项目名称：典型流域陆地生态系统-大气碳氮气体交换关键过程、规律与调控原理首席科学家：郑循华中国科学院大气物理研究所起止年限：2012.1-2016.8依托部门：中国科学院一、关键科学问题及研究内容(一)关键科学问题本项目拟选择代表长江流域五个不同区域特点的典型小流域为对象，通过开展联网观测、野外因子控制试验、过程机理模拟试验、模型构建与流域尺度模拟紧密结合的研究，拟解决如下关键科学问题：1、五种气体（CO2、CH4、N2O、NH3、NO）排放和氮流失的相互关系与机制？五种碳氮气体地气交换与氮流失的相互关系总体上分为三类：协同关系，包括线性和非线性协同关系；消长关系，包括线性和非线性消长关系；随机关系（图4）。对这些相互关系的表现形式、形成条件与发生机制的深刻认识，是因地制宜地制定流域碳氮综合调控对策的理论基础。然而，目前对这些问题的认识还比较粗浅，远不能满足制定流域碳氮多目标综合调控对策的需要。为此，本项目拟面向长江流域，以五个典型小流域的不同生态系统类型系列为对象，通过多种碳氮气体地气交换和氮流失的联网观测、原位联网控制试验和过程机理模拟试验，重点研究以下三个子问题：多种气体地气交换之间及其与氮流失之间相互关系的表现形式；形成三类相互关系的自然和人为管理条件；在不同条件下发生各类相互关系的物理、化学、生物学机制。图4陆地生态系统碳氮气体净排放与氮流失间的三类关系示意图2、如何实现对流域碳氮循环耦合过程的系统完整定量刻画？由有机质矿化分解、发酵、硝化、反硝化、铵态氮和硝态氮的微生物固定、生物固氮、大气氮沉降、植物对铵态氮和硝态氮的吸收、植物光合与呼吸、农林牧副渔产品输出、人为管理影响等过程通过特定秩序的相互作用交织在一起，就构成了复杂的陆地碳氮循环耦合系统（图5）。各种碳氮气体（CO2、CH4、N2O、NO、NH3等）的排放和氮随水流失都是发生在这个系统中有机质矿化-硝化-反硝化反应链上的关键过程。此外，这个系统中的植物光合和呼吸还是陆-气CO2交换的关键过程如何在不同时间尺度（日、周、月、季、周年、年代）和空间尺度（地块、生态系统、流域）上系统定量刻画上述过程，正是当前碳氮循环研究领域亟待解决的前沿关键科学问题。本项目将以代表长江流域上中下游不同区域特点的五个典型小流域为例，研究如何对不同时空尺度的流域碳氮循环耦合过程进行系统完整定量刻画重点解决以下三个子问题：复杂碳氮循环系统中各关键碳氮耦合过程的合理定量...
