关键带研究和观测:现状与展望

1、摘要

关键带是近地表陆地环境的一部分,指地球表面从植被冠层到风化层底部之间的一个薄层,在生命维持和人类生活中起着根本性作用。继2007年在美国建立了第一批关键带观测站(CZO)后,最近几年又建设了许多新的关键带观测站。该文总结了近5年来(2011~2016)在关键带科学研究中所取得的重大进展,尤其是从那些经过验证的关键带观测站获得的成果。采用了“深度”科学──深时、深度和深耦合──的概念性框架来综合近年来在广泛的空间和时间尺度上取得的关键带研究成果。希望这份研究报告能够促进全球关键带科学的持续进步与实际应用。

2、引言

对地球关键带(Critical Zone)的定义是,从植被冠层(或大气-植被界面)到风化层底部(或淡水-基岩界面)之间的地表薄层或近地表陆地环境。关键带内的物质和能量交换、土壤形成、河流流量变化和地貌演变等环境过程对于维持生物多样性和人类活动至关重要。对陆地生态系统过程的这种跨学科、多尺度的研究,最好是通过协同定位的关键带观测站(Critical Zone Observatories ,简称CZOs)来完成我们提出了以下两个主题:在“深度(deep)”科学的概念框架下,关键带科学的近期成果和新涌现的概念;k在推进关键带科学前沿发展过程中存在的知识空白和主要机遇。我们希望这些最新的信息能够引起全球对关键带科学的持续探讨,从而推动全球关键带科学的进一步发展。

图1  由关键带观测站和类似关键带观测站所组成的全球性网络

3、关键带科学的近期成果和新涌现的概念

3.1、深时:不断演变的关键带系统

通过讨论快速循环过程和缓慢累积变化、临界点变化和逐渐变化、将历史演变与当前动态和未来情景联系在一起来系统介绍深时的概念。

 

图2 为了综合关键带科学近年来的研究成果而提出的“深度”科学框架

3.2、深度:统一的关键带系统

通过将浅层根系区土壤与深层风化基岩联系起来、将地上系统与地下系统结合起来、将关键带作为一个统一系统的整体认识来系统的介绍深度的概念。

3.3、深度耦合(Deep Coupling:):复杂的关键带系统

通过介绍生物地球化学过程和水文土壤过程的耦合、多学科和跨学科的技术耦合、将服务与管理进行耦合来介绍深度耦合的概念。

4、关键带科学面临的挑战与机遇

论述观测站全球网络与跨站协作、关键带模型和数据库的资料库。

5、总结

“深时”(Deep time)强调对相互交织的短期和长期的关键带过程的识别,以及过去关键带的演变、当前关键带的功能和未来关键带场景之间的联系。“深度”(Deep depth)提供了一个整体的视角,将整个三维关键带看作为统一的系统,并认为需要综合地表和地下深部情况、把野外测绘测量结果上升到坡面、流域和分水岭尺度。“深度耦合”(Deep coupling)表明关键带过程(尤其是跨越生物的和非生物的过程)的复杂相互作用,并且表明需要把关键带服务与关键带管理结合起来。提出的关于推进关键带科学前沿发展的知识空白和主要机遇为:①一个集关键带观测站和跨站协作于一体的全球化网络;②一个包含关键带模型和数据库的资料库。该最新报告应当可以促进全世界对关键带科学的持续讨论,并推动关键带科学的进一步发展。

未经允许不得转载:地学情报 » 关键带研究和观测:现状与展望

赞 (5)