项目8秦巴山地典型脆弱区植被恢复对生态系统功能的影响机制.docx
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项目8秦巴山地典型脆弱区植被恢复对生态系统功能的影响机制
一、项目名称:
秦巴山地典型脆弱区植被恢复对生态系统功能的影响机制
二、提名单位:
中国科学院武汉分院
三、提名意见:
秦巴山地是我国重要的生态功能区、典型脆弱区和生物多样性热点地区,同时,也是我国南水北调中线工程水源地、三峡库区所在地,该地区的生态环境建设及保护对我国社会经济发展具有极为重要的意义。
该项目以秦巴山地的林农交错区、亚高山林草过渡带、三峡水库消落区和丹江口水库库周等典型脆弱生态系统为研究对象,研究植被恢复对森林生长和更新、生产力、碳氮循环和土壤质量等重要生态功能的影响机制。
阐明了气候变暖对秦巴山地森林生态系统结构、格局、动态的影响机制,建立了植被恢复过程中具有广泛适用性的土壤有机碳分解速率随土壤深度及年均温变化的经验模型,揭示了森林恢复过程中土壤碳氮的耦合和微生物调控机制,明确了自然过程和人类活动如水文变化、人工植被重建、建坝干扰、水上船运等对土壤质量的影响。
本项目发表相关学术论文36篇,其中SCI收录26篇,其中发表在GlobalChangeBiology、LandDegradation&Development,SoilBiology&Biochemistry,ForestEcologyandManagement,JournalofHazardousMaterials和Agriculture,EcosystemsandEnvironment等相关学科Top10%学术期刊杂志上7篇。
该项目代表性论文发表后受到国际学术界的广泛认可。
该项成果对认识森林恢复过程和机制具有重要意义,为生态脆弱区森林恢复提供重要理论支撑。
我单位认真审阅了该项目推荐书及附件材料,确认全部材料真实有效,相关栏目均符合湖北省自然科学奖励工作办公室的填写要求。
对照湖北省自然科学奖授奖条件,提名该项目为湖北省自然科学奖一等奖。
四、项目简介
秦巴山地位于我国陆地核心,建有我国三峡和南水北调中线工程等国家重大水利工程,是我国植被和水资源保护的“热点”地区。
然而,由于长期的人类活动导致植被和土地退化严重、陆地生态系统生物多样性和稳定性降低等问题,植被恢复在支撑该区生态系统稳定、碳氮等元素生物地球化学循环和全球气候变暖效应等重要生态功能均具有重大意义。
在当前全球环境变化背景下,植被恢复对生态系统功能的响应机制是目前学术界格外关注的科学问题,由于生态系统功能对植被恢复的响应过程复杂,而且表现为多尺度和多方面,其响应机制尚不明晰。
因此,阐明秦巴山地典型生态系统功能(植被生产力,碳氮循环与土壤质量等)对植被恢复的响应机制将具有重要的生态学意义和广泛的应用价值。
该项目在国家基金重点、国家基金面上、中科院先导专项课题等多个项目的支持下,以秦巴山地的林农交错区、亚高山林草过渡带、三峡水库消落区和丹江口水库库周等该地区典型脆弱生态系统为研究对象,阐述了植被恢复对生态系统功能(森林生长和更新、生产力、碳氮循环和土壤质量)的影响机制,取得了如下重要科学发现:
1、阐明了气候变暖背景下,亚高山森林恢复过程中其分布范围具有向高海拔迁移趋势的一致性,但森林生长和更新与气候关系又具有海拔、坡向的差异性;揭示气候变暖对秦巴山地森林生态系统结构、格局、动态的影响及其响应的时空差异特点;从碳供需平衡关系和碳分配平衡关系深入阐述秦巴山地森林分布海拔范围形成的生物功能机理及其对未来气候变暖的响应机制。
2、建立了具有广泛适用性的土壤有机碳分解速率随土壤深度及年均温变化的经验模型,揭示了以退耕还林(还草)工程为代表的重大生态恢复工程促进植被与土壤恢复、提升生态系统的碳汇功能;系统阐明了土壤碳氮库动态对森林恢复的响应以及森林恢复过程中土壤碳氮的耦合机制;探明了森林恢复背景下土壤碳氮循环的微生物调控机制。
3、揭示了消落区土壤重金属的含量以及来源主要受到水上船只和工业排放等因素影响,发现了消落区土壤养分的含量和空间分布格局主要受到土壤颗粒组成和农业活动的影响;利用土壤质量模型分析不同植被恢复方式对土壤质量指数的影响,揭示消落区自然恢复区拥有较高草本植物覆盖度的土壤具有较高的土壤恢复潜力。
该项目共发表论文36篇,其中SCI论文26篇(TOP10%论文7篇);8篇代表性论文(TOP10%论文7篇)平均影响因子5.265,被他引409次,其中SCI他引315次,其他他引94次。
五、客观评价
本项目发表相关学术论文36篇,其中SCI收录26篇,发表在相关学科Top10%杂志上7篇,包括GlobalChangeBiology、LandDegradation&Development,SoilBiology&Biochemistry,ForestEcologyandManagement,JournalofHazardousMaterials和Agriculture,EcosystemsandEnvironment等期刊。
其中8篇代表论文他引409次,其中SCI他引315次,项目发表的论文获得国内外学术同行的高度关注,包括被Nature子刊《NatureEcology&Evolution》、《GlobalChangeBiology》、《GlobalEnvironmentalChange》、《Ecology》、《SoilBiology&Biochemistry》等国际权威期刊多次引用。
代表性论文1:
自发表以来,他人引用40次。
DiFilippo等(2012,GlobalChangeBiology)引用该代表论著证实生物气候对森林生长具有潜在的时间漂变特性并对树木寿命和生长历史具有显著的作用。
Boisvenue等(2010,EcologicalApplications)引用该代表论著指出气候对森林生长的影响具有降低森林碳库和碳汇的作用。
代表性论文2:
发表9年来,他人引用77次。
Deng等(2014)在GlobalChangeBiology发表的论文认可并评论本研究是对退耕还林工程固碳速率的第一篇报道;并认为与他们的结果相差不大。
“Atpresent,onlyonereporthasfocusedonchangesinsoilCstocksinsurfacesoils(Zhangetal.,2010)”。
代表性论文3:
自发表以来,他人引用26次。
Gao等(2018,ForestEcologyandManagement)引用该代表论著证实森林恢复及生长动态和驱动因子具有明显的地理格局特征。
Yadava等(2017,QuaternaryInternational)引用该代表论著指出山地森林生态系统尤其高海拔森林生态服务功能与森林动态变化特征具有显著的内在关联特性。
代表性论文4:
提出并论证了受人工建坝干扰后,消落区土壤重金属的含量以及来源主要受到水上船只和工业排放等因素影响,该研究得到了国际同行的广泛关注和引用,SCI他人引用95次。
Gaoetal(2016,WaterResearch)进一步支持本文阐明的消落区土壤重金属的时间动态格局。
代表性论文5:
发表5年来,他人引用24次。
Deng等(2017)发表于LandDegradation&Development的关于中国森林恢复对土壤碳氮影响的综述论文中,在探讨森林恢复过程中土壤碳氮动态的影响因子时将本研究作为重要的论据。
“Lietal.(2014)foundthatsoilmoistureaffectedpost-afforestationsoilNdynamicsincentralChina”。
代表性论文6:
发表5年来,他人引用25次。
Wang等(2017)发表于GlobalChangeBiology的关于模型模拟植被类型变化的研究中认可并且正面引用本研究的结论作为其重要论据。
“TheNmineralizationrateisusuallyhighafterastand-replacingdisturbanceevent(Dengetal.,2014)”。
代表性论文7:
发表4年来,他人引用27次。
国际土壤科学联合会主席、世界土壤科学大百科全书主编RattanLal教授最新发表于GlobalChangeBiology的综述文章(2018,GlobalChangeBiology24:
3285-3301)认可、并正面引用该论文的结论以支撑他的观点(图1)。
图1Lal教授发表于GlobalChangeBiology的综述文章对本研究结论的正面引用
代表性论文8:
发表3年来,他人引用45次,被列为ESI高被引论文。
Xie等(2018)在SoilBiologyandBiochemistry发表的关于森林恢复对土壤氮固持能力影响的研究中将本研究观点作为其重要论点支撑。
“Afforestationhadastrongimpactonthedevelopmentoffungalcommunitiesratherthanbacterialcommunity,resultinginincreasingfungitobacteriaratios(Dengetal.,2016).Thustheimpactofafforestationon…andfungalactivityismostlikelyalsoresponsiblefortheincreasingheterotrophicnitrification”。
六、代表性论文专著目录
序号
论文专著名称/刊名/作者
年、卷、页码
发表时间(年月日)
通讯作者(含共同)
第一作者(含共同)
国内作者
SCI他引次数
他引总次数
论文署名单位是否包含国外单位
1
Growthresponsesofsubalpinefir(Abiesfargesii)toclimatevariabilityintheQinlingMountain,China/FORESTECOLOGYANDMANAGEMENT/Dang,HS(Dang,Haishan);Jiang,MX(Jiang,Mingxi);Zhang,QF(Zhang,Quanfa);Zhang,YJ(Zhang,Yanjun)
2007、240(1-3)、143-150
2007年3月15日
Zhang,QF(Zhang,Quanfa)
Dang,HS(Dang,Haishan)
Jiang,MX(Jiang,Mingxi);Zhang,YJ(Zhang,Yanjun)
23
40
否
2
CHANGEINSOILORGANICCARBONFOLLOWINGTHE'GRAIN-FOR-GREEN'PROGRAMMEINCHINA/LANDDEGRADATION&DEVELOPMENT/Zhang,K(Zhang,K.);Dang,H(Dang,H.);Tan,S(Tan,S.);Cheng,X(Cheng,X.);Zhang,Q(Zhang,Q.)
2010、21
(1)、13-23
2010年1月2日
Zhang,QF(Zhang,Quanfa)
Zhang,K(Zhang,K.
Dang,H(Dang,H.);Tan,S(Tan,S.);Cheng,X(Cheng,X.)
77
94
否
3
Agestructureandregenerationofsubalpinefir(Abiesfargesii)forestsacrossanaltitudinalrangeintheQinlingMountains,China/FORESTECOLOGYANDMANAGEMENT/Dang,HS(Dang,Haishan);Zhang,YJ(Zhang,Yanjun);Zhang,KR(Zhang,Kerong);Jiang,MX(Jiang,Mingxi);Zhang,QF(Zhang,Quanfa)
2010、259(3)、547-554
2010年1月25日
Zhang,QF(Zhang,Quanfa)
Dang,HS(Dang,Haishan)
Zhang,YJ(Zhang,Yanjun);Zhang,KR(Zhang,Kerong);Jiang,MX(Jiang,Mingxi)
21
26
否
4
Assessingsoilheavymetalpollutioninthewater-level-fluctuationzoneoftheThreeGorgesReservoir,China/JOURNALOFHAZARDOUSMATERIALS/Ye,C(Ye,Chen);Li,SY(Li,Siyue);Zhang,YL(Zhang,Yulong);Zhang,QF(Zhang,Quanfa)
2011、191(1-3)、366-372
2011年7月15日
Zhang,QF(Zhang,Quanfa)
Ye,C(Ye,Chen)
Li,SY(Li,Siyue);Zhang,YL(Zhang,Yulong)
95
128
否
5
ConsequencesofafforestationforsoilnitrogendynamicsincentralChina/AGRICULTUREECOSYSTEMS&ENVIRONMENT/Li,M(Li,Ming);Zhou,XH(Zhou,Xuhui);Zhang,QF(Zhang,Quanfa);Cheng,XL(Cheng,Xiaoli)
2014、183、40-46
2014年1月15日
Li,M(Li,Ming)
Cheng,XL(Cheng,Xiaoli)
Zhou,XH(Zhou,Xuhui);Zhang,QF(Zhang,Quanfa)
22
24
否
6
Carbon-nitrogeninteractionsduringafforestationincentralChina/SOILBIOLOGY&BIOCHEMISTRY/Deng,Q(Deng,Qi);Cheng,XL(Cheng,Xiaoli);Yang,YH(Yang,Yuanhe);Zhang,QF(Zhang,Quanfa);Luo,YQ(Luo,Yiqi)
2014、69、119-122
2014年2月
Deng,Q(Deng,Qi)
Cheng,XL(Cheng,Xiaoli)
Cheng,XL(Cheng,Xiaoli)
Yang,YH(Yang,Yuanhe);Zhang,QF(Zhang,Quanfa)
12
25
否
7
Soilcarbondynamicsfollowingland-usechangevariedwithtemperatureandprecipitationgradients:
evidencefromstableisotopes/GLOBALCHANGEBIOLOGY/Zhang,KR(Zhang,Kerong);Dang,HS(Dang,Haishan);Zhang,QF(Zhang,Quanfa);Cheng,XL(Cheng,Xiaoli)
2015、21(7)、2762-2772
2015年7月
Zhang,KR(Zhang,Kerong)
Cheng,XL(Cheng,Xiaoli);Zhang,QF(Zhang,Quanfa)
Dang,HS(Dang,Haishan)
26
27
否
8
SoilmicrobialcommunityanditsinteractionwithsoilcarbonandnitrogendynamicsfollowingafforestationincentralChina/SCIENCEOFTHETOTALENVIRONMENT/Deng,Q(Deng,Qi);Cheng,XL(Cheng,Xiaoli);Hui,DF(Hui,Dafeng);Zhang,Q(Zhang,Qian);Li,M(Li,Ming);Zhang,QF(Zhang,Quanfa)
2016、541、230-237
2016年1月15日
Deng,Q(Deng,Qi)
Cheng,XL(Cheng,Xiaoli)
Cheng,XL(Cheng,Xiaoli)
Zhang,Q(Zhang,Qian);Li,M(Li,Ming);Zhang,QF(Zhang,Quanfa)
39
45
否
合计
315
409
七、主要完成人情况
排名
1
姓名
张全发
性别
男
国籍
中国
技术职称
研究员
最高学历
研究生
最高学位
博士
工作单位
法人单位名称:
中国科学院武汉植物园
行政职务
园主任
具体二级单位名称:
流域生态研究中心
完成单位
中国科学院武汉植物园
参加本项目的起止时间
2004-06-01至2016-12-31
对本项目技术创造性贡献:
本项目负责人,策划、设计和领导了该项目的开展与实施。
在国内率先开展流域尺度上生态系统物质循环的研究。
是代表性论文1,2,3,4,5的通讯作者。
旁证材料详见代表论文目录.
排名
2
姓名
程晓莉
性别
女
国籍
中国
技术职称
研究员
最高学历
研究生
最高学位
博士
工作单位
法人单位名称:
中国科学院武汉植物园
行政职务
无
具体二级单位名称:
完成单位
中国科学院武汉植物园
参加本项目的起止时间
2006年9月至2016-12-31
对本项目技术创造性贡献:
本项目第二负责人,系统地研究了土壤碳氮库动态和土壤碳氮的耦合对森林恢复的响应,以及森林恢复过程中土壤碳氮循环的微生物调控机制。
是代表性论文6,8共同第一作者和代表性论文5,6,7,8的通讯作者。
旁证材料详见代表论文目录。
排名
3
姓名
张克荣
性别
男
国籍
中国
技术职称
研究员
最高学历
研究生
最高学位
博士
工作单位
法人单位名称:
中国科学院武汉植物园
行政职务
无
具体二级单位名称:
完成单位
中国科学院武汉植物园
参加本项目的起止时间
2007至2016-12-31
对本项目技术创造性贡献:
参与本项目相关研究课题的组织和实施,发现了森林恢复后林龄、年均温、年均降水量等因素驱动土壤有机碳动态的稳定同位素证据;建立了具有广泛适用性的土壤有机碳分解速率随土壤深度及年均温变化的经验方程。
是代表性论文2和7的第一作者。
旁证材料详见代表论文列表.
排名
4
姓名
党海山
性别
男
国籍
中国
技术职称
研究员
最高学历
研究生
最高学位
博士
工作单位
法人单位名称:
中国科学院武汉植物园
行政职务
无
具体二级单位名称:
完成单位
中国科学院武汉植物园
参加本项目的起止时间
2004至2016-12-31
对本项目技术创造性贡献:
参与本项目相关研究课题的组织和实施,揭示气候变暖对秦巴山地森林生态系统结构、格局、动态的影响及其响应的时空差异特点;从碳供需平衡关系和碳分配平衡关系深入阐述秦巴山地森林分布海拔范围形成的生物功能机理及其对未来气候变暖的响应机制。
是代表性论文1和3的第一作者。
旁证材料详见代表论文列表.。
排名
5
姓名
叶琛
性别
女
国籍
中国
技术职称
副研究员
最高学历
研究生
最高学位
博士学位
工作单位
法人单位名称:
中国科学院武汉植物园
行政职务
无
具体二级单位名称:
流域生态研究中心
完成单位
中国科学院武汉植物园
参加本项目的起止时间
2008年至2016-12-31
对本项目技术创造性贡献:
参与本项目相关研究课题的组织和实施,研究了三峡水库消落区土壤质量的演替趋势及植被恢复和水文节律双重作用下土壤质量时空变化效应,提出并论证了受人工建坝干扰后,消落区土壤重金属的含量以及来源主要受到水上船只和工业排放等因素影响。
是代表性论文4的第一作者。
旁证材料详见代表论文列表.。
八、完成人合作关系说明
本项目完成人张全发、程晓莉、张克荣、党海山、叶琛合作完成了国家自然科学基金重点项目:
河流-水库-流域生态系统碳氮循环课题(31130010)、国家科技支撑计划“南水北调中线丹江口水库库区生态环境综合整治技术与示范”课题(2006BAC10B020)、中国科学院战略性先导科技专项课题“长江、珠江流域防护林建设工程固碳速率和潜力研究”(XDA05060500)。
程晓莉、党海山、张克荣和叶琛合作完成国家自然科学基金:
丹江口库区土地利用变化对土壤碳库及温室气体释放的影响(31270550)、不同气候区高山林线对气候变化的敏感性及其响应动态差异(31270011)、秦岭弃耕地自然恢复过程中土壤有机碳库变化及稳定机制(31470499)、水文变化对三峡库区消落区土壤反硝化作用的影响及其微生物学机理(31300441)。
张全发、程晓莉、张克荣、党海山和叶琛合作完成了本项目大部分的研究工作,合作发表学术论文30余篇。
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- 关 键 词:
- 项目 秦巴 山地 典型 脆弱 植被 恢复 生态系统 功能 影响 机制