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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