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前言 3

第一篇　概论 3

第一章　绪论 3

第一节　地球系统碳循环概述 3

序言 3

一、地球系统 4

二、全球碳库 8

三、地球系统碳循环 13

一、全球变化 24

第二节　地球系统碳循环与全球变化 24

二、碳循环与全球变化 27

第三节　国际社会对遏制全球变化的努力 30

一、联合国组织对碳减排所做的努力 30

二、碳减排义务与国家主权 35

参考文献 37

第二章　地球系统碳循环历史的冰芯记录 43

引言 43

第一节　研究概况 43

一、冰川（冰盖）中的空气气泡的形成 46

第二节　冰川（冰盖）粒雪层中的空气 46

二、冰芯包裹气体记录的可靠性 48

三、粒雪孔隙中气体成分 50

第三节　冰芯揭示的大气温室气体的变化历史 54

一、千年来大气温室气体的含量变化特征 54

二、全新世大气温室气体含量变化 62

三、温室气体与气候突变 65

四、温室气体的气候敏感性及冰期-间冰期气候旋回 68

小结 71

参考文献 71

第一节　LUCC与陆地生态系统碳循环的研究理论和方法 76

一、LUCC与陆地生态系统碳循环 76

第三章　土地利用、土地覆被变化（LUCC）与陆地生态系统碳循环 76

引言 76

二、主要研究方法 81

第二节　LUCC与陆地生态系统碳循环研究进展 84

一、国外研究进展 84

二、国内研究进展 87

第三节　相关科学问题及讨论 96

一、土地覆被的分类体系 96

参考文献 97

二、LUCC影响陆地碳循环的理论基础研究 97

三、LUCC数据集建设和不同来源数据的整合 97

第二篇　地球系统碳通量、碳储量的测定方法与技术 103

第四章　碳通量的微气象学测定 103

引言 103

第一节　CO2通量的微气象学原理与方法 104

一、微气象学测定法概述 104

二、涡度相关技术观测碳通量的原理 106

第二节　CO2通量观测中的误差与不确定性来源 112

一、误差类型、成因与特征 112

二、碳通量测定中不确定性的主要来源 115

第三节　FLUXNET的发展、研究热点与技术问题 120

一、FLUXNET的发展 120

二、FLUXNET的研究热点问题 121

第四节　ChinFLUX的建设与发展 123

一、ChinaFLUX的研究内容与科学目标 123

二、ChinaFLUX的设计思路 124

三、ChinaFLUX的发展方向 125

参考文献 126

引言 130

第五章 碳交换的箱法测定 130

一、静态箱测定碳交换的原理与方法 131

第一节 碳交换箱法测定原理与方法 131

二、动态箱测定碳交换的原理与方法 134

三、巨型箱测定碳交换的原理与方法 135

第二节　碳交换箱法测定国内研究进展 136

第三节　箱法测定陆地生态系统碳交换的不确定性 140

小结 141

参考文献 142

引言 146

第六章　碳储量、碳通量的定量遥感研究 146

第一节　陆地碳储量定量遥感研究的基本原理 147

一、碳储量与陆地生态系统参数 147

二、陆地生态系统参数遥感反演 147

三、碳储量与土地覆盖分类及植被遥感分类 156

第二节　陆地净初级生产力的定量遥感研究 162

一、传统陆地净初级生产力研究方法 162

二、基于遥感数据的陆地净初级生产力模型 162

三、国内外研究进展 163

第三节　陆地碳通量定量遥感研究 165

一、结合遥感的碳通量定位观测 166

二、碳通量定量遥感模型 167

三、陆地碳通量定量遥感研究的不确定性 168

小结 170

参考文献 171

第三篇　地球系统中的主要碳循环过程 185

第七章　陆地生态系统碳循环的基本过程 185

引言 185

一、光合作用 186

第一节　光合作用与呼吸作用 186

二、呼吸作用 187

第二节　影响植物光合作用和呼吸作用的主要因素 188

一、气候 188

二、大气CO2浓度 190

三、土壤 191

四、植物生物学特性 191

五、人类活动 193

第三节　影响土壤呼吸的主要因素 193

一、土壤环境 194

三、人类活动 196

二、植物生长 196

小结 198

参考文献 199

第八章　森林生态系统碳循环过程研究 204

引言 204

第一节　森林与全球碳循环 204

第二节　森林碳蓄积及其变化 205

一、森林生物量和生产力 206

二、森林生态系统的发育阶段与碳储量 207

三、森林经营管理在森林生态系统碳循环研究中的作用 208

第三节　全球变化背景下森林生态系统碳储量变化趋势 209

一、大气CO2浓度升高对森林生态系统碳储量变化的影响 210

二、气温与降水变化对森林生态系统碳储量变化的影响 214

第四节　森林生态系统土壤碳库及其估算的不确定性 215

一、输人与输出过程研究的不确定性 215

二、CO2浓度升高引起的“丢失的碳”问题 222

小结 222

参考文献 223

一、全球及我国草地生态系统概况 231

第一节　草地生态系统与全球碳循环 231

引言 231

第九章　草地生态系统碳循环过程研究 231

二、草地生态系统在全球碳循环中的作用 232

第二节　草地植被固碳与土壤碳库 234

一、全球草地生态系统净初级生产力（NPP）与生物量 235

二、我国草地地上及地下生物量研究 237

三、草地凋落物碳库 242

四、草地土壤碳库与土壤呼吸作用 243

一、放牧、割草、草地开垦 249

第三节　人类活动与气候变化对草地生态系统碳循环的影响 249

二、气候变化与CO2浓度升高 250

小结 251

参考文献 251

第十章　农田土壤有机碳含量变化及主要影响因素 259

引言 259

第一节　农田土壤与全球碳循环 259

第二节　农田土壤有机碳周转 261

一、农田土壤有机碳投入量 261

二、农田土壤有机碳输出 263

一、耕作方式 266

第三节　农业管理对土壤有机碳含量的影响 266

二、灌溉方式 267

三、肥料管理 267

四、全球变化对农田土壤有机碳含量的影响 268

小结 268

参考文献 269

第十一章　湿地生态系统碳循环过程研究 272

引言 272

一、湿地在全球碳循环中的作用 273

第一节　湿地与全球碳循环 273

二、湿地碳的生物地球化学作用 274

第二节　湿地碳的积累与分解 276

一、湿地碳的积累 276

二、湿地CO2、CH4排放及其影响因子 277

第三节　湿地生态水文过程和人类活动对碳的输入、输出的影响 283

一、湿地生态水文过程与碳的输入和输出 283

二、人类活动对湿地碳循环的影响 284

小结 286

参考文献 286

第一节　内陆水体与全球碳循环 293

引言 293

第十二章　内陆水体生态系统碳循环过程研究 293

一、全球及我国内陆水体生态系统概况 294

二、内陆水体在全球碳循环中的作用 296

第二节　内陆水体碳循环的关键过程 298

一、碳的赋存形态、来源和份额 298

二、有机碳的生产和分解过程 299

三、界面过程 300

第三节　影响内陆水体碳循环过程的关键因素 301

一、养分输入与水体初级生产力 301

二、不同类型水体与碳的动力学 303

第四节　主要研究方法 304

一、清单方法 304

二、过程研究 305

小结 310

参考文献 311

第十三章　海洋碳循环生物地球化学过程研究 313

引言 313

第一节　海洋与全球碳循环 313

一、全球及我国近海生态系统概况 313

二、海洋在全球碳循环中的作用 315

三、海洋碳源汇及其不确定性 319

第二节　海洋水体中的碳循环过程 324

一、海-气界面二氧化碳通量 324

二、海水中的颗粒有机碳（POC）和溶解有机碳（DOC） 326

三、河口碳的生物地球化学 328

四、海洋沉积物在海洋碳循环中的作用 329

五、生物泵在海洋碳循环中的作用 337

第三节　我国海洋碳循环生物地球化学过程研究的主要进展 338

一、大气与海洋间碳的交换 338

二、海水中碳及其生物地球化学循环 340

三、土壤和沉积物在海洋碳循环中的作用 344

小结 346

参考文献 347

第四篇　地球系统中的主要碳循环模型 357

第十四章　地球系统碳循环的基本模型 357

引言 357

第一节　陆面碳循环基本模型 359

一、陆面碳循环模型的结构 359

二、光合作用模型 361

三、呼吸作用模型 366

第二节　基于静态植被的生态系统碳循环模型 370

一、生物地理模型 371

二、基于静态植被的生物地球化学模型 372

三、陆面生物物理模型 373

第三节　基于动态植被的生态系统碳循环模型 375

一、动态植被模型 375

二、动态植被-生物地球化学耦合模型 377

三、集成生物圈模拟器：生长演替-生物物理耦合模型 378

第四节　各类模型的主要特征对比 379

小结 381

参考文献 382

第十五章　森林生态系统碳循环模型 387

引言 387

第一节　斑块尺度的生态系统碳循环模型 388

一、基于单木的生态系统碳循环模型 388

二、基于林分的生态系统碳循环模型 391

第二节　森林生态系统碳循环过程的若干子模型 392

一、凋落过程 392

四、树木更新过程 393

三、干扰和树木死亡 393

二、同化产物分配过程 393

第三节　森林生态系统碳循环模型研究展望 394

小结 395

参考文献 395

第十六章　草地生态系统碳循环模型 398

引言 398

第一节　草地生态系统碳循环模型 400

一、草地生态系统碳循环的基本理论与方法 400

二、草地生态系统碳循环模型的主要进展 401

第二节　中国草地碳循环模型的研究进展 414

第三节　草地生态系统碳循环模型研究展望 415

一、草地生产力模型的机理化 416

二、草地土壤呼吸作用模型的机理化 416

三、耦合大气环流模式的碳循环模型 417

小结 417

参考文献 418

第十七章　农田生态系统碳循环模型 423

引言 423

第一节　陆地生态系统碳循环模型 423

一、陆地生态系统碳循环模型概述 423

二、NPP模型 426

三、土壤呼吸作用模型 427

第二节　农田生态系统碳循环模型 428

一、基于气候和土壤的农业植被生产力模型 428

二、基于过程的农业植被生产力模型 429

三、农田土壤碳周转模型 431

第三节　研究展望 432

一、氮素营养在碳循环中的作用 432

三、碳循环模型与其他模型的耦合 433

二、模型的有效性与输入变量 433

小结 434

参考文献 434

第十八章　湿地生态系统碳循环模型 442

引言 442

第一节　湿地生态系统碳循环模型的主要进展 443

第二节　湿地生态系统碳循环模型考虑因子 446

一、气象因子与水文状况 446

二、湿地基质性状 447

三、湿地有机碳动力学 449

四、模拟尺度 450

第三节　湿地生态系统碳循环模型研究展望 451

一、湿地生态系统碳循环过程机理的研究 451

二、湿地生态系统碳循环与全球气候变化 451

三、湿地生态系统碳循环模型研究与湿地管理 452

小结 452

参考文献 453

第十九章　内陆水体碳循环模型 457

引言 457

一、水-气界面气体交换 458

第一节　内陆水体碳循环模型的基本理论 458

二、水-沉积物界面输移 462

三、水体中碳循环规律 465

第二节　内陆水体碳循环模型的研究进展 467

一、水体碳循环模型 467

二、水-气界面 473

三、水-沉积物界面输移 476

第三节　内陆水体碳循环模型研究展望 479

一、Fick第一定律的适用性 479

二、模型率定与验证 480

小结 481

三、学科交叉 481

参考文献 482

第二十章　近海生态系统碳循环模型 491

引言 491

第一节　海洋CO2与全球海洋碳循环模型 492

一、海气交换 492

二、全球海洋碳循环模式 497

第二节　中国海洋碳循环模型 504

一、边缘海碳循环模型 504

二、中国近海碳循环模式 508

第三节　海洋碳循环模型研究展望 509

小结 511

参考文献 512

第五篇　地球系统的固碳技术与碳减排 523

第二十一章　陆地生态系统固碳技术措施 523

引言 523

第一节　陆地生态系统固碳机理及研究方法 524

一、陆地生态系统主要碳库和收支特点 524

二、固碳技术措施 527

一、固碳潜力的估算与评价 529

第二节　陆地生态系统固碳潜力 529

二、陆地生态系统固碳能力和潜力 534

第三节　陆地生态系统固碳技术措施研究展望 548

一、固碳机理 549

二、固碳潜力 550

小结 553

参考文献 553

第二十二章　主要发达国家的碳减排动态 565

引言 565

第一节　碳减排主题下的国际合作机制 566

一、建立国际合作机制的原理 567

二、合作机制异同比较 568

三、发展趋势分析 568

第二节　主要国际减排方案及其评述 569

一、美国在退出《京都议定书》后提出的减排新方案 569

二、挪威、荷兰学者提出的全球减排目标分担新方案 570

第三节　主要发达国家减排动态 573

一、欧盟国家的减排动态 573

二、其他发达国家的减排状况 577

小结 581

参考文献 582