陆地生态系统碳氮过程对大气CO_2浓度升高的响应与反馈

大气二氧化碳(CO_2)浓度升高是影响陆地生态系统碳氮循环的主要气候变化因子之一。大气CO_2浓度升高促进植被生长和光合产物积累,进而增加土壤碳库储量。同时,大气CO_2浓度升高引起土壤生物和非生物环境的改变会导致土壤温室气体排放的变化,形成对气候变化的反馈效应。目前,国际上有关大气CO_2浓度升高导致陆地生态系统碳汇效应的增加与其所引起的土壤温室气体排放之间的消长关系并不清楚。深入研究和了解陆地生态系统碳氮循环过程对大气CO_2浓度升高的响应和反馈机制对定量评估全球变化背景下陆地生态系统和土壤的固碳潜力具有十分重要的意义。本文综述了陆地生态系统碳氮循环过程对大气CO_2浓度升高的响应和反馈机制及主要驱动因子,发现大气CO_2浓度升高显著促进植被生物量碳的累积和土壤温室气体排放、增加土壤碳氮库储量,但却明显减少土壤活性氮源的供给。大气CO_2浓度升高可降低旱地CH4吸收汇的功能。大气CO_2浓度升高导致温室气体排放增加的源效应完全抵消土壤的碳汇效应,并且抵消近50%以上的陆地生态系统固碳潜力,且随其在大气中富集强度的增加呈减弱趋势。本文还提出大气CO_2浓度升高条件下影响土壤-大气温室气体交换的主要生物和环境控制因子,为气候变化背景下陆地生态系统的碳平衡估算研究提供重要理论基础。     

脆弱生态环境区生态系统服务功能 与价值时空演变的研究

运用GIS软件和采用价值系数估值法,分析2005年、2010年及2015年黔东南州土地利用变化,研究其生态系统服务功能与价值的时空演变。结果表明,2005—2015年黔东南州水域、建设用地与未利用地等面积增加幅度较大,水田、有林地和草地面积减少较多。生态系统服务总价值呈负增长,建设用地与未利用地、水域的生态系统服务价值增加率较高,其余土地利用类型生态系统服务价值均呈倒"V"形变化;气候调节、水文调节、土壤保持、气体调节、生物多样性和净化环境等生态系统服务功能价值降低幅度较大;粮食生产服务价值降低,表明耕地面积流失量较大。各时期气候调节、水文调节、土壤保持、气体调节、净化环境和生物多样性等生态系统服务功能价值占总价值89%左右,结果与黔东南州森林面积较大,具有较强气候调节、土壤保持能力等特征一致。剑河县、雷山县、黎平县、天柱县、镇远县和榕江县的生态系统服务价值变化幅度高于全州,且与其变化趋势与方向相反;岑巩县、从江县、丹寨县、锦屏县、麻江县、三穗县、施秉和台江县生态系统服务价值变化幅度低于全州,且与其变化趋势与方向一致;黄平县和凯里市生态系统服务价值变化幅度低于全州,且与其变化趋势与方向相反。有林地、灌木林地与草地面积变化率较低,但其生态系统服务价值却明显下降,其提供的气候调节和水文调节生态系统服务价值最高,其次是土壤保持和生物多样性;水田和旱地的面积变化较小,但其生态系统服务价值降低幅度较大,水田与旱地提供的食物生产、原料生产等服务功能的生态系统服务价值下降。建设用地与未利用地面积增加幅度较大,其生态系统服务价值增加较少,其美学景观功能服务价值降低。研究结果有助于深入认识土地利用变化对脆弱生态环境系统格局、生态系统服务价值功能的影响,还可为区域生态环境保护及管理等方面提供有效建议。     

土地利用变化影响土壤碳库特征与土壤呼吸研究综述

土地利用变化对生态系统碳循环和全球气候变化具有非常显著的影响。土壤碳库容量为大气碳库的2~3倍,土壤呼吸过程是土壤圈碳流入大气圈的主要途径。研究土地利用变化对土壤碳库与土壤呼吸速率的影响对于揭示生态系统对土地利用变化的响应机制及科学估算区域生态系统的碳汇功能具有十分重要的意义。综述了自然林地、人工林地、农业用地和草地等4种土地利用方式相互转化对土壤碳储量的影响,较详细地分析了土地利用变化对不同活性碳库（主要包括微生物量碳、水溶性碳、易氧化碳等）的影响,探讨了土壤呼吸速率对土地利用变化的响应及其机制,最后对该方向今后的研究重点做了展望。参69     

小陇山生态站森林生态系统服务功能及其价值评估

根据森林生态系统结构与功能特征,探讨森林资源二类调查资料与定位观测资料相结合的森林生态系统服务功能评价方法。以小陇山生态站5种典型林分类型为研究对象,对小陇山生态站森林生态系统服务功能进行评估与分析。研究结果表明:1)森林生态系统服务功能总价值为9 564.53万元/a,单位面积价值量为4.61万元/(hm2.a);2)6项森林生态系统服务功能价值量大小顺序为:生物多样性保护>固碳制氧>涵养水源>净化大气>保育土壤>林木营养积累,变化在4 150.40～12.72万元之间。生物多样性保护、固碳制氧、涵养水源这3项的价值量占总价值量的92.9%;3)不同林分森林生态系统服务功能价值量表现为:阔叶混交林>落叶松>栎类>油松>针叶混交林。阔叶混交林和落叶松林在单位面积服务功能价值量依然排在前2位。     

交口县土地利用变化及生态敏感性分析

土地利用变化及生态敏感性研究已经成为当前土地研究的热点问题之一。本文以交口县为例,通过土地利用动态度、生态系统服务价值和单项生态系统服务价值对土地利用变化及生态敏感性进行分析。结果表明:2009-2013年,交口县耕地、建设用地面积持续增加;生态系统服务总价值减少16.9473×105元。在单项生态服务价值中,气体调节、气候调节、土壤形成与保护、生物多样性保护、原材料这5个单项服务价值减少,水源涵养、废物处理、食物生产、娱乐文化这4个单项服务功能价值呈现U型变化,先减后增。生态系统服务价值的敏感性指数都小于1,说明交口县的ESV对VC是缺乏弹性的,即生态系统指数的变化对生态系统服务价值的影响不大。     

阔叶红松林功能多样性与森林碳汇功能关系

  目的  阐明生物多样性与生态系统功能关系及其作用机制,不仅具有重要的生态理论价值,同时能够为以“生物多样性与生态系统功能同步提升”为目标的森林多功能经营提供科学理论支撑。然而阔叶红松林中生物多样性如何影响森林碳汇功能目前并不十分清楚,本研究旨在揭示功能多样性和功能组成对森林碳汇功能的影响机制,为促进阔叶红松林“固碳增汇”提供理论依据。  方法  以吉林蛟河30 hm2阔叶红松林固定样地为研究对象,通过采集植物功能性状计算功能多样性和功能组成用于表征生物多样性,并通过结构方程模型检验了生态位互补效应、生物量比率效应以及植被数量效应对生物多样性?森林碳储量和碳增量的影响。  结果  （1）生物多样性是森林碳汇功能的重要影响因素,提高功能多样性有助于提高森林碳增量,提高缓生?保守型性状的组成比例有助于提高森林碳储量,而保持一定的林分密度同样有利于充分地利用资源、提高森林固碳能力。（2）研究结果同时验证了生态位互补效应、生物量比率效应和植被数量效应假说,解释变量共同解释了13%的森林碳储量的变化以及36%的森林碳增量的变化。  结论  碳储量和碳增量是森林生态系统碳汇功能的重要反映和直接体现,本研究在一定程度上揭示了生物多样性与森林碳汇功能关系的作用机制,表明阔叶红松林中生物多样性与碳汇功能的关系格局是多种生态学机制共同作用的结果。研究结果能够为实现阔叶红松林“固碳增汇”以及“生物多样性与生态系统功能同步提升”提供一定的理论依据。      

神农架森林生态系统服务价值估算

依据《森林生态系统服务功能评估规范》,基于神农架森林生态系统长期连续定位观测的数据,并参考已有的研究文献,定量评估了神农架森林生态系统涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境以及生物多样性保护六大服务功能的价值量.结果表明:神农架森林生态系统六大服务功能总价值每年可达671.63亿元,其中保育土壤353.15亿元,涵养水源174.59亿元,固碳释氧60.62亿元,生物多样性保护72.79亿元,净化大气环境7.44亿元,积累营养物质3.04亿元.各植被类型的生态系统服务功能价值分别为阔叶林365.30亿元/a,针阔混交林206.29亿元/a,针叶林100.04亿元/a.研究结果将为神农架森林生态系统保护与发展提供科学依据.     

近30a农八师垦区生态服务功能对土地利用变化的响应

[目的]探讨农八师垦区1976～2007年土地利用变化特征及其对生态系统服务功能的影响,为区域环境变化评估提供一定的科学参考.[方法]运用遥感和GIS手段,揭示区域土地利用变化特征,并采用Costanza生态系统服务价值计算公式,参照谢高地等的中国陆地生态系统服务单位面积价值,定量研究了区域生态系统服务功能对土地利用变化的响应.[结果]近30 a,耕地和未利用地始终是农八师垦区最主要的两种土地利用/覆被类型,区域土地利用总体处于准平衡状态,后期呈现向平衡状态发展的趋势.垦区生态系统总价值先减小后增加,总价值净减少57 034.83×104元.单一服务功能的结构比例基本未发生变化,废物处理、土壤形成与保护和生物多样性保护共占总价值的50;左右.研究区生态系统服务价值对生态服务功能价值指数缺乏弹性,其中,耕地的敏感度最高,林地次之,草地、水域和未利用地的灵敏度较低,建设用地最不敏感.[结论]研究时段内,农八师垦区土地利用结构发生显著改变,生态系统服务价值有所减少,土地利用变化对区域生态系统服务产生了一定影响.垦区今后的土地开发利用中,应努力提升区域的生态系统服务总价值,使绿洲农区实现可持续的科学发展模式.     

土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以广东省肇庆市鼎湖区为例

应用1991、1999、2006年3期LandsatTM影像解译数据,在Constanza生态系统服务价值理论基础上,确定单位面积生态系统服务价值系数,研究了广东省肇庆市鼎湖区1991～2006年土地利用变化对生态系统服务价值的影响。结果表明,鼎湖区生态系统服务功能价值净增52.6×106元,增加率为5.17%,基塘用地的大幅增加是主要原因;生态系统单项功能服务价值中,气候调节、水源涵养、废物处理、娱乐文化服务价值在增加,气体调节、土壤形成与保护、食物生产、原材料生产、生物多样性保护等服务价值在减少。     

土地利用变化对生态系统服务功能的影响——以密云水库流域为例

生态系统服务功能与人类福利息息相关,土地利用变化是生态系统服务功能退化的主要驱动力之一,以人地关系紧张,生态系统服务功能变化剧烈的密云水库流域为对象,分析流域1990-2009年土地利用的变化,采用空间显式的生态系统服务功能评估软件InVEST中的“产水量”、“土壤保持”、“水质净化”模型,研究流域土地利用变化对生态系统服务功能的影响.结果表明1990-2009年密云水库流域土地利用变化剧烈,农田、草地和水体的面积分别减少了30％、48％、61％,林地、建筑用地和裸地的面积增加,增幅分别为30％、230％、282％.随着土地利用变化,生态系统服务功能相应产生着显著变化,研究期内,土壤保持功能和固碳服务分别增加46％和19％,但水资源供给服务和水质净化功能分别减少了3％和25％.农田面积的减少和森林的扩张改善了土壤保持服务,森林面积的增加同时也改善了固碳服务,但会削弱水资源供给服务,建筑用地的扩张会大幅度削弱水质净化功能,为维持和改善流域整体的生态系统服务功能,应加强对森林和建筑用地的控制.其研究为密云水库流域土地利用科学管理决策提供参考.     

可持续土壤管理:土壤学服务社会发展的挑战

国际土壤年唤醒了全社会对土壤变化的关注。地球环境与生命发育历史赋予了土壤自然资源资产价值,提供了生命和生态系统发育的多种服务,从而惠及全人类,支撑了社会的可持续性发展。全球土壤的这种支撑能力建立在"体-质-量"统一的土壤属性基础上。然而,在人类快速发展的驱动下,全球土壤已经或正在发生十分普遍和严重的土壤退化,土壤连续体遭到破坏,土壤功能严重削弱,且地表土壤覆盖被大面积固封。因此,必须充分认识土壤变化对于人类长远发展的潜在风险,着力构建可持续土壤管理体系,致力于保持土壤自然资产价值、平衡和最大化土壤的生态系统服务、优化兼顾农业安全(粮食安全-环境安全-生态安全)的土壤利用与保护。保持土壤自然资产、保持土壤的生态系统服务和保持土壤对全人类的惠利应该纳入生态文明的土壤观。而管控土壤变化势必成为可持续土壤管理的核心任务。这需要在政策上,推行生态补偿机制来处理利用者与受益者的利益关系;在行动上,实施区域土壤可持续管理工程,应对土壤变化;而在技术上,创新兼效多赢的管理实践措施,特别是有利于自然养育或恢复的土壤保护和培育技术。推进土壤可持续管理研究,探索可持续土壤管理途径,对于中国社会经济的可持续发展具有至关重要的意义。     

农业可持续发展研究热点与趋势——基于文献计量的可视化分析

农业直接关系到粮食安全和农户收入,既高度依赖于资源环境又反作用于资源环境.农业可持续发展是实现可持续发展目标的关键.通过CiteSpace对Web of Science和中国知网在2000—2019年发表的关于农业可持续发展评价的1174篇英文和1043篇中文文章进行文献计量分析,总结出农业可持续发展的研究前沿、热点和趋势,以期为农业可持续发展研究和决策管理提供参考.结果 表明:农业可持续发展的研究前沿聚焦在食物系统弹性与粮食安全、农业生态集约化与可持续集约化、都市农业与农业多功能性、农业生态系统服务权衡与协同4个方面.研究热点主要关注气候变化对农业系统的影响及其适应性管理、农业生态系统服务管理、农业活动的环境影响和农业系统可持续性综合评价.建议在今后的研究中进一步解析"气候-土地-水-能源-粮食"耦合机制,系统开展农业生态系统的"影响因素-作用机理-调控方法"研究.     

生态系统服务功能管理研究进展

生态系统给人类提供了自然资源和生存环境两个方面的多种服务功能,这些服务功能的可持续供给是经济社会可持续发展的基础.然而,生态系统服务功能从认知走向管理实践面临着严峻挑战,包括:定量测度、多种服务功能权衡、生态系统服务功能多尺度关联、生态系统服务功能与政策设计的结合.针对这些难点,近年来生态系统服务功能管理研究主要集中在以下领域:生态系统服务功能度量;生态系统服务功能与人类福祉的关系;多种生态系统服务功能权衡;生态系统服务功能保护规划;基于生态系统服务功能的生态补偿机制.为了进一步推动生态系统服务功能管理实践,应该进一步加强生态系统服务功能供给的理论研究;增加生态系统服务研究结果表达的多样性;增加与社会学、经济学、人口统计学等领域跨学科研究;进一步探索生态系统服务功能研究的结果如何运用到管理决策中,促进在管理实践中的应用.     

黄土高原土地利用及生态系统服务时空变化特征研究

全球变化背景下,研究土地利用变化过程对生态系统的影响及相互作用机理,是全面、科学认识生态系统对人类活动和全球气候变化响应的重要支撑。本文选择我国土地利用变化典型区黄土高原为研究区域,在收集相关遥感数据基础上,采用了降水贮存量法、通用土壤流失方程和修正土壤风蚀方程等估算方法,估算了2000—2015年黄土高原水源涵养、土壤保持和防风固沙等主要生态系统服务,分析了2000—2015年黄土高原土地利用和生态系统服务时空变化特征,得出以下结论:2000—2010年黄土高原土地利用变化强度和范围较大,主要以退耕还林还草为主,2010—2015年土地利用变化整体放缓,主要以城市化为主,退耕还林还草为辅;与2000—2010年相比,2011—2015年黄土高原的水源涵养量和土壤保持量有所增加,防风固沙量有所下降,水蚀模数和风蚀模数均有所下降;黄土高原土地利用变化驱动因素主要是国家政策等人类活动因素,生态系统服务年际变化主要是由于气温和降水等气候因子的波动变化,10年或者更长尺度的变化则是由于全球气候变化和土地利用变化双重影响。本文研究可为全球变化下黄土高原生态系统的健康发展提供科技支撑和相关政策建议。     

Healthy soils for sustainable food production and environmental quality

Soil is the foundation for sustainable food production and environmental protection. Created by unsustainable land management practices and a range of social, economic and environmental drivers, soil degradation and pollution have been an ongoing threat to international food security and environmental quality. Soil degradation and pollution assessments are, however, often focused on the soil itself with little scope to devise new soil management approaches that match food production systems and/or environmental protection. This study draws lessons from an Australia-China Joint Research Center Program, Healthy Soils for Sustainable Food Production and Environmental Quality: a research platform that has brought together multi-disciplinary approaches from world-renowned universities and research organizations in Australia and China. To this end, a framework is presented for future soil management in a new way that combines excellence in research, industry and policymakers in a partnership that will ensure not only the right focus of the research but also that high-quality outputs will be transferable to industry and end-users.     

黑龙江农田生态系统服务权衡与协同

为促进农田生态系统可持续发展,亟需探究旱改水背景下黑龙江省农田生态系统服务变化。本研究基于1995年、2005年、2015年、2020年4期遥感影像解译结果,分析黑龙江省农田分布、农田生态系统服务变化,评估其权衡与协同关系,识别热点区域并划分生态功能管理分区。结果表明:1)黑龙江省旱地改为水田趋势明显,全省水田面积增长162.45%,主要位于三江平原;2)研究区的粮食产量、碳固定量、土壤保持量呈上升趋势,水分亏缺量也随之增长;3)粮食供应和碳固定具有空间协同关系,而与水文调节、土壤保持存在显著的权衡关系。研究发现1995—2020年农田生态系统服务具有一致的权衡/协同关系,但相关程度存在差异。依次,全省可划分为农产品供给区、土壤保持区和生态保护区3类生态功能区,从而实现区域生态系统服务最大化。     

干热河谷区土地利用与生态系统服务价值——以云南省元谋县为例

基于RS和GIS理论和方法,以干热河谷区云南省元谋县为例,对2008年和2016的Landsat遥感影像进行解译,分析土地利用格局演变特征,评估区域生态系统服务静态价值和动态价值,探讨生态系统服务价值变化原因。结果表明:耕地、林地和建设用地面积增长,草地、未利用地和水域面积下降。建设用地转入特征和未利用地转出特征较为明显。2008年和2016年区域生态系统服务总静态价值分别为25.98亿元和26.54亿元,总动态价值分别为9.179亿元和16.004亿元。虽然生态系统服务总动态价值仅为同期总静态价值的35.40%和60.30%,但其增长率为74.01%,明显高于总静态价值变化率(2.27%)。土壤形成与保护的单项生态系统服务静态价值最高,2008年和2016年其值分别为4.91亿元和5.03亿元。农业经济发展、城市扩张和人口增长导致耕地、建设用地的扩张和未利用地的减少,水土保持和生态综合治理促进了林地面积的恢复。支付能力和支付意愿的显著提升极大地促进了生态系统服务总动态价值的增长。因此,应强化区域土地利用的空间调控,继续实施水土保持和退耕还林还草等生态治理工作,以维护干热河谷区生态系统功能,实现区域可持续发展。     

土地整理对土壤性状的影响及其重建技术和工艺研究

调查和分析结果表明,土地整理前后土壤中速效磷、速效钾和活性有机质均发生明显变化;在已进行整理的农地中,从挖方到填方,土壤性状也有很大差别;采用不同的工程技术对农地进行整理后其土壤性状也有明显的差异.为保证整理前后土地的可持续利用,笔者较系统地探讨了整理区土壤重建的技术方法和工艺流程以及培肥管理措施.     

从国际视角看中国农业自愿减排项目的未来发展

从政府的大量的试点项目到区域间的碳抵偿信用交易,中国在迅速创建属于自己的自愿减排市场,以实现可持续的低碳经济发展。中国农业生产中,通过农业土地管理达到固碳减排的潜力巨大,而农业自愿减排项目的实施可以实现有利于发展、提高气候变化的适应力并减缓气候变化的三赢局面。从国际视角研究中国农业自愿减排项目的未来。