作为第一主持单位获国家环保部的环境保护科学技术一等奖1项（2008年），作为第二承担单位获国家自然科学二等奖1项（2004年，个人排名第二）。

2004-2008年期间，实验室科研人员在生态信息学、网络观测、生态系统模拟、数据融合与集成、气候变化与生态过程的相互作用以及生态系统管理和服务于生产实践等研究领域取得了重大进展。主要进展如下：

在挂靠在本实验室的CERN科学委员会秘书处的组织下，全面修订了生态系统研究网络的长期监测指标，制定了水分、土壤、大气和生物要素变化、以及水体生态系统动态监测各项技术规范，出版了5部科学专著，进一步提高了CERN动态监测的规范化水平，也为国家生态系统观测网络的规范化运行奠定了基础。

实验室依托CERN在国内率先设计和建立了中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)，创建了中国陆地生态系统通量观测研究网络平台，首次在中国10个典型陆地生态系统进行了CO2和水热通量的长期连续观测研究。建立了中国陆地生态系统通量观测理论和技术的方法论体系。以ChinaFLUX的通量观测数据为核心，建立了ChinaFLUX碳通量观测研究数据管理和分析的信息服务系统（ChinaFLUX-DIS），并制定了ChinaFLUX元数据规范。ChinaFLUX的建立和发展，填补了国际通量观测网络（FLUXNET）在中国区域的空白，引领了中国区域通量观测事业的发展。

在我国生态系统研究领域率先引进了目前国际上领先的TDLAS稳定同位素观测技术 (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)，在国内外首次实现了生态系统大气水汽18O/16O和D/H同位素比值和通量的原位连续观测，与美国耶鲁大学合作开发的大气水汽18O/16O和D/H在线标定系统，为构建大气水汽18O/16O和D/H同位素比值和通量的原位连续观测系统起到了至关重要的作用，突破了稳定同位素技术与涡度相关技术有机结合的瓶颈，克服了传统常规方法在样品处理过程中经常发生污染和制备失败的问题，有效地降低了大气水汽18O/16O和D/H测定结果的不确定性。

研发了空气动力学阻抗和地物比辐射率测定等发明专利，实现了地表过程重要参数的器测技术和方法，不仅改变了模型模拟过程中相关的参数全部依靠文献或经验选取的方法，更重要的是可以对模型模拟的地表参数进行验证。

实验室在生态学信息集成分析与数据资源管理技术研究方面，攻克了生态信息采集和传输、集成分析和栅格化、数据共享等方面的技术难题。在国内率先把传感器无线网络技术应用到生态网络观测中，实现了网络观测的实时可视化监控；引进WEBSERVICE技术，在我国首次开发研制了“台站-分中心-综合中心”分布式信息系统，实现了生态网络多层次数据的一体化管理。

引进了国际著名的CEVSA、BEPS、InTEC、GLO-PEM、CBM-CFS、CASA等生态系统模型，在应用这些模型的基础上，利用CERN、ChinaFLUX网络观测数据，考虑中国生态系统的区域特征，结合本实验室对生态过程机理的新认识，开发了具有自主知识产权的大气-植被相互作用模型(AVIM2)、作物-土壤系统模型（CropS）、植被界面过程模型（VIP）、分布式生态水文模型（dehydros）等模型，构建了多尺度陆地生态系统关键过程综合模拟平台。基于上述模拟平台：

1）模拟了我国陆地生态系统的碳循环，初步揭示了我国陆地生态系统的碳源－汇时空特征及其对未来气候变化的响应，为国家制定气候变化相关政策提供了科学依据。

2）分析了我国南方人工造林的固碳潜力和效率，尤其是土壤碳库的动态特征，为我国发展碳汇林业和参与国际气候变化谈判提供了重要科学指导。

3）评估了黄淮海地区气候条件对作物生产力的影响，原创性地提出了农业土壤墒情预报新方法，为农业增产节水提供了科学依据。

4）模拟了无定河岔巴沟的流域状况，定量评价了土地利用/覆被变化对蒸腾、土壤蒸发、地表径流和实际总蒸散的影响，为西北干旱半干旱区生态系统恢复提供了科学指导。

5）研究了黄河下游灌区和内蒙古河套灌区粮食产量和水资源的关系，提出了黄河上游河套灌区年引水量的临界值，为黄河流域农业可持续发展提供了科学指导。

6）模拟了华北平原的农田节水措施，指出从控制表层土壤水分和土壤阻力两方面入手更易于达到节水目的，为华北平原农田节水提供了科学依据。

基于土壤普查、森林清查、样带调查和ChinaFLUX连续6年的观测数据，研究了我国陆地生态系统碳氮水循环及其相互关系。

1）全面评估了我国陆地生态系统的碳蓄积量及其空间格局，得出中国草地植被的总碳蓄积量为3.316PgC，中国陆地土壤有机碳储量为84.86±25.32 PgC，土壤无机碳储量约为47.1-77.9 Pg C。

2）首次评价了中国区域主要陆地生态系统碳收支的空间格局，发现中国东部地区的主要森林生态系统是重要的大气碳汇，其强度由南到北逐渐减小；各种森林生态系统年净碳收支的年际变化较小，而北方温带草地和青藏高原高寒草甸的年际变化较大。

3）系统揭示了陆地生态系统碳通量的季节变异及其环境控制机制，研究结果表明，温带草地净生态系统碳交换(NEE)主要受温度和水分的影响，而热带和亚热带森林则主要受光照条件限制，NEE的源汇转变临界温度因生态系统而异。

4）综合分析了中国陆地生态系统碳水通量的耦合特征，阐明了总生态系统生产力和蒸散对气象条件（温度、饱和水汽压差和辐射）响应模式的差异是决定生长季内森林生态系统碳水通量耦合关系维持和解耦的内在机制；草地生态系统的叶面积指数（LAI）对其水分利用效率的时空变异影响较大。指出了气候变化造成的植被群落结构以及LAI的改变将对生态系统水碳循环间的相互作用关系造成重要的影响。

5）初步开展了森林生态系统叶片和土壤C、N、P及其比值的生态化学计量学特征研究，结果表明，随着纬度的增加，叶片C、N含量均明显增加，且叶片C含量的增加斜率高于叶片N含量，而叶片的C/N则显著降低；在纬度梯度上，0-10 cm土壤C/N变化幅度较小，总体相对稳定。

6）初步分析了中国东部南北样带（NSTEC）大气氮沉降通量的时空变化特征及其对生态系统碳吸收的影响。

这些研究丰富了全球生态系统碳-氮-水-耦合循环的知识体系，对于我国全球变化、生态系统碳循环研究的整体水平的提高起到了积极的推动作用。

通过人工控制试验结合自然温度和降水梯度（样带法），系统分析了我国主要生态系统对未来气候变化的响应与适应。研究表明，气候变化对我国北方农牧交错区和青藏高原植被格局和生态系统功能有显著影响；高原生态系统不仅对气候变暖敏感，而且通过释放温室气体又会对大气温室效应产生强烈的正反馈。首次在野外利用14C和15N稳定同位素双标记方法跨生长季证实了高原植被为弥补矿化氮供应不足而具有较高的有机氮利用率；氮不是青藏高原树线形成的限制因子，高山树线树木的生长显著降低是植物组织内非结构性碳“源-汇”关系失衡所致。利用高原13C，D和18O等稳定性同位素变化信息，确定了限制青藏高原主要植物物种分布的关键环境因子的阈值范围，发现降水的区域分异是控制生态系统水平地带性分布的主导因素，进而模拟了现代和未来不同气候情景下的高原主要生态系统分布格局。

本实验室在基础理论研究的基础上，还把部分基础研究成果应用到区域生态系统管理，以解决区域经济发展过程中所产生的生态环境问题。针对华北平原农田生态系统水资源短缺、水分利用效率不高等问题，开展引黄灌区关键水文学过程作物-土壤水-地下水耦合关系的实验和理论创新，建立了华北平原农田生态系统水分高效利用管理的理论基础和技术体系，并在该地区推广应用。针对全球变化与人类活动影响下西藏高寒草地退化的特征和原因，提出了“建立绿色铁路”的青藏铁路维护发展建议，以及以“北畜南育、南草北上”为核心的农牧业发展策略，为西藏生态环境安全屏障保护与建设提供了科学的决策依据。针对南方退化生态系统开展长期的人工恢复理论与技术探索，确立了资源最大化利用的可持续发展的综合治理模式，不仅解决了我国南方水土流失治理的生态环境问题，而且通过大面积示范与技术推广，探索并提出兼顾生态效益(碳增汇)与经济收益(可持续发展)的南方红黄壤丘陵区人工林改造的模式。