⽣态系统长期联⽹观测研究的必要性及国内外现状与存在1、⽣态系统长期联⽹观测研究的必要性及国内外现状与存在的问题？ （1）必要性：近⼏⼗年来，由于⼈⼝迅速增减、经济迅速发展，以及⼈类对⾃然资源的掠夺式经营，在全球范围内使得⽣态系统退化及⽣存环境的恶化，造成毁林、荒漠化、洪涝灾害、⽔体富营养化及其物种的消失，甚⾄绝灭等⼀系列⼗分严重的⽣态灾害，这已成为威胁⼈类⽣存及社会经济可持续发展的关键因⼦。⽬前要解决这些问题，必须通过多学科、多部门的和拳绣规模的长期合作才能完成。另外，由于⽣态系统的变化是多要素和多过程耦合的负载过程，紧紧依靠短期的试验和观测，许多现象往往难以发现，也难以判断⽣态系统的变化是短期波动还是长期趋势，需要建⽴长期的动态观测。为了对⽣态系统和环境的变化状况进⾏监测，进⽽寻求解决资源和环境问题的⽅法，⼀些国家、地区、国际组织或重要的国际合作项⽬，建⽴了以监测和解决资源和环境问题为⽬标的⽣态环境监测或研究⽹络，共同构成了国际长期⽣态研究⽹络。
（2）国际现状：国际上著名的⽣态系统观测观测研究⽹络包括：国际陆地⽣态系统监测⽹络（TEMS）、全球陆地⽓候观测系统（GTOS）、全球⽓候观测系统（GCOS）、全球海洋观测系统（GOOS）、地球观测系统（EOS）、全球通量观测⽹（FLUXNET）、国际稳定同位素观测⽹络（BASIN）等。建⽴长期⽣态系统研究⽹络的⽬的在于在不同空间尺度上理解⽣态系统的长期发展模式及其演变过程。具体包括:a：从⽣态学⾓度上，了解各类⽣态系统在不同尺度上的格局与过程。b：把⽹
络各个站的长期观测研究和理论发展信息进⾏整合集成，进⽽总结出朴实的⽣态学知识。C：创建详细全⾯的数据库可以向所有的科研团体开放。D：为后代留下⼀项长期全⾯观测和实验数据、极丰富的样品和物种标本遗产。
（3）国内现状：
经建成的⽣态系统⽹络有：中国⽣态系统研究⽹络（CERN）、中国陆地⽣态系统通量观测研究⽹络（ChinaFLUX）、中国森林⽣态系统研究⽹络(CFERN)、中国农业肥料实验研究⽹络、中国⽔⼟保持监测⽹络、中国荒漠化监测⽹络、中国农业环境监测⽹络、中国地⾯⽓象观测⽹络、中国海洋观测系统、中国七⼤⽔系的⽔⽂⽔质监测⽹、国家海洋污染监测⽹、中国酸⾬监测⽹和中国地下⽔质监测⽹。⽬前，CERN已拥有分布于全国各主要⽣态型区的36个⽣态站、5个学科分中⼼和1个综合中⼼，已成为我国重要的野外科学观测、试验研究平台，成为国际公认的三⼤国家级长期⽣态研究⽹络之⼀。
中国⽣态系统研究⽹络（CERN）是为了监测中国⽣态环境变化，综合研究中国资源和⽣态环境⽅⾯的重⼤问题，发展资源科学、环境科学和⽣态学，于1988年开始组建成⽴的。⽬前，该研究⽹络由13个农⽥⽣态系统试验站、9个森林⽣态系统试验站、2个草地⽣态系统试验站、6个沙漠⽣态系统试验站、1个沼泽⽣态系统试验站、2个湖泊⽣态系统试验站、3个海洋⽣态系统试验站，以及⽔分、⼟壤、⼤⽓、⽣物、⽔域⽣态系统5个学科分中⼼和1个综合研究中⼼所组成。
（4）存在问题：
世界范围内：已有的通量观测站与植被类型上分布不均匀，多数是关于森林⽣态系统的；地区上分不受国家经济⽔平的限制，观测站主要分布在积极发达的北美洲、欧洲。
中国：a：野外台站分属不同的主管部门，没有形成布局合理、规范统⼀、联合共享的⽹络体系。B：野外研
究站的数据共享机制不健全，长期观测和试验数据没有进⾏系统性的争辩、数据资源浪费严重。C：还没建⽴起国家层⾯的⽣态系统研究⽹络的信息管理与数据服务系统。D:⽣态系统观测研究⽹络的监测与研究技术队伍不稳定，野外研究站的经费投⼊不⾜，缺乏⾃我维持和发展机制。E；对于中国陆地⽣态系统对全球⽓候变化适应性的样带研究，控制实验和专项观测试验基础薄弱；对于⽣物多样性，CERN的⼤部分站没有⽣物多样性的观测能⼒。
2、光合作⽤时，C3植物与C4植物的稳定性碳同位素的分馏效应有何不同？p289
C3植物光合作⽤过程中各主要环节的碳同位素的分馏效应，CO2经过⽓孔的扩散和叶绿体内的同化过程，使△13C值从-8‰降到了-20‰～-35‰.通常情况下，C3植物的光合作⽤过程中的同位素效应可⽤下列即△13C=a(1-Ci/Ca)+b3(Ci/Ca)=a+(b3-a)( Ci/Ca)
式中：a为CO2的扩散过程中同位素分馏效应系数（约为4.4‰）；b3为Rubisco羧化反应的同位素分馏效应系数（约为30‰）；Ci/Ca为胞间CO2和空⽓中CO2浓度⽐值。C3植物体内的13C同位素含量，⼀般介于-20‰～-35‰之间。
C4植物因在叶⽚结构，光合酶系统等⽅⾯与C3植物有很⼤差异，所以在光合作⽤过程中的同位素分馏过程也与C3植物差别很⼤，⼀般⽤公式表⽰该过程的同位素分馏效应的⼤⼩即:
13C=a（1-Ci/Ca）+(b4+b3f)( Ci/Ca)=a+( b4+b3f-a) ( Ci/Ca)
b4表⽰PEP酶羧化反应过程的同位素分馏效应系数（约为-5.7‰），f表⽰CO2从维管束鞘细胞内泄漏的⽐率。通常在0.20～0.37之间，式中的其他参数与C3植物相同。
物理概念图因C4植物吸收的CO2效率很⾼，所以其体内的13C同位素含量更⾼⼀些，⼀般为-7‰～-15‰之间。上海中医药大学易班
由于C3与C4植物的观和途径的差异，其叶⽚的碳同位素⽐差异较⼤，C3植物碳同位素⽐为-20%。~-35%。，C4植物碳同位素⽐-7%。~-15%。。
简述⽤18O或D同位素技术研究植物⽔分利⽤效率来源的原理与⽅法？p294
（1）原理：对植物⽽⾔，氢氧元素以⽔的形式从根部进⼊植物体内，蒸发作⽤使⽔向叶⽚迁移，在
此过程中通常⽆同位素的分馏作⽤，因此，植物体内⽔分的氘和18O主要受吸收⽔的△D和△18O状况控制。植物蒸腾在达到同位素稳定平衡状态时，所释放⽔汽的同位素组成与⽊质部中的⽔分同位素特征密切相关。在植物光合作⽤过程中，植物从叶⽚⽔中摄取氢氧同位素并被转移到不同的化合物中，因此可以通过测定植物体内的氢氧同位素组成来研究植物在长期的⽣理代谢过程中的⽔分利⽤状况，从⽽可以间接研究植物周围环境的⽔份变化。
（2）⽅法：
⼟壤⽔分在蒸发过程中所释放的⽔汽同位素组成（D和18O）的变化与植物叶⽚的蒸腾作⽤的同位素分馏过程类似，可以⽤以下共识计算；
RV=(1/ak){RS/[(a*-Rah)(1-h)]}
H为空⽓湿度，RS为⼟壤政发部位⽔分的同位素⽐率，Ra 为空⽓中⽔汽的同位素⽐率，a*和 ak分别为
同位素平衡和动⼒学分馏系数。
4、波⽂⽐/能量平衡技术的优缺点？在今后的科研活动是否考虑应⽤此技术，如果应⽤在野外实践中应注意哪些问题？
中文科技期刊数据库优点：①BREB法对梯度的测量误差和假设湍流交换系数K=Kw的误差所导致的对LE的总误差，⽐空⽓动⼒学⽅法的误差⼩。
@ 在没有平流热输送的条件下，在BREB法中，净辐射和⼟壤热通量之和，对估算感热和潜热的
变化提供了⼀个合理的幅度。
⑤BREB法不需要测量风速廓线资料。
④BREB法对风浪区的要求不是很严格的。
不⾜：有时会出现计算结果与实际情况在数量级上相差很⼤
BREB法在实际应⽤中，还存在着更为严重的不⾜，⽤BREB法计算出n LE，可能与实际⽅向相反。
误差累积。
在⽇出、⽇落( Rn - G 接近于0) 或发⽣⽔平降⽔时(此时，温度梯度与⽔汽压梯度⽅向相反) ,β值接
近于- 1 ,BREB 法误差增⼤，甚⾄结果没有物理意义,
（1）优点：波⽂⽐/能量平衡技术（Bowen Ratio/Energy Balance Techniques, BREB）是基于能量平衡原理⽽发展起来的，该⽅法物理意义明确，计算简便，在计算精度要求不太⾼的通量观测中被⼴泛采⽤。
(2) 缺点：
⾸先，净辐射Rn和⼟壤热通量G的观测误差将造成计算结果的系统性偏差。
其次，波⽂⽐法也是假设近地⾯层热量和⽔汽的湍流交换系数相等，即Kh＝Kw，但这⼀假设仅在中性层结时才近似成⽴，⽽在⾮中性层结时并不成⽴，尤其是在稳定层结情况下，Kh/Kw>1，随着层结稳定度的增⼤，Kh≥Kw。此时若仍使⽤该假设条件，会造成波⽂⽐法计算的潜热通量值偏低。
最后，由有限差分形式取代偏微分形式引起的误差。波⽂⽐法采⽤有限差分形式计算不同⾼度上的温湿度差值显然没有梯度法中采⽤积分形式的计算结果精确。
(3) 注意的问题：a；采⽤同⼀仪器在不同⾼度进⾏切换就可以消除由于观测仪器引起的系统误差;b；为尽量减⼩误差，在⽤此法进⾏⾼⼤植被如森林的观测时，要求仪器设置的层数最好在两层以上。
5、⼟壤呼吸测定技术主要包括哪些？在今后的科研活动是否考虑进⾏⼟壤呼吸⽅⾯的研究，在⼟壤呼吸测定的野外实践中应注意哪些问题，如何获得⾼质量数据？
⼟壤呼吸测定技术从微观到宏观有：静（动）态箱-GC联⽤技术、梯度法、涡度相关技术、波⽂⽐技术。⼟壤呼吸量通常是直接测定从⼟壤表⾯释放的CO2浓度变化率(dCO2/dt)来确定的。理想情况下⼟壤呼吸测定应该不影响近地表层⼤⽓CO2扩散梯度，在这个前提下，⼟壤呼吸通量的量值可以通过观测dCO2/dt的初始斜率(⼟壤呼吸CO2扩散速率，?c/?t)计算得到。如何获得dCO2/dt的斜率是⼟壤呼吸观测技术的关键，因为这关系到观测结果的准确与否。
需要注意的问题太多，可分⽅法进⾏阐述，重点是静态箱法，涡度相关参照伏⽟玲。
6、涡度相关通量观测的基本原理是什么？野外观测时应注意哪些问题？
（1）涡度相关技术是通过测定和计算物理量（温度，CO2和H2O等）的脉动和垂直风速的协⽅差求算涡流输通量的⽅法，其在观测和求算通量的过程中⼏乎没有假设，具有坚实的理论基础，适⽤范围⼴。雷诺相关分解：任⼀时刻的变化量都可以分解为平均值与脉动的和。u=ū+ u’。
通量的定义：
涡度相关技术的理论基础为标量物质守恒⽅程：
（2）⾬雪及异常天⽓条件对观测仪器的⼲扰和破坏；观测塔对局地环流的影响及对信号的影响；仪器本⾝存在的误差问题；仪器的校准问题；实时数据的处理和质量控制问题；缺失数据集的插补策略和夜间观测存在的问题及夜间通量数据的订正策略问题。涡度相关技术要求仪器安装在 CO2通量不随⾼度发⽣变化的边界层。
野外测定注意事项：观测场地选择：下垫⾯平坦均质、⾜够长的风浪区、植被/⽣态系统类型典型、⼈为⼲扰⼩
仪器设置：涡度相关传感器朝向、分离距离、观测⾼度
仪器的常规校正/标定：系统漂移
定期维护与检修：线路/管路⽼化、传感器探头⽼化、清洁探头浮尘/霜露污染、⾍鸟⼲扰、雷击、断电等。
7、⽣态系统碳⽔循环遥感反演的意义及存在哪些不确定性？
（1）意义：⼤区域，快速。⽤以模型参数提取和模型验证。全球变化的研究是以地球系统科学为指南的。遥感作为获取地球表⾯时空多变要素信息的先进⽅法，是地球系统科学研究的重要组成部分，是对全球变化进⾏动态监测的不可替代的⼿段。陈述彭先⽣指出，没有遥感，就提不出全球变化这样
的科学问题。所以遥感对地学本⾝有巨⼤的推动作⽤。
（2）不确定性：
变量较多时，点⾯扩展时的，区域估算的不确定性较⼤；参数模型及其模型中所涉及因素的不确定性；尺度范围以及研究对象的不确定性；观测值由于受到环境因素影响的不确定性；理论⽅法的不确定性；
对NPP反演：1。空间尺度转换；2。对光和利⽤率反演不确定，混合相元问题；3。FPAR。
对蒸散反演来讲：1。即时尺度向⽇尺度和季节尺度转换；2。空间异质性，造成的亚分辨率尺度问题；3。地表反照率的反演，模型建⽴中使⽤朗伯体来反演参数，实际并⾮如此，可以使⽤多⾓度遥感来改进；4。地表温度反演，温度是碳⽔循环中的驱动因素，对整个模型的运⾏影响极⼤，可以使⽤红外遥感来进⾏反演改进；
8、⼟壤呼吸由哪⼏部分组成？环境变化（温度升⾼、降⽔增加/减少、CO2浓度升⾼、氮沉降增加）可能会对⼟壤呼吸产⽣什么样的影响？并简要叙述⼀下影响的内在机理。
（1）⼟壤呼吸包括：⼟壤微⽣物呼吸；⼟壤动物呼吸；根呼吸三个⽣物学过程和⼀个化学氧化过程。
（2）温度升⾼，很多模型都预测这种变化的结果可能会导致⼟壤呼吸的增强，促进⼟壤碳的排放。全球⽓候变化模型也会预⽰全球变暖将会导致⼟壤含碳量的下降。⼀般来讲，在⽔分等不构成限制因素的条件下，温度升⾼将会极⼤的促进⼟壤呼吸。全球温度升⾼会使分解作⽤受低温限制的地区减少，加快CO2从⼟壤的释放。
Harvard森林近10年的⼟壤呼吸对温度响应的野外控制试验结果表明，温度升⾼并不能长久地增加⼟壤呼吸，他们将之归因于⼟壤有限的活性碳库，当这部分碳释放进⼊⼤⽓以后，增温就不能再刺激⼟壤呼吸作⽤了。
⼟壤呼吸对⽓温升⾼产⽣适应的可能原因
财政政策与货币政策
（1）反应底物不⾜。当⼟壤异养微⽣物处于底物供应不⾜的环境中时，⼟壤呼吸对温度升⾼不敏感，潜在地产⽣了适应。影响底物有效性的因⼦包括⼟壤粘粒含量、有效⽔分以及矿质⼟壤的质量。如果适应是由有限基质供应造成的，则⼟壤碳含量低的⽣态系统可能⽐碳含量⾼的⽣态系统更能适应⽓候变暖。
（2）⼟壤有效⽔分的限制。⼀般来说，过⼲和过湿的环境都不适于⼟壤呼吸的进⾏。⽓候变暖通常伴随着降⽔的分布格局和强度的变化，在⼀些地区降⽔过多，⽽另⼀些地区降⽔过少，形成了⼀些过⼲或过湿的地区，从⽽降低⼟壤呼吸的强度；
（3）氮素过量。⽓温的升⾼势必导致⼟壤氮素矿化速率的增加和⼟壤可利⽤氮素的增加，从⽽导致植物C/N降低，植物体向⼟壤中分泌的有机物减少，进⽽限制了⼟壤呼吸的进⾏。
（4）⽣物适应性。通过改变⼟壤微⽣物落组成和调节微⽣物的⽣理过程来对温度升⾼产⽣适应。在⾼温的条件下，前期微
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⽣物可以加快代谢，随时间的延长，微⽣物逐渐适应了⾼温的环境，⾃⾝代谢随之趋于稳定。在不考虑微⽣物种变化的情况下，⼟壤呼吸的温度敏感性降低可能是由⽣理变化引起的。如真菌可以改变它的呼吸作⽤以适应温度的改变。
（3）CO2浓度的升⾼必然对⼟壤呼吸产⽣显著的影响。在其他因⼦不变的条件下，⼀定程度的⼤⽓CO2浓度上升引起的施肥效应和抗蒸腾效应将有利于植物的⽣长，从⽽增加植物的⽣物量；这必将引起植物凋落物向⼟壤的传输量的增⼤，从⽽提⾼⼟壤的有机质的输⼊量，其中⼀⼩部分保持未分解状态，导致⽣态系统中根密度增⼤、地下碳的分配量和储存量增加。有利于微⽣物分解有机碳，增加⼟壤微⽣物释放的CO2量。因此CO2的浓度升⾼可以增⼤有机质对⼟壤碳库的输⼊，但同时也可能通过促进⼟壤呼吸⽽促进CO2的排放，加速地下碳的损失。
朱生豪（4）在湿润的⽣态系统，或有⼲湿交替季节变化的⽐较湿润的季节中，降⽔事件对⼟壤呼吸可能产⽣明
