)中國(guó)相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)理論發(fā)展和研究方法創(chuàng)新，

5、提升科技創(chuàng)新能力，而且為中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)性管理提供重要的科學(xué)指導(dǎo)。,參與應(yīng)對(duì)全球氣候變化國(guó)際行動(dòng) 和維護(hù)國(guó)家利益的迫切需要,目前中國(guó)已經(jīng)成為第一大溫室氣體排放國(guó)，雖然近年來(lái)中國(guó)在降低能耗和減少溫室氣體排放方面成就顯著，但在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，中國(guó)人口還會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，繼續(xù)增加能源消費(fèi)和溫室氣體排放量是不可避免的現(xiàn)實(shí)。由目前的從國(guó)際談判的進(jìn)程和形勢(shì)來(lái)看，發(fā)達(dá)國(guó)家可能會(huì)團(tuán)結(jié)起來(lái)向發(fā)展中國(guó)家施加更大的壓力。中國(guó)承擔(dān)溫室氣體減排的國(guó)際壓力必將會(huì)越來(lái)越大。,IPCC 認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)固碳是目前經(jīng)濟(jì)可行和環(huán)境友好的減緩大氣CO2 濃度升高的方法，京都議定書3.4 款已經(jīng)明確，可以通過(guò)增加生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)來(lái)抵消經(jīng)

6、濟(jì)發(fā)展中的碳排放。 因此，中國(guó)急需開展陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳收支及其碳循環(huán)過(guò)程的綜合研究，揭示陸地生態(tài)系統(tǒng)的固碳速率和增匯潛力，為中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化提供科技支撐。,改進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)管理和保障生態(tài)安全的需要,如何尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展- 資源保障- 生態(tài)安全三者的協(xié)調(diào)是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中必須解決的瓶頸性問(wèn)題。 研究生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程及其對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)制，不僅是增加陸地碳匯、適應(yīng)氣候變化、減緩中國(guó)的減/限排壓力的需求，同時(shí)也是改善中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)管理、保障生態(tài)安全、維持社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大科技需求。,4.1 缺乏全國(guó)規(guī)模的可支撐各類生態(tài)系統(tǒng)碳收支評(píng)估的基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù),陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支評(píng)估不僅需要生態(tài)系統(tǒng)碳收支的直

7、接觀測(cè)數(shù)據(jù)，還需要全國(guó)規(guī)模的可以支撐碳收支評(píng)估的各種類型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。中國(guó)的科學(xué)數(shù)據(jù)積累與美國(guó)、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距很大，現(xiàn)在所擁有的數(shù)據(jù)還缺乏系統(tǒng)性、完整性、規(guī)范性，尤其缺乏全國(guó)尺度、各類生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期連續(xù)的動(dòng)態(tài)變化普查數(shù)據(jù)。,因此，在中國(guó)開展全國(guó)尺度的碳收支研究，急需采取統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和方法，對(duì)中國(guó)森林、草地、農(nóng)田和濕地等各類生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和固碳速率進(jìn)行大規(guī)模綜合調(diào)查，開展全國(guó)植被和環(huán)境要素的遙感觀測(cè)與數(shù)據(jù)集成，形成系統(tǒng)性的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支評(píng)估所需要的科學(xué)數(shù)據(jù)資源體系。,4.2 缺乏區(qū)域尺度和國(guó)家尺度的碳收支科學(xué)數(shù)據(jù)集成和整合,對(duì)于全國(guó)尺度碳收支評(píng)估的數(shù)據(jù)要求而言，依然存在著觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)密

8、度低、空間代表性和類型代表性不足、觀測(cè)項(xiàng)目缺失、數(shù)據(jù)共享機(jī)制不健全等問(wèn)題。 因此，現(xiàn)階段迫切需要整合定位觀測(cè)- 樣帶調(diào)查- 區(qū)域清查- 衛(wèi)星遙感- 社會(huì)統(tǒng)計(jì)的多源科學(xué)數(shù)據(jù)資源，為中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與碳收支計(jì)量提供有力的數(shù)據(jù)支撐,4.3缺乏可用于生態(tài)系統(tǒng)碳收支計(jì)量和綜合評(píng)估的模型工具,目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)模型在對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的模擬分析中還只考慮了氣候要素變化本身的影響，缺乏對(duì)土地利用變化和各種人類活動(dòng)影響的定量描述，對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)雙重驅(qū)動(dòng)下的區(qū)域陸地碳收支時(shí)空變化的模擬研究較少。 此外，由于缺乏長(zhǎng)時(shí)間序列的觀測(cè)數(shù)據(jù)支撐，對(duì)碳- 氮- 水耦合循環(huán)關(guān)鍵過(guò)程尚缺乏深刻認(rèn)識(shí)，特別是生態(tài)系統(tǒng)碳循

9、環(huán)過(guò)程對(duì)環(huán)境變化適應(yīng)性的模擬能力還十分有限。因此，系統(tǒng)開發(fā)直接用于生態(tài)系統(tǒng)碳收支計(jì)量和綜合評(píng)估的模型工具是一項(xiàng)需求十分迫切的科技工作,4.4 尚未形成國(guó)家層次的碳源匯計(jì)量、評(píng)估、認(rèn)證及決策分析信息系統(tǒng)平臺(tái),區(qū)域碳收支研究需要跨學(xué)科、跨區(qū)域和不同部門科學(xué)家之間的廣泛合作和資源共享，還需要地理覆蓋范圍大、延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、連續(xù)性好的碳循環(huán)觀測(cè)研究以及空間柵格化的基礎(chǔ)性科學(xué)數(shù)據(jù)的支持，更需要數(shù)據(jù)分析、決策分析和模型工具的不斷發(fā)展。 中國(guó)在森林碳匯計(jì)量、LULUCF 碳計(jì)量的方法學(xué)等方面開展了一些相關(guān)的研究工作，但是還沒有形成國(guó)家層次的碳計(jì)量、認(rèn)證和決策分析的信息系統(tǒng)平臺(tái)。,5.1 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的定量

10、評(píng)價(jià)和增匯潛力的認(rèn)證及其不確定性,5.2 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳- 氮- 磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征及 其耦合機(jī)制和環(huán)境影響,5.3 生態(tài)系統(tǒng)碳- 氮- 水循環(huán)過(guò)程耦合關(guān)系及其對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)與適應(yīng),5.4 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳- 氮- 水耦合循環(huán)過(guò)程的生物調(diào)控機(jī)制及其對(duì)環(huán)境變化適應(yīng)性,M1,五、陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支及其循環(huán)過(guò)程研究的重要科學(xué)問(wèn)題,5.1 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的定量評(píng)價(jià)和增匯潛力的認(rèn)證及其不確定性,（1）如何建立中國(guó)和全球大氣溫室氣體濃度變化、地- 氣的碳交換動(dòng)態(tài)分布監(jiān)測(cè)體系，大氣碳收支的定量評(píng)估系統(tǒng)，以及大氣CO2 的源/匯分布和區(qū)域性碳排放強(qiáng)度的辨識(shí)方法。 (2) 如何定量認(rèn)證中國(guó)陸地碳收支及

11、其增匯潛力，評(píng)估碳減排行動(dòng)/措施/政策的實(shí)際減排效果，評(píng)價(jià)陸地碳增匯措施和碳捕獲技術(shù)的碳匯效應(yīng)，建立國(guó)家的碳計(jì)量和核查的技術(shù)系統(tǒng) （3） 如何建立全球和中國(guó)的碳貿(mào)易市場(chǎng)體系，制訂國(guó)家碳交易政策、規(guī)范與制度，發(fā)展碳匯林業(yè)、碳匯農(nóng)業(yè)和碳匯草業(yè).,應(yīng)對(duì)氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問(wèn)題”的概念框架,5.2 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳- 氮- 磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征及其耦合機(jī)制和環(huán)境影響,需要在以下幾個(gè)方面加強(qiáng)研究： (1) 主要植被生物組成化學(xué)計(jì)量關(guān)系的穩(wěn)定性機(jī)制是什么，生態(tài)系統(tǒng)主要有機(jī)碳庫(kù)的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征之間的作用關(guān)系如何。 (2) 全國(guó)尺度的植物、土壤、微生物的化學(xué)計(jì)量特征的空間格局及其機(jī)理，不同生態(tài)系統(tǒng)的C:

12、N:P化學(xué)計(jì)量特征，不同生態(tài)系統(tǒng)類型是否具有穩(wěn)定的化學(xué)計(jì)量特征，不同類型生態(tài)系統(tǒng)如何相互影響，如何影響全球生物地球化學(xué)循環(huán) (3) 碳- 氮- 水循環(huán)通量計(jì)量平衡的內(nèi)穩(wěn)性和變異性。,5.3 生態(tài)系統(tǒng)碳- 氮- 水循環(huán)過(guò)程耦合關(guān)系及其對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)與適應(yīng),還需深入研究解決以下幾個(gè)關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題： （1) 生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水通量之間究竟具有怎樣的平衡關(guān)系；是什么機(jī)制驅(qū)動(dòng)這種平衡關(guān)系的時(shí)空變異。 (2) 生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水通量的平衡關(guān)系與土壤和植物的生物化學(xué)計(jì)量平衡、以及生物資源的有效利用具有怎樣的聯(lián)系 (3) 生態(tài)系統(tǒng)碳- 氮- 水耦合循環(huán)存在著多個(gè)環(huán)節(jié)，具體是哪些環(huán)節(jié)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的影響發(fā)揮關(guān)鍵作用；在不同的時(shí)間尺度上，這些耦合環(huán)節(jié)對(duì)碳氮水循環(huán)的影響是否一致。 (4) 全球變化引起的氣候變暖、CO2 濃度升高、氮沉降增加以及降水格局變化如何綜合地影響生態(tài)系統(tǒng)碳平衡，是否會(huì)改變生態(tài)系統(tǒng)碳- 氮- 水通量之間的耦合關(guān)系。,5.4 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合循環(huán)過(guò)程的生物調(diào)控機(jī)制及其對(duì)環(huán)境變化適應(yīng)性,需要解決以下幾個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題： （1）根系冠層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征及其功能；根冠系統(tǒng)中養(yǎng)分吸收與水分吸收之間的耦合關(guān)系如何。 (2) 不同植被類型下典型植物根系數(shù)量、結(jié)構(gòu)和周轉(zhuǎn)特征。 (3)