CH4和N2O等温室气体交换通量的长期观测；同时利用技术，初步量化典型生态系统的生物固氮量。
15
N同位素示踪
? 选择样带上具有代表性和具备条件的2个关键通量观测站点，在生态系统-大气界面，与涡度相关通量观测结合，利用13C、18O和D稳定性同位素原位连续观测技术，实现NEE组分(GEE和RE)和ET组分(E和T)的原位连续拆分，阐明碳水通量组分的季节和年际变异特征及其生态学和生物物理学控制机制及其相互平衡关系。
? 以中国陆地生态系统碳氮水通量综合观测研究平台获得的数据为基础，
揭示我国主要陆地生态系统碳、氮、水通量组分的计量平衡关系及其机制；阐明我国主要陆地生态系统碳、氮、水通量对温度、降水和氮沉降等环境变化和人类活动的响应（图4）。
2. 基于样带概念的陆地生态系统对气候变化适应性的多因子控制实验
基于中国东部南北样带(NSTEC)和中国草地样带(CGT)自然环境变化梯度，在NSTEC上选择寒温带针叶林(呼中)、温带针阔混交林(长白山)、中亚热带人工林(千烟洲)、南亚热带季风常绿林(鼎湖山)四个典型森林生态系统为研究对象，建立大气氮沉降、温度和降水变化野外模拟控制实验研究平台；在CGT上选择温带草甸草原(呼伦贝尔)、温带典型草原(锡林郭勒)、青藏高原高寒草甸(海北)、青藏高原高寒草甸草原(当雄)为研究对象，建立增温、施氮、降水和放牧多因子交互控制实验平台(图5)。利用人工施氮、穿透水转移、红外辐射增温、刈割等
温带森林内蒙古温带草原青藏高原高寒草原亚热带森林
图5. 多因子控制实验的重点区域
技术手段，结合植物生理生态学、土壤学、稳定性同位素生态学、生态化学计量学等学科的研究方法，研究生态系统碳氮水循环关键过程，分析其对增温、降水、氮沉降、放牧等变化的响应和反馈机制，阐明全球变化背景下碳氮水循环及其耦合关系(图6)。
中国东部南北样带寒温带针叶林，温带针阔混交林中亚热带针叶林，南亚热带常绿阔叶林中国草地样带温带草甸草原，温带典型草原高寒草甸草原，高寒草甸降水实验光合、呼吸、蒸腾等生理生态参数，生物量和叶面积指数等群落学参数典型生态系统碳、水关键耦合过程对气候变化和干扰的响应氮素实验增温实验放牧实验降水、氮沉降，水氮流失，植物蒸腾和N素利用效率，等参数典型生态系统氮、水关键耦合过程对气候变化和干扰的响应土壤碳氮转化和流失、温室气体排放、生物化学计量比，等参数典型生态系统碳、氮关键耦合过程对气候变化和干扰的响应中国典型森林和草地生态系统C、N 、水耦合对气候变化和人为干扰的响应机理图6. 多因子联网控制实验技术路线
? 在上述四种森林生态系统和四种草地生态系统布置增氮控制实验。重点
测定植物光合与呼吸速率、土壤碳氮转化和损失速率，植物、土壤微生物和土壤有机质的C/N和N/P比值，稳定性碳、氮同位素丰度、植物生物量和生物多样性等生理生态指标，模拟大气氮沉降增加情景下，生态系统碳、氮耦合循环关键过程对不同氮素输入水平的响应。
?
在上述温带针阔混交林(长白山)和南亚热带季风常绿林(鼎湖山)布置穿透雨转移实验，在温带草甸草原(呼伦贝尔)、温带典型草原(锡林郭勒)两种草地生态系统开展降水和放牧交互作用控制实验，重点测定植物光合、呼吸、蒸腾等生理参数，以及土壤水分、土壤碳周转、根系生物量等地下生态学指标，模拟研究降水量与降水频率变化对典型森林和放牧草地生态系统碳水循环关键过程的影响。
? 选择青藏高原海北高寒草甸和当雄高寒草甸草原生态系统，布置红外辐
射(或开顶箱)增温和放牧交互作用控制实验，重点测定光合、呼吸、土壤CO2、CH4和N2O等温室气体交换通量，以及生态系统NEE、土壤水分、土壤碳氮转化速率、物种组成和多样性等指标，模拟研究放牧干扰条件下未来气候变暖对青藏高原草地生态系统碳氮水循环关键过程的影响，对比研究白天和夜间不同增温幅度对生态系统碳氮水关键过程的影响差异与作用机理。
? 综合考虑生态系统类型和区域碳循环过程主要驱动因子，在NSTEC上选
择温带针阔混交林(长白山)和南亚热带季风常绿林(鼎湖山)，布置氮沉降和降水变化交互作用的控制实验，在CGT上选择温带典型草原(锡林郭勒)和高寒草甸(海北)生态系统，布置增温、降水、氮沉降和放牧等因素交互作用的控制实验，通过测定生态系统生理生态、土壤碳氮转化、生态计量化学等方面的指标，量化多个环境因子交互作用对生态系统碳氮水循环关键过程的影响，阐明生态系统碳、氮、水循环的关键耦合环节及其对环境变化和人为干扰的响应机理。
3. 多途径、多技术的生态系统碳循环模拟系统的构建
以现有的不同类型的陆地生态系统碳循环模型(AVIM2、CEVSA、InTEC、BEPS等)为基础，利用碳氮水通量联网观测和控制实验数据，改进生态系统水平的碳氮水循环关键耦合过程的模拟方法，验证碳氮水循环模型的参数，提高模型对气候变化和人为活动情景下碳氮水耦合过程预测的精度。在新的GOSAT卫星温室气体浓度反演数据和不同尺度碳通量观测数据基础上，利用数据模型融合方法优化模型参数，构建新一代中国陆地生态系统碳氮水耦合循环的过程机理模型与卫星遥感模型系统(图7)。利用新的模型开展多情景模拟分析，服务于中国和东亚区域陆地生态系统碳源/汇格局及其变率的评估与预测分析。
? 在联网观测和控制实验新的观测数据和对碳氮水耦合关系机理研究的基
础上，在自主开发的AVIM2和CEVSA模型中增加氮对光合作用、呼吸作用、同化物分配等影响的过程模拟，构建陆地生态系统碳-氮-水耦合过程机理模型，并利用碳氮水通量观测与控制实验数据，分析模拟结果对参数的敏感性。利用不同类型生态系统的观测资料，优化模型参数，提高模型模拟的精度。
? 基于GOSAT的卫星观测数据，构建反演大气成分参数(气溶胶、CO2)的
方法论体系，依据CO2气体吸收特定波长红外线的特点，利用传感器接收到的地表反射的红外线(1.6 μm和2.0 μm波段、5.5–14 μm波段)来推算
CO2气体的浓度，结合大气传输模型(Atmospheric transport model)，反演大气与生态系统之间的CO2交换量。 地面观测 实验资料 驱动卫星遥感数据 MODIS、GOSAT、SCIAMACHY验证 校正 改进 反演 大气成分参数 生态系统参数 验证 驱动校正 反演 碳通量 同化 AVIM2、CEVSA InTEC、BEPS 气候植被信息 碳氮水耦合关系及其对气候变化的适应性 正演 数据-模型融合系统 新一代生态系统过程模型 同化 正演 氮水通量 预测 陆地生态系统碳源/汇格局及其变率 图7. 生态系碳氮水耦合模型研究技术路线
? 以卡尔曼滤波(Kalman filter)和马尔可夫链-蒙特卡罗(Markov
Chain-Monte Carlo)方法为主，发展多尺度数据(碳氮水联网观测、控制实验、遥感反演的大气成分参数和碳通量等数据)与陆地生态系统模型的融合技术，在不同尺度上优化陆地生态系统碳氮水耦合模型的参数和变量，发展区域尺度的新一代陆地生态系统碳-氮-水耦合过程机理模型。 ? 利用全球、东亚区域通量观测网络的各种碳氮水通量、氮沉降和全球气
象观测资料，基于新模型模拟多种排放和气候变化情景下中国及东亚区域的碳源/汇格局，评价大气氮沉降对不同地区陆地生态系统碳循环的影响。同时，利用卫星资料获得的林火、温室气体排放等信息，探讨自然和人类干扰对中国及东亚区域的生态系统碳收支的影响。
4. 中国陆地生态系统碳氮水通量的时空格局及其区域响应研究
以ChinaFLUX-CN的长期联网观测数据为基础，系统整编基于样带的植被和土壤调查分析数据、典型生态系统碳氮水循环过程多因子控制实验数据、以及
区域遥感数据，同时收集东亚区域其他国家和地区的碳水通量观测数据及遥感数据，构建中国陆地生态系统碳氮水循环数据库。结合陆地生态系统碳-氮-水耦合过程机理模型模拟技术，以数据-模型融合为主要技术途径，构建我国陆地生态系统碳循环研究的数据-模型融合平台。以IPCC报告中未来多种气候变化和人类活动情景，以及我国陆地生态系统碳源/汇时空格局为基础，建立国家生态系统温室气体管理的决策分析系统，开展我国陆地生态系统温室气体管理的决策分析(图8)。
样带调查与资源清查数据 碳水通量长期连续联网观测数据 碳氮水循环多因子控制实验植被、土壤的区域遥感数据 中国陆地生态系统碳氮水耦合循环数据库系统 参数优化 模型检验 陆地生态系统碳－氮－水耦合过程机理模型 IPCC情景分析 数据-模型融合 我国生态系统碳源汇的空间分布格局 +我国生态系统类型的空间分布格局 中国陆地“碳汇功能区”的区划 图8. 生态系统碳氮水耦合循环区域集成研究技术路线
生 管 态 理 系 计 统 量 温 分 室 析 气 系 体 统 ? 多源观测和实验数据的系统集成：基于ChinaFLUX-CN的碳水通量的联网观测和控制实验数据，收集样带植被和土壤调查数据、区域遥感数据和模型模拟数据，整合多尺度、多技术和多方法的观测数据资源，构建中国陆地生态系统碳氮水循环的综合数据库。
? 碳收支的时空格局及碳汇功能区划：利用本项目建立的陆地生态系统碳氮水耦合循环数据-模型融合平台，评价我国陆地碳源/汇的时空格局；利用GIS和RS技术，编制中国1:100万的陆地生态系统碳收支的空间格局图，对中国陆地碳汇功能区进行区划。
? 中国陆地生态系统温室气体管理碳计量分析：以本项目建立的中国陆地
生态系统碳氮水耦合循环数据库、陆地生态系统碳-氮-水耦合过程机理模型为基础，构建服务于我国陆地碳循环研究的观测数据-过程模型-碳计量分析系统平台，为我国的温室气体管理和调控提供决策支持。