,1,2, 封志明1, 高星1,2, 孙鸿烈1, 孙九林1,2, 于贵瑞1,3, 戴尔阜1,3, 占车生1,3, 马泽清1,3, 于秀波1,3, 何洪林,1,3, 杨雅萍1,2, 刘荣高1,2, 戴君虎1,4, 刘闯1, 王卷乐1,2The development of field scientific observation and research stations (networks) and scientific data centers
LIAO Xiaohan,1,2, FENG Zhiming1, GAO Xing1,2, SUN Honglie1, SUN Jiulin1,2, YU Guirui1,3, DAI Erfu1,3, ZHAN Chesheng1,3, MA Zeqing1,3, YU Xiubo1,3, HE Honglin,1,3, YANG Yaping1,2, LIU Ronggao1,2, DAI Junhu1,4, LIU Chuang1, WANG Juanle1,2通讯作者:
收稿日期:2020-10-29修回日期:2020-12-10网络出版日期:2020-12-25
Received:2020-10-29Revised:2020-12-10Online:2020-12-25
作者简介 About authors
廖小罕(1963-), 男, 贵州人, 研究员, 主要从事无人机组网遥感应用、无人机航路规划、遥感大数据计算等研究。E-mail:
摘要
关键词：
Abstract
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本文引用格式
廖小罕, 封志明, 高星, 孙鸿烈, 孙九林, 于贵瑞, 戴尔阜, 占车生, 马泽清, 于秀波, 何洪林, 杨雅萍, 刘荣高, 戴君虎, 刘闯, 王卷乐. 野外科学观测研究台站（网络）和科学数据中心建设发展. 地理学报[J], 2020, 75(12): 2669-2683 doi:10.11821/dlxb202012009
LIAO Xiaohan, FENG Zhiming, GAO Xing, SUN Honglie, SUN Jiulin, YU Guirui, DAI Erfu, ZHAN Chesheng, MA Zeqing, YU Xiubo, HE Honglin, YANG Yaping, LIU Ronggao, DAI Junhu, LIU Chuang, WANG Juanle.
1 引言
野外科学观测研究台站（网络）（简称台站（网络））和科学数据中心是国家重要的基础支撑与条件保障类科技创新基地,是国家科技创新体系的重要组成部分。野外科学观测研究站（简称野外台站）以开展长期定位监测、试验和研究为核心任务,是获取第一手科学数据的观测平台,是开展科学试验和研究的重要基地;同时,野外台站也是培养高级人才的重要基地,先进科技成果的示范园及传播科学文明的窗口。按照不同学科和研究领域,由分布在全国不同区域、具有代表性的多个野外台站形成了专业性观测研究网络（简称野外站网络）。科学数据作为科技创新、经济发展和相关决策活动不可或缺的科技资源,被公认为继物质和能量之后的第三类资源,是国家重要的战略资源。在大数据时代,对海量科学数据的全面掌握和深入挖掘分析正是当前许多前沿科学领域研究取得重大发现和突破的关键依托基础。科学数据中心通过对科学数据的汇聚、管理、长期保存和开放共享,既满足了适应世界科技发展新态势的需求,又成为了大数据时代国家科技创新培育的重要保障。中国高度重视野外台站（网络）与数据中心工作,经过几十年的发展,已基本形成了国家野外科学研究体系,目前约有1000多个野外科学观测研究站[1]和20个国家科学数据中心,主要分布在中国科学院、农业农村部、自然资源部、生态环境部、国家林业和草原局等部门。中国科学院地理科学与资源研究所（简称地理资源所）是中国野外台站网络建设的发起者和引领者,长期以来非常重视野外台站（网络）和科学数据中心的建设,经过多年建设和发展,地理资源所已经形成了独具特色的野外观测研究平台和数据共享服务平台,为中国开展野外观测与实验研究,获取和积累大量的科学观测数据,推动科学数据共享,支撑中国地学、生态学等学科的重要成果产出以及可持续发展、生态文明建设等国家重大需求,发挥了重要作用。地理资源所台站（网络）和科学数据中心已成为中国资源环境领域具有重要影响力的科技基础支撑和条件保障平台,引领了中国野外台站建设事业和科学数据共享事业的发展。
2 野外台站（网络）和数据中心发展历程
2.1 野外台站（网络）发展历程
中国科学院历来重视野外台站工作,经长期发展,已不断壮大形成了基本覆盖全国典型区域的野外台站网络体系,其学科较为齐全,且设施较为先进。地理资源所作为中国野外台站网络建设的发起者和引领者,经过长期建设和发展,目前拥有中国生态系统研究网络（Chinese Ecosystem Research Network, CERN）、国家生态系统观测研究网络（Chinese National Ecosystem Research Network, CNERN）、中国通量观测研究网络（ChinaFLUX）、中国物候网等四大野外观测网络及禹城农田生态实验站、拉萨农田生态实验站和千烟洲森林生态系统研究站等三个野外研究基地,形成了地理资源所具有特色的野外观测研究平台,在中国野外台站网络建设的发展过程发挥了重要作用。2.1.1 生态系统研究网络 由于资源生态环境问题的多尺度特征,单一台站的长期定位监测、试验和研究对解决区域/全球生态环境问题具有明显的局限性,而多台站形成的网络,按照统一规范开展的联网观测、试验和研究,为解决地学和生物学等领域中更具复杂性的问题提供了重要手段。1988年在孙鸿烈先生领导下,中国科学院创建了中国生态系统研究网络（CERN）,开始观测各类生态系统的变化,研究生态系统变化的规律,示范生态系统管理的优化模式,历经规划设计（1988—1993年）、建设（1993—2000年）、运行发展（2000年至今）等多个阶段[2],目前已发展为由科学院主管的覆盖全国典型生态类型区、具有较强代表性及较好工作基础的44个生态站、6个专业中心和1个综合中心组成的网络（图1）,其中网络秘书处、综合中心、数据中心、水分中心均依托于地理资源所。在此基础上,科技部2005年构建了多部门联合的国家生态系统观测研究网络（CNERN）,CNERN综合中心依托于地理资源所。经过近30年持续且稳定的发展,CERN积累了长期、系统的科学数据,为中国生态环境的保护、资源的合理利用与可持续发展、全球变化的应对等方面提供决策依据。
图1
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图11988—2014年CERN发展历程
Fig. 1The development of Chinese Ecosystem Research Network (CERN) in 1988-2014
2.1.2 通量观测研究网络 在中国科学院知识创新工程重大项目“中国陆地和近海生态系统碳收支研究”的资助下,2001年地理资源所正式启动建设中国陆地生态系统通量观测研究网络（ChinaFLUX）。2002年首期建设了6个观测研究站（含8个生态系统站,即4个森林站、3个草地站和1个农田站）,并成立1个综合研究中心,从此开始了中国陆地生态系统的长期碳水通量多站点联网观测研究[3,4]。在国家多个重大研究计划的资助和带动下,ChinaFLUX不断扩大通量观测站的数量,增强空间代表性,扩展观测内容,提升了综合观测能力[5]。2014年ChinaFLUX联合国内高等院校及各行业部门,共同组建中国通量观测研究联盟（http://www.chinaflux.org/）。目前,中国通量观测研究联盟已拥有23个森林站、21个草地（含荒漠）站、18个农田站、15个湿地站、1个城市站和1个湖泊观测网,共计79个台站（网）。ChinaFLUX的生态观测站点涵盖了中国陆地生态系统主要地带性类型,初步形成了国家层次的陆地生态系统通量观测研究网络体系。
2.1.3 中国物候观测网 “物候网”开端于1934年竺可桢组织建立的物候观测组,1961年在竺可桢领导下,由中国科学院地理研究所主持,于1962年开始运行。“物候网”的发展历程经历了4个阶段,具有起步早、屡有中断、仍迅速发展等特点。① 萌芽起步期（1934—1960年）。自1934年起,由原中央研究院气象研究所牵头,委托各地农事实验场就有关植物（21种）、动物（9种）和众多农作物及部分气象水文指标开展了中国最早有组织的全国性物候观测,后因抗日战争,观测时有中断。② 初步创立期（1961—1995年）。1961年中国科学院地理研究所发起并制定了新的物候观测方法草案。1962年拥有49个观测站点的全国性物候观测网络投入使用,其发展被列入1963—1973年的国家科研十年远景规划。该时期的站点范围基本覆盖全国,最多时每年有68个站,常年基本保持在40个站左右。不过,由于“文革”的缘故,观测工作亦于1967—1971年一度中断。③ 停滞时期（1996—2001年）。20世纪90年代初,因经费紧缺,部分站点开始停止观测,到1996年,除了北京颐和园等少数站点还坚持观测外,大多数站点已停止观测。④ 恢复发展期（2002年至今）。2002年地理资源所当时的自然环境变化与格局研究室自筹经费重新恢复了“中国物候观测网”。在修订观测规范、统一观测报表、完善资料校核等措施基础上,恢复20个观测点的观测工作,之后又陆续恢复和增加部分观测点。2011年中国科学院正式批准恢复“中国物候观测网”,并将其纳入中国科学院特殊环境与灾害监测研究网络进行管理。目前“物候网”共有44个监测站,其中人工观测站点39个,包括常规性站点34个,南京梅花山、常熟尚湖、扬州枣林湾、盐城便仓、台州天台华顶林场5个观赏性花木物候观测基地。相机观测站点9个,四川成都、河南信阳、海南儋州为人工和相机共同监测站点。
2.1.4 山东禹城农田生态系统国家野外科学观测研究站 山东禹城农田生态系统国家野外科学观测研究站（简称禹城站）于1979年依托地理资源所正式建站,1992年成为中国生态系统网络（CERN）农田生态系统试验站,1999年进入首批国家站的试点站,2006年正式成为国家站。2019年在科技部组织的国家野外站梳理评估工作中获评优秀。禹城站历史悠久,发展大致可以分为两个阶段：第一阶段（1966—2000年）,主要任务是旱涝碱综合治理和中低产田改造,主要目标为提高粮食产量,保障粮食供给;第二阶段（2000年开始）,继续加强农产品深加工循环产业,发展生物产业,2000年后逐步发展资源高效型现代农业（图2）。禹城站是代表黄淮海平原典型农业类型的研究站,长期以来以农田生态系统生态学为研究领域,以水、土、气、生等自然资源的合理利用和区域农业可持续发展为目标,借助长期野外观测进行实验地理学的研究,包括陆表水分—能量—物质循环机制、数值模拟和尺度转化等,开展农业生态系统结构、功能的相关研究以及优化管理模式和配套技术的试验示范。目前,禹城站包括禹城南北庄站区、滨州站区和东营黄河三角洲站区,形成沿黄河下游“三点一线”的科研基地布局,依托“点—线—面”拓展打造具有区域代表性的农业生态系统试验示范基地。
图2
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图2地理资源所野外台站发展历程
Fig. 2The development of field stations in IGSNRR
2.1.5 西藏拉萨农田生态系统国家野外科学观测研究站 西藏拉萨农田生态系统国家野外科学观测研究站（简称拉萨站）是地理资源所在青藏高原腹地设立的一个生态学长期研究基地,成立于1993年,本部位于西藏自治区达孜县,海拔3688 m,是世界上海拔最高的农业生态试验站之一。拉萨站的定位是立足于国家和地方需求,结合学科前沿,研究高原农牧生态系统,开展高原农牧业试验示范,服务西藏农牧发展。2002年拉萨站加入CERN,2005年成为国家野外科学观测研究站,2010年作为依托单位成立了西藏高原草业工程技术中心,2013年又成为中国高寒区地表过程与环境观测研究网络（HORN）的成员,2018年与拉萨市政府签署协议,成立了中国科学院拉萨地理科学与区域发展研究院,2019年成为第二批农业部国家农业野外科学观测实验站（图2）。随着科学研究不断深入及地方需求的加强,拉萨站目前已经成为多位一体的野外台站,是在青藏高原腹地开展生态科学研究和服务地方的重要科研平台。
2.1.6 中国科学院千烟洲亚热带森林生态系统观测研究站 中国科学院千烟洲亚热带森林生态系统观测研究站（简称千烟洲站）始建于1983年,是一个综合性、区域性的观测研究站。中国科学院综合资源考察委员会于1979—1988年组织成立了中国科学院南方山区综合科学考察队（简称南方队）。为了更好地将科考结论应用于生产实践,加快农民脱贫致富步伐,南方队选择自然条件极为恶劣的荒山丘陵进行综合试验示范,于1983年创建了千烟洲开发治理试验点,创建了著名的“千烟洲模式”。1985年被列为江西省“山江湖”综合开发治理试验示范基地,1988年被联合国教科文组织的人与生物圈计划列为红壤丘陵综合开发治理国际试验示范研究站。1991年首批加入CERN,开展了“八五”和“九五”农业科技攻关,推进了“千烟洲模式”的深化,建立了国家区域农业开发治理试区,并被联合国开发计划署设为培训中心（图2）。千烟洲站以亚热带人工林、常绿阔叶林、次生林等生态系统为主要研究对象,以长期定位观测、控制实验与模拟等为主要研究方法,以森林生态系统结构、功能与关键过程为主要研究方向,重点探索地下生物过程及其与地上结构功能的协同反馈机制,生态系统碳氮水通量及其对全球变化响应规律,流域物质循环与生态水文耦合过程,同时创新人工林生态系统多目标经营理论、关键技术与示范模式,发展森林生态学和恢复生态学,为国家森林生态系统保护和恢复与美丽中国“江西样板”建设提供科技支持。
2.2 科学数据中心发展历程
地理资源所作为推动中国科学数据共享事业的先行者之一,目前拥有国家地球系统科学数据中心（其中可再生资源与环境于1988年加入世界数据中心）、国家生态科学数据中心2个国家级科学数据中心,1个中国科学院资源环境数据中心,1个全球变化科学研究数据出版系统并于2016年加入世界数据系统,形成了地理资源所独具特色的数据共享服务平台,引领了中国地理资源环境领域科学数据共享事业的发展并在世界科学数据领域产生重要影响（图3）。图3
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图3地理资源所数据中心发展历程
Fig. 3The development of data centers in IGSNRR
2.2.1 国家地球系统科学数据中心 国家地球系统科学数据中心是国家在地球系统科学领域的数据共享实践主体,在1980年前后就开展了国家国土资源信息系统的研究。2003年开始研究分散科学数据共享机制、标准规范、关键技术等,致力于为地球系统科学与全球变化等研究提供数据共享服务,是科学数据共享工程首批9个试点之一。2005年被国家科技基础条件平台纳入,2011年成为首批通过认证的23家国家科技基础条件平台之一,同时被遴选为国家层面的6个数据平台之一（图3）。2019年由于科技部对原有国家科技资源共享服务平台进行优化调整,原地球系统科学数据共享服务平台调整为“国家地球系统科学数据中心”,成为20个国家科学数据中心之一[6]。在保证数据共享安全的基础上,数据中心通过汇聚领域分散科学数据资源,以地球系统科学学科发展与科技创新需求为导向,进一步整合、集成,为区域可持续发展、人地关系、陆地表层、全球变化等国家科技创新提供数据支撑。
2.2.2 国家生态科学数据中心 国家生态科学数据中心前身可以追溯到1998年中国科学院开始筹建的中国生态系统研究网络（CERN）综合中心数据部,主要承担CERN网络的信息系统建设、历史数据整编、数据库建设和维护以及数据管理共享服务。2005年6月,随着国家生态系统研究网络（CNERN）综合中心的建立,数据中心成为CNERN综合中心的重要组成部分,负责分布在全国51个生态系统国家野外科学观测研究站和种质资源圃网、土壤肥力站网的观测数据汇集、整理和共享发布等工作。2011年国家生态系统观测研究网络成为首批通过认证的23家国家科技基础条件平台之一。2019年科技部、财政部联合发文正式批准成立了国家生态科学数据中心,成为首批优化调整认定的国家级的科学数据中心（www.cnern.org）（图3）。同年,也成立了中国科学院生态科学数据中心和CERN数据中心。国家生态科学数据中心的定位是：以CNERN国家站为基础,生态系统观测研究数据为核心,拓展部门台站和专项观测网络,整合台站—区域—全国生态系统观测研究数据产品,打造具有国内外先进水平的国家级科学数据中心,支撑国家生态文明建设和生态系统学科发展。
2.2.3 中国科学院资源环境科学数据中心 1999年10月中国科学院资源环境科学数据中心开始筹备,并完成了中国资源环境数据库的网络站点建设并投入运行;2000年中国科学院资源环境科学数据中心成为国家空间信息交换中心的科学院节点;2003年8月成立中国科学院知识创新工程非法人研究单元——中国科学院资源环境科学数据中心（图3）。中心下设中心本部和9个分中心,中心本部设在地理资源所,分中心挂靠相关共建研究所。数据中心的主要目标是以现代空间信息技术为支撑,研究资源环境空间数据的科学内涵、核心技术与关键应用;通过数据搜集、整理、汇聚各类资料与数据源;面向地理科学研究需求,发展数据处理模型、方法与系统,对汇聚的各种数据原料进行深度加工与再挖掘,生产原创的系列全球地理科学数据产品;制定科学数据编码、汇交、标准化处理、质量控制等系列数据规范,形成可共享的全球地理科学数据资源,支持资源环境科学研究,满足国家对可持续发展战略决策信息的迫切需求,通过中心网站向用户提供数据共享服务（www.resdc.cn）。
2.2.4 全球变化科学研究数据出版系统（中英文） 该系统平台于2014年6月正式开通,其宗旨是建立一个将全球变化科学研究综合领域元数据—实体数据—数据论文关联一体出版平台（www.geodoi.ac.cn）。2016年9月,国际科学理事会（International Council for Science, ISC）批准该系统为世界数据中心,被科技部国际遥感中心批准为中国国际地球观测组织（China GEO）数据出版分中心。该中心由一网二刊一枢纽组成。2017年3月《全球变化数据学报（中英文）》创刊,该刊的主要功能是出版科学数据论文;2019年全球变化科学研究数据出版系统被批准为国家对地观测科学数据中心数据出版分中心。2020年6月《全球变化数据仓储电子杂志（中英文）》创刊,该刊被“中国科技期刊卓越行动计划”批准为高起点刊,主要功能是出版实体科学数据集。2020年2月“全球变化数据与知识枢纽”启动,该枢纽的主要功能是以科学数据和学术论文元数据为核心的数据共享系统,其中率先建立了“中国科协联合国咨商专委会新冠病毒疫情知识与数据信息系统”,该系统成为联合国世界信息峰会2020年全球应对新冠病毒疫情行动典型案例之一。
3 建设成就
3.1 创建了国家尺度的生态系统、通量和物候等领域的野外观测研究网络,引领了中国野外观测研究事业的发展,支撑了生态学、地理学等学科重要科学成果产出,在国际上具有重要影响力
CERN始终将生态系统观测、研究、示范作为三大核心任务。CERN制定了统一的水分、土壤、气候和生物要素等一系列观测指标体系,实现了网络化、标准化、规范化和制度化运行。同时,逐渐发育成了农业示范、生态系统恢复和全球变化等三大领域的研究基地及10个专项观测实验研究平台,成为世界上具有重要影响的三个国家级生态系统研究网络之一。CERN的系统设计理念、指标体系和技术规范在水利、林业、农业等部门的生态系统研究网络建设中得到了广泛应用。CERN汇聚了中国唯一的生态系统变化定位观测数据资源,开创性地组织了全国尺度的网络化生态系统定位观测—科学研究—科技示范工作,发展了中国生态环境领域科技活动组织的新模式,奠定了生态环境领域台站建设的理论和技术基础,引领了中国野外台站网络体系的建设和发展。围绕农业生产和生态环境的科学问题和国家需求,CERN系统地发展了中国生态系统科学研究的理论体系和方法论,深入地研究了农业生产中的重要生态系统过程与演变、生态系统对气候变化的响应和适应、生物多样性保育与生态系统稳定性、脆弱生态系统退化与演变等科学问题的生态机制,显著地推动了中国生态环境领域的科技进步,为中国农业生产和生态环境建设提供科学依据。20多年来,CERN针对中国不同时期农业生产和生态环境保护领域的重大科技需求,根据不同区域的资源环境特点,有效地组织了生态环境保护与恢复关键技术及其示范模式、现代农业高效生产的集成研究,为中国农业生产和生态环境建设做出了重大贡献。2012年研究成果“中国生态系统研究网络（CERN）的创建及观测研究和试验示范”获国家科学技术进步一等奖。ChinaFLUX系统性地研究了陆地生态系统碳水和能量通量观测的理论和方法论,设计了多尺度、多要素协同观测的技术体系和数据—模型融合系统,将ChinaFLUX的观测站点和全球变化陆地样带有机结合,构建了站点—样带—区域生态系统通量的多尺度综合观测技术体系;率先研制碳—氮—水同位素通量原位连续观测新技术,建成了生态系统水—碳—氮通量与同位素通量整合的综合观测系统;基于协同观测数据,结合改进的生态过程机理模型和遥感反演模型构建了数据—模型融合系统[7]。研究成果获得国家科技进步一等奖1项、二等奖2项。经过连续10余年的联网观测,ChinaFLUX获取了中国唯一的碳通量/储量动态变化科学数据,系统地评估了中国典型陆地生态系统碳—氮—水收支状况和特征,揭示了中国陆地生态系统碳、氮、水通量的动态变化规律及其环境控制机制,阐述了中国和全球陆地生态系统碳通量的空间格局及其生物地理生态学机制,自主开发了陆地生态系统碳、水交换通量的模型模拟系统,研究成果发表在国际高水平学术期刊上,被气候变化国家评估报告等采用。同时ChinaFLUX作为国际组织FLUXNET的重要组成部分,也是亚洲通量网的主席单位,在国际上具有重要的影响力。
物候是全球变化“指示器”,在全球变化研究中发挥着重要作用。自1963年以来,“物候网”已累计获取含600余种木本、草本、动物等多类人工物候记录逾百万条,相机数据量共计约400 G。目前,人工观测数据每年新增物候观测记录约13000余条,相机每年新增物候观测数据量约200 G,约1万张照片。“物候网”现已共享全国44个站点典型木本植物物候期（1963—2012年）、22种典型草本植物物候期（1963—1996年）数据集,中国、欧洲木本植物展叶始期物候期（1952—2007年）格网化数据集,以及2017年4个站点物候相机多光谱图像数据集。2010年以来,研究团队发表中英文论文百余篇,内容主要涉及物候学学科发展探讨[8,9,10]、中国物候变化的时空特征[11,12,13,14]、物候响应气候变化的机理[15,16,17]、物候变化对生态系统和人类旅游活动的影响[18,19,20]、历史物候序列重建[21,22]和未来区域植被物候变化预测[23]等方面。论述了1963年以来中国物候变化的时空规律及其归因,在国内外学术界均产生重要影响。近年“物候网”的研究工作已经转往利用室内控制试验方法研究物候变化的驱动因素[24],以及植物激素对秋季物候发生的影响情况[25]。这为进一步更深入揭示植物物候变化的生理生态和分子生物学机理打下坚实基础。
3.2 野外台站科技支撑能力和科研示范能力大幅提升,提高了区域生态环境问题的科学认知,有力支撑了华北平原、青藏高原以及南方山地丘陵区的生态文明建设
依托于地理资源所的禹城站、拉萨站和千烟洲站是CERN的重要野外站,禹城站、拉萨站同时也是CNERN的重要国家野外站。三个野外台站均是颇具代表性的生态领域野外站,在生态系统观测、研究、示范、服务等方面取得了突出成绩。野外站加入了多个野外站网络,包括国内外综合观测研究网络和特定要素观测网络,在网络内部与其他机构建立的站点有着长期的紧密合作;另外,野外站的长期监测数据除了在各自的服务网站对外开放共享,同时在国家生态科学数据中心对外开放共享,促进了野外站的生态系统联网研究,对服务国家需求以及科学研究起到了重要作用。3.2.1 长期开展华北平原农业生态系统观测研究,推动“渤海粮仓”科技示范 以服务国家战略需求和地方农业发展为目标,紧扣农业生态系统的学科发展前沿,禹城站开展长期观测、研究和示范,在长序列数据积累、高水平科研成果产出、具有重大影响的模式示范等方面做出了重要贡献。经过40余年的发展,禹城站形成的农业新技术、新模式对国家和地方产生了重大影响。成果曾获得国家科技进步奖、中国科学院科技进步奖、第三世界科学院农业奖、中国科学院自然科学二等奖,国家科委、国家计委、财政部授予的“八五”科技攻关成果奖。
在科研平台建设上,禹城站研究团队以禹城科研基地为基础,从站点研究拓展到区域综合研究,建立了华北平原现代农业的试验观测平台,包括滨州农业产业示范基地、黄河三角洲科研示范基地,形成了从禹城、滨州到黄河三角洲的黄河下游引黄灌区带状区域试验观测研究平台,同时开发了华北平原天地空综合观测研究平台,显著提升了华北平原现代农业高效生态发展方面的研究能力。
在科学发现上,禹城站系统开展了华北平原农田生态系统水和物质循环及其区域环境效应、农田生态系统碳过程及其对气候变化的响应、区域遥感监测与水土资源优化配置等研究,揭示降水—灌溉水—土壤水—地下水之间的交换机理与交互作用机制、区域地表水和地下水的运移时空规律、不同来源水分在空间上的演化和水质演变过程与机理;初步阐明了农业政策在华北农田碳库大幅度提升中的重要作用,明晰了冬小麦生长和产量形成对温度升高的响应机制,揭示了不同耕作措施下,土壤有机质分解对温度升高适应的过程机理以及相互作用机制,为改进农田管理服务提供了理论依据;在农田多尺度监测、作物种植与长势、水土资源监测与优化、农区景观格局等领域均取得较好研究成果,为华北区域农田生态系统观测、研究和区域示范提供了扎实的理论和方法。
围绕“渤海粮仓”科技示范和农业生态结构优化、功能调控与技术示范,创新性地提出了以专用生物有机肥快速改良土壤结构、抑制返盐、高产种植农机农艺配套技术为核心的滨海盐碱地快速改良配套技术,突破了高地下水位条件下盐碱地快速治理的难题。建立万亩以上“渤海粮仓”示范区32个,示范面积120.75万亩,累积辐射推广新品种、新技术、新产品1657万亩,棉改粮173.76万亩,整治盐碱土地64.26万亩,粮食增产28.37亿kg,获得专利20项。这一整套技术的实施和推广,为中国以滨海盐碱地开发为核心的后备粮仓建设提供了技术储备,为“渤海粮仓”科技增粮发挥了重要作用。
3.2.2 加强青藏高原生态环境观测研究,为当地农牧民增产增收提供科技支撑 拉萨站成立以来,围绕促进西藏农牧民增收技术和模式、藏北牧区生态系统变化和优化管理等方面开展了一系列的研究,在论文发表、咨询报告、专利和软件以及获奖等方面都取得了重要的成绩。2011—2019年在国内外主流学术期刊公开发表论文468篇,特别是关于青藏高原草地物候研究的论文在国际顶级期刊上发表;获得授权专利12项,软件著作权7项,地方标准8项。同期还获得科学技术奖励12次,其中西藏自治区科学技术奖励一等奖4次（3次为第一单位）,二等奖3次、三等奖1次,其他奖励4次。
拉萨站建立了青藏高原长期生态环境观测平台。以高原农田生态系统为对象,设置了10余处观测场,其中包括综合观测场1处、气象观测场1处、辅助观测场3处、水质调查点5处以及站区调查点2处。开展了那曲围栏和禁牧高寒草甸生态系统CO2/H2O通量观测（2009年至今）、当雄草原化草甸和湿地生态系统CO2/H2O通量观测（2003年至今）、当雄高山垂直小气候观测（2005年至今）、那曲—阿里草地样带观测（2009年至今）。
青藏高原是全球气候变化的敏感区域,作为高原生态系统主体的高寒草地对气候变化以及人类活动如何响应,将会影响到高原农牧业的未来发展。拉萨站研究团队在青藏高原高寒生态系统对全球变化响应方面取得了较为突出的成绩。首先通过方法的改进和模型参数的本地优化,提高了模型在青藏高原应用的准确性,利用改进的方法和优化的模型,识别了驱动青藏高原生态系统时空格局的驱动要素,在厘清青藏高原生态系统时空动态及机理的基础上,阐明了各自的环境效应。在以上方面取得的创新性成果,在中国和国际全球变化研究领域都具有较大影响力,为高寒生态系统优化管理提供了科学的理论基础。相关研究成果发表后,被相关高水平期刊引用64次,国内新闻媒体对此工作进行了报道。
拉萨站构建了农牧业优化发展模式,助力西藏农牧民持续稳定增收落到实处。围绕西藏同全国其他地区一道实现全面建成小康社会的重大需求,针对西藏农牧民增收缓慢、后劲不足等现实问题,拉萨站以草牧业发展转型为突破口,选取典型农业村、半农半牧村、农林牧结合村等开展西藏农牧民增收模式建设与示范,从新型农牧民经营组织培育着手,建立产业化经营示范平台,构建集牧草种子繁育、牧草种植、草产品加工、健康养殖为一体的草牧业技术体系,培养关键岗位人才,打造西藏畜牧业品牌,使得示范区农户每年稳定增收2000元以上。该项工作先后获得西藏自治区科学技术奖励3项,并多次在央视等主流媒体广泛报道。据不完全统计,相关科技成果在西藏累计推广面积已达40余万亩,综合经济效益逾4亿元。
3.2.3 为南方红壤丘陵区生态文明建设提供科技支持 千烟洲站以亚热带森林生态系统结构和功能为主要研究方向,通过面向区域可持续发展需求,深入研究流域—生态系统服务功能与人类福祉之间的关系,示范推广山水林田湖草—流域综合治理模式,为国家森林生态系统保护和恢复与美丽中国“江西样板”建设提供科技支持。自2014年以来,千烟洲站发表高质量学术论文425篇。
经过37年的发展,千烟洲站已形成了卫星—飞机—地面立体观测体系和由样地到大流域尺度点面结合的野外观测研究平台,按照CERN的标准和规范建立了生态系统要素综合观测平台;拥有中国观测指标最全、积累数据时间序列最长的地表通量观测平台;构建了涵盖江西的森林—土壤系统观测平台;打造了从赣江初级支流到鄱阳湖区的多尺度的水文—生物地球化学循环研究平台;建立了红壤丘陵地球关键带生态系统管理示范平台。在科学研究方面揭示了森林地下生物学过程,建立了根系生物学研究方法体系,提出了基于根系的植物进化理论。提出了根寿命模块学说,系统研究了根结构与功能的关系;创新了根系—根际生态学的理论和原位监测方法体系,建立了根系生物学和生态过程观测研究网络;揭示了根系生物地理格局,提出根系是植物进化内在动力,解开了植物生存和传播隐秘的“地下规则”。该研究是地下生态学的首创,首次阐明了植物根系进化的组织方式,提出了一个全新的植物进化理论：在长达1.2亿年的植物进化过程中,地下吸收根朝更加高效、独立的方向进化,为物种开拓新的栖息地发挥了重要作用,促进了植物的传播和进化。
在阐明了红壤丘陵生态恢复的过程和机理基础上,创建了以“丘上林草丘间塘,河谷滩地果渔粮”著称的“千烟洲模式”,成为红壤丘陵区生态环境治理与经济综合发展的典型范例。“千烟洲模式”从“山水林田湖草”多个角度系统治理了荒山草坡,在生态恢复的同时实现了经济、社会的协调发展,完善了生态恢复的技术与理论体系,并为中国南方红壤丘陵区资源综合开发和生态经济可持续发展探索了一条成功之路。
3.3 形成了中国地球系统科学、野外台站定位观测以及资源环境等领域的数据资源体系,成为中国地球系统科学、野外台站、资源环境等学科和领域最大的数据汇聚中心
国家地球系统科学数据中心围绕地球系统科学数据资源体系建设,整合集成分散在国内外数据中心群、科研院所、高等学校、野外台站和科学家个人手中历史的、现状的和未来的科学研究产生的数据资源,并接收国家重大科研项目数据汇交,在此基础上进行二次加工和深度挖掘生成满足人地系统和地球各圈层相互关系研究的主题数据库和数据集。基于以学科与圈层并重的原则,以学科发展关键问题与重大国家战略需求为导向,依托长期稳定的国际资源积累、历史资源深加工、科学家个人贡献等多层次数据汇聚渠道,按照“圈层系统—学科分类—主题要素—数据集”四级目录开展数据资源体系建设,目前已建成多学科、多时空尺度的国内规模最大的综合性地球系统科学数据库群,涵盖大气圈、岩石圈、冰冻圈、陆表、海洋及外层空间的一级学科（18个）与主题要素（115个）的数据集（累计24000余个）,资源总量约2.0 PB,在空间尺度上覆盖“站点—典型区—全国—洲际—全球”,在时间尺度上跨越“百万年—万年—百年—近现代—未来情景”。同时率先开展国家科技项目数据汇交与开放共享：2008年成为国家“973”资环领域数据汇交管理中心,2019年成为国家科技基础性工作专项项目数据汇交管理中心,探索形成科技计划项目数据汇交与管理模式,并参与制定科技计划项目数据汇交管理办法及技术规范13项;截至2019年底,接收487个科技项目数据,数据总量达31 TB,覆盖大气科学、地理学、地质学、海洋科学等学科,成果包括志书典籍、标本物质、标准规范、科学数据等。围绕野外台站长期观测数据资源体系建设,国家生态科学数据中心以中国生态系统研究网络、中国通量观测研究网络长期观测数据为基础,整合科研项目和专项观测研究网络数据资源,形成了台站—联网观测—重大科学研究项目的多尺度多要素数据资源体系,具有中国目前唯一的、最系统的、长达20年的中国典型生态系统长期定位观测数据集,高频、连续的、长达15年的中国碳水通量观测数据集等,成为中国最大的生态系统观测研究数据共享资源。实现了生态站仪器、设施、标本的信息化,建立了中国生态领域最大的信息化科技资源库。联网长期观测数据库突破2000万条,时间跨度超过30年,是全国唯一的生态系统长期观测数据库。积累的长期观测数据为国家重大需求提供了有力支撑,如生态建设和农业生产政策等方面咨询报告编写（两办采纳）、生态环境部“十年评估”和“五年评估”、国家气候变化评估报告编写等。
在资源环境数据加工与集成方面,经过30多年的积累,资源环境数据中心汇聚了全球多种数据源,打通了多种国际数据资源获取渠道,并加工生成了超过30种自有知识产权的全球专题数据产品以及区域性的高分辨率产品。目前已经生成中国/关键区域/全球科学数据2000余条,数据量超过500 TB。构建了全球尺度地表参数时序空间信息产品,生产了涵盖全球森林覆盖度、草地覆盖度等20余项地表参数产品,这些产品在国际上有广泛的影响力,部分产品已经进入国外大学的数据中心作为标准产品使用。在人文社会数据科学数据加工与集成方面,突破了人文要素数据难与自然要素融合分析的瓶颈,建立了人口、GDP等统计数据空间化处理的方法体系;在国内首次构建了全国尺度具有统一坐标系、统一空间分辨率、每5年一期的人口及经济时间序列空间数据库及数据更新系统。数据成果为国务院办公厅、中国社会科学院、国家林业和草原局等有关政府决策部门和科研单位提供了大量数据应用服务。据不完全统计,该套数据成果已经为百余项硕博论文及科研项目提供了数据支撑。
3.4 建立了从标准规范、数据共享平台、数据共享服务模式（数据出版）等覆盖数据全生命周期的科学数据管理和共享技术体系,引领了中国科学数据共享事业的发展
标准规范、信息化平台以及数据共享服务模式是数据中心运行的技术支撑体系。国家地球系统科学数据中心首创可推广的分散科学数据共建共享联盟机制,制定首套地球系统科学数据共享标准体系。截至2019年底,中心已制定数据共享联盟与平台章程、运行机制与管理条例、元数据标准、数据管理规范、平台开发与共享服务规范等共计80项制度和规范。国家生态科学数据中心以CERN数据管理工作为基础,联合CERN相关专业分中心,建立了台站数据采集、汇交、质量控制、共享服务等的一系列技术规范体系,有效保障了台站观测数据的质量、长期性和连续性。国家地球系统科学数据中心自主研发首套海量、异构数据网络共享技术体系与服务系统：突破分布式互操作技术,建成“物理分布、逻辑统一”的数据共享服务平台;研发智能检索与排序、异构数据安全访问、数据知识产权保护、用户行为追踪、资源个性推荐等共享关键技术,形成一站式共享服务体系[26]。国家生态科学数据中心率先利用云技术开发了“生态网络云”信息平台,实现了数据采集—传输—管理—分析—共享服务的一体化,成为中国第一个生态领域的国家层次数据管理和共享服务云平台。
随着数据论文和出版成为数据共享新模式,在已有的在线和离线共享基础上,建立了全球变化数据出版系统。国家地球系统科学数据中心和资源环境数据中心倡导和率先构建了中国数据产品出版系统。国家生态科学数据中心以出版数据集丛书、发表数据论文专刊等形式促进数据共享,保护数据生产者知识产权,引领了中国数据论文出版事业的发展。
全球变化科学研究数据出版系统（中英文）是中国首个科学数据中英文双语出版系统,也是世界首个将元数据—实体数据—数据论文关联一体出版系统,创立了科学数据出版的新机制。目前,该系统发表了来自世界12个国家、500多个单位、1200多位作者发表了800多个数据集、300余篇数据论文,汇集了14万多篇关联元数据;访问者来自世界97个国家和地区,用户超过5万（IP计算机用户）,访问量超过500万次。被誉为“中国科学数据共享新的里程碑”,2017年入选中国大数据50最佳案例（科学、教育领域代表案例）,2018年获得联合国世界信息峰会（WSIS）奖（电子科学组冠军奖）,2018年获得第八届中国数字出版博览会“创新项目”荣誉。
3.5 数据共享服务成效显著,在国内外具有重要影响力
地理资源所自成立以来,数据共享服务成效显著,支撑了多个国家重大科研项目、国家重大需求,在国内外具有广泛的影响力。国家地球系统科学数据中心始终以用户为中心、以需求为导向,致力于提供稳定高效的专业化数据共享服务：截至2019年底,中心实名注册用户达到12.3万人,网站浏览量3.5亿次,访问人数近600万人,数据用户群覆盖100多个国家和地区;为8273项国家重大专项/工程、国家和地方科技计划、民生科技、企业创新、科学普及及其他项目提供技术支撑和数据服务,发表论文1921篇（英文论文777篇）,支撑发表论文8000余篇,服务资源总量达19 PB,为国家节约经费上亿元,取得良好的社会效益。获得各类奖项130余项：2014年成果“地球系统科学数据共享平台构建、关键技术与服务”获得国家科学技术进步奖二等奖;2011年作为科学数据共享领域唯一代表参加“十一五”国家重大科技成就展,并获得“‘十一五’国家科技计划优秀执行团队奖”。国家生态科学数据中心以“生态网络云”为核心平台进行数据开放共享。依托“生态网络云”平台,网站访问量、数据服务量、网站注册用户数逐年递增,数据用户包括科研院所研究人员、高等院校师生、企业研发人员等,服务了科技部、中国科学院、自然科学基金委、其他部委及地方等众多的科研项目。2019年用户注册人数累计达到6722人,其中新增用户1947人,注册用户来自科研院所、高等院校、企业等300多家机构。2019年平台网站系统访问量累计达509万人次。2011年组织出版生态站2008年之前数据,农田、草地与荒漠、森林以及湖泊湿地海湾生态系统共4卷、51册;2017年、2020年在《中国科学数据》组织出版了水、土、气、生长期监测数据论文专辑。2019年中心和相关野外台站支撑重要科研论文产出2598篇、国家标准2个、国家科技奖1项、政策建议报告22篇。数据中心加入DataONE,积极参与数据的国际共享,CERN/CNERN国际共享数据服务系统现已成为DataONE的成员节点（https://data-en.cern.ac.cn/metacat）。
资源环境科学数据中心网站具有广泛学术影响力,实名注册用户超过6万人,年访问超过300万人次,数据下载超过40万次,下载量超过20 TB。数据出版网站（www.geodoi.ac.cn）注册用户5万多人,访问超过500万人次。
4 未来发展展望
野外科学观测研究台站（网络）和科学数据中心作为中国重要的科技创新基地,在未来的科学研究中具有重要的、不可替代的作用。近年来,国际上新一代生态系统观测研究网络逐渐形成,例如美国国家生态观测网络（NEON）等,野外科学观测研究台站（网络）的发展进入了全新的阶段;随着国内外对科学数据重视程度的迅速加深,数据中心也发挥着越来越重要的作用。地理资源所在未来的工作中,必将高度重视,持续推动和引领中国的野外台站（网络）建设和科学数据中心建设的发展。（1）充分发挥野外台站网络综合中心作用,强化生态系统、碳水通量、物候等观测研究网络的能力建设,积极争取申请大科学装置研究计划（中国陆地生态系统观测与实验网络大科学装置）,制定科学合理的标准规范体系,提高联网观测的技术水平。面向全球变化、区域可持续发展、生态文明建设等重大科学问题和国家重大需求,积极组织开展联网研究,继续发挥地理资源所在中国乃至全球生态系统、通量观测和物候观测研究中的引领和示范作用。
（2）稳步提升禹城站、拉萨站、千烟洲站的条件保障能力。充分发挥野外台站的科研基地功能。面向国家需求,开展华北平原农业区、青藏高原农牧区、南方红壤丘陵林业区等典型区域的生态系统管理技术与模式的集成与创新研究,解决国家生态文明建设和应对全球气候变化中的重大生态学问题,推动区域生态系统管理领域的科技进步,服务于国家和地方的生态建设、应对全球变化及区域可持续发展。面向生态学学科前沿,重点开展农田、森林和草地生态系统结构功能、动态演化与空间格局的变化规律研究,推动生态系统生态学、全球变化生态学等学科的发展。地理资源所主管的野外台站目前存在研究试验用地紧张,稳定经费支持力度不足等限制性因素,未来可通过多方筹措资金逐步加以解决。
（3）依据《国家科学数据管理办法》精神,提升数据中心的数据汇聚能力、分析挖掘能力和共享服务能力,持续推动和引领中国的科学数据共享事业。提升数据质量,形成地球系统科学、野外台站观测、资源汇聚等领域的权威品牌数据资源体系;建立不同学科和领域的数据分析工具和算法平台,提高中国数据中心的再分析和数据产品开发以及挖掘能力;瞄准国家需求和科技前沿,提升数据资源精准推荐和定制化服务水平,形成在线、离线和数据出纳等多种形式并存的数据共享服务体系;加强数据知识产权保护;着重数据科技人才培养,提升专业化水平;优化国际数据资源布局,多方位深化国际合作,全面提升国际影响力。
参考文献 原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子
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DOI:10.1007/s00484-012-0602-2URLPMID:23114575 [本文引用: 1]
Phenological data of 42 woody plants in a temperate deciduous forest from the Chinese Phenological Observation Network (CPON) and the corresponding meteorological data from 1963 to 2011 in Xi'an, Shaanxi Province, China were collected and analyzed. The first leaf date (FLD), leaf coloring date (LCD) and first flower date (FFD) are revealed as strong biological signals of climatic change. The FLD, LCD and FFD of most species are sensitive to average temperature during a certain period before phenophase onset. Regional precipitation also has a significant impact on phenophases of about half of the species investigated. Affected by climate change, the FLD and FFD of these species have advanced by 5.54 days and 10.20 days on average during 2003-2011 compared with the period 1963-1996, respectively. Meanwhile, the LCD has delayed by 10.59 days, and growing season length has extended 16.13 days. Diverse responses of phenology commonly exist among different species and functional groups during the study period. Especially for FFD, the deviations between the above two periods ranged from -20.68 to -2.79 days; biotic pollination species showed a significantly greater advance than abiotic pollination species. These results were conducive to the understanding of possible changes in both the structure of plant communities and interspecific relationships in the context of climate change.
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DOI:10.1111/gcb.12648URLPMID:24895088 [本文引用: 1]
DOI:10.1007/s11430-011-4349-0URL [本文引用: 1]
Fraxinus chinensis to study the formation mechanism of geographical distribution of the plant phenophase changes and revealed their spatiotemporal dynamics in China. Based on the first leaf date (FLD) data at 12 sites derived from Chinese Phenological Observation Network (CPON) and related meteorological data, we developed and validated the process-based model of FLD for Fraxinus chinensis. After reconstructing data series of FLD for Fraxinus chinensis over the study area from 1952 to 2007, we analyzed different spatiotemporal patterns of phenophase changes of this species. The results suggested that the process-based model was able to simulate the FLD accurately for Fraxinus chinensis on large spatial and temporal scales, because of the consideration of different budding rate responded to the air temperatures during the dormancy and the quiescence in accordance with the physiological mechanism of plants. The geographical distribution of the spring phenology in temperate regions was determined by the spatial pattern of daily average air temperature. The changes of FLD for Fraxinus chinensis revealed significant phenological advances in most areas. However, it showed delayed trends in a few sites. The overall average change trend was -1.1 days/decade. This result was consistent with the advanced trend in other regions of the North Hemisphere. The changes of FLD showed a noticeable regional variation with clearer advance in the north than in the south. The FLD in northern China showed an average advance as high as -2.0 days/decade (P<0.01). And the advance in northeastern and northwestern China was respectively -1.5 and -1.4 days/decade (P<0.01). Furthermore, eastern and central regions showed a minor trend, which was -1.0 days/decade (P<0.05). The smallest and non-significant advance appeared in southwestern and southern China.]]>
DOI:10.1007/s00484-013-0679-2URL [本文引用: 1]
Leaf phenology has been shown to be one of the most important indicators of the effects of climate change on biological systems. Few such studies have, however, been published detailing the relationship between phenology and climate change in Asian contexts. With the aim of quantifying species' phenological responsiveness to temperature and deepening understandings of spatial patterns of phenological and climate change in China, this study analyzes the first leaf date (FLD) and the leaf coloring date (LCD) from datasets of four woody plant species, Robinia pseudoacacia, Ulmus pumila, Salix babylonica, and Melia azedarach, collected from 1963 to 2009 at 47 Chinese Phenological Observation Network (CPON) stations spread across China (from 21A degrees to 50A degrees N). The results of this study show that changes in temperatures in the range of 39-43 days preceding the date of FLD of these plants affected annual variations in FLD, while annual variations in temperature in the range of 71-85 days preceding LCD of these plants affected the date of LCD. Average temperature sensitivity of FLD and LCD for these plants was -3.93 to 3.30 days A degrees C-1 and 2.11 to 4.43 days A degrees C-1, respectively. Temperature sensitivity of FLD was found to be stronger at lower latitudes or altitude as well as in more continental climates, while the response of LCD showed no consistent pattern. Within the context of significant warming across China during the study period, FLD was found to have advanced by 5.44 days from 1960 to 2009; over the same period, LCD was found to have been delayed by 4.56 days. These findings indicate that the length of the growing season of the four plant species studied was extended by a total of 10.00 days from 1960 to 2009. They also indicate that phenological response to climate is highly heterogeneous spatially.
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DOI:10.3354/cr01182URL [本文引用: 1]
DOI:10.1002/2013JG002565URL [本文引用: 1]
DOI:10.1002/joc.2015.35.issue-6URL [本文引用: 1]
DOI:10.1007/s00484-013-0671-xURLPMID:23689929 [本文引用: 1]
Recent shifts in phenology reflect the biological response to current climate change. Aiming to enhance our understanding of phenological responses to climate change, we developed, calibrated and validated spatio-temporal models of first leaf date (FLD) for 20 broadleaved deciduous plants in China. Using daily meteorological data from the Chinese Meteorological Administration and the Community Climate System Model, version 3 (CCSM3) created using three IPCC scenarios (A2, A1B and B1), we described the FLD time series of each species over the past 50 years, extrapolating from these results to simulate estimated FLD changes for each species during the twenty-first century. Model validation suggests that our spatio-temporal models can simulate FLD accurately with R(2) (explained variance) >0.60. Model simulations show that, from 1952 to 2007, the FLD in China advanced at a rate of -1.14 days decade(-)(1)) on average. Furthermore, changes in FLD showed noticeable variation between regions, with clearer advances observed in the north than in the south of the country. The model indicates that the advances in FLD observed from 1952-2007 in China will continue over the twenty-first century, although significant differences among species and different climate scenarios are expected. The average trend of FLD advance in China during the twenty-first century is modeled as being -1.92 days decade(-)(1) under the A2 scenario, -1.10 days decade(-)(1) under the A1B scenario and -0.74 days decade(-)(1) under the B2 scenario. The spatial pattern of FLD change for the period 2011-2099 is modeled as being similar but showing some difference from patterns in the 1952-2007 period. At the interspecific level, early-leafing species were found to show a greater advance in FLD, while species with larger distributions tended to show a weaker advance in FLD. These simulated changes in phenology may have significant implications for plant distribution as well as ecosystem structure and function.
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URLPMID:32494031 [本文引用: 1]
Current understanding of autumn phenological responses to climate change in deciduous tree species remains limited, mainly due to the difficulties in defining autumn events and the lack of knowledge about its mechanism. Here we applied a method based on measuring chlorophyll A (Chla) content in leaf tissue during the entire autumn senescence processes to appropriately quantify autumn phenological processes. Beginning of leaf coloring could be defined as when about 50% of the Chl was lost. End of leaf coloring could be defined as when about 95% of the Chl was lost. Then the mechanism behind the timing of autumn senescence responses to climate change through hormone regulation was studied for the first time. Four dominate deciduous tree species with representative senescence type (Salix babylonica, Ginkgo biloba, Acer mono, Cotinus coggygria) were chosen as the subject of study. Variations in climate factors (temperature, day length, precipitation, humidity) were recorded and nine major endogenous hormones (IAA, IPA, ZR, DHZR, GA3, GA4, ABA, MeJA, BR) in leaf tissues were monitored during the entire autumn senescence processes. The experimental results verified temperature and day length are the major climate factors affecting autumn phenology. Low temperature and short day length could result in the decrease of ZR level and the increase of ABA level in leaf tissue, which directly trigger/promote senescence. Meanwhile, low temperature and short day length could cause the decrease of MeJA level and the increase of GA3 and GA4 level, which regulate the timing of autumn senescence indirectly through ZR, ABA, and IAA. Our study improves the understanding of autumn phenological response to climate change in deciduous trees.
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