2011高级森林生态学结业试题

《高级森林生态学》结业试题

一、 请简要回答下列问题（总分100分）

1. 简述全球变化的成因及其对陆地生态系统的影响，以及我们应采取的有效应对策略。（20分）

答：1.1全球变化的成因 气候系统的构成及其对气候变化的作用：

全球气候系统指的是一个由大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈（陆面）和生物圈组成的高度复 杂的系统，这些部分之间发生着明显的相互作用。在这个系统自身动力学和外部强迫作用下（如火山爆发、太阳变化、人类活动引起的大气成分的变化和土地利用的变化），气候系统不断地随时间演变（渐变与突变），而且具有不同时空尺度的气候变化与变率（月、季节、年际、年代际、百年尺度等气候变率与振荡）。 气候系统是地球系统的主要部分之一。地球系统还包括人类与生命系统，社会—经济方面等。它是一个完整的、相互关联的具有复杂的代谢和自身调节机制的系统。它的生物过程与物理和化学过程强烈的相互作用，以此构成复杂的地球生命支持系统。

引起气候系统变化的原因有多种，概括起来可分成自然的气候波动与人类活动的影响两大类。前者包括太阳辐射的变化，火山爆发等；后者包括人类燃烧化石燃料以及毁林引起的大气中温室气体浓度的增加，硫化物气溶胶浓度的变化，陆面覆盖和土地利用的变化等。自然因素与气候变率：气候系统所有的能量基本上来自太阳，所以太阳能量输出的变化被认为是导致气候变化的一种辐射强迫，也就是说太阳辐射的变化是引起气候系统变化的外因。引起太阳辐射变化的另一原因是地球轨道的变化。地球绕太阳轨道有三种规律性的变化，一是椭圆形地球轨道的偏心率（长轴与短轴之比）以10万年的周期变化；二是地球自转轴相对于地球轨道的倾角在 21.6°～24.5°间变化，其周期为41000年；三是地球最接近太阳的近日点时间的年变化，即近日点时间在一年的不同月份转变，其周期约为23000年。

另一个影响气候变化的自然因素是火山爆发。火山爆发之后，向高空喷放出大量硫化物气溶胶和尘埃，可以到达平流层高度。它们可以显著的反射太阳辐射，从而使其下层的大气冷却。人类活动加剧了气候系统变化的进程。 人类活动引起的全球气候变化，主要包括人类燃烧化石燃料，硫化物气溶胶浓度的变化，陆面覆盖和土地利用的变化（如毁林引起的大气中温室气体浓度的增加）等。 人类活动排放的温室气体主要有6种，即二氧化碳（CO2），甲烷（CH4），氧化亚氮（N2O），氢氟碳化物（HFCS），全氟化碳（PFCS）和六氟化硫（SF6）其中对气候变化影响最大的是二氧化碳。它产生的增温效应占所有温室气体总增温效应的63%。且在大气中的存留期很长，最长可达到200年，并充分混合，因而最受关注。 温室气体的增加主要是通过温室效应来影响全球气候或使气候变暖的。

地球表面的平均温度完全决定于辐射平衡，温室气体则可以吸收地表辐射的一部分热辐射，从而引起地球大气的增温，也就是说，这些温室气体的作用犹如覆盖在地表上的一层棉被，棉被的外表比里表要冷，使地表辐射不至于无阻挡地射向太空；从而使地表比没有这些温室气体时更为温暖。

1.2对陆地生态系统的影响

气候变化的影响是多尺度、全方位、多层次的，正面和负面影响并存，但它的负面影响更受关注。全球气候变暖对全球许多地区的自然生态系统已经产生了影响，如海平面升高、冰川退缩、湖泊水位下降、湖泊面积萎缩、冻土融化、河（湖）冰迟冻于早融、中高纬生长季节延长、动植物分布范围向极区和高海拔区延伸、某些动植物数量减少、一些植物开花期提前等等。自然生态系统由于适应能力有限，容易受到严重的、甚至不可恢复的破坏。正面临这种危险的系统包括：冰川、珊瑚礁岛、红树林、热带雨林、极地和高山生态系统、草原湿地、残余天然草地和海岸带生态系统等。随着气候变化频率和幅度的增加，遭受破坏的自然生态系统在数目上会有所增加，其地理范围也将增加。

1.3应采取的有效应对策略

措施一：构建一个有效的市场驱动型的体系来减少碳排放，对那些能够判定的碳排放大户征收碳排放税，并颁布排放许可； 措施二：监测温室气体排放的生产过程，确保各个国家真实有效地实施混合型碳排放许可制度和征税制度，必要时可借助卫星进行监测； 措施三：向热带地区的发展中国家提供保护热带雨林的利益驱动，因为这类生态区域的扩展有助于减少碳的排放； 措施四：积极推进生物燃料的理性发展，把它作为一种化石燃料的全球性替代品看待；

措施五：全力建设可再生能源型的发电厂，主要为太阳能、风能和生物燃料； 措施六：对新建的煤炭火力发电厂采取延期偿付措施，因为它们是导致全球气候变化的最大元凶之一；

措施七：在全球范围内向发展中国家提供利益驱动，比如巴西、印度和中国，促使他们采纳非化石燃料型的工业发展道路。

2. 森林生态系统碳循环的研究方法包括哪些？这些方法的优缺点体现在哪些方面？（20分） 答：2.1模型估测法

2.1.1经验模型

Miami 模型是最早用环境变量估算全球净初级生产力的数学模型。之前，有关区域性生产力的估算都是依据典型植被类型及代表样点的实测数据类推得到的。Miami 模型仅考虑了温度和降水量对植物产量的影响，实际上植被的净第一性生产力除受温度和降水量影响外 ,还要受其他气候因子的影响。

2.1.2半经验半机制模型

Chikugo 模型

日本学者 Uchijima et al根据净辐射干燥度计算植被 NPP的 Chikugo 模型。

综合自然植被净第一性生产力模型

2.1.3机制模型

如Biome-BGC是研究模拟陆地生态系统植被、土壤中的能量、 碳等的生物地球化学循环模型。它是由模拟森林立地碳水循环过程的模型 Forest -BGC演变而来的。以气候、 土壤和植被参数作为输入变量 ,所有的植被参数是通过常规生态生理方法测得， 在大量观测数据的基础上 ,模拟生态系统的光合、 呼吸作用 ,计算植物、 土壤、 大气之间碳的通量。

2.2样地清查法

2.2.1单位面积法和平均木法

单位面积法是在能代表林分整体生长状况的地段设置标准地,皆伐样地上所有乔木、 灌木、 草本层 ,通过一定的程序进行生物量测定 ,得到样地的生物量，从而得出所研究的林区的生物量，然后通过测定植被的碳密度 ,最终得到整个林区的森林植被的碳储量。

平均木法是在林分样地中选择标准木，实测标准木的树高、 胸径、 平均生

物量，从而推算出样地中的林分的生物量以便得到整个林分的生物量。在样地中通过测量胸径、 树高得到标准木 ,计算标准木的各组成成分的生物量(树干、 树枝、 树叶、 根)，然后再乘以植被的含碳率和样地中的植株数得到样地的碳储量。

2.2.2生物量转换因子连续法

在研究森林的生物量时可以用林木的蓄积量来推算,并估测了全球主要森林类型的地上生物量。但是 ,由于数据有限 ,等树种的样本数较少 ,会降低拟合的生物量与蓄积量模型的可信度。同时 ,一些研究者对该模型的简单线性关系是否能够正确地表达各树种的 B、 V 关系持怀疑态度。

3. 胡锦涛总书记在气候变化峰会上提出我国林业的“双增目标”，请简要论述“双增目标”的具体内容及林业在应对气候变化上的特殊作用。（20分） 答：“双增目标”的具体内容

胡锦涛总书记在联合国气候变化峰会上提出大力增加森林资源，增加森林碳汇，争取到2020年我国森林面积比2005年增加4000万公顷、森林蓄积量增加13亿立方米。通过实施天保一期工程，工程区森林面积和蓄积量分别占我国森林总面积和总蓄积量的40.73%和50.06%。天保二期工程还将分别增加森林面积和蓄积7800万亩、11亿立方米，有效地促进森林“双增”目标的实现。天保工程增加森林资源，提高森林碳汇能力。据初步测算，天保一期工程净增森林蓄积7.25亿立方米，共吸收二氧化碳13亿多吨，释放氧气11亿多吨。天保二期工程还将增加森林碳汇4.16亿吨。

林业在应对气候变化上的特殊作用

林业的特殊作用至少体现在3个方面：森林是陆地生态系统的主体，是难以估量的碳汇（二氧化碳吸收贮藏库）和碳源；与工业减排相比，林业应对气候变化成本低、潜力大、操作易、见效快；林业应对气候变化能同时产生生态、经济和社会三大效益。

森林生态系统的碳贮藏量巨大，森林生物量干重中含碳量为43%-58%，占地球全部生物量的60%以上，而且森林生态系统具有巨大的生态、经济和社会效益。联合国粮农组织（FAO）对全球森林资源的评估结果表明：2005年，全球森林面积为39.52亿公顷。全球森林生态系统中的碳储量为6380亿吨（638Gt），其中森林植被和枯立木的碳储量为3210亿吨（321Gt）。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的数据显示：全球陆地生态系统的碳贮量为24770亿吨，其中植被碳贮量约占20%，森林植被的碳贮量约占全球植被碳贮量的77%；单位面积森林生态系统的碳密度较农田高得多，是农田的1.9倍～5倍。

《气候变化框架公约》下的《京都议定书》明确指出，从目前到2030年甚至更长的时期，减少毁林、缓解森林退化、造林再造林、森林可持续管理、农林间