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內容簡介

　　《人類活動與生態係統變化的前沿科學問題》由中國科學院國際閤作夥伴計劃“人類活動與生態係統變化”創新團隊集體撰著，全書包括緒論部分以及正文共4篇21章。作者在係統闡述20世紀生態學的發展曆程和21世紀生態學發展趨勢的基礎上，重點介紹和論述瞭渦度相關技術、同位素技術和衛星遙感技術等在生態係統變化和物質循環通量的多尺度綜閤觀測中的應用，生態係統變化過程的模型模擬、尺度問題和模型數據融閤方法，陸地生態係統格局和過程對全球變化的響應和適應，以及人類活動對生態係統的影響和調控等研究領域的前沿性科學問題。《人類活動與生態係統變化的前沿科學問題》為從事全球變化、陸地生態係統水、碳、氮循環過程以及自然-經濟-人文社會環境的相互關係研究領域的科技人員提供瞭野外觀測、模型模擬和綜閤分析等方麵的新理論、新技術和新思路，可作為生態、農林、環境等相關領域的科研工作者和研究生的參考書。

內頁插圖

目錄

緒論21世紀生態學麵臨的挑戰及其使命
摘要
Abstract
0.1 引言
0.2 20世紀生態學的發展曆程
0.3 現代人類活動與生態係統關係的主要特徵
0.4 21世紀生態學研究的發展趨勢
0.5 現代生態學研究的熱點領域及其科學問題
0.6 我國生態係統研究的主要科技任務
0.7 結論與展望
參考文獻

第一篇 生態係統變化的多尺度觀測與分析
第1章 陸地生態係統水、碳、氮通量及其循環過程的綜閤觀測
摘要
Abstract
1.1 引言
1.2 生態係統水、碳、氮的耦閤循環及其通量
1.3 生態係統水、碳通量觀測的技術沿革
1.4 生態係統氮通量觀測的技術進步
1.5 生態係統通量觀測與模型模擬的結閤
1.6 生態係統通量觀測與遙感反演的結閤
1.7 結論與展望
參考文獻

第2章 生態係統穩定同位素平衡原理及其在生物地球化學循環研究中的應用
摘要
Abstract
2.1 引言
2.2 生態係統的穩定同位素分餾原理
2.3 生態係統中碳的同位素效應
2.4 生態係統中水的同位素效應
2.5 生態係統中氮的同位素效應
2.6 結論與展望
參考文獻

第3章 大氣水汽的穩定同位素平衡及其在生態係統水循環研究中的應用
摘要
Abstract
3.1 引言
3.2 水汽同位素在生態學和水文學研究中的應用
3.3 大氣水汽理想化係統理論
3.4 蒸發和蒸騰水的同位素理論
3.5 空氣水汽同位素含量的時間和空間分布
3.6 測量技術
3.7 結論與展望
參考文獻

第4章 支持生態模型模擬的地麵要素遙感觀測與反演
摘要
Abstract
4.1 引言
4.2 用於生態係統變化監測的傳感器及衛星發展計劃
4.3 陸地錶層遙感參數反演的主要方法
4.4 陸地錶層遙感參數反演的主要産品
4.5 遙感産品與生態模擬
4.6 結論
參考文獻

第5章 GIs支持下高分辨率空間數據在流域生態模擬應用中的尺度問題
摘要
Abstract
5.1 引言
5.2 基本概念
5.3 GIs的計算鄰域與生態要素空間作用範圍：計算鄰域問題
5.4 高空間分辨率數據下生態要素在空間上的協同變化：空間尺度不兼容問題
5.5 實例分析
5.6 本章小結
參考文獻

第二篇 生態係統變化過程的模型模擬與信息融閤
第6章 生態係統水循環過程的動態模擬與流域水資源管理
摘要
Abstract
6.1 生態模型概論
6.2 土壤-植物-大氣係統水分過程的模擬
6.3 農田生態係統作物生長與水、熱、CO2傳輸綜閤模型
6.4 流域水循環模型及其與生態模型的耦閤
參考文獻

第7章 生態係統碳循環的時空動態模擬及計量方法
摘要
Abstract
7.1 前言
7.2 生態係統碳循環分量
7.3 光閤作用模擬方法
7.4 呼吸作用模擬方法
7.5 林分年齡是森林碳循環中的重要驅動因子
7.6 乾擾對碳循環的影響
7.7 碳循環的時間尺度及其在碳模擬中的應用
7.8 減少碳收支計量不確定性的幾個策略
7.9 中國和加拿大個例分析
參考文獻

第8章 森林生長和碳動態變化的混閤模擬方法
摘要
Abstract
8.1 前言
8.2 模型結構
8.3 子模型描述
8.4 一個麵嚮對象(object-oriented)模型的建立策略
8.5 模型檢驗和應用
8.6 討論
參考文獻

第9章 陸地生態係統初級生産力遙感模型估算
摘要
Abstract
9.1 前言
9.2 主要GPP遙感估計模型迴顧
9.3 VPM模型詳細描述
9.4 典型生態係統GPP遙感模型估算
9.5 模型精度評價和不確定性分析
9.6 小結
參考文獻

第10章 多尺度、多源生態觀測數據的同化技術及其在碳循環研究中的應用
摘要
Abstract
10.1 引言
10.2 陸地生態係統碳循環模擬模型
10.3 數據同化技術
10.4 基於通量網的應用
10.5 基於控製試驗的應用
10.6 小結
參考文獻

第三篇 全球變化驅動下的生態係統變化過程及其適應性
第11章 氣候變化對陸地生態係統格局的影響
摘要
Abstract
11.1 中國陸地生態係統空間格局
11.2 中國陸地生態係統時空格局變化趨勢
11.3 氣候變化對中國陸地生態係統格局的影響機製
11.4 展望
參考文獻

第12章 生態係統的生物種群和植被動態對全球氣候變化的響應與適應
摘要
Abstract
12.1 引言
12.2 全球氣候變化對植物的影響
12.3 植物種群結構與動態對全球變化的響應
12.4 當前及未來氣候情景下的植被動態
12.5 展望
參考文獻

第13章 生態係統的碳、氮、水過程對全球變化的響應與適應
摘要
Abstract
13.1 生態係統碳、氮、水過程對溫度升高的響應與適應
13.2 生態係統碳、水過程對降水格局變化的響應與適應
13.3 生態係統碳、氮、水過程對大氣CO2濃度升高的響應與適應
13.4 生態係統碳、氮、水過程對大氣氮沉降增加的響應與適應
13.5 小結和展望
參考文獻

第14章 陸地生態係統碳、氮、水過程間耦閤關係及其對全球變化的響應與適應
摘要
Abstract
14.1 陸地生態係統的水、碳耦閤循環
14.2 陸地生態係統的碳、氮耦閤循環
14.3 結論與展望
參考文獻

第15章 生態係統結構與功能的復雜性及其環境響應的不確定性
摘要
Abstract
15.1 生態係統復雜性理論概述
15.2 生態係統結構與功能的復雜性
15.3 生態係統環境響應的不確定性
15.4 生態係統復雜性研究方法概述
參考文獻

第四篇 人類活動對生態係統的影響及其評價和調控
第16章 中國建設用地擴張的區域差異及其影響因素
摘要
Abstract
16.1 引言
16.2 數據與樣本
16.3 建設用地擴張
16.4 人均建設用地區域差異
16.5 建設用地變化分析計量經濟模型
16.6 計量經濟模型估計結果與分析
16.7 結論與展望
參考文獻

第17章 耕地用途轉移對我國耕地生産潛力的影響
摘要
Abstract
17.1 引言
17.2 土地利用數據
17.3 耕地生産潛力估算模型
17.4 耕地用途轉移特徵
17.5 耕地生産潛力變化
17.6 2000-2003年耕地變化
17.7 政策建議
參考文獻

第18章 農業生態區(AEZ)模型方法與農業生産潛力評估
摘要
Abstract
18.1 引言
18.2 AEZ模型框架
……

第19章 氣候變化、陸地生態格局與人類活動相互作用機製
第20章 生態係統服務功能變化與人類活動承載能力
第21章 生態係統服務的供給、貿易與市場機製

精彩書摘

　　1.2 生態係統水、碳、氮的耦閤循環及其通量
　　地球生態係統碳循環作為人類一環境係統不可分割的組成部分，一直是地球係統科學和全球變化研究領域的前沿課題，是預測未來氣候變化、有效管理自然資源以及減緩溫室效應的關鍵問題（Steffen et al，1998）。早在20世紀70年代，碳循環研究就成為國際科學聯盟理事會（IGSU）環境問題委員會（SCOPE）的主要研究方嚮和重點關注課題；到瞭80年代和90年代，旨在研究溫室效應所造成的全球環境變化及其對生態係統影響的國際地圈生物圈計劃（IGBP）的實施顯著地推動瞭碳循環的研究，使之成為地球係統科學、生物科學和社會科學共同關注的主題之一。到瞭21世紀，碳循環的研究得到瞭進一步深化。IGBP、世界氣候研究計劃（wcRP）、國際生物多樣性計劃（DIVERSITAs）和國際全球環境變化人文因素計劃（IHDP）共同發起並成立瞭地球係統科學聯盟（ESSP），其目的是促進地球係統集成研究和全球可持續發展潛力方麵的研究。ESSP緣起於日益嚴重的全球環境變化問題，將全球碳計劃（GCP）、全球水係統計劃（GWSP）、全球環境變化與食物係統（GECAFs）和全球環境變化與人類健康（GEcHH）列為應該持續關注的全球四大“聯閤計劃”。近年來，生態係統碳循環及其對氣候變化的區域響應與適應成為地球係統科學和全球變化研究領域的焦點，無論各國政府還是各種國際相關組織都對應對氣候變化的行動綱領予以高度重視。

前言/序言

　　20世紀後期以來大規模、高強度的人類活動及其所導緻的全球環境變化已經並且正在深刻地改變著陸地生態係統的格局和過程，使得保持生態係統服務功能和社會經濟增長的矛盾日益突齣，嚴重地製約瞭社會經濟的持續發展。21世紀人口和經濟的持續增長、全球環境快速變化將給生態係統形成前所未有的壓力。因此，認識和管理高強度人類活動和全球環境快速變化雙重驅動下的生態係統變化，實現生態-經濟-社會係統的協調和持續發展，是21世紀人類社會麵臨的共同挑戰。
　　2005年，中國科學院地理科學與資源研究所組織瞭一批活躍在生態係統變化的過程觀測、遙感觀測、生態係統模型、土地利用變化、區域經濟發展以及氣候變化等領域的科研骨乾與海外知名科學傢，組成瞭中國科學院國際閤作夥伴計劃“人類活動與生態係統變化”創新團隊，針對21世紀地球係統科學和生態科學的核心問題——認識人類高強度活動和全球環境快速變化驅動下的生態係統變化，開展國際協作攻關。該創新團隊以地球係統科學理論為指導，把環境一生態係統一社會作為一個相互作用的整體開展係統研究，綜閤應用地學、生態學、環境科學和社會經濟科學方法，闡述生態係統變化的過程機製，評估和預測人類活動直接乾預和環境變化共同驅動的生態係統狀態變化。
　　通過3年的密切配閤和精誠閤作，該創新團隊如期完成瞭預定目標，取得瞭多項代錶性科研成果，主要包括：（1）基於中國陸地生態係統通量觀測研究網絡，開展瞭典型生態係統水、碳、氮通量的聯網觀測，闡述瞭典型生態係統水、碳、氮循環關鍵過程對環境變化的響應和適應機製，引進瞭穩定同位素原位連續觀測係統，發展和驗證瞭新一代遙感植被生産力模型（VPM）；（2）應用模型-數據融閤方法開展陸地生態係統碳循環研究，提齣瞭利用可變鄰域技術解決生態模擬中參數尺度問題的方法，在全國尺度上模擬和分析瞭氣候變化和人類活動對中國森林生態係統碳源匯時空格局的影響，以及土地利用變化對生態係統生産力及土壤碳吸收潛力的影響；（3）運用計量經濟學模型分析瞭城鎮化對我國耕地資源的影響，完善和更新瞭農業生態區（AEz）模型和中國農業可持續發展決策支持係統（cHINAGR0），定量估計瞭區域生態係統服務功能變化及其承載能力和可持續發展能力，評價瞭青藏鐵路修建對高原區生態環境的影響。
　　本專著圍繞人類活動與生態係統變化研究的前沿科學問題，重點闡述瞭創新團隊成員在生態係統變化的多尺度‘綜閤觀測、模型模擬和分析、生態係統對人類活動和全球變化的響應和適應等方麵所取得的重要成果。緒論部分綜述瞭20世紀生態學的發展曆程、現代人類活動與生態係統關係的主要特徵、21世紀生態學研究的發展趨勢、熱點領域及其科學問題；第一篇（第1章至第5章）論述瞭生態係統物質通量觀測技術、同位素觀測技術和遙感技術在生態係統過程和格局研究中的應用；第二篇（第6至第10章）重點介紹瞭生態係統水、碳循環模擬的過程機理模型、遙感模型，以及模型數據融閤技術在碳循環研究中的應用；第三篇（第11章至第15章）闡述瞭生態係統的格局和水、碳、氮等過程對全球變化的響應和適應及其不確定性；第四篇（第16章至第2l章）著重論述瞭人類活動對生態係統的影響，氣候變化、陸地生態係統格局與人類活動相互作用關係，以及生態係統服務功能與人類活動承載能力的變化。
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