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绪论 21世纪生态学面临的挑战及其使命1

摘要1

Abstract2

0.1 引言3

0.2 20世纪生态学的发展历程3

0.3 现代人类活动与生态系统关系的主要特征9

0.4 21世纪生态学研究的发展趋势12

0.5 现代生态学研究的热点领域及其科学问题20

0.6 我国生态系统研究的主要科技任务23

0.7 结论与展望25

参考文献26

第一篇 生态系统变化的多尺度观测与分析第1章 陆地生态系统水、碳、氮通量及其循环过程的综合观测31

摘要31

Abstract32

1.1 引言33

1.2 生态系统水、碳、氮的耦合循环及其通量33

1.3 生态系统水、碳通量观测的技术沿革35

1.4 生态系统氮通量观测的技术进步37

1.5 生态系统通量观测与模型模拟的结合41

1.6 生态系统通量观测与遥感反演的结合44

1.7 结论与展望46

参考文献46

第2章 生态系统稳定同位素平衡原理及其在生物地球化学循环研究中的应用55

摘要55

Abstract56

2.1 引言57

2.2 生态系统的稳定同位素分馏原理57

2.3 生态系统中碳的同位素效应59

2.4 生态系统中水的同位素效应68

2.5 生态系统中氮的同位素效应74

2.6 结论与展望78

参考文献79

第3章 大气水汽的稳定同位素平衡及其在生态系统水循环研究中的应用105

摘要105

Abstract106

3.1 引言107

3.2 水汽同位素在生态学和水文学研究中的应用107

3.3 大气水汽理想化系统理论108

3.4 蒸发和蒸腾水的同位素理论109

3.5 空气水汽同位素含量的时间和空间分布111

3.6 测量技术115

3.7 结论与展望118

参考文献118

第4章 支持生态模型模拟的地面要素遥感观测与反演121

摘要121

Abstract122

4.1 引言123

4.2 用于生态系统变化监测的传感器及卫星发展计划123

4.3 陆地表层遥感参数反演的主要方法129

4.4 陆地表层遥感参数反演的主要产品133

4.5 遥感产品与生态模拟144

4.6 结论146

参考文献146

第5章 GIS支持下高分辨率空间数据在流域生态模拟应用中的尺度问题157

摘要157

Abstract158

5.1 引言159

5.2 基本概念159

5.3 GIS的计算邻域与生态要素空间作用范围：计算邻域问题161

5.4 高空间分辨率数据下生态要素在空间上的协同变化：空间尺度不兼容问题167

5.5 实例分析169

5.6 本章小结173

参考文献173

第二篇 生态系统变化过程的模型模拟与信息融合第6章 生态系统水循环过程的动态模拟与流域水资源管理179

摘要179

Abstract180

6.1 生态模型概论181

6.2 土壤-植物-大气系统水分过程的模拟184

6.3 农田生态系统作物生长与水、热、CO2传输综合模型189

6.4 流域水循环模型及其与生态模型的耦合202

参考文献213

第7章 生态系统碳循环的时空动态模拟及计量方法223

摘要223

Abstract224

7.1 前言225

7.2 生态系统碳循环分量225

7.3 光合作用模拟方法226

7.4 呼吸作用模拟方法233

7.5 林分年龄是森林碳循环中的重要驱动因子234

7.6 干扰对碳循环的影响235

7.7 碳循环的时间尺度及其在碳模拟中的应用236

7.8 减少碳收支计量不确定性的几个策略236

7.9 中国和加拿大个例分析237

参考文献241

第8章 森林生长和碳动态变化的混合模拟方法247

摘要247

Abstract248

8.1 前言249

8.2 模型结构249

8.3 子模型描述250

8.4 一个面向对象（object-oriented）模型的建立策略254

8.5 模型检验和应用254

8.6 讨论261

参考文献262

第9章 陆地生态系统初级生产力遥感模型估算267

摘要267

Abstract268

9.1 前言269

9.2 主要GPP遥感估计模型回顾271

9.3 VPM模型详细描述274

9.4 典型生态系统GPP遥感模型估算276

9.5 模型精度评价和不确定性分析279

9.6 小结280

参考文献280

第10章 多尺度、多源生态观测数据的同化技术及其在碳循环研究中的应用285

摘要285

Abstract286

10.1 引言287

10.2 陆地生态系统碳循环模拟模型287

10.3 数据同化技术289

10.4 基于通量网的应用291

10.5 基于控制试验的应用293

10.6 小结295

参考文献296

第三篇 全球变化驱动下的生态系统变化过程及其适应性第11章 气候变化对陆地生态系统格局的影响301

摘要301

Abstract302

11.1 中国陆地生态系统空间格局303

11.2 中国陆地生态系统时空格局变化趋势306

11.3 气候变化对中国陆地生态系统格局的影响机制312

11.4 展望314

参考文献315

第12章 生态系统的生物种群和植被动态对全球气候变化的响应与适应317

摘要317

Abstract318

12.1 引言319

12.2 全球气候变化对植物的影响319

12.3 植物种群结构与动态对全球变化的响应321

12.4 当前及未来气候情景下的植被动态323

12.5 展望325

参考文献326

第13章 生态系统的碳、氮、水过程对全球变化的响应与适应331

摘要331

Abstract332

13.1 生态系统碳、氮、水过程对温度升高的响应与适应333

13.2 生态系统碳、水过程对降水格局变化的响应与适应338

13.3 生态系统碳、氮、水过程对大气CO2浓度升高的响应与适应342

13.4 生态系统碳、氮、水过程对大气氮沉降增加的响应与适应348

13.5 小结和展望354

参考文献354

第14章 陆地生态系统碳、氮、水过程间耦合关系及其对全球变化的响应与适应367

摘要367

Abstract368

14.1 陆地生态系统的水、碳耦合循环369

14.2 陆地生态系统的碳、氮耦合循环379

14.3 结论与展望383

参考文献384

第15章 生态系统结构与功能的复杂性及其环境响应的不确定性395

摘要395

Abstract396

15.1 生态系统复杂性理论概述397

15.2 生态系统结构与功能的复杂性399

15.3 生态系统环境响应的不确定性400

15.4 生态系统复杂性研究方法概述403

参考文献405

第四篇 人类活动对生态系统的影响及其评价和调控第16章 中国建设用地扩张的区域差异及其影响因素409

摘要409

Abstract410

16.1 引言411

16.2 数据与样本411

16.3 建设用地扩张412

16.4 人均建设用地区域差异412

16.5 建设用地变化分析计量经济模型414

16.6 计量经济模型估计结果与分析415

16.7 结论与展望416

参考文献416

第17章 耕地用途转移对我国耕地生产潜力的影响419

摘要419

Abstract420

17.1 引言421

17.2 土地利用数据421

17.3 耕地生产潜力估算模型422

17.4 耕地用途转移特征422

17.5 耕地生产潜力变化424

17.6 2000—2003年耕地变化425

17.7 政策建议426

参考文献427

第18章 农业生态区（AEZ）模型方法与农业生产潜力评估429

摘要429

Abstract430

18.1 引言431

18.2 AEZ模型框架432

18.3 土地资源的构成435

18.4 土地利用类型与作物复种轮种区划439

18.5 中国农业生产潜力评估445

18.6 结论与展望449

参考文献449

第19章 气候变化、陆地生态系统格局与人类活动相互作用机制453

摘要453

Abstract454

19.1 引言455

19.2 全球气候变化与国际因素455

19.3 陆地生态系统及其对全球气候变化的响应463

19.4 气候、陆地生态系统和人类之间的相互作用机制468

19.5 中国区域气候变化、土地利用与生态功能案例研究473

19.6 结论与展望488

参考文献489

第20章 生态系统服务功能变化与人类活动承载能力491

摘要491

Abstract492

20.1 重要生态服务的总体变化趋势493

20.2 用生态足迹度量生态服务消费510

20.3 中国生态服务的人口承载能力520

参考文献523

第21章 生态系统服务的供给、贸易与市场机制525

摘要525

Abstract526

21.1 引言527

21.2 生态系统服务的供给与消费527

21.3 生态系统服务的价值化537

21.4 生态系统服务贸易与市场机制539

21.5 结论与展望542

参考文献542