項(xiàng)目名稱：中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水通量的相互關(guān)系及其環(huán)境影響機(jī)制首席科學(xué)家：于貴瑞中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所起止年限：2010年1月-2014年8月依托部門：中國科學(xué)院

一、研究內(nèi)容(一)擬解決的科學(xué)問題本研究的核心科學(xué)目標(biāo)是：分析生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水通量的年際變異及其相互平衡關(guān)系；揭示典型森林和草地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)對環(huán)境變化的區(qū)域響應(yīng)機(jī)制；研發(fā)新一代基于多尺度-多源數(shù)據(jù)融合的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)耦合模型；綜合評價(jià)我國及東亞地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的時(shí)空格局及其對未來氣候變化和人類活動的響應(yīng)。本研究工作的核心任務(wù)是：評估我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯強(qiáng)度、空間格局及變化趨勢，闡明我國主要生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)關(guān)鍵過程對溫度升高、降水變化和氮沉降增加的區(qū)域響應(yīng)機(jī)制，為國家的溫室氣體管理提供科學(xué)依據(jù)。為實(shí)現(xiàn)上述的目標(biāo)和核心任務(wù)，必需解決以下兩個關(guān)鍵科學(xué)問題，發(fā)展一套關(guān)鍵方法論體系，它們的邏輯關(guān)系如圖1所示。圖1.本研究所關(guān)注的核心科學(xué)問題與方法論體系的邏輯關(guān)系1.生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水通量組分的相互平衡關(guān)系及其影響機(jī)制陸地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水循環(huán)包含諸多復(fù)雜過程，它們不僅在土壤、植被、大氣界面之間存在著錯綜復(fù)雜的相互作用關(guān)系，而且碳、氮、水循環(huán)之間具有相互制約的耦合關(guān)系，由此可以推斷生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量組分之間存在著可計(jì)量的相互平衡關(guān)系。因此，研究生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量組分生態(tài)化學(xué)計(jì)量平衡關(guān)系及其環(huán)境影響機(jī)制是揭示碳氮水通量的季節(jié)和年際變異規(guī)律、闡明陸地生態(tài)系統(tǒng)增匯潛力、降低全球碳平衡預(yù)測的不確定性必須解決的科學(xué)問題，是本研究項(xiàng)目的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)。2.生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合循環(huán)過程對全球變化的響應(yīng)和適應(yīng)人類活動導(dǎo)致的大氣氮沉降增加、溫度/降水的空間格局和時(shí)間分配的改變，正在嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水循環(huán)過程以及各種通量組分間平衡關(guān)系和陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯強(qiáng)度。因此，生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合循環(huán)關(guān)鍵過程對氣候變化(如溫度升高、降水格局變化等)和各種擾動(如氮沉降的增加、放牧等)的響應(yīng)和適應(yīng)引起了學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注，也是本研究項(xiàng)目所要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。3.生態(tài)過程機(jī)理模型-遙感模型-觀測數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)區(qū)域碳匯功能的評估及其對環(huán)境響應(yīng)和適應(yīng)性分析最有效的技術(shù)途徑是以生態(tài)系統(tǒng)模型為基礎(chǔ)的綜合模擬系統(tǒng)。以往的研究工作由于各種技術(shù)手段的局限性，尚未發(fā)展整合多尺度、多途徑的生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水相互作用的評估模型。因此，構(gòu)建新一代的生態(tài)過程機(jī)理模型-遙感模型-觀測數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)是模擬和評估區(qū)域碳、氮、水通量時(shí)空格局特征的迫切需要，也是本研究所要解決的關(guān)鍵技術(shù)，包括新型衛(wèi)星遙感反演技術(shù)、多源數(shù)據(jù)同化技術(shù)、機(jī)理模型-遙感模型-觀測數(shù)據(jù)的融合技術(shù)等。(二)主要研究內(nèi)容1.主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的年際變異及其相互平衡關(guān)系本研究將整合中國東部南北樣帶(NSTEC)和中國草地樣帶(CGT)的代表性通量觀測研究站，開展生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量及其主要組分動態(tài)變化的綜合觀測研究，揭示我國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水通量的季節(jié)和年際變異特征和環(huán)境驅(qū)動機(jī)制，揭示生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水通量之間的計(jì)量學(xué)平衡關(guān)系及其時(shí)空變異規(guī)律。擬重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵科學(xué)問題：我國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水通量的季節(jié)和年際變異具有怎樣的特征？其環(huán)境驅(qū)動機(jī)制是什么？生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水通量之間究竟具有怎樣的生態(tài)化學(xué)計(jì)量平衡關(guān)系，是否具有可以定量表達(dá)的時(shí)空變異規(guī)律？生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水通量之間的生態(tài)計(jì)量平衡與土壤和植物的生物化學(xué)計(jì)量平衡、生物資源的平衡利用和環(huán)境因素綜合作用的木桶效應(yīng)理論具有怎樣的聯(lián)系？2.生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)關(guān)鍵過程及其對全球變化的響應(yīng)與適應(yīng)本研究擬以中國東部南北樣帶（NSTEC）和中國草地樣帶（CGT）上典型區(qū)域森林和草地生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，考慮不同區(qū)域主要的環(huán)境驅(qū)動因子，開展單因素或多因素交互作用的控制實(shí)驗(yàn)研究。揭示我國典型區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)對氮沉降、溫度和水分變化等的短期響應(yīng)與長期適應(yīng)機(jī)制，揭示氣候變化和人為擾動的多因子協(xié)同作用，為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的時(shí)空格局模擬分析，碳匯計(jì)量和增匯對策等提供實(shí)驗(yàn)性的科學(xué)依據(jù)。重點(diǎn)解決以下關(guān)鍵科學(xué)問題：生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合循環(huán)存在著多個環(huán)節(jié)，具體是哪些環(huán)節(jié)對生態(tài)系統(tǒng)功能的影響起著關(guān)鍵作用？這些耦合環(huán)節(jié)對環(huán)境變化的響應(yīng)在時(shí)間和空尺度上是否存在一致性？溫度升高、氮沉降增加以及降水格局變化，如何綜合影響生態(tài)系統(tǒng)碳平衡？是否會改變生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水通量之間的生態(tài)計(jì)量平衡？大氣氮沉降、降水量和降水季節(jié)分配（脈沖式降水以及干旱）變化對森林和草地生態(tài)系統(tǒng)固碳潛力的影響究竟有多大？對碳循環(huán)關(guān)鍵過程的短期及長期影響機(jī)制是什么？3.多尺度-多源數(shù)據(jù)融合的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)模型以生態(tài)模型模擬、遙感反演和數(shù)據(jù)同化技術(shù)為主要手段，基于碳、氮、水循環(huán)聯(lián)網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)、控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)，改進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)水平的碳氮水循環(huán)關(guān)鍵耦合過程的模擬方法，優(yōu)化碳氮水循環(huán)模型的參數(shù)，提高現(xiàn)有的生物地球化學(xué)循環(huán)模型(AVIM2、CEVSA、InTEC、BEPS等)對氣候變化和人為活動情景下碳氮水耦合過程預(yù)測的精度，發(fā)展基于新型遙感傳感器反演碳通量的方法，建立與多尺度-多源數(shù)據(jù)融合的新一代陸地生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水循環(huán)耦合模型系統(tǒng)，模擬分析我國和東亞區(qū)域陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯時(shí)空變化格局及其對環(huán)境變化和人類活動（地表覆蓋變化和擾動）的區(qū)域響應(yīng)。擬解決以下關(guān)鍵技術(shù)問題：如何在同化ChinaFLUX和CNERN的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)、地面調(diào)查和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，研究碳氮水耦合循環(huán)的機(jī)理性定量表達(dá)方法，構(gòu)建新一代碳-氮-水耦合循環(huán)的過程機(jī)理模型？如何利用新的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，發(fā)展新的陸地表面參數(shù)算法，建立基于遙感數(shù)據(jù)的大氣溫室氣體估算方法和技術(shù)體系？如何構(gòu)建新一代碳-氮-水耦合循環(huán)的過程機(jī)理-遙感耦合模型？如何以生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水通量長期觀測和控制實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，綜合模擬分析和評估中國和東亞區(qū)域碳、氮、水通量的時(shí)空格局特征，定量估計(jì)輸入資料和模型參數(shù)化導(dǎo)致的模擬結(jié)果的不確定性？4.中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的時(shí)空格局及其區(qū)域響應(yīng)基于碳氮水通量聯(lián)網(wǎng)觀測、典型區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)和模型模擬研究，建立中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)過程的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，結(jié)合新一代碳-氮-水循環(huán)過程機(jī)理—遙感模型，研究中國及東亞區(qū)域陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的時(shí)空格局及其對全球變化的區(qū)域響應(yīng)機(jī)制，開展中國陸地“碳匯功能區(qū)”的區(qū)劃，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)-模型融合平臺的服務(wù)于陸地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體管理的碳計(jì)量分析系統(tǒng)。重點(diǎn)研究以下關(guān)鍵科學(xué)問題：我國典型生態(tài)系統(tǒng)碳庫和氮庫功能、碳-氮-水耦合關(guān)系的重要參數(shù)(如水分利用效率，氮素利用效率、光能利用效率等)具有怎樣的生物地理分異規(guī)律？中國/東亞季風(fēng)氣候區(qū)的碳格局與其它大陸(區(qū)域)有怎樣的差異，氮沉降和水分條件如何影響中國區(qū)域碳源/匯的時(shí)空格局？如何基于陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯和生態(tài)系統(tǒng)類型的空間格局特征，進(jìn)行中國陸地“碳匯功能區(qū)”的區(qū)劃，如何調(diào)控和管理我國的陸地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體的吸收和排放過程？

二、預(yù)期目標(biāo)(一)總體目標(biāo)充分利用中國東部南北樣帶(NSTEC)和中國草地樣帶(CGT)在全球植被中的區(qū)位優(yōu)勢和現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)，以國家生態(tài)系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)(CNERN)和中國陸地生態(tài)系統(tǒng)通量觀測研究網(wǎng)絡(luò)(ChinaFLUX)為依托，建立中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)科學(xué)研究平臺(ChinaFLUX-CN)，在此基礎(chǔ)上綜合開展典型陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)過程的長期聯(lián)網(wǎng)觀測、多因子控制聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，開發(fā)我國新一代碳-氮-水耦合循環(huán)的過程機(jī)理-遙感耦合模型，闡明生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量之間的生態(tài)計(jì)量平衡特征及其對氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)，為我國參與應(yīng)對全球氣候變化的國際行動和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供科技支撐。通過本項(xiàng)目的實(shí)施，構(gòu)建我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)的觀測、數(shù)據(jù)和模擬平臺，以支持中國生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體管理決策分析；揭示生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)耦合機(jī)制、陸地碳匯時(shí)空分布格局，以服務(wù)于全球氣候變化對策和生態(tài)環(huán)境建設(shè)；闡明碳-氮-水通量間的生態(tài)化學(xué)計(jì)量平衡特征及其對氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)機(jī)制，以提升我國的學(xué)術(shù)地位和研究水平。 (二)五年預(yù)期目標(biāo)1.科學(xué)目標(biāo)闡明中國東部南北樣帶(NSTEC)和中國草地樣帶(CGT)主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水通量特征、年際變異和過程機(jī)理，確定各類生態(tài)系統(tǒng)植被-土壤-大氣碳庫之間的通量及其平衡關(guān)系；闡明我國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量間的生態(tài)計(jì)量平衡對溫度和降水變異的適應(yīng)性；定量評價(jià)異常氣候事件(如干旱、高溫等)對碳氮水通量的影響?？茖W(xué)辨識我國典型區(qū)域主要類型生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)機(jī)理及其對全球變化的響應(yīng)與適應(yīng)性；揭示典型區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)關(guān)鍵過程對溫度升高、降水變化、氮沉降增加和人類活動的區(qū)域響應(yīng)機(jī)制，為國家的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水綜合管理提供科學(xué)依據(jù)。基本摸清我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯強(qiáng)度、空間格局及變化趨勢，揭示我國及東亞地區(qū)陸地碳源/匯的時(shí)空分異特征及其不確定性；定量評價(jià)氮沉降和水分變化對我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的影響，提高我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯估算與預(yù)測水平。2.科研條件或基地建設(shè)目標(biāo)通過本項(xiàng)目實(shí)施，帶動我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)通量的長期定位和聯(lián)網(wǎng)觀測的發(fā)展、完善典型區(qū)域的增溫、控水、氮沉降等聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)驗(yàn)研究體系，將ChinaFLUX提升為具有國際先進(jìn)水平的研究平臺(ChinaFLUX-CN)，形成我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)與全球變化的綜合野外科學(xué)研究平臺。綜合集成陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)通量的長期定位觀測、環(huán)境控制實(shí)驗(yàn)、植被/土壤樣帶調(diào)查、遙感監(jiān)測、模型模擬分析產(chǎn)生的多源數(shù)據(jù)，形成我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)與全球變化的數(shù)據(jù)共享平臺。整合和優(yōu)化自主開發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)過程、機(jī)理與遙感模型，構(gòu)建陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)模型，形成我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與全球變化研究的機(jī)理模型-遙感模型-觀測數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)。在綜合開展中國陸地“碳匯功能區(qū)”區(qū)劃的基礎(chǔ)上，構(gòu)建服務(wù)于中國陸地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體管理碳計(jì)量分析系統(tǒng)。3.人才培養(yǎng)目標(biāo)通過本研究項(xiàng)目的實(shí)施，形成一支我國碳氮水循環(huán)與全球變化研究團(tuán)隊(duì)，造就6~8位相關(guān)研究領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人，培養(yǎng)30人左右的骨干力量和20人左右的技術(shù)隊(duì)伍，培養(yǎng)30~50名碩士與博士研究生。4.研究成果目標(biāo)發(fā)表學(xué)術(shù)論文100篇以上，其中SCI等重要刊物論文50篇以上，具有重大國際影響力的論文3~5篇，完成專著1~2部。針對國家氣候變化外交談判與陸地碳氮水管理相關(guān)問題，提出2~3份政策咨詢報(bào)告。

三、研究方案(一)總體研究思路和技術(shù)路線本項(xiàng)目針對國家需求與國際研究前沿，以中國區(qū)域陸地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水耦合過程及其對氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)為主線，以服務(wù)于科技創(chuàng)新和環(huán)境外交談判戰(zhàn)略需求為總目標(biāo)，在收集整合中國東部南北樣帶(NSTEC)和中國草地樣帶(CGT)以往各種觀測與控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，主要采用以下的研究思路和技術(shù)途徑(圖2)來組織項(xiàng)目的實(shí)施。圖2.項(xiàng)目的總體研究思路(1)聯(lián)網(wǎng)觀測：擬采用自上而下的頂層設(shè)計(jì)和聯(lián)網(wǎng)研究的技術(shù)途徑，利用中國東部南北樣帶(NSTEC)和中國草地樣帶(CGT)，以CNERN和ChinaFLUX為基礎(chǔ)建立野外觀測研究平臺(ChinaFLUX-CN)，組織生態(tài)系統(tǒng)碳氮水和穩(wěn)定性同位素的聯(lián)網(wǎng)觀測，獲取生態(tài)系統(tǒng)碳氮水生態(tài)計(jì)量平衡的環(huán)境響應(yīng)和年際變異的數(shù)據(jù)。(2)聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)：以東部亞熱帶森林、溫帶森林、內(nèi)蒙古溫帶草原和青藏高原高寒草地為重點(diǎn)區(qū)域開展的多因子聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)驗(yàn)為研究平臺，在樣帶典型區(qū)域的森林和草地生態(tài)系統(tǒng)有區(qū)別地開展增溫、控水、施肥和放牧的多因子交互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，研究生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)的耦合機(jī)制及其對環(huán)境變化的響應(yīng)和適應(yīng)。(3)模型發(fā)展：利用觀測數(shù)據(jù)和控制實(shí)驗(yàn)所獲得的機(jī)理認(rèn)識和數(shù)據(jù)資源，研發(fā)地面和衛(wèi)星遙感觀測數(shù)據(jù)與模型融合的方法論體系，構(gòu)建新一代生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合模型和模型參數(shù)集，發(fā)展和建立機(jī)理模型-遙感模型-觀測數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)。(4)集成分析：結(jié)合多尺度、多過程的觀測和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合分析中國和東亞地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的時(shí)空格局及其區(qū)域響應(yīng)，開展中國陸地“碳匯功能區(qū)”的區(qū)劃，為國家應(yīng)對氣候變化和陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水的綜合管理提供科學(xué)依據(jù)。(二)技術(shù)方案1.基于樣帶概念的生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)過程的聯(lián)網(wǎng)綜合觀測項(xiàng)目采用自上而下的頂層設(shè)計(jì)和資源整合的研究思路，以中國東部南北樣帶(NSTEC)和中國草地樣帶(CGT)為基礎(chǔ)，選擇樣帶上具有代表性的森林和草地生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，以國家生態(tài)系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)路(CNERN)和中國生態(tài)系統(tǒng)通量觀測研究網(wǎng)絡(luò)(ChinaFLUX)為基礎(chǔ)平臺，以我國南方亞熱帶森林(含人工林)、北方溫帶森林、青藏高原高寒草甸草原和北方溫帶草原為重點(diǎn)研究區(qū)域，選擇并確定25個典型陸地生態(tài)系統(tǒng)野外通量觀測臺站，開展基于樣帶概念的聯(lián)網(wǎng)綜合觀測(圖4)。根據(jù)實(shí)際研究需要和觀測重點(diǎn)的不同，將26個通量觀測站劃分為3類：1）超級觀測站，包括長白山、鼎湖山/千煙洲、海北和錫林郭勒；2）重點(diǎn)觀測站：包括呼中、帽兒山、大崗山、哀牢山、西雙版納、當(dāng)雄和呼倫貝爾；3）加盟觀測站：基于自愿加入與聯(lián)合研究的原則，主要進(jìn)行常規(guī)的通量觀測，包括那曲、格爾木、多倫、大興安嶺、北京、秦嶺、小浪底、尖峰嶺、禹城、欒城、桃源、三江、會同和長武。在觀測技術(shù)方面，將利用渦度相關(guān)技術(shù)、靜態(tài)箱-氣相色譜技術(shù)，結(jié)合穩(wěn)定性同位素技術(shù)和植物生理生態(tài)學(xué)方法，開展典型陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的綜合觀測，采用典型生態(tài)系統(tǒng)定位動態(tài)觀測與野外樣帶調(diào)查相結(jié)合的方法，獲取長期和連續(xù)的觀測數(shù)據(jù)。同時(shí)，系統(tǒng)收集、整理和整合國內(nèi)外已有碳氮水循環(huán)研究的數(shù)據(jù)資源，分析全球變化背景下碳氮水耦合機(jī)制及其與環(huán)境要素或人類活動的定性或定量關(guān)系。具體的樣帶聯(lián)網(wǎng)觀測研究的技術(shù)方案與途徑參見圖3。圖3.陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量觀測站分布超級站(紅色)、重點(diǎn)站(藍(lán)色)碳水通量觀測(現(xiàn)有時(shí)間系列5~6年)碳氮水通量組分的相互平衡機(jī)制碳水平衡關(guān)系(ET和NEP)大氣氮沉降、生物固氮和土壤N2O釋放量碳水平衡關(guān)系(ET/E/T與NEP/GEP/RE)13C、18O和D原位連續(xù)觀測技術(shù)年際變異(預(yù)期時(shí)間系列>10年)典型陸地生態(tài)系統(tǒng)碳水通量觀測(現(xiàn)有時(shí)間系列5~6年)碳氮水通量組分的相互平衡機(jī)制碳水平衡關(guān)系(ET和NEP)大氣氮沉降、生物固氮和土壤N2O釋放量碳水平衡關(guān)系(ET/E/T與NEP/GEP/RE)13C、18O和原位連續(xù)觀測技術(shù)年際變異(預(yù)期時(shí)間系列>10年)典型陸地生態(tài)系統(tǒng)(NSTEC、CGT樣帶)響應(yīng)特征與機(jī)制(溫度、降水和氮沉降)聯(lián)網(wǎng)觀測定位動態(tài)觀測與野外樣帶調(diào)查圖4.樣帶聯(lián)網(wǎng)觀測研究的技術(shù)方案與途徑選擇代表性的和有觀測條件的通量觀測站點(diǎn)（包括超級觀測站和重點(diǎn)觀測站），在土壤－大氣界面，利用靜態(tài)箱－氣相色譜技術(shù)進(jìn)行土壤CO2、CH4和N2O等溫室氣體交換通量的長期觀測；同時(shí)利用15N同位素示蹤技術(shù)，初步量化典型生態(tài)系統(tǒng)的生物固氮量。選擇樣帶上具有代表性和具備條件的2個關(guān)鍵通量觀測站點(diǎn)，在生態(tài)系統(tǒng)-大氣界面，與渦度相關(guān)通量觀測結(jié)合，利用13C、18以中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量綜合觀測研究平臺獲得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，揭示我國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水通量組分的計(jì)量平衡關(guān)系及其機(jī)制；闡明我國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水通量對溫度、降水和氮沉降等環(huán)境變化和人類活動的響應(yīng)（圖4）。2.基于樣帶概念的陸地生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化適應(yīng)性的多因子控制實(shí)驗(yàn)基于中國東部南北樣帶(NSTEC)和中國草地樣帶(CGT)自然環(huán)境變化梯度，在NSTEC上選擇寒溫帶針葉林(呼中)、溫帶針闊混交林(長白山)、中亞熱帶人工林(千煙洲)、南亞熱帶季風(fēng)常綠林(鼎湖山)四個典型森林生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，建立大氣氮沉降、溫度和降水變化野外模擬控制實(shí)驗(yàn)研究平臺；在CGT上選擇溫帶草甸草原(呼倫貝爾)、溫帶典型草原(錫林郭勒)、青藏高原高寒草甸(海北)、青藏高原高寒草甸草原(當(dāng)雄)為研究對象，建立增溫、施氮、降水和放牧多因子交互控制實(shí)驗(yàn)平臺(圖5)。利用人工施氮、穿透水轉(zhuǎn)移、紅外輻射增溫、刈割等圖5.多因子控制實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)區(qū)域圖6.多因子聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線技術(shù)手段，結(jié)合植物生理生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)、穩(wěn)定性同位素生態(tài)學(xué)、生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)等學(xué)科的研究方法，研究生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)關(guān)鍵過程，分析其對增溫、降水、氮沉降、放牧等變化的響應(yīng)和反饋機(jī)制，闡明全球變化背景下碳氮水循環(huán)及其耦合關(guān)系(圖圖6.多因子聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線在上述四種森林生態(tài)系統(tǒng)和四種草地生態(tài)系統(tǒng)布置增氮控制實(shí)驗(yàn)。重點(diǎn)測定植物光合與呼吸速率、土壤碳氮轉(zhuǎn)化和損失速率，植物、土壤微生物和土壤有機(jī)質(zhì)的C/N和N/P比值，穩(wěn)定性碳、氮同位素豐度、植物生物量和生物多樣性等生理生態(tài)指標(biāo)，模擬大氣氮沉降增加情景下，生態(tài)系統(tǒng)碳、氮耦合循環(huán)關(guān)鍵過程對不同氮素輸入水平的響應(yīng)。在上述溫帶針闊混交林(長白山)和南亞熱帶季風(fēng)常綠林(鼎湖山)布置穿透雨轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)，在溫帶草甸草原(呼倫貝爾)、溫帶典型草原(錫林郭勒)兩種草地生態(tài)系統(tǒng)開展降水和放牧交互作用控制實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)測定植物光合、呼吸、蒸騰等生理參數(shù)，以及土壤水分、土壤碳周轉(zhuǎn)、根系生物量等地下生態(tài)學(xué)指標(biāo)，模擬研究降水量與降水頻率變化對典型森林和放牧草地生態(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)關(guān)鍵過程的影響。選擇青藏高原海北高寒草甸和當(dāng)雄高寒草甸草原生態(tài)系統(tǒng)，布置紅外輻射(或開頂箱)增溫和放牧交互作用控制實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)測定光合、呼吸、土壤CO2、CH4和N2O等溫室氣體交換通量，以及生態(tài)系統(tǒng)NEE、土壤水分、土壤碳氮轉(zhuǎn)化速率、物種組成和多樣性等指標(biāo)，模擬研究放牧干擾條件下未來氣候變暖對青藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)關(guān)鍵過程的影響，對比研究白天和夜間不同增溫幅度對生態(tài)系統(tǒng)碳氮水關(guān)鍵過程的影響差異與作用機(jī)理。綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)類型和區(qū)域碳循環(huán)過程主要驅(qū)動因子，在NSTEC上選擇溫帶針闊混交林(長白山)和南亞熱帶季風(fēng)常綠林(鼎湖山)，布置氮沉降和降水變化交互作用的控制實(shí)驗(yàn)，在CGT上選擇溫帶典型草原(錫林郭勒)和高寒草甸(海北)生態(tài)系統(tǒng)，布置增溫、降水、氮沉降和放牧等因素交互作用的控制實(shí)驗(yàn)，通過測定生態(tài)系統(tǒng)生理生態(tài)、土壤碳氮轉(zhuǎn)化、生態(tài)計(jì)量化學(xué)等方面的指標(biāo)，量化多個環(huán)境因子交互作用對生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)關(guān)鍵過程的影響，闡明生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水循環(huán)的關(guān)鍵耦合環(huán)節(jié)及其對環(huán)境變化和人為干擾的響應(yīng)機(jī)理。3.多途徑、多技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模擬系統(tǒng)的構(gòu)建以現(xiàn)有的不同類型的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模型(AVIM2、CEVSA、InTEC、BEPS等)為基礎(chǔ)，利用碳氮水通量聯(lián)網(wǎng)觀測和控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，改進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)水平的碳氮水循環(huán)關(guān)鍵耦合過程的模擬方法，驗(yàn)證碳氮水循環(huán)模型的參數(shù)，提高模型對氣候變化和人為活動情景下碳氮水耦合過程預(yù)測的精度。在新的GOSAT衛(wèi)星溫室氣體濃度反演數(shù)據(jù)和不同尺度碳通量觀測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)模型融合方法優(yōu)化模型參數(shù)，構(gòu)建新一代中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)的過程機(jī)理模型與衛(wèi)星遙感模型系統(tǒng)(圖7)。利用新的模型開展多情景模擬分析，服務(wù)于中國和東亞區(qū)域陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯格局及其變率的評估與預(yù)測分析。在聯(lián)網(wǎng)觀測和控制實(shí)驗(yàn)新的觀測數(shù)據(jù)和對碳氮水耦合關(guān)系機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，在自主開發(fā)的AVIM2和CEVSA模型中增加氮對光合作用、呼吸作用、同化物分配等影響的過程模擬，構(gòu)建陸地生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合過程機(jī)理模型，并利用碳氮水通量觀測與控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析模擬結(jié)果對參數(shù)的敏感性。利用不同類型生態(tài)系統(tǒng)的觀測資料，優(yōu)化模型參數(shù)，提高模型模擬的精度?；贕OSAT的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，構(gòu)建反演大氣成分參數(shù)(氣溶膠、CO2)的方法論體系，依據(jù)CO2氣體吸收特定波長紅外線的特點(diǎn)，利用傳感器接收到的地表反射的紅外線(1.6μm和2.0μm波段、5.5–14μm波段)來推算CO2氣體的濃度，結(jié)合大氣傳輸模型(Atmospherictransportmodel)，反演大氣與生態(tài)系統(tǒng)之間的CO2交換量。AVIM2AVIM2、CEVSAInTEC、BEPS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)MODIS、GOSAT、SCIAMACHY等)生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)大氣成分參數(shù)新一代生態(tài)系統(tǒng)過程模型反演驗(yàn)證校正驅(qū)動同化預(yù)測驗(yàn)證校正改進(jìn)驅(qū)動反演正演碳氮水耦合關(guān)系及其對氣候變化的適應(yīng)性氮水通量正演同化碳通量地面觀測實(shí)驗(yàn)資料氣候植被信息陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯格局及其變率數(shù)據(jù)-模型融合系統(tǒng)圖7.生態(tài)系碳氮水耦合模型研究技術(shù)路線以卡爾曼濾波(Kalmanfilter)和馬爾可夫鏈-蒙特卡羅(MarkovChain-MonteCarlo)方法為主，發(fā)展多尺度數(shù)據(jù)(碳氮水聯(lián)網(wǎng)觀測、控制實(shí)驗(yàn)、遙感反演的大氣成分參數(shù)和碳通量等數(shù)據(jù))與陸地生態(tài)系統(tǒng)模型的融合技術(shù)，在不同尺度上優(yōu)化陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合模型的參數(shù)和變量，發(fā)展區(qū)域尺度的新一代陸地生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合過程機(jī)理模型。利用全球、東亞區(qū)域通量觀測網(wǎng)絡(luò)的各種碳氮水通量、氮沉降和全球氣象觀測資料，基于新模型模擬多種排放和氣候變化情景下中國及東亞區(qū)域的碳源/匯格局，評價(jià)大氣氮沉降對不同地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響。同時(shí)，利用衛(wèi)星資料獲得的林火、溫室氣體排放等信息，探討自然和人類干擾對中國及東亞區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)碳收支的影響。4.中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的時(shí)空格局及其區(qū)域響應(yīng)研究以ChinaFLUX-CN的長期聯(lián)網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)整編基于樣帶的植被和土壤調(diào)查分析數(shù)據(jù)、典型生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)過程多因子控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、以及區(qū)域遙感數(shù)據(jù)，同時(shí)收集東亞區(qū)域其他國家和地區(qū)的碳水通量觀測數(shù)據(jù)及遙感數(shù)據(jù)，構(gòu)建中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)數(shù)據(jù)庫。結(jié)合陸地生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合過程機(jī)理模型模擬技術(shù)，以數(shù)據(jù)-模型融合為主要技術(shù)途徑，構(gòu)建我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的數(shù)據(jù)-模型融合平臺。以IPCC報(bào)告中未來多種氣候變化和人類活動情景，以及我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯時(shí)空格局為基礎(chǔ)，建立國家生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體管理的決策分析系統(tǒng)，開展我國陸地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體管理的決策分析(圖8)。我國生態(tài)系統(tǒng)碳源匯的空間分布格局碳水通量長期連續(xù)聯(lián)網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)樣帶調(diào)查與資源清查數(shù)據(jù)碳氮水循環(huán)多因子控制實(shí)驗(yàn)研究我國生態(tài)系統(tǒng)碳源匯的空間分布格局碳水通量長期連續(xù)聯(lián)網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)樣帶調(diào)查與資源清查數(shù)據(jù)碳氮水循環(huán)多因子控制實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)植被、土壤的區(qū)域遙感數(shù)據(jù)IPCC情景分析中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳－氮－水耦合過程機(jī)理模型生管態(tài)理系計(jì)統(tǒng)量溫分室析氣系體統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化模型檢驗(yàn)數(shù)據(jù)-模型融合我國生態(tài)系統(tǒng)類型的空間分布格局中國陸地“碳匯功能區(qū)”的區(qū)劃多源觀測和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)集成：基于ChinaFLUX-CN的碳水通量的聯(lián)網(wǎng)觀測和控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，收集樣帶植被和土壤調(diào)查數(shù)據(jù)、區(qū)域遙感數(shù)據(jù)和模型模擬數(shù)據(jù)，整合多尺度、多技術(shù)和多方法的觀測數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)的綜合數(shù)據(jù)庫。碳收支的時(shí)空格局及碳匯功能區(qū)劃：利用本項(xiàng)目建立的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)數(shù)據(jù)-模型融合平臺，評價(jià)我國陸地碳源/匯的時(shí)空格局；利用GIS和RS技術(shù)，編制中國1:100萬的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的空間格局圖，對中國陸地碳匯功能區(qū)進(jìn)行區(qū)劃。中國陸地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體管理碳計(jì)量分析：以本項(xiàng)目建立的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)數(shù)據(jù)庫、陸地生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合過程機(jī)理模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建服務(wù)于我國陸地碳循環(huán)研究的觀測數(shù)據(jù)-過程模型-碳計(jì)量分析系統(tǒng)平臺，為我國的溫室氣體管理和調(diào)控提供決策支持。(四)與國內(nèi)外同類研究相比的創(chuàng)新性與研究特色本項(xiàng)目是原有973項(xiàng)目、科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目和基金委重大項(xiàng)目的延續(xù)，與國內(nèi)外同類研究相比，具有以下的創(chuàng)新性和研究特色。1.創(chuàng)新性通過跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)觀測，以生態(tài)化學(xué)計(jì)量理論為基礎(chǔ)，揭示碳-氮-水通量的相互平衡關(guān)系本項(xiàng)目選擇樣帶上具有代表性的森林和草地生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，采用頂層設(shè)計(jì)，以渦度相關(guān)和穩(wěn)定同位素等原位連續(xù)觀測技術(shù)為基礎(chǔ)，開展跨區(qū)域碳、氮、水循環(huán)的聯(lián)網(wǎng)綜合觀測，為揭示不同類型生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的相互作用關(guān)系提供高質(zhì)量連續(xù)觀測數(shù)據(jù)。同時(shí)，以生態(tài)化學(xué)計(jì)量理論為基礎(chǔ)，充分發(fā)揮多學(xué)科、多領(lǐng)域的交叉優(yōu)勢，探討不同類型生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量組分之間的生態(tài)計(jì)量平衡關(guān)系，闡明其環(huán)境影響機(jī)制，是對生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)理論的豐富和發(fā)展。通過多因子聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)驗(yàn)，闡明碳-氮-水耦合循環(huán)過程對全球變化的適應(yīng)性本項(xiàng)目通過開展典型森林和草地生態(tài)系統(tǒng)的多因子聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)驗(yàn)，綜合考慮了全球變化的主要因素（增溫、控水、施肥和放牧等）交互作用對葉片、群落、生態(tài)系統(tǒng)、區(qū)域尺度的碳-氮-水耦合循環(huán)過程的影響，可以充分認(rèn)識不同水熱梯度下生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水循環(huán)的耦合機(jī)制及其對環(huán)境變化的響應(yīng)和適應(yīng)。構(gòu)建新一代碳-氮-水耦合機(jī)理模型，發(fā)展機(jī)理模型-遙感模型-數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)充分利用觀測數(shù)據(jù)和控制實(shí)驗(yàn)所獲得的機(jī)理認(rèn)識和數(shù)據(jù)資源，在生態(tài)系統(tǒng)模型中集成氮對光合作用、呼吸作用、同化物分配等影響的過程模擬，可以深入認(rèn)識大氣氮沉降、環(huán)境變化等因素對生態(tài)系統(tǒng)碳固定的調(diào)控機(jī)制。通過研發(fā)模型數(shù)據(jù)同化方法，能有效改進(jìn)模型結(jié)構(gòu)和提高模型模擬精度，從而建立新一代機(jī)理模型-遙感模型-數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，并采用衛(wèi)星遙感觀測反演數(shù)據(jù)闡明不同尺度生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的時(shí)空格局及其區(qū)域響應(yīng)。2.研究特色直接服務(wù)國家需求：根據(jù)國際減排行動的科技需求，開展陸地固碳潛力和碳匯管理的綜合研究，為國家生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體管理和環(huán)境外交談判提供決策服務(wù)，推動我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)和低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。直接面對學(xué)科前沿：瞄準(zhǔn)當(dāng)前國際全球變化與生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)研究領(lǐng)域的學(xué)術(shù)前沿，關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)碳氮水的耦合關(guān)系、生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境變化的響應(yīng)與適應(yīng)兩個關(guān)鍵科學(xué)問題，體現(xiàn)了本項(xiàng)目整體布局的前瞻性和鮮明的國際視野。以野外大科學(xué)裝置為依托：以中國東部南北樣帶(NSTEC)、中國草地樣帶(CGT)、國家生態(tài)系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)路(CNERN)和中國生態(tài)系統(tǒng)通量觀測研究網(wǎng)絡(luò)(ChinaFLUX)為平臺開展聯(lián)網(wǎng)觀測與實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮國家野外大科學(xué)平臺的科技支撐作用。采用多途徑綜合集成技術(shù)：采用自上而下和自下而上的研究方法，強(qiáng)調(diào)定點(diǎn)觀測和樣帶調(diào)查、網(wǎng)絡(luò)觀測和控制實(shí)驗(yàn)、地面和衛(wèi)星遙感觀測、正演與反演模型技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮多學(xué)科研究方法和技術(shù)手段的綜合集成的優(yōu)勢和作用。(五)取得重大突破的可行性分析1.生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量組分平衡關(guān)系研究的思路清晰且技術(shù)途徑可行生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量組分的相互平衡關(guān)系及其影響機(jī)制是揭示陸地生態(tài)系統(tǒng)增匯機(jī)制和強(qiáng)度，降低全球碳平衡預(yù)測的不確定性必須解決的科學(xué)問題，也是本項(xiàng)目的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)。本項(xiàng)目以生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)理論為指導(dǎo)，開展碳、氮、水通量及其組分的聯(lián)網(wǎng)綜合觀測，其研究思路清晰；并且項(xiàng)目組擁有渦度相關(guān)、氣相色譜、同位素分析等先進(jìn)技術(shù)手段、實(shí)驗(yàn)設(shè)施和長期的數(shù)據(jù)積累，為項(xiàng)目取得突破提供了數(shù)據(jù)和技術(shù)保障。2.完善的實(shí)驗(yàn)平臺和研究方案可以確?？刂茖?shí)驗(yàn)研究的深入開展采用頂層設(shè)計(jì)思想，基于樣帶的自然環(huán)境梯度，充分利用部分站點(diǎn)現(xiàn)有的增溫、施氮、降水和放牧以及穿透水轉(zhuǎn)移等控制實(shí)驗(yàn)的研究基礎(chǔ)，構(gòu)建自然環(huán)境梯度下的多因子控制實(shí)驗(yàn)平臺，研究生態(tài)系統(tǒng)碳氮水過程對全球變化的響應(yīng)和適應(yīng)。部分臺站已經(jīng)開展了單因子控制實(shí)驗(yàn)研究，掌握了環(huán)境要素的控制技術(shù)與方法，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和觀測數(shù)據(jù)。同時(shí)本項(xiàng)目已設(shè)計(jì)了完善的實(shí)驗(yàn)方案和技術(shù)體系，將保證聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)驗(yàn)研究的順利開展。3.陸地生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合模型-構(gòu)建條件已趨于成熟目前，項(xiàng)目組已自主研發(fā)了生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模型（包括AVIM2、CEVSA等），開展了我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)時(shí)空格局的模擬研究。然而，由于缺乏生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量長期觀測數(shù)據(jù)，以及對碳-氮-水循環(huán)耦合關(guān)系的科學(xué)認(rèn)識有限，限制了生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合模型的發(fā)展。隨著長期生態(tài)系統(tǒng)通量觀測數(shù)據(jù)的積累，多因子控制實(shí)驗(yàn)的開展和數(shù)據(jù)-模型融合技術(shù)、遙感反演技術(shù)的完善，構(gòu)建新一代生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合模型的條件日趨成熟。4.擁有長期從事碳氮水循環(huán)研究的科研隊(duì)伍，具備廣泛的國際和國內(nèi)合作基礎(chǔ)本項(xiàng)目的主持和參與單位，在以往合作研究過程中，已經(jīng)形成了多個以優(yōu)秀中青年科學(xué)家領(lǐng)銜的研究隊(duì)伍，涉及生態(tài)、氣候、全球變化等多個研究領(lǐng)域，具有長期從事生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)的經(jīng)歷，多年來與北美、歐洲和亞洲的主要研究機(jī)構(gòu)，以及國際學(xué)術(shù)組織一直保持密切的合作與交流，可保障本項(xiàng)目及時(shí)跟蹤國際前沿動向。具有良好的國內(nèi)和國際合作基礎(chǔ)。六、課題設(shè)置針對國家對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)過程研究的迫切需求，圍繞主要研究內(nèi)容和關(guān)鍵科學(xué)問題，本項(xiàng)目擬設(shè)4個研究課題，各課題間的有機(jī)聯(lián)系如下圖所示(圖9)。圖圖9.各課題間的有機(jī)聯(lián)系

課題1、主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的年際變異及其相互平衡關(guān)系研究預(yù)期目標(biāo)：以中國東部南北樣帶(NSTEC)和中國草地樣帶(CGT)為基礎(chǔ)，選擇樣帶上具有代表性的森林和草地生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，開展典型陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的綜合觀測，闡明我國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量特征和年際變異規(guī)律及過程機(jī)理，確定各生態(tài)系統(tǒng)的碳氮水通量組分及其平衡關(guān)系，闡明我國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量對溫度、降水和大氣氮沉降變異的響應(yīng)特征與機(jī)制，并為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合模型的模擬與改進(jìn)和區(qū)域和國家尺度碳源/匯評估提供基礎(chǔ)的科學(xué)數(shù)據(jù)和機(jī)理認(rèn)識。研究內(nèi)容：[1]基于樣帶的生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的年際變異選擇呼中、帽兒山、長白山、大崗山、千煙洲、鼎湖山、哀牢山、西雙版納為NSTEC的控制站點(diǎn)系列，選擇呼倫貝爾、錫林郭勒、海北、當(dāng)雄等為CGT控制站點(diǎn)系列，在生態(tài)系統(tǒng)尺度上利用渦度相關(guān)技術(shù)進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)凈CO2交換(NEE)、水汽交換(ET)和顯熱通量(H)的自動觀測；在冠層-大氣界面，連續(xù)觀測大氣干濕氮沉降量；輔以生態(tài)系統(tǒng)土壤、植被、氣象、氣候和水文等指標(biāo)的定期監(jiān)測與常規(guī)觀測。同時(shí)，在有條件的站點(diǎn)，利用靜態(tài)箱－氣相色譜技術(shù)進(jìn)行土壤－大氣界面CO2、CH4和N2O等溫室氣體通量的長期觀測。闡明我國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量特征和年際變異規(guī)律及環(huán)境控制機(jī)理。[2]典型陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的相互平衡關(guān)系在NSTEC和CGT上選擇2個控制站點(diǎn)，在生態(tài)系統(tǒng)-大氣界面，與渦度相關(guān)通量觀測結(jié)合，進(jìn)行13C、18O和D穩(wěn)定性同位素原位連續(xù)觀測，實(shí)現(xiàn)NEE組分(GEE和RE)和ET組分(E和T)的原位連續(xù)拆分；同時(shí)利用15[3]主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量對溫度、降水和氮沉降變異的響應(yīng)結(jié)合樣帶的優(yōu)勢，基于NSTEC和CGT控制站點(diǎn)的碳氮和水通量的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)以及植被生理生態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)和環(huán)境變化信息，揭示不同樣帶上我國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量及其相互平衡關(guān)系對溫度、降水和大氣氮沉降變異的響應(yīng)特征與機(jī)制。本課題參與單位有中科院地理資源所、植物所、沈陽應(yīng)用生態(tài)所、華南植物園、西北高原所、西雙版納熱帶植物園以及中國林科院森環(huán)森保所和中國農(nóng)科院資源區(qū)劃所。經(jīng)費(fèi)比例：39%承擔(dān)單位：中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、中國林業(yè)科學(xué)研究院課題負(fù)責(zé)人：李勝功課題2、生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)關(guān)鍵過程對全球變化的響應(yīng)和適應(yīng)性研究預(yù)期目標(biāo)：以NSTEC上的典型森林和CGT上的典型草地生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，開展氮沉降、降水、溫度和放牧為主控因子的環(huán)境變化控制實(shí)驗(yàn)。闡明外源性氮輸入和降水變化對典型森林生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水循環(huán)主要過程的影響，揭示森林生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水循環(huán)過程的耦合機(jī)制；確定典型草地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水循環(huán)過程中關(guān)鍵的耦合環(huán)節(jié)，解析氣候變化和放牧干擾對這些環(huán)節(jié)的可能影響，揭示由此引起的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的變化。在此基礎(chǔ)上，闡明生態(tài)系統(tǒng)水平上碳、氮、水循環(huán)過程對全球變化的區(qū)域響應(yīng)與適應(yīng)，為揭示我國森林和草地的碳源、碳匯功能與固碳潛力，制定合理的應(yīng)對全球變化的生態(tài)系統(tǒng)管理措施提供理論依據(jù)。研究內(nèi)容：[1]典型生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)關(guān)鍵過程對氮輸入變化的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)理在NSTEC上選擇呼中寒溫帶針葉林、長白山溫帶針闊混交林、千煙洲亞熱帶人工林、鼎湖山亞熱帶季風(fēng)常綠林，在CGT上選擇呼倫貝爾溫帶草甸草原、錫林郭勒溫帶典型草原、海北高寒草甸、當(dāng)雄高寒草甸草原生態(tài)系統(tǒng)，布置人工增氮控制實(shí)驗(yàn)。重點(diǎn)探討氮素輸入對森林和草地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮循環(huán)主要過程的影響以及氮素利用效率隨施氮強(qiáng)度的變化，闡明生態(tài)系統(tǒng)碳、氮循環(huán)過程的耦合機(jī)制，定量評價(jià)大氣氮沉降對森林和草地生態(tài)系統(tǒng)碳固定的貢獻(xiàn)。[2]典型生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)關(guān)鍵過程對降水變化的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)理在NSTEC上選擇長白山溫帶針闊混交林和鼎湖山亞熱帶季風(fēng)常綠林，布置穿透雨轉(zhuǎn)移控制實(shí)驗(yàn)，在CGT上選擇呼倫貝爾溫帶草甸草原和錫林郭勒溫帶典型草原，布置降水控制實(shí)驗(yàn)，研究降水量和降水頻率變化對典型區(qū)域森林和草地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)關(guān)鍵過程的即時(shí)和延滯效應(yīng)，重點(diǎn)闡明生態(tài)系統(tǒng)水分利用效率對極端氣候事件(洪澇和干旱)和脈沖式降水的響應(yīng)特征，闡明生態(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)過程的耦合機(jī)制，揭示群落物種組成和生態(tài)系統(tǒng)功能對降水變化的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)制。[3]草地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)關(guān)鍵過程對溫度升高和放牧的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)理選擇當(dāng)雄高寒草甸草原和海北高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)，布置紅外輻射(或開頂箱)增溫和放牧控制交互作用實(shí)驗(yàn)，研究放牧干擾條件下氣候變暖對青藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水循環(huán)關(guān)鍵過程的影響；通過控制增溫幅度，模擬研究白天和夜間增溫對生態(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)關(guān)鍵過程影響的差異及其內(nèi)在控制機(jī)制；重點(diǎn)闡明溫度升高和放牧干擾對草地生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水循環(huán)過程的協(xié)同作用，定量評價(jià)溫度升高和放牧干擾對草地生態(tài)系統(tǒng)植被生產(chǎn)力、土壤溫室氣體排放和碳氮通量的生態(tài)計(jì)量平衡的影響。[4]典型生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合過程對多因子的綜合響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)理在NSTEC上選擇溫帶針闊混交林(長白山)和南亞熱帶季風(fēng)常綠林(鼎湖山)，布置氮沉降和降水變化交互作用控制實(shí)驗(yàn)，在CGT上選擇錫林郭勒典型草原和海北高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)，重點(diǎn)布置增溫、降水、氮沉降和放牧四個因素交互作用控制實(shí)驗(yàn)。闡明多個環(huán)境因子之間的交互作用，重點(diǎn)闡明生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水循環(huán)關(guān)鍵的耦合環(huán)節(jié)及其對環(huán)境變化和人為干擾的響應(yīng)機(jī)制。本課題參與單位有中科院植物所、地理資源所、沈陽應(yīng)用生態(tài)所、華南植物園和西北高原所以及中國農(nóng)科院資源區(qū)劃所。經(jīng)費(fèi)比例：25%承擔(dān)單位：中國科學(xué)院植物研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院課題負(fù)責(zé)人：李凌浩課題3、多尺度-多源數(shù)據(jù)融合的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)模型研究預(yù)期目標(biāo)：基于現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)過程模型，結(jié)合ChinaFLUX觀測、衛(wèi)星遙感觀測、生態(tài)學(xué)清查資料和野外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)展新一代陸地生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合過程機(jī)理模型，構(gòu)建基于新型衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)反演大氣溫室氣體的方法和技術(shù)體系，發(fā)展多尺度觀測數(shù)據(jù)與模型的融合技術(shù)和跨尺度模擬方法，服務(wù)于多尺度生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的時(shí)空分布及其變異特征的模擬分析和預(yù)測研究。研究內(nèi)容：[1]生態(tài)系統(tǒng)水平的碳-氮-水相互作用過程耦合模型在長期觀測和控制實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得到的碳、氮、水循環(huán)的耦合關(guān)系及其生物物理和生理生態(tài)過程的驅(qū)動機(jī)制的基礎(chǔ)上，發(fā)展機(jī)理的、適用于不同生態(tài)系統(tǒng)的模擬土壤水分、溫度和氮含量對土壤碳分解影響、水分和氮對光合作用合成的碳水化合物分配影響的方法，在現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)模型中增加凈第一性生產(chǎn)力、植物光合產(chǎn)物分配、土壤呼吸等過程對氮素的響應(yīng)模擬，將以上過程與相應(yīng)的碳循環(huán)過程進(jìn)行動態(tài)耦合，實(shí)現(xiàn)模型對生態(tài)系統(tǒng)水平碳、氮、水耦合過程的模擬。[2]陸地生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水循環(huán)相關(guān)的大氣成分遙感反演方法利用新的遙感數(shù)據(jù)反演與陸地表面碳、氮、水循環(huán)相關(guān)的大氣溫室氣體成份參數(shù)(CO2)和氣溶膠，結(jié)合大氣傳輸模型，反演大尺度的生態(tài)系統(tǒng)碳源匯時(shí)空格局變化，并為新一代多尺度、多源數(shù)據(jù)融合的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合模型提供可靠的狀態(tài)參數(shù)。[3]新一代國家尺度的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)綜合模型綜合不同尺度的碳氮水觀測數(shù)據(jù)(包括遙感反演的生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)、地面調(diào)查、渦度相關(guān)通量、控制試驗(yàn)等)，發(fā)展多尺度數(shù)據(jù)與陸地生態(tài)系統(tǒng)模型的融合技術(shù)，對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合模型中的關(guān)鍵參數(shù)和變量進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)跨尺度生態(tài)系統(tǒng)過程模擬，構(gòu)建具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水過程機(jī)理循環(huán)過程機(jī)理-衛(wèi)星遙感耦合模型，完成國家尺度陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合模型的集成。[4]中國及東亞區(qū)域碳水通量時(shí)空格局的綜合模擬分析利用新發(fā)展的碳氮水耦合循環(huán)過程機(jī)理-遙感模型，集成中國及東亞區(qū)域多源和多尺度數(shù)據(jù)，模擬和評估中國及東亞區(qū)域過去50年的氣候變化和土地利用變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳水通量的影響，評估中國及東亞季風(fēng)區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)在不同氣候變化情景下的碳收支潛力的變化，探討中國及東亞區(qū)域陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳源匯格局及其對自然(如火災(zāi))和人為干擾的響應(yīng)。經(jīng)費(fèi)比例：18%承擔(dān)單位：中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、南京大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：王紹強(qiáng)課題4、中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的時(shí)空格局及其區(qū)域響應(yīng)研究預(yù)期目標(biāo)：利用長期通量聯(lián)網(wǎng)觀測、生態(tài)學(xué)樣帶調(diào)查、森林和草地資源清查、典型區(qū)域的多因子控制實(shí)驗(yàn)等獲取的數(shù)據(jù)資源和新一代生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合循環(huán)過程機(jī)理-遙感模型，構(gòu)建服務(wù)于國家層次的陸地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體管理的碳計(jì)量系統(tǒng)；綜合分析我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的時(shí)空格局及其環(huán)境驅(qū)動機(jī)制及其區(qū)域響應(yīng)特征；實(shí)現(xiàn)我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯功能區(qū)劃，為落實(shí)我國碳增匯/減排政策和措施及履行國際環(huán)境公約提供科學(xué)和數(shù)據(jù)支撐。研究內(nèi)容：[1]中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)多源數(shù)據(jù)集成研究以ChinaFLUX的典型陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量的長期聯(lián)網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)收集和整理與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)過程有關(guān)的資源普查數(shù)據(jù)(如森林和草地清查資料等)、陸地樣帶(東部南北樣帶、草地樣帶)的植被和土壤調(diào)查數(shù)據(jù)，野外科學(xué)實(shí)驗(yàn)(人工施氮、降水控制實(shí)驗(yàn))研究數(shù)據(jù)、生態(tài)系統(tǒng)生理生態(tài)特征的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)，以及模型模擬結(jié)果等多源數(shù)據(jù)集，構(gòu)建中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)綜合數(shù)據(jù)庫及其信息管理系統(tǒng)。[2]中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的時(shí)空格局及碳匯功能區(qū)劃研究以本項(xiàng)目建立的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水耦合循環(huán)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)和新一代生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合循環(huán)過程機(jī)理-遙感模型為基礎(chǔ)，采用多源數(shù)據(jù)-模型融合技術(shù)，分析中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的時(shí)空動態(tài)特征及其驅(qū)動機(jī)制；揭示典型生態(tài)系統(tǒng)碳庫和氮庫功能的地帶性變化規(guī)律、生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合循環(huán)過程重要參數(shù)(如水分利用率)的生物地理分異規(guī)律及其控制機(jī)制；比較中國/東亞季風(fēng)氣候區(qū)與其它區(qū)域或大陸的陸地碳源/匯時(shí)空格局特征的差異性及其驅(qū)動機(jī)制；研究中國陸地碳匯功能區(qū)區(qū)劃的技術(shù)和方法，編制1:100萬的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量/碳固定和排放的空間格局圖。[3]服務(wù)于中國陸地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體管理的碳計(jì)量分析系統(tǒng)在[1]和[2]的基礎(chǔ)上，構(gòu)建服務(wù)于中國生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體管理的碳循環(huán)數(shù)據(jù)-模型-計(jì)量分析系統(tǒng)平臺，模擬分析中國溫室氣體排放的變化狀況及其調(diào)控管理效果，編制中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源匯格局變化綜合研究報(bào)告，為我國參與應(yīng)對全球氣候變化的國際行動和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供科技支撐。經(jīng)費(fèi)比例：18%承擔(dān)單位：中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所課題負(fù)責(zé)人：于貴瑞

四、年度計(jì)劃研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年在選定的8個森林和4個草地站點(diǎn)，利用渦度相關(guān)技術(shù)開展碳、水通量，大氣干濕氮沉降觀測，并完成站點(diǎn)的本地資料的收集和調(diào)查工作；開展增溫、改變降水、人工施氮、放牧控制實(shí)驗(yàn)，并實(shí)施部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；設(shè)計(jì)新一代碳-氮-水耦合模型結(jié)構(gòu)、模塊接口等；調(diào)研最新的國內(nèi)外碳-氮-水模型、數(shù)據(jù)-模型同化方法；生成中國及東亞區(qū)域氣象、土地利用、火災(zāi)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集；生成用于大氣反演的地表CO2通量先驗(yàn)值，研究大氣溫室氣體通量的反演方法；制定項(xiàng)目通量觀測和聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)、建庫方案、確定數(shù)據(jù)要素、編制元數(shù)據(jù)；在全國范圍內(nèi)收集本項(xiàng)目第一、二課題中未涉及的站點(diǎn)的土壤和植被的碳、氮數(shù)據(jù)；收集我國化石燃料燃燒和水泥工業(yè)、土地利用變化等釋放的溫室氣體數(shù)據(jù)，調(diào)研我國增匯減排的管理措施；組織研究隊(duì)伍，分解課題任務(wù)，完善研究方案和技術(shù)路線；構(gòu)建ChinaFLUX-CN：在選定的8個森林和4個森林站點(diǎn)，完善通量觀測體系，制定統(tǒng)一觀測標(biāo)準(zhǔn)，開展碳、氮、水綜合觀測；初步分析我國碳、氮、水通量的區(qū)域分異規(guī)律；建成野外控制實(shí)驗(yàn)研究平臺：確定樣地、完善實(shí)驗(yàn)方案、配備儀器、開展預(yù)實(shí)驗(yàn)；構(gòu)建新一代碳-氮-水耦合模型框架，并完成模型區(qū)域模擬的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備；掌握模型、數(shù)據(jù)-模型同化方法、溫室氣體排放管理等研究領(lǐng)域最新進(jìn)展；初步確立基于地面觀測的大氣CO2通量反演方法；完成項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫建設(shè)方案；在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表17篇以上，其中SCI論文6篇以上。第二年運(yùn)行ChinaFLUX-CN，利用渦度相關(guān)系統(tǒng)開展生態(tài)系統(tǒng)碳、水通量觀測，并增加利用靜態(tài)箱－氣相色譜技術(shù)的溫室氣體通量觀測；調(diào)研并發(fā)展大氣干濕氮沉降量和穩(wěn)定性同位素原位連續(xù)觀測方法；全面開展控制實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)研究關(guān)于碳、氮生物地球化學(xué)循環(huán)的一般性特征、水分循環(huán)與土壤—植物系統(tǒng)中碳、氮耦合循環(huán)、以及地上部植物生理生態(tài)過程與地下食物網(wǎng)間的相互作用的機(jī)理研究；土壤-植被系統(tǒng)碳、氮生物地球化學(xué)循環(huán)對環(huán)境因子短期脈沖式變化的響應(yīng)與長期累加效應(yīng)；完善新一代模型的結(jié)構(gòu)框架，增加水碳氮相互作用模擬；建立基于大氣本底CO2濃度觀測數(shù)據(jù)反演CO2通量的方法，收集新型衛(wèi)星的溫室氣體濃度遙感數(shù)據(jù)，研究衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、控制試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型的融合方法；模擬過去50年中國和東亞部分地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源匯格局；集成第一、二、三課題研究結(jié)果，全面構(gòu)建項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，初步評估中國和東亞部分地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源匯格局；構(gòu)建用于我國溫室氣體排放變化及其調(diào)控管理碳計(jì)量分析系統(tǒng)；準(zhǔn)備中期考核；基于ChinaFLUX-CN，初步闡明我國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量特征和年際變異規(guī)律及環(huán)境控制機(jī)理；初步確定典型陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量組分，構(gòu)建和分析生態(tài)系統(tǒng)碳氮水通量各組分間可計(jì)量的相互平衡關(guān)系；全面實(shí)施控制實(shí)驗(yàn)，初步闡明生態(tài)系統(tǒng)碳-氮-水耦合循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以及這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)對全球變化的響應(yīng)在不同時(shí)空尺度上的機(jī)理特征；尋求提高生態(tài)系統(tǒng)碳、氮利用效率、系統(tǒng)生產(chǎn)力和固碳能力的途徑；初步建立生態(tài)系統(tǒng)水平的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮水循環(huán)綜合模型，實(shí)現(xiàn)新模型對典型生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、水耦合過程的模擬；基于大氣本底CO2濃度觀測數(shù)據(jù)反演東亞地區(qū)CO2通量；建立衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型的融合方法；完成過去50年氣候變化對中國和東亞陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源匯格局及變率的影響分析；全面實(shí)施項(xiàng)目觀測和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建和運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對第一、三課題的集成，初步評價(jià)我國歷史碳源匯狀況；初步建成我國溫室氣體管理碳計(jì)量分析系統(tǒng)；在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表20篇以上，其中SCI論文10篇以上。第三年繼續(xù)開展碳、氮、水通量的觀測，并增加13C、18繼續(xù)開展各項(xiàng)控制實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)進(jìn)行：森林和草地生態(tài)系統(tǒng)對全球變化各個因子的響應(yīng)和適應(yīng)性研究；驗(yàn)證和改進(jìn)新模型，模型參數(shù)化；研究多尺度、多源