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作者:王卉 来源:中国科学报发布时间:2013-11-12

全球变化与陆地生态系统生态学是生态系统网络观测与模拟重点实验室的核心研究领域。近两年,在于贵瑞研究员、孙晓敏研究员和李胜功研究员等实验室领导的支持与领导下,重点实验室在陆地生态系统碳通量空间格局的地理生态学研究方向取得了快速发展。

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陆地生态系统碳通量及碳源/汇强度的空间格局及其环境控制因子是预测未来气候变化、管理自然资源以及控制温室效应增强的基础,是目前全球变化生态学研究最为重要的前沿领域之一,但陆地生态系统不同地区、区域及全球碳通量的时空异质性和调控机制还存在很大的不确定性。于贵瑞研究员带领的研究团队通过对中国各个地区、亚洲区域以及全球的碳通量数据的整合分析,在陆地碳源/汇时空格局及其气候调节机制方面进行了一系列深入研究,得到一些重要结论:

内蒙古站植物叶片光合作用测定。

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中国陆地生态系统碳通量空间格局的决定因子主要是年均气温和年总降水量两个气候要素,年均温和年均降雨量可共同解释GPP,
ER, 和NEP空间变异的79%、62%和66% 。

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2.亚洲区域的碳通量空间格局也主要由年均温和年降雨量决定,GPP,
ER和NEP空间变异的85%,81%和36%可以由年均温和年降雨量的共同作用来解释。

三江站冬季土壤温室气体通量观测。

3.
全球尺度上的生态系统碳利用效率在近10年呈现降低的趋势,NPP/GPP随时间的变化规律主要由温度和降雨量控制,温度升高及降雨量减少均可降低NPP/GPP。

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该系列研究揭示了陆地生态系统和大气之间碳交换的空间地理格局及其控制因子,实证了“气候因素决定生态系统碳通量区域格局”科学理论的普适性及其全球意义,这为研究区域和全球尺度的生态系统碳交换通量空间格局变化规律及其形成的地理生态学机制提供了实验证据和机理解释。

千烟洲站通量观测系统。

相关研究论文:

“我们在为生态系统碳氮水耦合循环过程及其环境和生物学控制机制等相关科学研究积累基础性、标准化的长期定位观测数据。”

1、Yu GR*, Zhu XJ, Fu YL et al. Spatial patterns and climate drivers of
carbon fluxes in terrestrial ecosystems of china. Global Change
Biology
, 19, 798-810.

日前,在通量协同观测站点年度工作总结会议暨中国区域通量协同观测发展研讨会上,中国科学院地理科学与资源研究所副所长、中国生态系统研究网络综合研究中心主任于贵瑞如是表示。

2、Chen Z, Yu GR*, Ge JP, Sun XM, Hirano Takashi, Saigusa Nobuko, Wang
QF, Zhu XJ, Zhang YP, Zhang JH, Yan JH, Wang HM, Zhao L, Wang YF, Shi
PL, Zhao FH. 2013. Temperature and precipitation control of the spatial
variation of terrestrial ecosystem carbon exchange in the Asian region.
Agricultural and Forest Meteorology.
.

生态系统通量观测研究,直接面向中科院地理资源所“一三五”战略发展规划的重点培育方向之一
——“生态系统区域适应及其驱动机制研究”,服务于地理资源所的生态学科发展战略目标。

3、Zhang YJ*, Yu GR, Yang J, Wimberly MC, Zhang XZ, Tao J, Jiang YB,
Zhu JT.2013. Climate-driven global changes in carbon use efficiency.
Global Ecology and Biogeography. DOI: 10.1111/geb.12086.

价值和贡献

中国陆地生态系统通量观测研究网络创建于2001年,十余年来,该网络不断推动着我国通量观测研究的发展。长期以来,对此项基础性、前瞻性的工作,中科院、科技部、国家基金委以及中科院地理资源所等相关研究所给予了大力支持。

生态系统通量观测研究是生态系统与全球变化领域的科学前沿,于贵瑞表示,ChinaFLUX作为中国生态系统研究网络的专项科学观测研究网络,一直致力于网络化原始科学数据的长期积累、陆地生态系统固碳增汇和水源涵养功能的评价等应用研究,同时重视探索一系列前沿科学问题,比如生态系统碳氮水耦合循环理论及其对全球变化的响应和适应机制等。

于贵瑞强调,ChinaFLUX的观测研究工作不仅是落实中科院和CERN“创新2020”科学规划的实际行动,也是支撑陆地生态系统碳收支科技先导专项的重要数据来源,其长期目标是服务中科院资源环境领域多个研究所的生态学科学发展战略,为我国全球变化及其对生态系统影响的研究突破积累科学技术和数据资源。

全球规模的环境变化已经成为公认的事实,大气中的碳氮等温室气体浓度及其变化引起了科技界和公众的广泛关注。生态系统与大气间的碳氮等温室气体交换速率是评价生态系统在减缓气候变化中的作用、研究生态系统与气候变化相互关系的关键生态学参数,对这种交换速率的定位监测就是通量观测。

通量观测结果被广泛应用于植被生产力、生态系统碳氮水平衡、植树造林和植被恢复的固碳增汇效益以及水源涵养功能科学评估等方面。

伴随着中国经济的快速发展,通量观测研究也在国内得到蓬勃发展。据不完全统计,在不同行业部门支持下正在运行的观测站点约有120多个。

于贵瑞表示,经过十余年的建设和发展,我国的通量观测研究事业得到了长足发展,在观测技术和科学研究水平上都取得了重大进步,正在为全球相关领域的科技发展作出其独特的贡献。

挑战与应对

随着通量观测技术的快速发展,以及面临国际上新的发展趋势,我国的通量观测研究也面临着一些重大挑战,于贵瑞指出从新技术研发与应用以及科学前沿布局等角度来看,需要在一些方面不断地加大投入、加快发展。

首先,要加快碳氮水等通量观测新技术的研发和推广应用,完善和改进观测体系。如多要素土壤温室气体排放自动观测技术、稳定同位素在线观测技术和氮通量自动观测技术等。

其次,要加强区域集成性的研究工作,应对国家的重大科技需求,积极开展前瞻性科技布局。如基于多站点和多尺度观测数据,开展区域尺度的碳氮水收支综合评估,生态系统服务功能变化定量评价,加快碳氮水多要素耦合循环过程机制前沿科学问题研究等。

再次,要推进观测研究数据资源共享,提高科技资源的利用效率与价值。如通过长期网络化通量观测及其相关生态过程数据的开放共享,使其在生态系统基础生态学过程和管理研究、生态系统与气候变化的影响与反馈机制综合研究,以及生物圈—地圈—水圈—大气圈的相互作用关系等领域是发挥其潜在的科学价值等。

于贵瑞表示,观测和实验数据是科学研究的基础和科技创新的源泉。ChinaFLUX自成立之初就一直致力于数据资源共享,坚持边建设、边研究、边服务的工作原则,为一系列重大科研项目和科学基金项目提供数据支撑,并基于数据使用协议先后为国内外的众多研究团队提供数据服务。

为了进一步发挥观测数据的科学价值,在ChinaFLUX最早开展联网观测的8个站点科学家的共同倡议下,首批可以完全开放共享的通量观测数据集得以公开发布。

于贵瑞认为这一行动是继CERN数据共享机制建立、《中国生态系统定位观测研究数据集》公开出版之后的又一个新的举措,将有助于推动我国生态学研究领域的数据共享。

经验及借鉴

科学数据的开放共享一直是科技界的梦想和追求,也是制约我国科学研究事业发展中的瓶颈和难点之一。通过对ChinaFLUX通量数据开放共享过程的回顾和总结,于贵瑞总结了三点经验和体会,希望对发展我国科学观测数据共享事业提供借鉴。

其一,科学数据共享是科技事业发展过程中“势不可挡”的大趋势,也是科学研究活动发展的共性规律,同时它又是科技事业发展到一定阶段的必然产物。

从全球通量网数据共享的发展过程来看,随着各国通量观测水平的不断提高、技术进步和普及、数据资源积累,各观测站点参与全球数据共享的积极性不断提高,汇集全球共享数据、解析大陆和全球尺度科学问题,解决更大尺度和更为复杂的科学问题,获得更为普遍的科学认知等已逐渐成为通量观测研究学者们的共同愿望和发展趋势。

其二是科学数据共享工作需要“厚积薄发”,而不能急于求成。数据共享的前提必须是要有一定时间过程的数据积累,数据积累得越多、积累的时间越长,越容易推进开放共享,其共享数据的科学价值也越大。

在于贵瑞看来,我国的科学数据共享工作虽然困难重重。但有理由相信,随着国家对科技事业发展的持续关注和稳定投入,以及观测手段的技术进步,各类数据的持续增长,再经过一段“厚积薄发”的发展过程,必将会迎来蓬勃发展的新时代。

随着我国通量观测数据的持续增长与累积,将有越来越多的数据生产者主动参与数据共享事业,这会使得更多的科研人员,特别是年轻一代科学家,从数据的开放共享中获益。

第三,科学数据共享是一个“水到渠成”的过程,数据共享需要有源源不断的有效数据积累和供给,也需要合理的共享制度做保障。数据积累是基础,数据源相当于“水“,而共享制度相当于“渠”,二者相辅相成,只有两者同时具备才能保证数据共享的可持续性,“水”到“渠”必成,“渠”顺则“水”畅,“水”多无“渠”会泛滥,而有“渠”无水则“渠”必废。

于贵瑞指出,当前我国的科学数据共享事业不仅需要加强数据共享制度建设,更重要的是建立长效的投入机制,持续获取新的观测数据。只有做到“问渠哪得清如许,唯有源头活水来”,才能保障我国数据共享事业的健康发展。

《中国科学报》

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