森林生态系统功能形成过程与机理
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承担中科院战略性先导科技专项课题，从点到面，阐述中国森林生态系统固碳现状与潜力
基于在森林生态系统碳循环研究方面的丰富积累，鼎湖山站被选定为中科院战略性先导科技专项“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”（2011—2015 年，简称“碳专项”）之“中国森林生态系统固碳现状、速率、机制和潜力”（简称“森林课题”）课题牵头单位。课题涉及面广，研究对象复杂，鼎湖山站团队骨干克服种种困难，通过反复论证，在较短时间内圆满完成了课题相关片区划分、全国范围调查样地数量的确定、子课题设置及研究队伍的组织工作，并制定了详细的研究实施方案和统一操作规范，编制的课题及片区子课题预算申报书也通过了中科院的审核，课题顺利启动。课题启动后，1 000 多名科研人员精诚合作，经过 5 年多的艰苦工作，完成了以下科学任务：
（1）符合 IPCC 规范的、能够满足森林生态系统碳库可测量、可报告、可核查的标准方法体系的构建，该体系涵盖了样点布设、样地调查、采样、实验室分析测试、数据计算等内容，为未来相关研究工作的开展提供了示范模板；圆满完成课题的预定目标，顺利通过项目验收。
（2）设置了一系列可以服务于长期生态研究的典型森林生态系统样地。在全面了解中国森林资源状况的基础上根据森林复杂程度，设置了 7 800 个典型森林的代表性样地。这些样地能够较好地反映中国森林资源状况，可用于长期生态学研究。
（3）在广泛收集文献的基础上，结合课题获取的资料构建了适用于中国森林生物量估算的分种分器官生物量方程 200 余套。
（4）构建了国家尺度森林生态系统数据库，涉及数据表 120 余个，各类数据 1 000 余万条。
（5）在国内外发表相关研究论文 300 余篇，向中央和地方各级政府提供咨询报告 6 份。
（6）摸清了我国森林生态系统固碳现状和固碳潜力，为国家环境外交谈判提供了具有充分说服力的科学数据；圆满完成了课题预定目标，顺利通过项目验收。
课题首席科学家为此作为碳专项代表团成员之一获邀参加 2015 年 12月在法国巴黎举行的世界气候大会（图 7），并在巴黎气候大会中国角举行的以“追踪碳足迹——中国科学家在行动”为主题的中科院碳专项边会专场作报告，向大会展示了中国森林生态系统碳汇的现状，阐述了中国科学家通过实施全国陆地碳汇现状和潜力的定量评估发现，我国现有和将执行的增汇措施已经并将继续发挥重要的固碳作用，得到国家发改委领导的高度赞赏。中央电视台新闻频道随后还专门制作了以《“共建人类命运共同体”2015 年中国代表团巴黎气候大会纪实》为题的纪录片，片长 40 多分钟，详细报道了碳专项边会全过程，高度肯定了边会的贡献：“这些声音增加了世界对中国的理解，为应对气候变化行动提供不竭动力”。
创新思维造就开阔视野，大尺度揭示森林生态系统对水资源保护与碳汇功能的关系
植树造林是否导致水资源减少一直存在争议。在全面收集了广东全省近 200 个气象与水文监测站点前后 50年的监测资料后，通过定量分析降雨量、潜在蒸散量、人为耗水量、水库截留量等因素，揭示了广东省大规模造林活动对产水量的影响。结果表明，近 50 年来，大规模的植树造林活动使广东全省森林覆盖率增加了 1 倍，但全省的总产水量并未出现显著变化（图 8），而产水量格局却发生了改变，即干季产水量显著增加。这种雨量的再分配使全年的总产水量基本不变，而年内的变异性也显著下降，即全年时间的产水量变得更为均匀一致。这一结论证实，在降雨量超过潜在蒸散量地区，大规模造林不会带来水资源供应的下降，换言之，森林固碳功能增加不会以牺牲水资源为代价。
针对近百年来集水区“对比试验”所得出“造林意味着水资源损失”的研究结果，在结合多年个例研究的基础上，阐述了“气候与土地覆盖对产水量作用的全球模式”，并用全球 2 600 多个研究案例进行了检验。模式指出已在世界各地广泛开展近 1 个世纪的“对比试验”存在严重的设计缺陷、对其结果的解释也存在严重的“预先假定”问题；模式得出森林与产水量关系存在负作用、无作用和正作用的结论，并精确给出了控制这 3 个作用的气候与流域特征参数的临界值（图 9）。从理论上阐明了气候和流域性质对产水量的影响机理，结束了100 多年有关“森林与产水量关系”的争论。被认为“是一个具有重要价值的原创科学贡献，具有潜在的影响力”。在实践中，对如何根据气候条件和流域特征营造森林，提高森林覆盖、保持水资源供应并增加碳汇潜力方面具有重要的现实意义。