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其他工作报告 |
| 中国生态系统研究网络（CERN）的科学目标与近期方向（傅伯杰） |
一、学科发展趋势分析
生态与环境是人类社会可持续发展的基础。进入90年代以来，生态学研究愈来愈受到广泛重视，已成为自然科学和社会科学共同关注的重点领域。近年，国际生态学联合会和美国生态学会都提出了相应的生态学研究计划和优先领域，其中全球变化、生物多样性和生态系统的可持续性被列为生态学的研究前沿。
全球变化：包括气候、大气、土壤、水化学、土地利用和水资源利用等变化的生态学机制及效应。
生物多样性：包括自然和人为活动对遗传多样性、物种多样性和生境多样性格局的影响，稀有及濒危物种的保护、生物多样性与生态过程及生态系统功能、区域及全球变化对生物多样性的影响等。
生态系统的可持续性：包括对自然和人工生态系统的监测与评价、退化生态系统的恢复与重建、可持续生态系统的管理、自然生态过程与人类社会系统的相互作用等。
从学科前沿来看，生态学与生态系统网络研究呈现出以下发展趋势。
1、加强了对生态系统结构和功能的研究及其尺度扩展
在60年代末IBP（国际生物学计划）的基础上，结合目前的IGBP（国际地圈生物圈计划）和SBI（持续生物圈计划），加强了对生态系统结构、功能和管理的研究：(1) 在生态系统尺度上深入、全面地开展生态系统结构和功能的研究。即以生态系统定位研究站为基地，开展各种试验、观测和研究，深入而全面地阐明生态系统的基本特征和环境条件及与干扰之间的相互关系。(2) 以生态学研究和监测网络为基地，在区域及区域以上尺度开展对生态系统可持续性的网络式比较研究。即以生态系统研究和观测网络为依托，开展有多个野外试验站参与的网络式观测和试验，以求在较大地域尺度上解释生态过程的地理趋同和分异规律，探索维持并改善生态系统可持续性的途径和方法。 (3)高效、多功能和可持续的生态系统优化模式，以及退化生态系统恢复与重建机理与技术的研究。
2、更加重视长期生态学研究
许多自然和人为活动对生态系统和环境所造成的影响都是一个长期的过程，生态系统对人类干扰和环境变化的反应效应也是一个长期的过程。因此，只有通过长期的观测和研究，才能真正揭示这些变化过程和趋势，了解这些变化所造成的后果，从而为解决这些变化引起的各种问题提供有效的解决途径。为了研究一些自然或人为现象的地理分异规律，以及为大尺度研究的供可信的数据，开展多个台站参与的长期网络观测和研究，是生态学发展的又一趋势。
3、积极开展生态系统评价与管理研究
90年代以来，生态系统评价与管理成为生态学及其相关学科研究的热点之一。生态系统综合评价(Integrated Ecosystem Assessment, IEA)是系统分析生态系统的生产及服务能力，对生态系统进行健康诊断，做出综合的生态分析和经济分析，并要考虑到生态系统的当前状态及今后可能的发展趋势，为生态系统管理提供科学依据。通过生态系统评价，诊断存在问题，提出生态系统可持续管理的有效途径和方法。
4、注重监测与研究的方法更新和基础设施的建设
大量采用新技术和新方法是现代科学研究的一个主要特征。在生态环境监测和生态系统研究中，广泛应用遥感、地理信息系统、全球定位系统、数据智能化处理技术、现代数学方法、现代测试技术、数据管理方法及虚拟环境等新技术、新方法，已成为本世纪生态学发展新的强大动力。
二、国家需求分析
十几年来经济持续的高速增长，对生态环境造成了巨大的压力，致使我国的生态环境问题日趋严峻。大面积森林被砍伐，草地退化，生物多样性丧失，水土流失严重，荒漠化扩展。目前，全国水土流失面积达367万Km2，约占国土面积的38%，平均每年新增水土流失面积1万Km2。荒漠化面积已达262万Km2，并且每年还以2460 Km2的速度扩展。全国退化草地面积达1.35亿公顷，约占草地总面积的三分之一，并且每年还以200万公顷的速度增加。天然植被遭到破坏后，大大降低防风固沙、蓄水保土、涵养水源、净化空气、保护生物多样性的生态功能，加重了自然灾害。环境污染和生态破坏已成为危害人民健康、制约经济和社会发展的重要因素。
从国家社会经济可持续发展的角度，急需解决的、与生态系统网络有关的科技问题有：
●生态系统结构、功能与可持续利用；
●大面积水土流失和沙漠化的防治；
●西部地区的生态环境建设；
●极端环境条件下退化生态系统的恢复与重建；
●生物多样性保护；
●流域性和区域性生态环境变化与调控；
●C、N、S、P环境生物地球化学循环与全球变化。
三、CERN发展战略与目标
1、战略定位
CERN是我院知识创新工程的重要组成部分，是我院生态环境监测与研究的重要野外基地和网络系统。它面向我国主要生态类型区，针对生态系统研究的国际科学前沿和国家经济建设和生态环境保护的重大需求，联网开展生态环境监测和有关生态系统与区域可持续发展的战略性、前瞻性、基础性、综合性研究及试验示范，是我国未来生态系统监测和全球变化联网研究的基石。
2、发展目标
瞄准21世纪国家发展的战略目标和学科发展的国际前沿，针对国家经济社会发展所面临的重大生态环境问题和生态学的前沿问题，开展生态系统的定位监测和长期生态学的基础研究、生态环境变化的前瞻性研究及生态环境建设和农业开发的技术研究与示范，为区域生态工程建设、农牧业发展和资源持续利用提供科学依据和关键技术。
将CERN建设成为世界生态环境监测和生态系统研究网络的重要组成部分，使之成为具有国际先进水平的生态学及相关学科的监测与研究基地；
将CERN建成生态环境建设和生态农业新技术研发基地，中国生态学研究成果的展示基地，先进科学技术成果的试验示范基地；
将CERN建成培养造就生态学领域高级科技人才的中心。优秀监测与研究人才的培养基地；
将CERN建成高度开放的国内、国际合作研究基地、学术交流基地、国家科普教育基地。
四、研究方向与科学目标
1、研究方向
根据中国科学院知识创新工程的总体规划，结合国际科学前沿、国家需求和自身优势，突出网络化的特色，准确把握国际科学发展的综合化、系统化和交叉渗透融合的大趋势，确定CERN的研究方向：
●我国主要类型生态系统长期监测和演变规律；
●我国主要类型生态系统的结构功能及其对全球变化的响应；
●典型退化生态系统恢复与重建机理；
●生态系统的质量评价和健康诊断；
●区域资源合理利用与区域可持续发展；
●生态系统生产力形成机制和有效调控；
●生态环境综合整治与农业高效开发试验示范。
2、科学目标
对我国主要类型生态系统进行长期监测，揭示其不同时期生态系统及环境要素的变化规律及其动因。
建立我国主要类型生态系统质量评价和健康诊断指标体系，完成生态系统质量评价，揭示各区域生态系统的服务功能及其价值。
阐明我国主要类型生态系统功能特征和C、N、P、H2O生物地球化学循环规律，
阐明全球变化对我国主要类型生态系统的影响，揭示我国不同区域生态系统对全球变化的作用及响应。
阐明我国主要类型生态系统退化的动因、受损过程和关键机理，揭示退化生态系统恢复重建的生物学原理、技术途径，建立一批退化生态系统综合治理试验示范区。
五、5-10年的预期目标和研究重点
1、10年预期目标
通过CERN野外试验站的站点试验观测研究及其采用统一方法的联网研究，提出我国典型生态系统类型的水、碳、氮、磷循环规律及其数学模型；揭示我国典型退化生态系统退化和恢复规律和关键机理，提出优化生态系统的健康指标和重建理论、方法及其生态学效应；初步摸清全球气候变化与典型生态系统演变的相互作用及其温室气体的源―汇关系。
2、5年预期目标
通过联网试验研究，在站点研究水平上提出我国典型生态系统类型的水、碳、氮、磷循环规律和通量计算方法，初步揭示代表类型区碳、氮循环过程，建立数学模型；揭示我国典型生态系统退化和恢复的动力学过程；提出典型生态类型的健康指标体系和优化管理技术，建立退化生态系统恢复重建技术体系。
3、近期研究重点
（1）我国主要类型生态系统碳循环过程及对全球变化的响应
采取模拟和实测手段，研究主要生态系统中碳的生物地球化学循环过程；碳元素的时、空变化与水分能量平衡的相互关系；计算出不同时间尺度上（5年、10年、20年）主要生态系统CO2排放（吸收）的季节、年间的数量变化规律，估算中国生态系统碳的源―汇关系。
（2）农田生态系统水、氮、磷的耦合机制与优化管理
水、氮、磷在土壤-作物-大气-水体中的循环过程、吸收、富积和耦合机制。降雨-入渗平衡和氮、磷进入径流的机理及污染负荷，农田生态系统的优化管理模式。
（3）典型退化生态系统的恢复机理及重建技术研究
基于对我国主要类型生态系统演变规律的认识，研究农田、草地、森林等生态系统退化的驱动力和水土流失、沙漠化的过程；通过野外实验，研究退化植被恢复重建的生物学和生态学基础；提出重点地区退化生态系统恢复与重建的途径。从机理上摸清生态系统退化的过程，恢复重建的可能性和可行性，为生态系统恢复与重建提供科学依据。
（4）主要典型生态系统动态变化的驱动机制与环境效应
基于长期定位观测和控制因子试验，运用对比研究和综合分析等手段，从不同时间和空间（个体、群落、生态系统、景观、区域）尺度，选择典型区域，研究我国主要类型生态系统的演变规律及环境效应，建立自然环境胁迫因子和人类活动对生态系统影响的关联机理和尺度转换模型。
（5）我国主要类型生态系统的健康评价与优化管理
重点研究农、林、草、水典型生态系统的健康指标，对我国主要类型生态系统进行健康评价，提出生态系统可持续性的调控机制和优化管理技术，建立生态系统管理的理论体系。
（6）生态网络数据库建设与数据管理
研究并制定我国主要生态系统的重要生态过程动态监测规范；研究数据质量评估和控制的理论和方法；探讨属性数据和空间数据的复合技术；研究数据管理与共享的政策和技术方法，建立规范的生态系统研究网络数据库。
六．发展规划
1．2001-2005年
将CERN纳入中科院知识创新工程,利用知识创新经费进一步完善各台站的基础设施、实验观测场和仪器设备，对原有的自动气象站和微气象观测仪器进行更新改造，并使网络运行费基本得到保证。
进一步完善生态环境监测指标，定期进行监测仪器标定，严格监测程序和操作规程，及时进行数据质量检验，保证十五期间观测数据可靠性达到80%以上。
适当增加有关类型生态系统台站和空白区域的台站建设，特别是西部地区的台站建设,引入 竞争机制，加强考核和评估。
组织力量，集中经费，力争在全球变化、退化生态系统恢复重建、生态系统演变、水分平衡与养分循环等方面的研究有较大进展。
2．2006-2010年
将CERN纳入国家生态监测网络，并与国际上长期生态监测和研究网络合作，使之成为未来全球生态环境长期监测网络的一部分。
网络开始进入长期正常运行，各项监测、研究、管理规范化，数据可靠性达到95%以上。
在网络内部数据在线传输，全面实施数据共享，并有计划的对社会开放网络数据，实施部分数据社会共享。
CERN领导小组办公室
二○○一年二月
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