绪论 于贵瑞 1
第1章 全球变化与全球环境问题研究概论 于贵瑞，王秋凤，牛栋，温学发 5
1.1 全球环境问题与全球变化的概念框架 6
1.1.1 全球环境问题的概念 6
1.1.2 全球环境问题与全球变化研究 6
1.1.3 全球变化与环境问题的主要内容 8
1.2 全球变化研究的国际间合作机构 12
1.2.1 联合国的相关机构 12
1.2.3 经济合作与发展组织(OECD) 14
1.2.2 世界气象组织(WMO) 14
1.2.4 国际卫生组织(WHO) 15
1.2.5 国际能源组织(IEA) 15
1.2.6 国际科联(ICSU) 15
1.2.7 国际社科联(ISSC) 16
1.2.8 政府间气候变化专门委员会(IPCC) 16
1.2.9 其他的国际组织或非政府组织(NGO) 16
1.3 全球环境变化研究的主要国际科学计划 17
1.3.1 世界气候计划(WCP)与世界气候研究计划(WCRP) 18
1.3.2 全球环境变化的人文因素计划(IHDP) 19
1.3.3 国际生物圈计划(IBP)和人与生物圈计划(MAB) 20
1.3.4 国际地圈生物圈计划(IGBP) 21
1.3.5 全球生态系统与全球变化综合观测系统 22
1.3.6 其他的相关科学计划 25
1.4 全球环境变化相关的国际公约 26
1.4.1 生物多样性公约 26
1.4.3 国际湿地公约 27
1.4.2 联合国防治沙漠化公约 27
1.4.4 保护世界文化与自然遗产公约 28
1.4.5 保护臭氧层公约 29
1.4.6 《联合国气候变化框架公约》与《京都议定书》 31
1.5 全球变化研究的成就与中国的研究概要 34
1.5.1 全球变化研究的成就 34
1.5.2 中国全球变化研究概要 36
1.5.3 中国全球变化研究未来展望 39
参考文献 41
第2章 全球气候变化与陆地生态系统碳循环 于贵瑞，温学发，王秋凤，牛栋，李海涛 43
2.1 大气温室气体浓度变化与全球变暖 44
2.1.1 大气温室气体浓度的变化 44
2.1.2 全球变暖的基本趋势与温室气体的贡献 49
2.2 全球气候变化对自然生态系统和社会经济系统的影响 52
2.2.1 全球气候变化对陆地生态系统的影响 53
2.2.2 全球气候变化对农业生态系统的影响 57
2.2.3 全球气候变化对社会经济系统的影响 59
2.3 全球碳循环与陆地生态系统的碳收支 60
2.3.1 全球各圈层的碳蓄积量 61
2.3.2 陆地植被和土壤的碳蓄积量与空间格局 62
2.3.3 全球碳循环与循环通量 63
2.4 全球碳循环与碳平衡研究中的科学问题 66
2.4.1 未知碳汇与陆地生态系统碳源汇格局问题 66
2.4.2 人类活动对全球碳循环的影响问题 67
2.4.3 全球碳循环通量与收支评价的不确定性问题 68
2.4.4 全球碳源汇的时空格局与未知碳汇问题 70
2.4.6 未来全球碳循环的可能动态问题 71
2.4.5 碳循环动态的控制与反馈机制问题 71
2.4.7 CO2施肥效应和土壤有机碳动态平衡问题 72
2.5 碳循环研究的方法与国际相关科学计划 73
2.5.1 碳循环研究的方法 73
2.5.2 陆地生态系统碳循环研究的国际科学计划 78
参考文献 88
第3章 陆地生态系统碳蓄积的基本过程 王绍强，齐华，于贵瑞 97
3.1.1 地球生态系统的碳库与碳循环 98
3.1 地球生态系统碳循环概要 98
3.1.2 陆地生态系统与生物圈内的碳循环过程 100
3.1.3 海洋生态系统的碳循环过程 103
3.1.4 地球碳循环过程的历史变化 106
3.2 植被光合作用、生产力形成与生态系统的碳固定 109
3.2.1 光合作用的碳固定机理 109
3.2.2 限制光合作用碳固定的内部因素 110
3.2.3 限制光合作用碳固定的外部环境因素 113
3.3 呼吸作用与生态系统的碳排放 115
3.3.1 植物呼吸作用机理 115
3.3.2 影响植物呼吸作用的因素 117
3.4 凋落物分解与腐殖质化 119
3.4.1 凋落物类型和特性 119
3.4.2 凋落物分解 121
3.4.3 凋落物腐殖质化 122
3.5 土壤有机碳的动态平衡 123
3.5.1 土壤有机碳的动态平衡过程 123
3.5.2 土壤有机碳动态平衡方程 125
3.5.3 土壤有机碳动态平衡的基本特征 127
3.5.4 土壤有机碳蓄积的潜力与决定因素 130
参考文献 132
第4章 森林生态系统碳循环与碳蓄积 李海涛，沈文清 139
4.1 森林生态系统碳循环与碳蓄积研究的历史回顾 140
4.1.1 森林生态系统碳循环与碳蓄积研究的意义 140
4.1.2 世界森林生态系统碳循环与碳蓄积研究概况 141
4.1.3 中国森林生态系统碳循环与碳蓄积研究概况 146
4.1.4 森林生态系统碳平衡的估算与评价 149
4.2.1 森林生态系统碳循环与碳蓄积过程的空间特征 150
4.2 森林生态系统碳循环与碳蓄积过程特征 150
4.2.2森林生态系统碳循环与碳蓄积过程的时间特征 153
4.3 影响森林生态系统碳循环与碳蓄积的因素与作用机制 155
4.3.1 土地利用方式 155
4.3.2 森林凋落物 155
4.3.3 气候因素 156
4.3.4 森林类型 157
4.4 森林生态系统碳蓄积的研究方法 157
4.4.1 测树学方法 157
4.4.3 模型估算方法 159
4.4.2 气体交换方法 159
4.5 森林生态系统碳蓄积量的空间格局 160
4.5.1 世界森林碳蓄积格局 160
4.5.2 中国森林碳蓄积格局 168
4.6 森林生态系统的碳蓄积研究展望 169
4.6.1 历史研究和数据库建设 169
4.6.2 森林生态系统碳蓄积的地带分异规律 169
4.6.3 森林生态系统碳蓄积与全球气候变化的相互关系 170
参考文献 171
4.6.4 遥感和地理信息系统技术的应用 171
第5章 草地生态系统碳循环与碳蓄积 樊江文，钟华平，石培礼，梁飚 180
5.1 草地生态系统碳循环研究历史与意义 181
5.1.1 对草地碳循环认识的历史 181
5.1.2 草地生态系统碳循环研究 182
5.2 草地生态系统碳循环与碳蓄积过程特征 182
5.2.1 草地生态系统碳循环过程特征 182
5.2.2 草地生态系统生产力与碳储量 185
5.2.3 草地生态系统碳蓄积的影响因子 187
5.3 影响草地生态系统碳循环与碳蓄积的因素与作用机制 187
5.3.1 草地生态系统类型转化对碳蓄积与碳排放的影响 187
5.3.2 放牧利用对草地生态系统碳循环与碳蓄积的影响 189
5.3.3 草地土壤有机碳的变化 189
5.3.4 草地立枯、凋落物与分解 190
5.3.5 草地土壤呼吸与碳排放 191
5.3.6 草食动物的碳摄取 191
5.3.7 草食动物的碳蓄积 192
5.3.8 草食动物的碳排放 193
5.4.1 全球草地植被在陆地生态系统的地位 195
5.4 草地生态系统碳蓄积量的时空格局 195
5.4.2 草地植被类型与碳蓄积特点 196
5.4.3 全球草地植被碳蓄积格局 198
5.5 草地生态系统碳蓄积与碳循环的研究方法 199
5.5.1 生理生态研究方法 199
5.5.2 反演分析方法 199
5.5.3 模型估算方法 199
5.6.1 草地生态系统碳循环研究面临的主要问题 200
5.6 草地生态系统碳循环与碳蓄积研究的问题与展望 200
5.6.2 我国草地生态系统碳循环研究展望 201
参考文献 202
第6章 农田生态系统碳循环与碳蓄积 鲁春霞，谢高地 211
6.1 农田生态系统碳循环与碳蓄积研究的历史回顾 212
6.1.1 农田生态系统碳循环与碳蓄积研究的意义 212
6.1.2 农田土壤碳储量的变化 212
6.1.3 农作物的碳储量与转移 214
6.1.4 农田生态系统碳循环过程的研究方法 216
6.2.1 农田生态系统碳蓄积对全球陆地生态系统碳蓄积的贡献 217
6.2 农田生态系统碳循环与碳蓄积过程特征 217
6.2.2 农田生态系统的碳循环机制 219
6.2.3 农田生态系统碳蓄积的格局特征 221
6.3 影响农田生态系统碳循环与碳蓄积的因素与作用机制 224
6.3.1 环境因子和农田管理措施的影响 224
6.3.2 沙漠化对农田生态系统碳蓄积的影响 226
6.3.3 土壤侵蚀对土壤碳库的碳蓄积影响 227
6.3.5 全球变化对农田生态系统碳循环的影响 228
6.3.4 土地利用变化和农田管理导致的碳排放 228
6.4 农田生态系统碳蓄积量的估算方法 229
6.4.1 农田生态系统碳蓄积量估算方法简介 229
6.4.2 农田生态系统碳蓄积主要模型简介 230
6.4.3 农田生态系统碳蓄积量的估算方法评述 231
6.5 农田生态系统碳蓄积量的时空格局 232
6.6 农田生态系统循环与碳蓄积研究问题与展望 233
参考文献 234
第7章 湿地生态系统的碳循环与碳蓄积 李海涛，沈文清 241
7.1 湿地的类型与分类系统及其在生物圈碳库中的作用 242
7.1.1 湿地类型的分类 242
7.1.2 湿地在生物圈碳库中的作用 243
7.2 湿地及水体生态系统碳蓄积量的估算方法 245
7.2.1 通量测量方法 245
7.2.2 遥感方法 247
7.2.3 模型预测方法 247
7.3.1 一个简化的湿地生态系统的碳循环过程 248
7.3 湿地生态系统碳循环过程 248
7.3.2 湿地土壤碳过程研究 252
7.3.3 泥炭地及其他类型浅水型湿地的碳循环 253
7.4 淡水水体类湿地的碳循环研究 255
7.4.1 湖泊生态系统 255
7.4.2 水库生态系统 258
7.5 湿地及水体生态系统碳蓄积过程对环境变化的响应 259
7.5.1 影响水体和湿地碳动态的因素 260
7.5.2 气候变化对湿地和水体的潜在影响 262
7.5.3 大气中二氧化碳浓度升高对湿地的直接影响 264
7.6 湿地生态系统碳蓄积研究中的问题 266
7.6.1 大气CO2浓度增加对湿地碳蓄积的影响 267
7.6.2 湿地碳循环模型 267
7.6.3 湿地生物地球化学循环 268
7.6.4 数据库建立 268
参考文献 269
第8章 陆地生态系统土壤碳循环与碳蓄积 王绍强，于贵瑞 275
8.1.2 土壤碳循环 276
8.1.1 土壤碳循环与碳蓄积研究的意义 276
8.1 土壤生态系统碳循环与碳蓄积研究的历史回顾 276
8.1.3 土壤有机碳的蓄积 277
8.2 土壤有机碳蓄积量的估算方法 278
8.2.1 土壤碳通量估算方法 278
8.2.2 土壤剖面有机碳统计方法 279
8.2.3 土壤类型法 281
8.2.4 生态系统类型和生命地带法 282
8.2.5 模型方法 284
8.2.6 相关关系统计法 285
8.3 全球土壤有机碳蓄积量的时空格局 286
8.4 全球土壤有机碳蓄积潜力及其对环境变化的影响 289
8.4.1 气候和大气CO2浓度变化对土壤碳循环的影响 289
8.4.2 人类活动对土壤碳循环的影响 291
8.5 土壤碳循环与碳蓄积研究中的问题与展望 294
8.5.1 土壤碳循环研究中的重点问题 294
8.5.2 土壤碳蓄积研究中的不确定性 295
8.5.3 土壤碳循环研究的展望 296
参考文献 297
第9章 陆地生态系统碳循环与碳蓄积量估算模型 王绍强，王秋凤，于贵瑞，周涛，刘明亮，冯险峰 304
9.1 生态系统碳循环过程模型研究概况 305
9.1.1 碳循环与碳蓄积模型研究的作用与目的 305
9.1.2 碳循环与碳蓄积模型的一般分类 306
9.1.3 碳循环与碳蓄积模型的其他分类 307
9.1.4 陆地生态系统碳循环模型研究的发展 309
9.2 经验-半经验的相关统计模型 311
9.3 基于植物生理化学机制的光合作用模型 314
9.4 基于生态学过程的生物地理模型 316
9.5 基于生态学过程的生物地球化学模型 318
9.6 生态系统碳循环的生物物理模型 324
9.7 GIS和RS技术在碳循环模型研究中的作用 327
9.7.1 GIS特性和应用 327
9.7.2 卫星信息支持的遥感反演模型 329
9.7.3 基于GIS的生物量遥感模型 331
9.8 我国碳循环模型的初步发展 334
参考文献 336
第10章 陆地生态系统碳循环与碳通量观测 刘允芬，于贵瑞，李海涛，孙晓敏，温学发，李庆康 348
10.1 陆地生态系统碳循环和碳通量观测方法概论 349
10.1.1 碳循环和碳通量观测的意义 349
10.1.2 光合作用和呼吸作用测定 349
10.1.3 碳蓄积量的估算 350
10.1.4 碳循环通量的观测 350
10.2 植物光合与呼吸作用的测定 351
10.2.1 植物光合与呼吸作用测定的基本原理 351
10.2.2 植物光合与呼吸作用的测定方法 352
10.2.3 光合作用相关特征的测定 357
10.3.1 农田、灌木和草地生态系统生物量与生产力的测定 360
10.3 植物群落生物量与生产力的测定方法 360
10.3.2 森林群落生物量与生产力的测定 361
10.3.3 区域植被生物量(生产力)的调查与推算 366
10.4 凋落物量、分解及腐殖化速率的测定方法 367
10.4.1 森林群落凋落物量的测定 367
10.4.2 凋落物分解速率的测定 368
10.4.3 腐殖化速率的测定 368
10.5.1 基本概念 370
10.5 土壤呼吸与温室气体排放量的测定方法 370
10.5.2 土壤呼吸的测定方法 371
10.6 陆地生态系统碳通量的微气象学测定方法 379
10.6.1 微气象学测定碳通量概述 379
10.6.2 微气象学测定碳通量的空气动力学基础 380
10.6.3 涡度相关法测定碳通量的基本原理 384
10.6.4 涡度相关法测定碳通量观测系统与数据分析 386
参考文献 388
第11章 中国陆地生态系统碳循环与碳储量研究进展 石培礼，于贵瑞 王绍强，李海涛，谢高地，樊江文，鲁春霞，梁飚，钟华平，刘志芹 395
11.1 陆地生态系统碳储量研究的历史回顾 396
11.1.1 资源清查和以生物生产力为目的的生物量研究 396
11.1.2 区域生态系统碳储量研究 397
11.1.3 碳储量源汇动态与碳循环综合研究 399
11.2 中国森林生态系统碳循环与碳储量研究 400
11.2.1 森林资源与地理分布规律 400
11.2.2 森林生态系统的碳储量及其空间格局 400
11.2.3 森林生态系统碳密度的空间格局 406
11.2.4 森林生态系统碳储量对气候变化的响应 409
11.3 中国草地生态系统碳循环与碳储量研究 410
11.3.1 草地资源与地理分布规律 410
11.3.2 草地生态系统碳储量的空间格局 412
11.3.3 不同草地类型的碳储量特征 414
11.3.4 草地生态系统碳储量对环境变化的响应 421
11.4 中国农田生态系统碳循环与碳储量研究 422
11.4.1 农田资源与地理分布规律 422
11.4.2 农田生态系统碳循环机理与特征 424
11.4.3 农田生态系统碳排放 425
11.4.4 稻田和湿地的CH4排放 426
11.4.5 农田管理措施对碳储量和碳过程的影响 429
11.4.6 农田生态系统碳的增汇减排潜力与技术 430
11.5 中国土壤碳循环与碳储量研究 431
11.5.1 土壤资源与地理分布规律 431
11.5.2 土壤碳储量与空间格局 433
11.5.3 人类活动对土壤碳储量的影响 435
11.5.4 岩溶地区土壤碳循环特征 438
11.6.1 陆地生态系统碳循环机理和碳收支状况的综合评价 439
11.6 中国陆地生态系统碳循环与碳储量研究的重要课题 439
11.6.2 《联合国气候变化框架公约》的国家信息通报编写的知识储备 440
11.6.3 气候变化观测系统的能力建设 441
11.6.4 土地利用、土地利用变化和森林碳吸收源的精确评价 441
11.6.5 《京都议定书》对中国社会经济的影响 441
11.6.6 全球变化的国家对策 442
参考文献 442
附录 重要术语解释 李庆康 于贵瑞 455