陆地生态系统碳循环和水循环是陆地表层系统物质和能量循环的核心，也是两个相互耦合的基本生态学过程，是当前生态系统生态学的核心研究领域。本书在概述生态系统碳水循环监测与模拟的理论基础上，基于气象、遥感、涡度相关、站点观测和模型模拟等系列技术，以宁夏盐池荒漠草原为案例，详细研究了气候变化和人类活动影响下的荒漠草原生态系统碳水循环的特征与规律。本书在荒漠草原生态系统碳水循环的过程与机理研究方面具有较高的理论价值，在荒漠草原区人工灌丛林碳水循环规律方面也具有一定认识，可为地方政府制定适宜的水资源供需调控和可持续经营策略提供科学依据。
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第1章 草原生态系统碳水循环研究进展 1
1.1 草原生态系统碳循环研究进展 1
1.1.1 净初级生产力研究进展 1
1.1.2 草地碳循环及模型模拟研究进展 8
1.1.3 草地碳通量观测研究进展 10
1.1.4 草地土壤呼吸研究进展 11
1.2 草原生态系统水循环研究进展 12
1.2.1 蒸散理论研究进展 12
1.2.2 蒸散监测方法研究进展 15
1.2.3 草原生态系统蒸散研究进展 17
第2章 生态系统碳循环监测方法与技术 20
2.1 生态系统碳储量及碳通量 20
2.1.1 陆地生态系统碳循环 20
2.1.2 总初级生产力 21
2.1.3 净初级生产力 21
2.1.4 生态系统净交换 22
2.2 生态系统碳循环模型模拟 23
2.2.1 基于CASA模型的净初级生产力模拟 23
2.2.2 基于BIOME-BGC模型的碳循环过程模拟 26
2.3 生态系统碳循环监测 27
2.3.1 生物量监测 27
2.3.2 基于涡度相关技术的碳通量监测 29
2.3.3 土壤呼吸监测 31
第3章 生态系统水循环监测方法与技术 34
3.1 陆地生态系统水循环 34
3.1.1 水的性质与形态 34
3.1.2土壤-植被-大气间的水循环 35
3.2 陆地与大气间的水汽交换 37
3.2.1 水汽交换的驱动能量 37
3.2.2 水汽交换的形式 37
3.2.3 生态系统蒸散 38
3.3 蒸散估算模型与方法 39
3.3.1 P-M公式及潜在蒸散 39
3.3.2 基于BIOME-BGC模型的蒸散模拟 41
3.3.3 基于BESS模型的蒸散模拟 42
3.3.4 基于SEBAL模型的蒸散模拟 48
3.4 生态系统水循环监测 49
3.4.1 基于遥感技术的区域蒸散及生态需水监测 49
3.4.2 基于涡度相关技术的水通量监测 50
3.4.3 土壤水分及储量监测 52
第4章 宁夏草地生产力时空特征 54
4.1 基于大尺度遥感产品的宁夏总初级生产力特征 54
4.1.1 MODIS大尺度植被生产力产品 54
4.1.2 近十几年宁夏总初级生产力时空特征 55
4.2基于 CASA模型的宁夏草地净初级生产力模拟及评价 57
4.2.1 驱动 CASA模型的气象要素插值方法 57
4.2.2 不同气象要素的插值结果 58
4.2.3 宁夏草地净初级生产力模拟结果验证 60
4.3 宁夏草地净初级生产力时空特征及其气候响应 66
4.3.1 净初级生产力的时空分析方法 66
4.3.2 宁夏草地净初级生产力时空变化特征 67
4.3.3 宁夏草地净初级生产力变化与气象因子的相关分析 72
第5章 盐池荒漠草原带的人工灌丛分布及其生物量 75
5.1 草地自然灌丛化及人工灌丛化现象 75
5.1.1 草地灌丛化的概念及全球概况 75
5.1.2 盐池荒漠草原人工灌丛化现象 76
5.1.3 灌丛化背景下盐池县植被叶面积指数变化 77
5.2 盐池荒漠草原人工柠条灌丛地理分布及景观特征 86
5.2.1 人工柠条灌丛提取及景观分析方法 86
5.2.2 盐池荒漠草原人工柠条灌丛的地理分布特征 87
5.2.3 盐池荒漠草原人工柠条灌丛景观特征 91
5.3 样地尺度人工柠条灌丛生物量实测与建模 93
5.3.1 人工柠条灌丛生物量实测 93
5.3.2 样地尺度生物量估算建模 95
5.3.3 样地尺度生物量估算结果 100
5.4 区域尺度人工柠条灌丛生物量遥感估算 102
5.4.1 遥感影像的获取与处理 102
5.4.2 生物量估算的遥感特征参数 104
5.4.3 区域尺度人工柠条灌丛生物量遥感模型 107
5.4.4 盐池荒漠草原人工柠条灌丛生物量估算结果 114
第6章 气候变化和人工灌丛化对盐池荒漠草原碳循环的影响 117
6.1 气候变化和人类活动对草地碳循环的影响 117
6.1.1 气候变化对草地碳循环的影响 117
6.1.2 人类活动对草地碳循环的影响 118
6.2 气候变化对盐池荒漠草原碳储量的影响 120
6.2.1 气候情景设计与重建 121
6.2.2 碳储量模拟结果验证 122
6.2.3 不同气候情景下的盐池荒漠草原平均碳储量差异 122
6.2.4 各气候情景下近60年盐池荒漠草原碳储量时间变化特征 124
6.2.5 气候变化对荒漠草原碳储量的影响 125
6.2.6 小结 128
6.3 人工灌丛化对盐池荒漠草原碳储量的影响 129
6.3.1 人工柠条灌丛生长过程模拟及灌木-草本比例确定 129
6.3.2 基于人工灌丛化过程的盐池荒漠草原碳储量模拟 131
6.3.3人工灌丛化对不同类型碳储量的影响 135
6.3.4 小结 142
6.4 人工灌丛化对荒漠草原地-气间碳通量的影响 142
6.4.1 人工灌丛化的荒漠草原生态系统碳通量特征 143
6.4.2 人工灌丛化对土壤呼吸的影响 147
6.4.3 小结 150
第7章 基于遥感蒸散产品的宁夏草地蒸散特征分析 153
7.1 两种遥感蒸散产品在宁夏的应用对比 153
7.1.1 MOD16与BESS蒸散产品 153
7.1.2 区域年平均蒸散对比 154
7.1.3 逐像元蒸散结果对比 155
7.1.4 不同植被类型地表的蒸散结果对比 157
7.1.5 两种遥感蒸散产品与气象因子的关系 157
7.2 基于MOD16的宁夏草地蒸散时空特征及演变规律 158
7.2.1 宁夏草地蒸散的时间变化特征 158
7.2.2 宁夏草地蒸散的空间变化特征 161
7.2.3 宁夏草地蒸散变化趋势分析 164
7.3小结 165
第8章 盐池荒漠草原蒸散观测模拟与特征分析 167
8.1 区域潜在蒸散能力及长期蒸散特征 167
8.1.1 盐池潜在蒸散长期演变特征 167
8.1.2 历史时期实际蒸散重建 173
8.2 基于 BESS模型模拟的盐池近十几年实际蒸散 176
8.2.1 模型结果验证与不确定性分析 176
8.2.2 多年实际蒸散时序特征 178
8.3 基于涡度相关的生长季实际蒸散特征 184
8.3.1 盐池荒漠草原能量通量特征 184
8.3.2 人工灌丛化荒漠草原蒸散特征 188
8.3.3 实际蒸散与环境因子的耦合关系 191
8.3.4 涡度观测存在的问题 196
8.4 盐池荒漠草原人工灌丛群落蒸散特征 197
8.4.1 茎流-蒸渗仪法测定蒸散试验与精度验证 197
8.4.2 灌木蒸腾和丛下蒸散特征 201
8.4.3 蒸散耗水规律及其影响分析 203
8.5 基于SEBAL模型的盐池区域蒸散反演及生态需水分析 207
8.5.1 盐池区域蒸散的年际变化 207
8.5.2 盐池区域蒸散的空间变化 208
8.5.3 不同土地覆盖类型的蒸散特征 209
8.5.4 盐池县生态需水量特征 210
8.5.5 遥感蒸散估算问题与讨论 211
第9章 人工灌丛化对盐池荒漠草原蒸散的影响 213
9.1 人工灌丛驱动下的生态水文格局研究前沿 213
9.1.1 荒漠草原人工灌丛驱动下的生态水文问题 213
9.1.2 干旱区植被重建的生态水文学挑战 214
9.1.3 人工灌丛化驱动下的区域生态水文学格局与过程 216
9.1.4 干旱区生态水文过程观测与模拟技术 217
9.2 盐池荒漠草原人工植被重建与区域蒸散的关系 218
9.2.1 盐池植被变化特征 218
9.2.2 盐池蒸散变化特征 220
9.2.3 人工植被重建对区域蒸散的影响 221
9.3 基于站点观测的草地与人工灌丛蒸散差异分析 224
9.3.1 观测方法与实验设计 224
9.3.2 草地与人工灌丛的蒸散对比 225
9.3.3 蒸散对环境因子的响应 228
9.4 人工灌丛化对盐池荒漠草原蒸散及组分的影响模拟 230
9.4.1 研究方法与模拟设计 230
9.4.2 蒸散模拟结果精度验证 233
9.4.3 人工灌丛化对盐池荒漠草原叶面积指数（LAI）的影响 .233
9.4.4 人工灌丛化对荒漠草原蒸散及其组分的影响 235
第10章 宁夏荒漠草原生态系统碳水耦合特征 239
10.1 生态系统碳水耦合的概念及进展 239
10.1.1 生态系统碳水耦合的概念 239
10.1.2 叶片和植株尺度的碳水耦合 241
10.1.3 冠层和生态系统尺度的碳水耦合 242
10.1.4 区域尺度的碳水耦合 243
10.2 生态系统碳水耦合的国际研究现状分析 243
10.2.1 分析方法及文献基础 243
10.2.2 文献产出时间、国家、机构与作者分析 244
10.2.3 研究领域、关键词及前沿趋势分析 247
10.2.4 碳水耦合研究展望 251
10.3 宁夏陆地生态系统碳水耦合特征——水分利用效率分析 252
10.3.1 不同生态系统的水分利用效率特征 252
10.3.2 水分利用效率的时空变化特征 254
10.3.3 水分利用效率的影响因子分析 256
10.4 盐池荒漠草原人工灌丛群落的碳水耦合分析 259
10.4.1 水分利用效率相关的环境因子的变化特征 259
10.4.2 水分利用效率的变化特征 261
10.4.3 水分利用效率变化的驱动机制 261
10.5 盐池县荒漠草原碳水耦合特征——水分利用效率分析 265
10.5.1 总初级生产力和蒸散的耦合特征 265
10.5.2 水分利用效率的时空变化特征 266
10.5.3 盐池县植被水分利用效率变化趋势 267
10.5.4 不同土地利用类型的水分利用效率变化特征 268
10.5.5 区域水分利用效率变化原因分析 269
参考文献 271
京公网安备 11010102004214号