CERN综合研究中心全称为中国生态系统研究网络(CERN)综合研究中心,隶属于中国科学院地理科学与资源研究所,在CERN科学委员会的直接领导下开展工作。
CERN综合研究中心于1990年成立,当时隶属于中国科学院自然资源综合考察委员会。1999年,中国科学院自然资源综合考察委员会与地理研究所合并成立中国科学院地理科学与资源研究所,同时重新组建了CERN综合研究中心。
一、中心发展
回顾CERN综合研究中心的发展,与CERN的成长密不可分,经历了以下3个重要阶段。
1.CERN生态站基础设施建设规划和设计阶段(1988-1992年)
CERN的总体设计内容包括CERN的构架设计、建设工程设计和世界银行贷款使用计划。CERN综合研究中心被设计作为构架设计部分的三个层次结构(生态站、分中心和CERN综合研究中心)之一。1990年中国科学院批准将CERN列入”八五”重大基本建设项目,标志着CERN的建设工程正式启动。
2.CERN建设阶段(1993-2000年)
1993年起,CERN在世界银行贷款“中国环境技术援助项目”(World Bank Environment Technical Assistance Project)的支持下重点建设了29个生态站,5个分中心和1个综合研究中心,这标志着CERN综合研究中心开始发挥其职能。1999年中国科学院成立了CERN领导小组、科学指导委员会和科学委员会等管理与学术机构。在它们的领导下CERN综合研究中心组织制定了网络章程、数据管理与共享条例、成员单位的年度考核和综合评估方法,组织修订了各类观测指标体系和观测技术规范,使CERN的业务运行步入制度化、规范化、标准化的历史阶段。2000年CERN的二期建设启动,进一步加强了基础设施建设和仪器设备更新,并遴选了11个生态站加入CERN。CERN综合研究中心在中国科学院资源环境科学与技术局领导下负责CERN仪器和改造计划的组织实施。
3.CERN运行和发展阶段(2000年至今)
早在1999年,CERN综合研究中心就开始进行中国科学院重点实验室申报的准备工作。2005年5月,中国科学院正式批准成立中国科学院生态系统网络观测与模拟重点实验室。CERN综合研究中心成为重点实验室的一个重要组成部分。同时,国家科学技术部启动了生态与环境领域的国家野外科学观测研究站的建设工作,国家生态系统观测研究网络(CNERN)综合研究中心挂靠于CERN综合研究中心。2001-2006年,CERN综合研究中心在中国科学院重大项目“中国陆地和近海生态系统碳收支”和国家973项目“中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究”的支持下创建了中国陆地生态系统通量观测研究网络(China FLUX),填补了全球通量观测网(Flux Net)在中国大陆区域的空白。2005年6月,科技部基础司发布了《关于组织申报新建生态环境国家野外科学观测研究站的通知》。CERN综合研究中心配合国家生态与环境野外科学观测研究站专家组做了生态站申报资格审查与数据审核,论文、成果与研究项目确认,国家野外科学研究站初评和终评及结果汇总等大量工作。在此工作的基础上,CERN综合研究中心又配合专家组组织和实施了国家野外科学观测研究站(试点站)的评估工作。
二、中心基本任务
CERN综合研究中心的基本职能为:CERN观测数据的集成、管理和共享工作;开展区域和全国尺度的生态、资源、环境演变趋势预测和重大科学问题的综合集成研究;出版CERN系列研究成果;定期发表全国重点地区和主要生态系统状况报告,为国民经济建设中的相关重大问题的决策与规划提供资料和咨询。此外,CERN综合研究中心还负责组织和协助各分中心,制定CERN的观测规范和标准,开展相关专业技术人员培训,指导各台站监测和数据采集、仪器校验、数据质量控制。CERN综合研究中心的重点研究领域包括生态系统的生产力与碳氮过程、生态系统的水分循环与水分利用、生态系统功能评价与管理、生态系统健康与恢复、区域和全国尺度资源、生态和环境重大科学问题的综合研究等。
以CERN综合研究中心为依托,于2005年成立了中国科学院生态系统网络观测与模拟研究重点实验室,承担并组建了国家生态系统观测研究网络(CNERN)综合研究中心。该中心的建立将面向全国提供生态系统网络研究平台,从而为我国的生态学研究做出更大的贡献,进一步巩固和提升CERN在国家科技创新体系中的地位和影响力。
四、主要研究工作与成果
CERN综合研究中心自2000年重组以来,共发表文章638篇,其中SCI/EI文章214篇,国内核心文章367篇,出版专著、译著39部。注册专利8项,软件著作权10项。今年来,主要研究工作与成果,表现在以下5个方面:
1.开展了陆地生态系统碳和水热通量观测研究
陆地生态系统碳、水循环和能量平衡是驱动生态系统变化的关键过程。2002年,CERN综合研究中心在中国科学院重大项目“中国陆地和近海生态系统碳收支”和国家973项目“中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究”的支持下,以微气象学涡度相关技术和箱式/气相色谱法为主要技术手段,与兄弟研究所和部分CERN台站合作,在8个实验站的10种生态系统类型上布设和安装了生态系统碳、水和能量通量观测系统,并与16个台站的箱式/气相色谱观测法的土壤呼吸测定相结合,建立了具有国际先进水平的中国陆地生态系统通量观测研究网络(China FLUX)。China FLUX建立填补了全球陆地生态系统通量观测网络(Flux Net)的东亚区域空白,构筑了综合研究中国陆地生态系统碳水循环、陆地生态系统变化、全球变化和地球系统科学的实验研究和数据平台。
2.陆地生态系统碳储量的时空格局特征研究
土地利用变化对土壤有机碳氮储量影响的研究。CERN综合研究中心研究人员通过系统收集全国第二次土壤普查的5405个土壤剖面数据,构建并完善了中国陆地土壤剖面数据库,实现了我国土壤基础数据的空间化。基于两次全国土壤普查资料,详细探讨了1960-1980年土地利用变化对中国陆地土壤有机碳库的影响,并使用20世纪90年代多期陆地卫星TM序列影像获得黄河三角洲、东北地区和全国土地利用变化的时空特征,估算了20世纪90年代中国草地、森林和农田之间相互转换的土壤碳、氮储量的变化,改进了土地利用变化影响的“簿记(book keeping)”方法,阐明了20世纪90年代中国土壤碳氮储量变化的空间特征。初步研究结果表明,我国典型人工林具有较强的土壤增汇能力,从而为预测未来土地利用/土地覆被变化可能导致的陆地生态系统碳氮源汇的变化提供了科学依据。
3.陆地生态系统多尺度模拟综合集成研究
CERN综合研究中心利用多尺度的大量实验和观测数据开发建立了一系列生态学模型,包括气孔导度-光合作用-蒸腾作用耦合模型、土壤-植物-大气系统的水-碳耦合模型(如长时间尺度气孔导度的多环境变量组合模型、气孔导度-光合作用的耦合模型、基于气孔行为的蒸腾-光合作用综合模型(SMPTSB)、水分利用效率过程模型(SMPTSB-WUE)、田间尺度的土壤-植物-大气系统的水-碳耦合循环模型、碳-水耦合循环过程的生态系统生产力模型(EPPML)、土壤-植被-大气系统动力学模式(VIP)、AVIM模型、光合作用模型、生态系统生产力(EPS)模型等),以及叶面积指数季节动态及地理分异的物候学模型,并对不同陆地生态系统的碳循环和水循环过程进行了模拟和分析。这些研究为开展生态系统碳水耦合循环模型研究奠定了基础,为开展土壤/植被/大气系统的能量物质输移与植被生产力形成生态学过程的耦合解析,及水资源制约的生态系统生产力分析提供了思路和方法。此外,还利用空间化的环境数据和植被参数,改进了一个区域尺度碳循环模型(CEVSA),估计了区域和国家尺度陆地生态系统生产力和碳循环的空间格局及其在季节、年代和世纪不同时间尺度上的变化。
在上述研究的基础上,CERN综合研究中心还引进和改进了InTEC、EALCO、BEPS、GLOPEM、TEM、CASA、VPM和CENTURY等多个模型,有力地促进了有关模型在我国的应用和发展,也为今后构建多尺度数据-模型融合系统,现实地预测和预报生态系统动态变化奠定了基础。
4.青藏高原生态系统格局与全球变化相互作用关系研究
初步揭示了青藏高原的碳源汇特征。采用箱式法在青藏高原高寒草甸、高寒草原、高原农田、亚高山森林和高原湿地五种典型生态系统类型中,进行土壤温室气体排放的连续观测,获得了土壤温室气体排放与环境因子之间的关系以及温室气体排放的日、季节、年际动态。通过收获法得到净初级生产力,计算出高原典型生态系统的碳平衡。发现高原五种生态系统都表现出比较明显碳汇。借助基于GIS的生态系统模型和遥感数据,分析了整个青藏高原的碳平衡状况,表明青藏高原区域是一个比较明显的碳汇。
探讨了青藏高原土壤有机碳储量及其分布规律。通过水平样带(海北-格尔木-五道梁-拉萨-林芝)调查,对高原的主要植被和土壤类型进行了采样分析。结合第二次全国土壤普查数据,计算了青藏高原土壤有机碳储量及其分布规律。同时,通过垂直样带(贡嘎山垂直带)调查,对垂直带上的不同植被类型和土壤进行了采样分析,获得了山地生态系统土壤有机质以及植物群落结构随海拔的分布规律。通过14C同位素示踪的方法,对青藏高原两种典型生态系统(森林和高寒草甸)的土壤有机碳累积速率进行了研究,确定了自核爆炸以来高原典型生态系统土壤有机碳的累积量。若尔盖湿地的土壤采样分析表明水分梯度对沼泽土和泥炭土有机碳的影响较大,而实验室培养试验研究发现水分是影响湿地土壤碳氮矿化的主要因子。
5.CERN动态监测数据与生态系统空间信息数据管理共享系统
除了建设自身的信息系统,CERN综合研究中心还承担着台站、分中心数据信息系统的设计和开发任务。CERN综合研究中心充分应用网络数据库技术、网络地理信息系统(WEBGIS)技术,开发了CERN分布式数据资源共享信息系统,主要包括:CERN动态监测数据共享系统、CERN野外台站空间数据信息系统、中国1 km×1 km栅格气象数据信息系统、China FLUX数据信息系统和中国森林生物量样地调查数据信息系统以及分中心、台站数据信息系统。该系统将基于CERN各台站的监测数据、研究数据以及空间数据有机地集成在一起,扩展了CERN的数据资源,部署在国家生态系统研究网络的53个野外台站,实现了CERN数据共享服务由综合中心集中式数据共享数据向台站、分中心、综合中心分布式数据共享服务的转变,加强了CERN的数据处理和共享能力。
四、人才引进与培养
实验室国家杰出青年科学基金获得者有4人,于贵瑞(2003-2005),田汉勤(2002-2004),曹明奎(2005-2008),于强/李旭辉(2004-2006,杰青B)。
此外,CERN综合研究中心开展了多层次的研究生培养计划和活动,2000-2009年招收博士后41名,出站博士后32名,招收博士研究生79名(包括17名联合培养生),毕业博士研究生59名,招收硕士58名(包括20名联合培养生),毕业硕士研究生26名。
附:历任中心主任
欧阳华:1999-2003年
于贵瑞:2003年-至今