了得網工業技術_中國當代生態學研究全球變化生態學卷

內容簡介

以減緩和適應全球氣候變化為核心任務的全球變化科學研究和管理實踐一直是20世紀末以來生態學研究和管理的熱點科學問題和重要領域。在這一過程中，中國生態學家也積極參與了全球變化的研究和管理工作。《中國當代生態學研究·全球變化生態學卷》繫統總結近20年來中國在全球變化生態學方面開展的理論與應用研究成果，為生態學研究和生態保護實踐提供借鋻。《中國當代生態學研究·全球變化生態學卷》涵蓋生態學在全球變化國際項目中的貢獻、生態繫統定位研究與建模方法、氣候變化與碳循環、全球變化的影響及其適應等方面。

《中國當代生態學研究·全球變化生態學卷》對於全球變化生態學的研究者、高等院校相關專業師生以及廣大從事生態保護工作的相關人員有著重要的參考價值。

前言
緒言
章生態學在全球變化國際項目中的貢獻
節人與生物圈計劃及其對我國生態學發展的推動
第二節我國在IGBP研究中的貢獻
第三節我國在IHDP計劃中的貢獻
第二章生態繫統定位研究與建模方法
節生態繫統多尺度聯網觀測研究
第二節中國生態繫統觀測研究網絡(CNERN)
第三節中國科學院中國生態繫統研究網絡(CERN)
第四節國家林業局陸地生態繫統定位研究網絡(CTERN)的建設與發展
第五節地球表層建模方法及其應用
第三章氣候變化與碳循環
節中國與全球的歷史氣候變化前言
緒言
章生態學在全球變化國際項目中的貢獻
節人與生物圈計劃及其對我國生態學發展的推動
第二節我國在IGBP研究中的貢獻
第三節我國在IHDP計劃中的貢獻
第二章生態繫統定位研究與建模方法
節生態繫統多尺度聯網觀測研究
第二節中國生態繫統觀測研究網絡(CNERN)
第三節中國科學院中國生態繫統研究網絡(CERN)
第四節國家林業局陸地生態繫統定位研究網絡(CTERN)的建設與發展
第五節地球表層建模方法及其應用
第三章氣候變化與碳循環
節中國與全球的歷史氣候變化
第二節陸地生態繫統碳循環過程及其影響因素
第三節中國森林生態繫統碳儲量及其變化
第四節森林生態繫統碳循環及其環境影響
第五節草地生態繫統碳循環及其對全球變化的響應
第六節農田生態繫統碳循環及其對氣候變化的響應
第七節全球變化與濕地生態繫統碳循環
第八節陸地生態繫統碳-氮-水通量觀測技術及其應用進展
第四章全球變化的影響及其適應
節全球變化對生態繫統空間分布的影響
第二節全球變化對生態繫統生產力的影響
第三節全球變化對農業的影響
第四節生態繫統對全球變化的適應
第五節農業昆蟲對全球氣候變化的響應
第六節全球變化的中國陸地樣帶研究
第七節中國林業碳管理的探索與實踐
後記

在線試讀

緒言
20 世紀80 年代以來，全球環境變化逐漸成為地球科學和生命科學的熱點研究領域。生態學作為兩大科學的交叉學科，越來越深地介入到全球環境變化研究之中，逐漸建立並發展了全球變化生態學。全球變化生態學所關注的核心科學問題是地球繫統對生命支撐能力的變化，重點研究全球變化對生態繫統結構與服務功能、時空格局和過程的影響，及生態繫統碳循環機制及其對全球氣候變化的反饋作用、生態繫統對全球變化的響應和適應性等問題。
廣義的全球氣候變化是指氣候隨時間變化的任何變化，無論其原因是自然變率還是人類活動的結果，而聯合國氣候變化框架公約（UNFCCC）定義的氣候變化則是指“經過相當一段時間的觀察，在自然氣候變化之外由人類活動直接或間接地改變全球大氣組成所導致的氣候改變”。雖然兩者的定義有很大的區別，但是被人們普遍關注的全球氣候變化現像其一是氣溫和海溫的升高以及氣候事件發生頻率的時空變化，以及伴隨著的極地和高山積雪和冰川融化、海平面上升等問題；其二是全球降水的時間格局與空間格局的變化，特別是降水變化引起的全球受干旱和洪澇災害面積的增大；其三是直接導致溫度和降水變化多種物理和化學因素的變化。
全球變化則是一個內涵更加寬泛的概念，它既包括廣義的全球氣候變化，也包括在全球規模上發生或具有全球影響的生物圈多種環境要素和生物要素的變化。目前被普遍關注的全球變化問題主要包括：以全球變暖和降水變化為代表的全球氣候變化（溫度、降水和大氣成分等）、影響全球生物地球化學循環和生物圈生物生產力的氣候（CO2 濃度增加、臭氧層破壞、大氣氣溶膠增加、太陽輻射平衡改變等）、植被（土地利用和土地覆被、植被結構和組成）和養分平衡因素（氮沉降、酸雨和土壤酸化等）、生物多樣性及其影響因素（物種滅絕、生物入侵等）。
全球氣候變化與全球的碳氮水循環具有密切的關繫，當前一般認為我們所面臨的氣候變化正是強烈的人類活動導致的全球碳循環過程發生改變而引起的。20 世紀以來，全球超過29 000 個觀測資料序列顯示，許多自然繫統和生物繫統已發生了顯著變化，作為地球生命支持繫統的生物圈已遭受了巨大破壞，其可持續性正面臨著嚴重威脅。因此研究生態繫統碳循環及其與全球氣候變化和全球變化的相互作用關繫已成為近幾十年來備受關注的重大科學問題。
我國是全球變化領域科學研究的發起國之一，在生態繫統與全球變化領域也取得了繫統性的科技進展，並在各種重大國際科學研究計劃中發揮了重要作用。本書以我國的生態學研究在全球變化國際項目中的貢獻、生態繫統定位研究與建模方法、氣候變化與生態繫統碳循環、全球變化的影響與適應4 個研究內容為主題，較為全面地總結和討論了我國全球變化生態學研究的主要進展，並展望了未來的發展方向和工作重點。緒言

20 世紀80 年代以來，全球環境變化逐漸成為地球科學和生命科學的熱點研究領域。生態學作為兩大科學的交叉學科，越來越深地介入到全球環境變化研究之中，逐漸建立並發展了全球變化生態學。全球變化生態學所關注的核心科學問題是地球繫統對生命支撐能力的變化，重點研究全球變化對生態繫統結構與服務功能、時空格局和過程的影響，及生態繫統碳循環機制及其對全球氣候變化的反饋作用、生態繫統對全球變化的響應和適應性等問題。

廣義的全球氣候變化是指氣候隨時間變化的任何變化，無論其原因是自然變率還是人類活動的結果，而聯合國氣候變化框架公約（UNFCCC）定義的氣候變化則是指“經過相當一段時間的觀察，在自然氣候變化之外由人類活動直接或間接地改變全球大氣組成所導致的氣候改變”。雖然兩者的定義有很大的區別，但是被人們普遍關注的全球氣候變化現像其一是氣溫和海溫的升高以及氣候事件發生頻率的時空變化，以及伴隨著的極地和高山積雪和冰川融化、海平面上升等問題；其二是全球降水的時間格局與空間格局的變化，特別是降水變化引起的全球受干旱和洪澇災害面積的增大；其三是直接導致溫度和降水變化多種物理和化學因素的變化。

全球變化則是一個內涵更加寬泛的概念，它既包括廣義的全球氣候變化，也包括在全球規模上發生或具有全球影響的生物圈多種環境要素和生物要素的變化。目前被普遍關注的全球變化問題主要包括：以全球變暖和降水變化為代表的全球氣候變化（溫度、降水和大氣成分等）、影響全球生物地球化學循環和生物圈生物生產力的氣候（CO2 濃度增加、臭氧層破壞、大氣氣溶膠增加、太陽輻射平衡改變等）、植被（土地利用和土地覆被、植被結構和組成）和養分平衡因素（氮沉降、酸雨和土壤酸化等）、生物多樣性及其影響因素（物種滅絕、生物入侵等）。

全球氣候變化與全球的碳氮水循環具有密切的關繫，當前一般認為我們所面臨的氣候變化正是強烈的人類活動導致的全球碳循環過程發生改變而引起的。20 世紀以來，全球超過29 000 個觀測資料序列顯示，許多自然繫統和生物繫統已發生了顯著變化，作為地球生命支持繫統的生物圈已遭受了巨大破壞，其可持續性正面臨著嚴重威脅。因此研究生態繫統碳循環及其與全球氣候變化和全球變化的相互作用關繫已成為近幾十年來備受關注的重大科學問題。

我國是全球變化領域科學研究的發起國之一，在生態繫統與全球變化領域也取得了繫統性的科技進展，並在各種重大國際科學研究計劃中發揮了重要作用。本書以我國的生態學研究在全球變化國際項目中的貢獻、生態繫統定位研究與建模方法、氣候變化與生態繫統碳循環、全球變化的影響與適應4 個研究內容為主題，較為全面地總結和討論了我國全球變化生態學研究的主要進展，並展望了未來的發展方向和工作重點。

基於相關資料，可以粗略總結出我國在全球變化生態學研究領域的7 個方面取得了重要進展： ①我國生態學界積極參與的全球變化科學國際合作研究，對推動全球變化生態學的發展作出了重要貢獻； ②充分挖掘可以反演歷史氣候變化的文獻和各種自然代用資料，建立了數條千年以上的高分辨率區域氣溫變化序列，初步理清了中國區域的歷史氣候變化過程； ③由多個部門組織的生態繫統監測網絡建設事業蓬勃發展，生態繫統建模的理論和技術方法研究取得了重要進步； ④利用森林和草地資源清查資料分析方法，或者模型模擬分析方法等技術途徑對中國區域的陸地生態繫統碳儲量和碳收支、不同生態繫統碳彙功能及其增彙潛力、土地利用變化對陸地碳彙功能影響評估等方面也取得了重大進展，並完善和發展了我國溫室氣體排放清單編制方法； ⑤構建了以ChinaFLUX 為標志的陸地生態繫統碳循環野外觀測、數據資源和模型分析綜合平臺，解釋了主要類型生態繫統碳循環特征和過程機制； ⑥構建了以全球變化陸地樣帶與野外控制實驗有機結合的生態繫統對全球變化響應和適應的觀測和實驗研究平臺，解釋了生態繫統結構和功能對環境變化的響應和適應特征及其過程機制，分析評估了全球變化對我國主要生態繫統格局和服務功能的影響； ⑦分析全球氣候變化對我國農林業的可能影響，提出了應對氣候變化的對策與技術。

然而，我國的生態繫統碳循環和全球變化生態學研究與世界先進水平還有一定差距，在區域尺度生態繫統碳循環與碳收支定量評價方面還存在極大的不確定性，仍然存在著缺乏各類生態繫統碳收支的生態調查與長期定位觀測數據，缺乏國家尺度碳收支科學數據的整合，缺乏可用於生態繫統碳收支計量與綜合評估的模型工具，也沒有形成國家層次的碳源彙計量、評估、認證及決策分析信息繫統平臺。今後迫切需要加強陸地生態繫統碳循環過程對環境變化的響應、陸地生態繫統碳-氮-水耦合循環過程及其相互作用關繫、陸地生態繫統主要生源要素計量平衡及其生物調控機制研究，以提高我國區域尺度的生態繫統增彙潛力定量認證與調控管理的科學水平，還需要在國家層面上提升生態繫統碳循環和全球變化生態學研究的科技支撐能力，以提升我國地球繫統科學與全球變化科學的科技創新能力，滿足國家應對全球氣候變化、改進生態繫統管理的科技需求。

章生態學在全球變化國際項目中的貢獻

20 世紀80 年代以來，生態學越來越深地滲入全球環境變化的研究之中。這一領域研究工作所關注的核心，是地球繫統對生命支撐能力的變化。這顯然契合了生態學的學科使命。

而全球環境變化研究及其理論基礎――地球繫統科學，強調對地球圈層相互作用的認識和對其機制的揭示。這一點也恰恰與生態學的基本方法論一致。於是，生態學界對於全球環境變化研究的深度參與就不難理解了。

研究對像的綜合性、復雜性、難以重復觀測和實驗以及初始條件影響巨大，決定了地球繫統科學以及介入其中的全球變化生態學的發展，表現出如下趨勢：把地球作為整體來認識，破解復雜性問題；堅持長期的繫統性觀測，構建數據采集網絡；加強繫統模擬研究，深入理解地球繫統耦合變化的機制和規律，並進行預測研究。

認識到整體繫統觀和長期繫統觀測模擬對於解決環境變化問題的重要性，國際地學界和生態學界近年來也在科學研究的組織形式上有了新的變化，連續推出很多大型科學計劃。這種科研組織形式和相關的學術交流活動，促進了不同學科之間的交叉與融合，也促進了對重大資源、環境、生態及災害問題研究的綜合集成。

國際重大科學研究計劃通過對科學問題的梳理、多學科的交流、階段性研究進展的總結和集成、數據和科研基礎設施的共享、科學與政策及社會間的對話、年輕學者的培訓以及階段性發展規劃的制定等活動，目前已經在全球環境變化的國際學術研究中起到主導作用。因此，各國在制定本國相關學科和領域的發展規劃時，都把參與國際重大研究計劃作為工作的重點之一。

我國是全球變化領域的發起國之一，在與生態學相關的各種國際性重大科學研究計劃中發揮了重要的作用。特別是近20 年來，我國學者的參與程度逐漸加深。從早期以參與學術交流活動為主，到後來參與重大研究計劃的階段性綜合集成，領銜設計和組織實施核心研究項目，以及成立國家委員會。這些活動無疑帶動了國內相關領域的學術進步。

本章將對我國在相關國際性重大科學研究計劃中的貢獻進行介紹。重點是國際上影響的幾個計劃，包括我國早參與的“人與生物圈計劃” （MAB），全球環境變化領域的四大科學計劃――國際地圈生物圈計劃（ IGBP）、世界氣候研究計劃（ WCRP）、國際全球環境變化人文因素計劃（IHDP）和國際生物多樣性計劃（DIVERSITAS）。應該說， 20 世紀60年代執行的“國際生物學計劃” （IBP）是早的國際性大型科學計劃，涉及了許多生態學研究內容，但是我國當時並未參與，因此未包含在本章內容中。此外，一些生態學方面的國際性研究計劃，如“國際長期生態繫統研究網絡” （ ILTER）；一些區域性的研究計劃，如聯合國環境規劃署發起的“國際生態繫統管理伙伴計劃”，在推動全球變化生態學發展中都起到了非常重要的作用，我國學者也都在其中發揮了重要的作用，但由於篇幅的限制，未包含在本章之中。

節人與生物圈計劃及其對我國生態學發展的推動

一、引言

人與生物圈計劃（man and the biosphere program， MAB）是聯合國教科文組織（United Nations Educational，Scientific and Cultural Organization， UNESCO）自1971 年起在全世界範圍內開展的一項具有深遠影響的大型國際科學合作項目。其目的在於通過全球性的科學研究、培訓及信息交流，為生物圈自然資源的合理利用與保護提供科學依據，同時為各國的自然資源管理培養合格的專門人纔。到目前為止，全世界已有100 多個國家成立了人與生物圈國家委員會，協調並推動人與生物圈計劃在各國的發展。人與生物圈計劃迄今已有41 年的歷史，一個研究計劃能夠經久不衰，並曾起到領導世界生態學發展潮流的作用。

中國是人與生物圈計劃的參加國，在參與過程中既對我國生態學的發展起到重要的推動作用，同時也為國際人與生物圈的發展作出了貢獻。

二、MAB 產生的背景

20 世紀50 年代以來，世界上人口、經濟與資源環境的不協調發展造成的全球性問題日益激化，國際上開展了一繫列大規模生態學方面的研究計劃，以探索解決危機的途徑。其中有代表性的是國際科學理事會（International Council for Scientific， ICSU）的國際生物學計劃（international biological programme，IBP）和聯合國教科文組織的人與生物圈計劃（MAB）。國際生物學計劃（1964 ~1974 年）是個在全球範圍開展的大型生態學合作項目，其主旨在於動員全球生態學研究人員使用有效而先進的技術手段，對全球生態繫統的組成、生產力和綜合功能進行基礎性研究，特別是對凍土帶、湖泊和沙漠、針葉林和闊葉林、草原和溫帶草原等生態繫統的生物生產力的研究為了解全世界生態繫統的生產力和地球承載力的有限性奠定了基礎。IBP 計劃推動了生態學研究設備以及研究方法的發展，使生態學研究提高到一個新的歷史階段。然而IBP 有其弱點，首先研究工作之復雜和執行費用之大，尤其在沒有制訂出相應的專家培訓計劃的情況下，多數發展中國家無法參加；其次，該計劃強調收集資料，但是並沒有處理大量信息的能力；後，由於IBP 僅是在科學組織的支持下，立於自然科學的研究，難以解決當時全球性錯綜復雜的生態環境問題。

人與生物圈計劃正是在這樣的社會背景和科學發展水平下，在充分總結IBP 經驗教訓的基礎上，在全球範圍內開展的一項政府間的綜合性生態學研究計劃。該計劃體現了保護與發展相結合的觀念；改變了生態學研究中把人置身於生態繫統之外的地位，將人看成是生物圈的重要組成部分；強調多學科的合作，尤其是自然科學與社會科學的結合；強調政府在解決當前生態環境問題中的重要作用以及當地生產者和決策者參與的重要性；在全球尺度上，將分散的研究構成網絡，並且把研究和培訓、教育結合起來。

MAB 希望改變長期以來生態學中存在的糾纏於名詞術語之爭和純自然主義的傾向，提出了生態學研究的綜合性途徑，培養了科學技術人員，把生態學推到解決當前生態與環境問題的前沿。這些觀點和理念以及在執行過程中采用的組織大型生態學科研的管理辦法都已經成為世界自然資源研究的寶貴經驗和共識，並使生態學這門學科以嶄新的面貌出現於當代先進科學之林。MAB 不是一個簡單的研究計劃，而是一個完整的理念以及研究技術和管理繫統，起到了引導生態學新潮流的作用，並對中國生態學的研究和發展起到了至關重要的作用。

三、MAB 取得的成績及原因

（一）指導思想的飛躍

MAB 實現了從“外界因素的人” 到“內部因素的人” 的思想轉變（弗朗塞索?迪卡斯特雷， 1981），把人類看成是生態繫統和生物圈的組成部分，因此由環境及其保護所帶來的一切議題和問題的解決不能脫離“人” 及其社區的生存需求，在越來越多的研究項目中，人類事實上成為研究的中心課題。MAB 倡導保護與發展相結合的可持續發展觀，並且推動生態學成為一門為發展中出現的問題提供現實而具體的解決辦法的學科（李文華， 1998）。

（二）優先領域的選擇與適時調整

MAB 延續至今已40 多年，使它保持旺盛的生命力的秘訣是其靈活性和適應性，不斷根據變化著的生態環境領域的現實問題調整自己的優先領域和方向。在MAB 計劃開展的初期，曾提出了當時生物圈亟待解決的問題，涉及14 個領域，包括： ①日益增長的人類活動對熱帶和亞熱帶森林生態繫統的影響； ②不同土地利用措施對溫帶和地中海森林景觀的影響； ③人類活動和土地利用措施對放牧地、熱帶稀樹草原和草場的影響（從溫帶到干旱地區）； ④人類活動對干旱和半干旱地區生態繫統的動態變化的影響，特別是強調灌溉的作用； ⑤人類活動對湖泊、沼澤、河流、三角洲、河口和沿海地區的價值和資源的生態學影響； ⑥人類活動對山地和凍原生態繫統的影響； ⑦島嶼生態繫統的生態學與合理利用； ⑧自然區域及其遺傳種質的保護（後來被稱為生物多樣性保護）； ⑨在陸地和水生生態繫統中化肥的使用和病蟲害防治的生態學估計； ⑩大型工程對人類及其環境的影響； 1城市繫統的生態學； 12環境的改造及其人口適應的數量和遺傳結構的相互關繫； 13對環境質量的認識； 14環境污染研究及其對生物圈的作用（李文華，1987）。這是一個雄心勃勃的計劃，後來在1975 年以後選擇4 個作為優先研究的領域，包括：濕潤的熱帶地區，干旱半干旱地區，城市生態繫統和自然保護問題。進入20 世紀80 年代後， MAB 計劃更多地關注人類對各種生態繫統的影響以及資源管理等具有應用價值的研究。

在聯合國教科文組織的要求之下， MAB 不斷探索當前生態環境研究的重點，並於1989 年率先提出了當代生態學研究的三個熱點問題。1989 年6 月14 ~16 日聯合國教科文組織在其巴黎總部舉辦的一次主題為“未來的科學與技術：國際合作的新面貌” 的學術研討會，包括各科技領域的權威專家、重要國際組織的官員以及國家或地區科學院的院長等84 位卓有成就的個人和代表參加了此次會議。李文華在陸地生態繫統研究小組裡擔任主席，參加的成員還有Di Castri （法國自然資源研究中心CNRS 主任，MAB 原主任）， S. Evteev （ UNEP 常務助理總干事）、Bill Long （歐洲共同體環境部OECD 主任，UNESCO 執行局副主席）等。經過討論終形成統一意見，提出了陸地生態繫統研究在未來一段時間內的面臨的三個挑戰，即全球變化（ global change）、生物多樣性保護（ conservation of biologicaldiversity）和可持續發展（sustainable development）。這三方面挑戰的提出，對整個世界的生態學研究產生了極大的影響，美國生態學會在1990 年的年會上也肯定了這三方面的重要性，直到現在仍是生態學領域研究的重點和熱點問題。

1992 年聯合國環境與發展大會後， MAB 計劃對其優先領域進行了重大調整，集中在4 個方面，包括：①生物多樣性與生態過程的保護； ②區域性土地利用規劃和資源的可持續管理； ③促進信息交流； ④加強培訓和能力建設。這4 個方面的工作盡量利用生物圈保護區作為基地來開展。

（三）多種形式的合作

人與生物圈計劃所提出的諸多方面的研究課題，為世界資源、環境的研究奠定了基本輪廓，開展的具體課題達到幾千個之多。在人與生物圈計劃的倡議和組織下，在全世界範圍內開始建立生物圈保護區網，它不僅在遺傳種質和生態繫統的保護方面起到重要的作用，同時也為環境監測培訓和科學研究提供

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