• 2020年第40卷第23期文章目次
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      2020, 40(23):0-0.

      摘要 (354) HTML (0) PDF 55.23 M (297) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >粤港澳大湾区生态系统保护与修复 专栏
    • 国内外主要湾区生态系统特征、修复理论与技术模式

      2020, 40(23):8377-8391. DOI: 10.5846/stxb202005251328

      摘要 (700) HTML (232) PDF 6.31 M (449) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过总结粤港澳大湾区、东京湾区和旧金山湾区等国内外主要湾区的生态系统特征、生态修复理论和实践研究进展,在辨析生态修复概念内涵的基础上,基于Meta-Analysis及综合分析方法,分析了生态系统退化机制及驱动因子,归纳总结湾区生态修复的主要理论基础、技术模式及案例。结果表明:(1)国内外三大主要湾区的生态系统特征为森林占比最高,其次是农田和草地占比,城镇占比第三。森林一般分布在湾区外围,城镇分布在湾区内核河口三角洲附近。(2)湾区生态修复理论包括以恢复生态学、景观生态学和复合生态系统生态学为基础的三种修复理论,生态修复的类别分为补救修复、改善修复、生态恢复和复垦等。(3)湾区生态修复技术模式包括主动修复、被动修复和重建等三类技术模式。在总结梳理生态修复理论和技术模式的基础上,结合当前国内生态修复存在问题,本文提出我国和广东省开展生态修复实践的建议和展望,以期为粤港澳大湾区生态修复提供一定的理论指导。

    • 全球四大湾区生态环境综合评价研究

      2020, 40(23):8392-8402. DOI: 10.5846/stxb202004301062

      摘要 (716) HTML (111) PDF 2.85 M (438) 评论 (0) 收藏

      摘要:全球四大湾区既是经济发达区,也是生态环境脆弱区,对全球可持续发展至关重要。粤港澳大湾区的生态环境问题正在限制其可持续发展,有碍于全面建成国际一流湾区目标的实现。然而,过去的研究对生态环境方面关注较少,缺少湾区生态环境综合评价体系的构建。通过综合国内外统计和遥感多源数据,建立四大湾区生态环境评价数据库;围绕生态质量,环境质量和资源利用效率建立指标体系,构建湾区生态环境综合评价指数。结果表明:2015年,生态环境综合评价,东京湾区 > 旧金山湾区 > 纽约湾区 > 粤港澳大湾区;生态质量,纽约湾区 > 旧金山湾区 > 粤港澳大湾区 > 东京湾区;环境质量,旧金山湾区 > 东京湾区 > 纽约湾区 > 粤港澳大湾区;资源利用效率,东京湾区 > 旧金山湾区 > 纽约湾区 > 粤港澳大湾区。2005-2015年,粤港澳大湾区环境质量增速缓慢,在生态质量和资源利用效率增幅排名首位。旧金山湾区和纽约湾区优势在生态和环境质量,短板在资源利用效率;东京湾区在资源利用效率方面优势明显,短板在生态质量;综合来看,粤港澳大湾区与其他湾区都存在差距。研究建议粤港澳大湾区从生态空间、生态环境治理和资源利用方面,吸取发达国家湾区的经验。

    • 粤港澳大湾区生态系统服务时空演化及其权衡与协同特征

      2020, 40(23):8403-8416. DOI: 10.5846/stxb202003270717

      摘要 (605) HTML (93) PDF 25.14 M (470) 评论 (0) 收藏

      摘要:打造国际一流湾区和世界级城市群的粤港澳大湾区,生态保护、环境优化与城市发展、经济开放具有同等重要地位,掌握其城镇化过程中生态系统及其服务变化状况有助于科学合理、有针对性的制定生态保护修复相关政策。基于2000-2015年粤港澳大湾区生态系统宏观格局变化,分析了大湾区生态系统生产力、水源涵养、土壤保持服务的时空演化特征,进而探讨了供给与调节服务之间的权衡与协同关系。结果表明:(1)森林与农田是大湾区的主体生态系统,面积占大湾区国土面积的54.1%和22.8%,近15年由于城镇面积快速增长(增幅达68.6%),导致森林、农田、湿地面积不断减少。(2)基于净初级生产力的供给服务量和土壤保持量整体上均呈现轻度增加趋势,特别是江门、肇庆等生态服务主要提供区域;东南部最高、北部次之、中部偏低的水源涵养量,除西北部呈现增加趋势以外,其它区域皆呈现减少趋势;城镇扩张是生态系统供给、调节服务明显减少的主要影响因素。(3)大湾区生态系统供给服务与水源涵养、土壤保持调节服务之间的相关关系均以协同为主,然而,在大湾区东北部和南部的广州、惠州、江门等区域呈现明显的权衡关系,提示大湾区发展过程中,需要在这些呈现权衡关系的区域实施有针对性的生态保护修复措施,优化绿地结构、保护生态空间,减少城镇扩张和不合理的人类活动对生态系统服务的消极影响,建设生态优美、文化繁荣的美丽湾区。

    • 基于生态系统服务与引力模型的珠三角生态安全与修复格局研究

      2020, 40(23):8417-8429. DOI: 10.5846/stxb202003150550

      摘要 (542) HTML (103) PDF 9.70 M (391) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着我国城镇化的快速推进,大型城市群及周边区域的生态环境问题日益突显。为了促进区域生态保护、生态修复以及精细化生态管理,空间尺度上的区域生态安全和修复格局的识别必不可少。选取珠三角地区为研究对象。首先,基于InVEST生态模型计算区域关键生态系统服务,并根据SOFM神经网络模型识别以林地为主的36个生态源地,约占区域总面积的29.56%。其次,基于最小阻力路径模型识别141条关键生态廊道(1900 km),10个承接生态流流动的生态节点以及2776 km2处于生态过渡地段的高优先级生态修复区。最后,依据引力模型判定的生态廊道重要性,将重要生态源地及其辐射区域整合形成东北部、西北部、东南部、西部和南部5个生态区。由此,提出以生态源地为核心、以生态廊道为主轴、以生态节点为承接点、以生态障碍点为修复区的珠三角区域生态安全和修复格局,并对各类别生态要素提出相应生态修复与管理措施,有利于解决大型城市群跨区域的共性生态环境问题。

    • 粤港澳大湾区海岸带生态系统保护和修复策略

      2020, 40(23):8430-8439. DOI: 10.5846/stxb202005061117

      摘要 (490) HTML (105) PDF 5.32 M (503) 评论 (0) 收藏

      摘要:粤港澳大湾区是我国海岸带高强度开发区域,面临着生态环境质量不高、生态系统受损严重的压力,开展海岸带生态系统保护修复是绿色湾区发展的必然需求。在分析大湾区海岸带基底、生态环境现状及问题的基础上,提出大湾区海岸带生态系统保护修复规划的策略,从以下5个方面构筑粤港澳大湾区海岸带生态系统保护修复规划的体系:一是从陆海污染统筹治理来恢复海域生物生存环境;二是从自然岸线保护、自然保护地体系重构与规范化建设、珍稀濒危物种栖息地保护来加强海岸带生态的保护;三是通过岸线生态修复、典型滨海湿地生态系统(红树林、珊瑚礁、海草床)修复、受损海岛生态修复来构筑生态安全屏障;四是从海堤生态化改造与建设、沿海防护林体系建设和海岸带综合防护工程建设来促进生态减灾协同增效;五是打造智慧海岸带管理服务平台来保障海洋命运共同体健康发展。本研究提出大湾区海岸带生态保护修复策略,期望为大湾区生态建设和环境保护提供参考。

    • 粤港澳大湾区湿地遥感监测与评估:现状、挑战及展望

      2020, 40(23):8440-8450. DOI: 10.5846/stxb202004150888

      摘要 (552) HTML (109) PDF 3.01 M (398) 评论 (0) 收藏

      摘要:粤港澳大湾区水热丰沛河网密布,岸线曲折峡湾众多,复杂的自然条件孕育了丰富的湿地资源,构成了区域生态安全屏障的重要防线。近几十年来气候变化与区域高强度人类活动的双重胁迫下,大湾区湿地资源面积衰减、质量退化趋势明显,亟需开展湿地资源监测与评估研究,为国家战略提供基础保障。现阶段湿地遥感已实现由最初的湿地面积、形态提取向湿地生物物理参量提取的过程转变,然而粤港澳大湾区特有的气候特征,限制了传统光学影像在湿地遥感领域的应用,大大提升了此区域长时间序列湿地遥感数据获取的难度。此外,如何实现湿地生态价值与生态资产对接与评估,也是现阶段自然资源监测管理面临的重大课题之一。本文基于粤港澳大湾区建设的国家战略需求,讨论湿地资源在构建大湾区生态安全保障体系中的重要地位,厘清大湾区湿地资源保护与利用存在的关键技术瓶颈与核心科学问题,围绕湿地遥感监测、湿地资源生态资产价值评估、湿地生态功能分区与定位等关键问题,指出开展粤港澳大湾区湿地遥感监测与评估面临的挑战,明确构建"天-空-地"湿地遥感监测的综合技术体系实施方案,并展望粤港澳大湾区湿地常态化监测与资产评估的几个重要方向:1构建适用于不同自然环境特征的湿地分类体系;2融合升级现有湿地监测与评估技术手段,发挥"天-空-地"一体化监测平台的技术优势;3全区域监测与重点调查相结合;4从调查监测迈向资源动态监控与演变机制分析;5面向陆海统筹的湿地区划与综合管治;6多学科、跨区域、跨行业协作。

    • 基于“退化压力-供给状态-修复潜力”框架的国土空间生态修复分区——以珠江三角洲为例

      2020, 40(23):8451-8460. DOI: 10.5846/stxb202004240982

      摘要 (622) HTML (87) PDF 13.33 M (471) 评论 (0) 收藏

      摘要:综合考虑生态系统服务供给状态、城市化的生态系统压力以及经济发展支撑生态修复的潜力,开展国土空间生态修复分区,有助于提供自然生态系统和社会经济系统融合的空间途径,促进区域生态系统的整体保护与协同治理。基于"退化压力-供给状态-修复潜力"框架,系统评估珠江三角洲生态系统的压力、状态与潜力,开展国土空间生态修复分区。结果表明,压力指标在珠江三角洲核心区形成连片的高值区并逐渐向外部肇庆市、惠州市、江门市的中心城区辐射;供给指标空间分布差异较大,低值区与高值区之间缺乏自然过渡;潜力指标高值区主要位于各市高度发达的中心城区。珠江三角洲地区国土空间生态修复分区共划分出五大类型区,其中生态优先修复区(压力高-供给低-潜力低)位于广佛都市圈的交界地带,东莞市,珠海市与中山市的中心城区,占珠江三角洲土地总面积9.39%,亟待整合生态修复专项经费开展区际协同治理;生态治理调控区(压力低-供给低-潜力低)主要位于广州市的南沙区,佛山市、中山市与珠海市的非中心城区,占比12.98%,区域经济发展需强化资源环境承载力约束;生态自主修复区(压力高-供给低-潜力高)主要位于深圳市的宝安区、南山区与福田区,广州市的中心城区以及佛山市的禅城区,占比3.24%,应坚持地区生态保护修复政策、加大生态环境治理投资力度。研究结果明晰了珠江三角洲地区国土空间生态修复分区,将为生态修复工程的系统布局提供空间决策指引。

    • 基于Google Earth Engine云计算的城市群生态质量长时序动态监测——以粤港澳大湾区为例

      2020, 40(23):8461-8473. DOI: 10.5846/stxb202006251650

      摘要 (633) HTML (104) PDF 14.94 M (635) 评论 (0) 收藏

      摘要:人类活动对生态环境的影响日益强烈,及时动态地监测生态现状及其变化信息对城市生态的管理和保护以及可持续发展具有重大意义。遥感生态指数(RSEI)是一种客观、快速和简便的生态质量监测和评价技术,已被广泛应用于生态学研究领域,但在进行大范围长时间监测时往往面临云遮挡和拼接困难的问题。因此,本文基于Google Earth Engine (GEE)平台,对1988-2018年来粤港澳大湾区共3530景Landsat遥感影像进行批量去云,采用中值合成法逐年计算绿度、湿度、干度和热度等遥感指标并利用主成分分析法构建遥感生态指数,评价了该区域近30年生态质量的时空变化。该方法改善了遥感生态指数在大范围长时序监测中数据缺失和拼接困难等问题,增加了时间序列的可比性。研究表明:(1)遥感生态指数能够较好地表征粤港澳大湾区的生态质量,其中绿度和湿度指标与其呈正相关,干度和热度指标与其呈负相关;(2)时间上,三十年间粤港澳大湾区生态质量呈"上升-下降-上升-下降"的波动下降趋势,空间上,生态质量具有明显的空间异质性,主要呈现西北和东北部高和中部低的状态。重度和中度退化区主要集中在区域中部,总体改善区域主要位于西部和东北部,基本不变区域主要包括北部区域以及香港,轻度退化区分布较为分散;(3)基于GEE云计算的图像处理可以较好的改善遥感数据缺失、色差和时间不一致等问题,极大的提高影像处理的效率,扩展了遥感生态指数在大范围长时间序列生态监测中的应用。研究结果可以为提升遥感生态指数适用范围和准确度提供参考,并为快速城市化背景下生态保护和土地管理提供理论依据。

    • 区域城市扩张对森林景观破碎化的影响——以粤港澳大湾区为例

      2020, 40(23):8474-8481. DOI: 10.5846/stxb202004210957

      摘要 (525) HTML (144) PDF 5.42 M (354) 评论 (0) 收藏

      摘要:森林生境丧失与景观破碎化是引起生物多样性下降,生态系统功能降低的重要原因。量化森林景观破碎化的时空特征及其与城市扩张格局的关系是开展区域生态修复与功能提升的重要基础。本文以快速城市化的典型区域——粤港澳大湾区为研究对象,基于遥感解译的1980年、1990年、2000年、2010年和2018年土地覆盖/利用专题图,通过多尺度的景观格局分析和统计分析,定量解析森林景观破碎化的时空演变特征及其与城市扩张格局间的关系。研究结果显示:1)1980-2018年,大湾区林地覆盖面积缩减1,274 km2,林地转变为建设用地的面积占林地丧失总面积的比例从1980-1990年的11%增长至2010-2018年的42%,表明城市扩张已成为林地丧失的主导因素;2)森林景观破碎化程度加剧,表现为林地斑块密度提高,平均斑块面积减小,但破碎类型与程度具有地域差异;3)城市扩张幅度与空间格局显著影响林地破碎化,其中,城市扩张幅度对林地破碎化的影响更为重要。基于森林景观破碎化与城市扩张的现状,落实城市增长边界划定、关键斑块-廊道识别与生态网络构建等措施,有助于保护与连通重要生态空间,保障和提升生态功能。

    • 粤港澳大湾区陆地生态系统演变对固碳释氧服务的影响

      2020, 40(23):8482-8493. DOI: 10.5846/stxb202003310765

      摘要 (548) HTML (113) PDF 11.75 M (369) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于CASA模型、碳税法和工业制氧法,测算了粤港澳大湾区2015年固碳释氧量及其价值,并结合ESA CCI-LC产品探讨了2000-2015年研究区陆地生态系统演变及其导致的固碳释氧量和价值的变化。结果表明:(1)2000-2015年,研究区城市扩张明显,主要表现为城镇用地侵占农田和草地。(2)研究区陆地生态系统91.03%固碳释氧量及其价值集中在森林和农田生态系统,2000-2015年陆地生态系统演变造成区域内固碳量和释氧量分别减少了53.49 G g和518.65 G g,对应固碳释氧价值损失量分别为1.79亿元和2.06亿元,合计3.85亿元,91.57%损失量是由城市扩张导致的。(3)城市覆盖面积与固碳释氧价值呈现强负相关,其扩张会促使生态系统固碳释氧价值逐渐减少,林地覆盖面积与固碳释氧价值呈现强正相关,其比重增加将有利于生态系统固碳释氧价值的培育。本文利用"邻域代理法"获得了研究区多类陆地生态系统演变情况及其对固碳释氧服务的影响,具有一定的推广价值。在未来发展过程中,粤港澳大湾区应该优化陆地生态系统类型,合理控制城市扩张,保护森林和农田资源,减少人类活动作用,增强生态系统自然演变过程。

    • 手机信令数据在粤港澳大湾区大气环境风险管理中的应用研究——以江门市为例

      2020, 40(23):8494-8503. DOI: 10.5846/stxb202004301068

      摘要 (361) HTML (83) PDF 16.13 M (338) 评论 (0) 收藏

      摘要:粤港澳大湾区是国际化程度、资源整合能力、经济价值和效益都极高的区域,必须高度重视其环境风险问题,避免区域生态系统和人民群众健康受到威胁。人类活动密集区的突发环境事件风险源和受体的涉及面广、来源复杂,利用传统统计数据和技术手段开展的环境风险评价越来越体现出其时效性弱、精准性差的缺点。尝试引入手机信令数据及其模拟分析的人口数据,并将其嵌入到网格化环境风险分析法中,对粤港澳大湾区的江门市大气环境风险进行评估,刻画区域环境风险空间分布特征,精准识别区域环境风险类型。研究方法是在遵循《行政区域突发环境事件风险评估推荐方法》的前提下,通过对比分析统计数据与手机信令数据得到的江门市人口空间分布、大气环境风险易损性及环境风险值,结果表明虽然两者的总体趋势是一致的,但利用手机信令数据得到的环境风险等级结果更精细化、分辨率更高、时效性更强、数据处理更高效。研究表明,基于手机信令数据开展分析显著提高了环境风险评估的风险受体人口分析精度,可为预测及管理区域环境风险提供准确参考,实现突发环境事件应急处置区域具体化、最小化,从而减小应急处理成本。

    • 基于生态系统服务的城市生态管理分区——以深圳市为例

      2020, 40(23):8504-8515. DOI: 10.5846/stxb202004090852

      摘要 (571) HTML (99) PDF 17.28 M (429) 评论 (0) 收藏

      摘要:生态系统服务是人类赖以生存和发展的基础,开展城市生态系统服务评估并对生态管理单元实行分区管控有助于人居环境的改善。针对高度城市化地区生态系统服务的功能特征,采用生态系统服务价值当量测算不同用地类型的生态系统服务价值。研究从生态功能和经济功能2个方面构建生态系统服务指标体系,对2017年深圳市666个社区单元的生态系统服务价值进行评估;运用空间自相关分析方法,依据局部空间自相关的集聚特征叠加产生的组合类型,划分不同社区生态管理单元,并提出生态分区管控策略。研究结果表明:①生态系统服务价值评估便于高度城市化地区城市生态系统服务功能的整体评价。②2017年深圳市生态系统服务价值空间差异明显,呈现东部高、中西部低的空间格局。深圳市生态系统服务总价值约583.96亿元,最高值为大鹏新区的160.25亿元,最低值为福田区的13.24亿元。③将深圳市666个社区单元划分为4类城市生态管理分区,并采用差异化的分区管控措施,表明有效的城市生态管理分区能够兼顾各项生态系统服务功能并实现功能效益的最优化。该研究结果可为区域生态系统服务精细化管理和生态治理差异化管控提供借鉴。

    • 基于快速普查方法的深圳植被优势种特征研究

      2020, 40(23):8516-8527. DOI: 10.5846/stxb202004070820

      摘要 (344) HTML (103) PDF 13.58 M (280) 评论 (0) 收藏

      摘要:植被普查是了解城市地表植被群落特征最常见的方法,也是进一步进行城市生态学、植物学等研究的方法基础。基于植被调查的不同目的、不同尺度、不同地貌,调查人员所选择的方法也各有差异。此次调查旨在对深圳陆域尺度的优势种特征进行研究,利用高分辨率遥感卫星图片与地面实地调查相结合的方法对深圳陆域植被开展了快速普查,结果显示:(1)深圳陆域共有优势植物182科、858属、1443种,其中被子植物占主要地位,占优势植物总种数的94.66%;(2)从优势种子植物科的地理分布来看,深圳陆域优势种子植物科归属于14个分布区,植物地理成分较为复杂,热带区系属性非常明显;(3)划分出非邻近的纹理异质性群丛斑块83834个,归为741类群系,12个植被型,南亚热带常绿阔叶林、南亚热带草丛、南亚热带灌丛占绝对优势;(4)经统计,郊区群系类型较城区更为丰富,郊区608类群系,城区569类群系,其中,共有群系437类,城-郊各自优势植物科、属、种数量差异不明显;(5)对比《中国外来入侵植物名录》和相关学者的学术论文,筛选出深圳外来入侵植物62科、200属、258种,主要集中在豆科、菊科、禾本科等科。根据本次植被快速普查过程和结果给出城市植被管理和改善植被普查方法的建议,旨为今后的城市政策制定和规划实施提供科学依据。另外为了验证此次调查方法的科学性和调查结果的正确性,将本文结果与采用传统长周期方法的两支高校调查队伍的调研结果进行了比对,本次结果包含高校队伍调查结果优势种数量的88.5%,体现了本方法在优势植物物种普查中的有效性。

    • 氮沉降对热带亚热带森林土壤氮循环微生物过程的影响研究进展

      2020, 40(23):8528-8538. DOI: 10.5846/stxb202003180580

      摘要 (472) HTML (114) PDF 1.75 M (400) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来,高速的城市化和工业化建设导致全球大气氮沉降量逐年递增,其中热带亚热带地区氮沉降量显著高于全球平均水平,而大部分热带亚热带森林土壤趋近氮饱和状态,氮沉降增加将持续向土壤输入外源活性氮,极易导致土壤氮过剩,进而破环整个森林生态系统氮循环的平衡。我国热带亚热带地区经济发展快速,氮沉降增加导致的土壤养分失衡和林地退化等生态问题日益凸显,森林土壤氮循环对大气氮沉降的响应及适应机制已引起了学术界的广泛关注。研究表明氮循环各环节均由特定的功能微生物驱动完成,明确氮沉降增加对热带亚热带森林土壤氮循环功能微生物及其介导的关键过程的影响,对评价未来氮沉降增加背景下全球森林土壤氮循环的响应及驱动机制有重要作用,可为促进我国热带亚热带地区森林修复、生态环境的改善与提升提供科学支撑。鉴于此,本文综述了热带亚热带森林土壤氮循环主要过程(如固氮、硝化、反硝化、厌氧氨氧化等)及其功能微生物群落丰度、活性、组成等对氮沉降增加的响应,同时分析了这些功能微生物的群落特征与主要环境因子(如NH4+、NO3-、有机碳、pH、含水量等)的关联性。在此基础上探讨了氮沉降增加下功能微生物对热带亚热带森林土壤氮循环的调控作用,重点探讨了功能微生物如何通过改变丰度与群落组成而影响氮循环过程,并对目前研究中存在的主要问题与未来研究重点进行了简要剖析。

    • 沉积物记录揭示的深圳湾红树林生态系统稳态转变

      2020, 40(23):8539-8548. DOI: 10.5846/stxb202004271010

      摘要 (383) HTML (87) PDF 6.69 M (267) 评论 (0) 收藏

      摘要:稳态转换作为滨海生态系统的一种灾变现象,其过程伴随着生态系统质量下降和功能退化。深圳湾位于粤港澳大湾区的核心区域,深入理解其生态系统演化过程是进行适应性管理的重要前提。2014年于深圳湾福田红树林湿地获得4根岩芯沉积柱,通过分析沉积和生物地球化学指标(包括金属元素、营养盐、粒度和有机质指标),重建半个世纪以来深圳湾环境的历史变迁,揭示其生态系统发生的稳态转变过程。结果表明:稳态转换发生前(1954-1980),福田红树林沉积物中重金属、无机营养和有机物含量稳定增加,但处于较低水平;稳态转换发生后(1990-2014),深圳湾中污染输入增加,沉积物中重金属和营养盐含量发生明显变化,深圳湾生态系统质量持续下降。通过揭示深圳湾生态系统演变过程及其稳态转变的发生规律,为粤港澳大湾区生态系统修复和管理提供重要的理论依据和参考。

    • 重金属污染对珠江口红树林表层沉积物碳含量的影响

      2020, 40(23):8549-8558. DOI: 10.5846/stxb202002240322

      摘要 (415) HTML (96) PDF 1.32 M (303) 评论 (0) 收藏

      摘要:湿地沉积物是红树林生态系统中重要的组成部分,其总有机碳储量的变化对红树林生态系统的固碳能力有着重要影响。现有对红树林湿地重金属的研究多集中于污染评价,鲜有涉及重金属含量对沉积物总有机碳(TOC)含量影响的研究。于2018-2019年期间4次前往珠江口典型红树林湿地,采集了0-30 cm表层土壤沉积物的样品,并测定其重金属含量和TOC含量,以探讨重金属含量变化对TOC的影响。结果表明,与广东地区的背景值相比,研究区沉积物重金属含量超标较为严重,重金属来源应是人类活动;沉积物的重金属含量能够显著影响TOC含量(P<0.01,R2=0.39),间接对红树林湿地的固碳能力、甚至全球变暖产生一定影响;Cd、As、Zn含量高的沉积物环境有利于TOC的积累,Cu、Cr、Ni、Hg含量低的沉积物环境则不利于TOC的积累。沉积物的重金属对TOC的影响的机制是非常复杂的,它们可以通过影响土壤结构、土壤化学组分、土壤内微生物、上部植被群落的生长以及凋落物归还等一系列过程,导致沉积物TOC和固碳能力的变化。

    • >重点脆弱生态区生态恢复 专栏
    • 黄土高原退耕还草地植物群落动态对生态系统碳储量的影响

      2020, 40(23):8559-8569. DOI: 10.5846/stxb202002150259

      摘要 (546) HTML (82) PDF 1.16 M (356) 评论 (0) 收藏

      摘要:退化农地通过植被恢复能够提高生态系统的固碳能力,但是植被恢复中植物群落特征如何影响生态系统碳储量仍存在不确定性。以农田为对照,选取自然恢复8、15、25、35 a草地为对象,探讨退耕还草地植物群落特征对生态系统碳储量的影响。结果表明:群落盖度随着恢复年限的增加而显著增加,恢复35 a时达到最大值(64.0%),优势种从达乌里胡枝子、赖草、茵陈蒿演变为长芒草、铁杆蒿;禾草类、多年生草本和灌木逐渐成为优势种。Shannon-Weiner指数、Patrick指数均呈先上升后下降的趋势,均在第15年达到最大值。地上植被碳储量和地下植被碳储量在恢复期间呈直线增加的趋势,且均在35 a达最大值,分别为0.83 Mg C/hm2、1.49 Mg C/hm2,而凋落物碳储量在第25年达到最大值,为0.40 Mg C/hm2。土壤碳储量与有机碳含量总体呈先下降后上升的趋势,在第8年达到最低值,在第35年恢复到农田水平之上,占生态系统碳储量的93.3%-99.6%;表层0-10 cm土壤碳储量占0-30 cm碳储量的38.9%-50.3%,呈表聚现象。生态系统碳储量与土壤碳储量趋势一致,即恢复到第8年最低,为24.32 Mg C/hm2,恢复到第35年最高,为43.70 Mg C/hm2。群落盖度、地上生物量、凋落物生物量、禾草、豆科以及多年生植物的重要值与生态系统碳储量呈显著正相关(P<0.05),杂草和一年生植物重要值与生态系统碳储量呈显著负相关(P<0.05)。研究表明植被群落组成的动态变化通过增加植被碳储量和土壤碳储量实现生态系统碳储量的增加,而多年生植物、杂草与禾草的重要值和地下生物量与凋落物生物量是影响生态系统碳储量的重要植被因子。

    • 黄土高原退耕还草地C、N、P生态化学计量特征对植物多样性的影响

      2020, 40(23):8570-8581. DOI: 10.5846/stxb202001110089

      摘要 (454) HTML (137) PDF 1.84 M (320) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探讨退耕还草地生态化学计量特征随恢复年限的变化以及其对植物多样性的影响,选取黄土高原不同恢复年限退耕还草地为研究对象,分别为农田(对照)、恢复8 a、15 a、25 a和35 a,测定了植物地上部分和土壤C、N、P含量,并分析了其C:N:P化学计量特征与植物多样性之间的关系。结果表明:(1)总体上,随着恢复年限的增加,植物地上部分C、N、P含量呈现增长趋势,而其C:N、C:P以及N:P呈现降低趋势,其中C含量在恢复35 a时达到最大值(434.95 g/kg);N含量在农田阶段最高(2.29 g/kg),P含量在恢复25 a时达到最高(1.23 g/kg)。(2)土壤C、N、P含量及N:P随恢复年限的增加总体上呈现增加趋势,C:N呈现降低趋势,而C:P基本保持不变;土壤C、N、P含量的最大值均出现在恢复35 a,其值分别为10.94 g/kg、0.07 g/kg、0.06 g/kg。(3)随着植物地上部分C含量和C:N的增加,Shannon-Weiner指数降低;植物地上部分C含量和土壤P含量是影响Simpson指数的主要因子,其与植物地上部分C含量负相关,而与土壤P含量显著正相关;Pielou均匀度指数与土壤N含量、N:P、C:P以及植物地上部分C含量等因子正相关;Margalef指数与植物地上部分N含量、P含量等因子正相关。研究表明草地恢复中植物和土壤C:N:P化学计量特征对植物多样性具有重要的影响。

    • 黄土高原半干旱区轮作休耕模式对土壤真菌的影响

      2020, 40(23):8582-8592. DOI: 10.5846/stxb202003230653

      摘要 (439) HTML (98) PDF 3.17 M (300) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过田间试验,研究休耕(CK)、残膜覆盖、伏天深耕、施有机肥、秸秆还田和绿肥还田对土壤微生物量碳氮、酶活性及真菌群落的影响。结果表明,除过氧化氢酶外,不同处理对土壤微生物量碳氮、脲酶、碱性磷酸酶、脱氢酶、pH及有机质均有显著影响。从门水平上看,土壤真菌群落主要由子囊菌门、担子菌门和被孢霉门构成。其中伏天深耕、玉米秸秆粉碎还田+施牛羊粪+深翻耕后连续休耕3年处理的子囊菌相对丰度分别为43.23%和69.38%,显著高于CK (33.71%);从纲水平上看,座囊菌纲、粪壳菌纲、伞菌纲和被孢霉纲为优势菌纲,其中玉米秸秆粉碎还田+施牛羊粪+深翻耕后连续休耕3年处理以座囊菌纲为主(60.69%),其余处理以粪壳菌纲为主(4.11%-24.79%);真菌多样性指数施牛羊粪+深翻耕+连续3年种植豌豆(拌根瘤菌粉8.5 g/kg种子)并在盛花期翻压还田、玉米秸秆粉碎还田+施牛羊粪+深翻耕后连续休耕3年、玉米秸秆粉碎还田+施牛羊粪+深翻耕+连续3年种植箭筈豌豆并在盛花期翻压还田处理显著低于CK和其他处理,丰富度指数玉米秸秆粉碎还田+施牛羊粪+深翻耕+连续3年种植毛苕子并在盛花期翻压还田处理显著高于CK和其他处理;真菌营养类型玉米秸秆粉碎还田+施牛羊粪+深翻耕后连续休耕3年处理以腐生营养型为主(62.9%),其他处理以病理营养型和腐生营养型为主。冗余分析和Monte Carlo置换检验结果显示,土壤微生物量碳、微生物量氮、pH和有机质含量对土壤真菌群落结构影响显著(P<0.05)。与休耕(CK)、残膜覆盖、伏天深耕相比,施有机肥、秸秆还田、绿肥还田结合深耕均降低了土壤中病理营养型真菌的相对丰度,利于保持农田土壤生态系统健康。

    • 黄土高原植被恢复成效及影响因素

      2020, 40(23):8593-8605. DOI: 10.5846/stxb202001080065

      摘要 (588) HTML (115) PDF 14.39 M (426) 评论 (0) 收藏

      摘要:黄土高原是退耕还林还草工程背景下地表格局及植被变化最为显著的地区之一,评估黄土高原的植被恢复成效及影响因素是促进区域植被恢复政策优化的关键环节。基于不同时间尺度植被覆盖度和植被净初级生产力趋势变化,提出了量化区域植被恢复成效的新方法,采用结构方程模型研究社会经济因素对植被恢复成效的影响及其随时间产生的变化,通过地理加权回归探索气候和关键社会经济因子对植被恢复成效的空间非平稳影响。研究结果刻画了2000-2015年黄土高原植被恢复的持续改善过程:截止2015年,黄土高原88.20%的面积植被恢复成效明显,高值区集中于陕北地区及山西省各县区。农村劳动力的下降使得植被恢复所受人口压力减缓,负影响由-0.95变为-0.86;农业生产力的提升是黄土高原植被恢复成效改善的重要社会经济因素。气候及社会经济因子对黄土高原植被恢复成效的影响呈现显著的空间差异:多年平均降水对黄土高原东部29.30%的地区影响最大,且为促进作用,平均温度是北部和西部风沙草地植被恢复成效的主导影响因子(占总面积20.93%);黄土高原中西部47.02%的地区则受社会经济因素的影响更加明显。当前研究揭示了黄土高原的植被恢复效果及关键影响因子,可为区域植被恢复政策的优化提供科学支撑。

    • 半干旱黄土小流域不同恢复方式对生态系统多功能性的影响

      2020, 40(23):8606-8617. DOI: 10.5846/stxb202002010187

      摘要 (353) HTML (101) PDF 2.77 M (250) 评论 (0) 收藏

      摘要:在黄土高原大规模退耕还林(草)背景下,植被恢复对生态系统功能会产生极大影响。以往研究多为比较不同恢复方式或植被类型的单一生态系统功能,对生态系统多功能性的研究亟待加强。因此,基于甘肃定西龙滩流域3种恢复方式(天然荒草、自然恢复、人工恢复)6种植被类型(长芒草草地、赖草草地、苜蓿草地、柠条灌丛、油松林、山杏林)38个样地调查数据,选取与土壤养分储存与循环、水源涵养、初级生产力、多样性维持等相关的23个功能指标利用平均值法量化生态系统多功能性。研究结果显示,(1)除营养物转化与循环功能外,其余土壤相关的生态系统功能在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异(P<0.05)。人工恢复植被的土壤肥力显著高于自然恢复植被;人工恢复植被中土壤肥力从高到低依次为柠条灌丛、苜蓿草地、山杏林、油松林。自然恢复植被的水源涵养功能显著高于人工恢复植被。(2)除植物生长策略外,其余植物相关的生态系统功能在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异(P<0.05)。人工恢复植被中地上初级生产力从高到低依次为山杏林、油松林、柠条灌丛、苜蓿草地,并显著高于自然恢复植被。人工恢复植被中植物养分吸收能力从高到低依次为苜蓿草地、柠条灌丛、油松林、山杏林,并显著高于自然恢复植被。自然恢复植被的物种多样性显著高于人工恢复植被。(3)生态系统多功能性在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异(P<0.05)。生态系统多功能性表现为人工恢复植被高于自然恢复植被,但人工恢复植被的水源涵养功能与物种多样性均低于自然恢复植被,不利于生态系统的可持续发展。研究认为,在植被恢复具体实践中,应针对不同的恢复目标,根据各植被类型的功能特征,制定因地制宜的植被恢复战略。

    • 半干旱黄土高原苜蓿草地撂荒过程土壤水分变化特征

      2020, 40(23):8618-8626. DOI: 10.5846/stxb202001010004

      摘要 (347) HTML (95) PDF 1.56 M (351) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤水分是黄土高原植被恢复和生态建设的主要限制因子,明确土壤水分随植被演替的变化规律是阐明黄土高原植被与水分相互作用机制的重要基础。以半干旱黄土高原小流域苜蓿草地撂荒过程为研究对象,通过对2016-2018年生长季苜蓿群落、苜蓿+赖草群落、赖草群落和长芒草群落四种草地群落0-1.8 m土壤水分进行动态监测以及0-5 m深度土壤水分测定,分析不同演替阶段苜蓿草地土壤水分的动态特征,探讨土壤水分对苜蓿草地撂荒过程的响应。结果表明:(1)在苜蓿草地撂荒演替过程中,土壤水分随群落恢复时间的延长呈先增加后降低的变化,降水的年际动态显著影响不同演替群落的土壤水分响应;(2)0-0.4 m土壤水分主要受降水影响,使得各草地群落在这一层次没有显著差异(P>0.05),而1 m以下的土壤水分含量则主要受植被类型的影响,各草地群落之间存在显著差异(P<0.05);(3)0-5 m深层土壤水分随群落的演替,1 m以下各土层土壤水分含量逐渐增加,表明撂荒过程中使土壤水分得到了一定程度的恢复。研究结果揭示了苜蓿草地撂荒过程土壤水分的变化规律,可为黄土高原生态恢复提供理论依据。

    • 生态恢复工程对陕北地区生态系统格局的影响

      2020, 40(23):8627-8637. DOI: 10.5846/stxb202002120234

      摘要 (389) HTML (101) PDF 9.71 M (298) 评论 (0) 收藏

      摘要:以生态环境脆弱的陕北地区为研究对象,利用TM遥感影像解译陆表生态系统的分布特征,从生态系统转移矩阵、单一生态系统动态度和综合生态系统动态度等方面探索了生态恢复工程实施20年来研究区生态系统的时空演变规律。同时,利用最小二乘趋势分析法和人类扰动指数分析气候条件和生态恢复工程的驱动机制。研究结果表明:(1)1997-2018年陕北地区生态系统格局发生显著变化,主要表现为林木、草地的面积占比分别增加19.34%和6.91%;耕地面积占比减少22.15%;未利用地面积占比减少5.01%;陕北地区生态系统格局已由生态恢复工程实施前的耕地占主导转化为林木占主导。(2)受退耕还林工程的影响,黄土高原丘陵沟壑区生态系统流转方向主要表现为耕地转化为林木和草地;防风固沙工程促使毛乌素沙漠区域未利用地转化为草地。(3)研究时间段内陕北地区年均气温基本无变化,年降水量显著呈增加趋势,整体向湿润化发展,适合地表植被生长和恢复。在这样的气候背景下,榆林和延安两市生态系统变化速度明显高于铜川市,说明生态恢复工程是研究区生态系统格局演变的主要驱动力,气候背景变化是辅助驱动力。

    • 植被恢复十年喀斯特坡地细根对土壤碳氮存留与可利用性的影响

      2020, 40(23):8638-8648. DOI: 10.5846/stxb202006231627

      摘要 (364) HTML (92) PDF 1.39 M (254) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤碳氮存留与可利用性对恢复生态系统的稳定性和可持续性产生重要影响,研究其细根控制过程对深入理解植被恢复的作用及其针对性应用具有重要意义。依托中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站10年植被恢复平台,通过分析8种植被恢复模式植物(细根生物量、δ13C、δ15N)、土壤(有机碳、总氮、δ13C、δ15N、团聚体、砂粒、交换性钙、可溶性有机碳和氮、铵态氮、无机氮、微生物生物量碳和氮)理化性质的变化和关系,阐明细根对土壤碳氮存留与可利用性的影响。研究结果表明:细根对土壤碳氮存留的影响可能主要基于对土壤团聚体结构的改善,加强了对土壤原有机碳、氮的保护和存留,而细根有机质输入的影响是较弱的;细根可能通过影响微生物调控土壤可利用性碳和氮;因高的细根生物量和固氮植物,封育林和刈割草地模式具有较高的土壤碳氮存留效应。综上所述,喀斯特植被恢复过程中细根对土壤碳氮存留与可利用性产生积极的影响。因此,石漠化生态工程治理可以考虑根系发达与固氮植物共同引种。

    • 桂林喀斯特石山50种常见植物叶片光合特性

      2020, 40(23):8649-8659. DOI: 10.5846/stxb201909302058

      摘要 (312) HTML (83) PDF 2.41 M (253) 评论 (0) 收藏

      摘要:选取桂林喀斯特石山生境中常见的50种植物为研究对象,分别测定叶片单位面积最大净光合速率(Aarea)、单位质量最大净光合速率(Amass)、气孔导度(Gs)、水分利用效率(WUE)、胞间/环境CO2浓度比值(Ci/Ca)和蒸腾速率(Tr)等光合特性指标,探讨不同物种光合特性的差异以及光合特性之间的内在联系,以此探究不同植物适应喀斯特石山生境所表现出的光合生理特性。结果表明,50种植物叶片AareaAmassGs,WUE,Ci/Ca和Tr的平均值分别为8.35 μmol m-2 s-1,110.98 nmol g-1 s-1,0.10 mol m-2 s-1,94.84 μmol/mol,0.57和2.37 mmol m-2 s-1;方差分析表明,不同物种之间在AareaAmassGs,WUE,Ci/CaTr之间存在显著差异。Pearson相关性分析表明,表征50种常见植物叶片光合特性的6个指标相关性除Ci/CaAareaAmass,WUE与Amass不一致外,其他指标两两之间相关性均表现为一致性,其中GsCi/Ca呈极显著的正相关。主成分分析表明,在6个光合特性指标中,GsCi/Ca可作为反映喀斯特石山植物适应生境的重要光合指标,主要表征对水分条件的敏感程度以及耐旱性强弱,同时反映了植物叶片光合速率大小,用于衡量植物对喀斯特生境的生理生态适应性。基于GsCi/Ca进行聚类分析表明,50种植物划分为3类:即中等Gs较高Ci/Ca型,较低Gs较高Ci/Ca型和较低Gs,Ci/Ca型。本研究表明,喀斯特生境植物在生理生态方面所表现出的适应策略主要为对资源利用方式及抵御外界不利环境的适应策略,这为后续选择物种加速植被恢复演替进程提供了参考。

    • 蒙古沙冬青根际土壤细菌群落组成及多样性与生态因子相关性研究

      2020, 40(23):8660-8671. DOI: 10.5846/stxb202003190599

      摘要 (370) HTML (90) PDF 6.41 M (391) 评论 (0) 收藏

      摘要:蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)是中国西北荒漠唯一的常绿阔叶灌木,耐干旱、抗逆性强,在水土和荒漠化防治方面发挥着重要作用。为了探究蒙古沙冬青根际微生物多样性与生态因子互作机制,采用高通量测序技术测定了26个自然种群根际土壤细菌多样性;利用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)探讨了根际细菌群落组成和多样性与生态因子之间的关系。结果表明:蒙古沙冬青根际土壤细菌隶属于15门、43纲、68目、123科、185属;主要优势细菌群为蓝菌门(Cyanobacteria)65.74%、变形菌门(Proteobacteria)21.72%、放线菌门(Actinobacteria)6.28%(相对丰度>2%);优势菌纲为α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)17.48%、放线菌纲(Actinobacteria)4.76%、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)3.28%。RDA分析显示:生态因子能够解释蒙古沙冬青根际土壤细菌群落多样性52.69%的方差,其中年均降雨量(F=12.8,P=0.002)、纬度(F=5.1,P=0.016)、太阳辐射(F=5,P=0.02)是影响土壤细菌多样性的主要因素。研究结果可为深入认识荒漠生态系统中根际土壤细菌的群落结构和影响因素提供理论依据。

    • 基于长时间序列landsat数据的科尔沁沙地土地利用演变分析

      2020, 40(23):8672-8682. DOI: 10.5846/stxb201909262024

      摘要 (381) HTML (88) PDF 9.05 M (273) 评论 (0) 收藏

      摘要:以科尔沁沙地沙丘-草甸过渡带区域主要土地覆被类型为研究对象,以1987-2017年多时相Landsat TM/OLI遥感影像解译分类为基础,参考生态学植被演替研究方法,系统分析研究区30年来的土地利用/覆被动态演变规律,研究结果表明:(1)决策树法在复杂下垫面不同覆被类型的同步识别效果较好,所有影像分类精度均达到88%以上,分类效果较好,其中2017年分类精度最高为95.24%,达到了分类研究的要求;(2)研究区存在着"半灌丛-草甸地-灌丛"的植被结构特征,且整体表现为"南进北退"的变化趋势。结合土地利用动态度分析结果表明人类活动干涉下,研究区整体上遵循了半干旱区植被条件改善的一般规律,侧面反映该研究区域生态环境的持续不稳定性和脆弱性;(3)研究区覆被类型发生变化的总面积达到2623.59 hm2,总变化强度为63.76%。其中正向演替的比例为52.61%,以半灌丛面积的持续减小与沙地草甸面积的持续扩张为主要变化特征。但同时,半灌丛转为沙地的面积为184.95 hm2,表明以放牧为主的研究区同时发生着局部的逆行演变;(4)质心迁移结果反映了1987-2017年间,除人为影响较大的林地、草地以及耕地向北迁移外,其他植被类型的质心都有很明显的南迁,主要植被类型重心迁移距离依次由大到小为耕地 > 半灌丛 > 灌丛 > 沙地草甸 > 湿地草甸 > 林地。研究通过记录科尔沁沙地连续扩展的时空模式,展示了遥感-生态和时间序列影像在30 m分辨率下跟踪土地利用/覆被变化的潜力,为提高干旱半干旱区土地利用情况的动态监测效率,开展土地利用/覆被动态演变研究提供参考。

    • 荒漠河岸胡杨林生态系统能量分配及蒸散发

      2020, 40(23):8683-8693. DOI: 10.5846/stxb202002170278

      摘要 (332) HTML (79) PDF 7.44 M (261) 评论 (0) 收藏

      摘要:生态输水工程使得黑河下游地区荒漠河岸林的面积得到了恢复,为进一步巩固生态恢复的成果,非常有必要深入研究胡杨林生态系统的水热交换过程及其对环境因子和人类活动的响应机理。基于涡度相关技术,对2013-2016年荒漠河岸胡杨林生态系统的水热交换过程进行了研究,得出的主要结论如下:(1)生长季生态系统的能量消耗以潜热通量为主,波文比为0.21;非生长季则以感热通量为主,波文比为3.61;春季和秋季的灌水过程,使得胡杨生长前期和后期的潜热通量值较高,直接影响着胡杨林生态系统的能量分配。(2)灌水的时间改变了潜热通量和蒸散发的季节变化过程,而灌水的量决定着春季和秋季潜热通量和蒸散量的年际差异。(3)2014-2016年,生态系统的年蒸散量和生长季蒸散量平均分别为1092 mm和932 mm。荒漠河岸胡杨林生态系统的蒸散量主要受系统水分状况(灌水量)及植物生长状况的影响。

    • 北方重点生态功能区生态系统服务权衡与协同

      2020, 40(23):8694-8706. DOI: 10.5846/stxb201912172717

      摘要 (388) HTML (97) PDF 17.20 M (330) 评论 (0) 收藏

      摘要:北方地区作为我国最重要的生态屏障区,也是我国荒漠化发展最快、生态极为脆弱、受风沙危害最严重的区域。分析了北方地区6个国家重点生态功能区生态系统结构变化和防风固沙、土壤保持、水源涵养、牧草供给等生态系统关键服务多年变化状况,从而客观科学地评价典型生态功能区生态保护效果,总结目前存在的主要生态问题,为重点生态功能区监管和考核提供科学地决策依据。结果表明:1)草地面积除阴山北麓有所增加以外,其他功能区皆减少;荒漠面积在东部三个功能区有所增加,而在西部三个功能区有所减少;草地植被覆盖度皆有所提高,增幅0.4%-7%。2)防风固沙服务除呼伦贝尔有所提升以外,其他功能区皆呈现下降态势;水源涵养在西部塔里木河与阿尔金先上升后下降,中部阴山北麓和科尔沁有所提高,而东部浑善达克与呼伦贝尔呈持续上升态势;各功能区的土壤保持呈现不同程度提升,而牧草供给皆有所下降。3)除呼伦贝尔和浑善达克南端以外,牧草供给与防风固沙服务之间以协同关系为主;除科尔沁西北部和呼伦贝尔东端以外,牧草供给与水源涵养、土壤保持服务之间以协同关系为主。通过生态系统类型变化及供给与调节服务相关关系分析可以看出,生态功能区开垦导致草地减少的现象需要遏制,出现权衡关系的东部区域也是生态保护与生产利用矛盾较大的农牧交错带,需要成为后续保护和修复的重点区域。

    • 三北工程区降水量长时间序列与多尺度变化趋势检验及预测

      2020, 40(23):8707-8716. DOI: 10.5846/stxb202002130248

      摘要 (354) HTML (103) PDF 6.83 M (250) 评论 (0) 收藏

      摘要:三北防护林体系建设工程区(以下简称"三北工程区")早期的植被建设忽略了水资源承载力,对三北防护林的可持续维护产生了不利影响。为落实"以水定林草"的发展理念,在三个空间尺度上,基于1951-2018年降水量,采用Mann-Kendall非参数检验方法、自回归积分滑动平均模型(Autoregressive Integrated Moving Average Model,ARIMA)和地理信息系统空间分析等方法,开展全年、生长季和非生长季降水量多尺度变化趋势与未来30年预测研究,结果表明:"三北工程区"全年和生长季降水量呈增长趋势的面积百分比分别为73.64%和70.10%,主要分布在西北荒漠区;非生长季降水量呈增长趋势的面积比例达92.06%,除黄土高原南部和风沙区的少部分地区而外,均呈增长趋势。全年、生长季和非生长季降水量呈增长趋势且置信度为90%以上的面积百分比分别为45.43%、37.31%和36.79%。18个重点建设区的雷达统计图显示:生长季与全年降水量的变化趋势一致,由东向西,松辽平原等7个区域以不显著减少趋势为主,松嫩平原等7个区域以不显著增长趋势为主,西部的柴达木盆地等4个区域以显著性达到90%或95%的增长趋势为主;非生长季除晋陕峡谷、泾河渭河流域以非显著减少趋势为主而外,其他地区均以增长趋势为主。5个"重点县"的降水统计量UFk与其反序统计量UBk两条曲线出现交点,表明年降水量有突变发生,库尔勒市、磴口县、科尔沁左翼后旗UFkUBk曲线多处出现交点,表明年降水量突变发生频繁。采用ARIMA预测得出未来30年的年降水量,计算得到未来30年间的年降水量变化数据,并绘制其空间分布图。本研究可为三北工程区开展基于水资源承载能力的林草资源优化配置提供基础数据,为发展"雨养林草植被"提供科学支撑。

    • 煤炭井工开采对干旱荒漠区植被动态变化的影响

      2020, 40(23):8717-8728. DOI: 10.5846/stxb202003180585

      摘要 (308) HTML (118) PDF 4.59 M (248) 评论 (0) 收藏

      摘要:我国西北干旱荒漠区生态环境脆弱,煤炭开采活动严重地破坏植被和影响生态环境,而煤炭井工开采对干旱荒漠区植被动态变化的影响尚不明确。以灵武市为例,采用遥感技术和野外实地调查相结合的方法,分析2000-2019年间煤炭井工开采对植被动态变化的影响。结果表明:灵武市的植被主要以沙蒿(Artemisia salsoloides)、柠条(Caragana korshinskii)和芨芨草(Achnatherum splendens)等荒漠植物为主;2000-2019年间,植被覆盖度(FVC)和绿度变化率(GRC)表明灵武市植被整体呈现改善趋势;归一化植被指数(NDVI)与年降水量(P)和年平均风速(S)等气象因子显著相关,表明气候因子对区域植被动态变化起主要作用;煤炭开采区侵占草地和灌丛面积,使得土地利用类型发生变化,生态环保政策的实施对于区域土地利用类型的变化和植被改善具有重要作用。实地调查分析表明煤炭开采改变了矿区植物群落结构,植被盖度和物种多样性指数均在煤炭开采后1-4a呈下降趋势,5-9a为上升趋势,10a自然恢复后与对照区的变化趋势一致,说明在自然条件下煤炭开采区植被恢复经历了退化期、改善期和初步恢复期等过程。这些研究结果为西北干旱荒漠区煤炭井工开采矿区植被恢复和生态环境建设提供了理论基础。

    • 西北干旱荒漠区排矸平台不同配置与保育模式重建植被生态能值分析

      2020, 40(23):8729-8742. DOI: 10.5846/stxb202006081490

      摘要 (289) HTML (97) PDF 3.84 M (276) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过多维度探索排矸平台区植被恢复与重建初期植物群落稳定性、系统自组织能力、环境承载力及可持续发展能力,为构建费省效宏的西北干旱荒漠区排矸平台植被配置与保育模式提供技术支撑。以排矸场平台区4种植被配置与保育模式(乔灌草(M1)、灌草(M2)、观赏型灌草(M3)和灌木林(M4))为研究对象,以人工播种(柠条、沙蒿、苜蓿)后未采取任何保育措施的近自然恢复模式(CK)为对照,利用普通生态学方法分析不同植被配置与保育模式的群落组成、物种重要值、物种多样性的变化,分析恢复初期植被群落结构特征,利用能值法分析各配置与保育模式的系统环境经济效益。结果表明:①4种植物配置与保育模式植物种类组成均增加,表现出较高的物种多样性。其中,M3 > M1 > M2 > M4 > CK;②购买能值在能值投入结构中占主导地位,4种模式的可更新资源利用程度均低于CK (99.86%);M1的不可更新资源利用率最高,为29.52%;③不同植被配置与保育模式能值指标相比,M1的净能值产出率(EYR)和能值自给率(ESR)高于其他模式,在生产效率方面具有最大优势,独自发展能力较强。M3的能值投资率(EIR)和系统可持续发展指标(EISD)高于其他模式,环境负载率(ELR)低于其他模式,表明M3的经济发展水平较高,对环境的依赖程度低,产生的压力较小,具有一定的可持续发展潜力;④从群落特征结构、系统经济发展水平、对环境产生的依赖程度和可持续发展能力方面考虑,M3为最优模式;从对生产效率、独自发展能力方面考虑,M1为最优模式。

    • 羌塘高原自然保护地社会生态效果评价

      2020, 40(23):8743-8752. DOI: 10.5846/stxb201912312852

      摘要 (335) HTML (99) PDF 4.01 M (269) 评论 (0) 收藏

      摘要:自然保护地对生物多样性和生态系统服务稳定起着积极作用。社会生态评价有助于完善自然保护地体系。采用生态系统净初级生产力、景观生态指数等指标对羌塘国家自然保护区、藏西北羌塘高原荒漠生态功能区等自然保护地的生态效果进行评价,以人口密度、人均农业产值为指标,对自然保护地的社会经济效果进行评价。结果表明:1)生态效果:2000-2015年自然保护地的NPP呈不同程度的下降趋势,但保护地建立后NPP下降趋势有所减缓。景观破碎度增加、斑块形态复杂化。草地、农田、城镇等人类主导景观斑块空间集聚性增强。除部分偏远地区人类活动影响减小外,大部分自然保护地人为活动扰动依然较强。其中,自然保护区的生态用地比重增加、生产用地比重下降,自然景观得到一定恢复;生态功能区的生态用地比重下降、生产用地比重增加,尤其是草地优势度进一步增大,生态压力加大。2)社会经济效果:1990-2015年自然保护区人口密度、农业产值总量显著低于生态功能区,但人均农业产值自然保护区显著高于生态功能区。保护地建立后人口密度、人均农业产值都有增加,人口密度生态功能区增加更显著,人均农业产值自然保护区增加更显著。今后,对自然保护区要强化管理、控制人类活动,对生态功能区要着力缓解自然保护与社区发展的冲突,提高生态功能区财政转移支付的针对性,探索保护地自然资源持续利用与切实保护相协调的新途径。

    • 藏北高寒草地植被和土壤对不同放牧强度的响应

      2020, 40(23):8753-8762. DOI: 10.5846/stxb202002150261

      摘要 (375) HTML (110) PDF 6.22 M (276) 评论 (0) 收藏

      摘要:放牧压力在时间和空间的不均衡分布导致局部土地过度利用和生态退化,然而当前对放牧强度的量化多采用替代性指标或对照试验,缺乏直接监测数据,也缺乏不同草地类型对放牧强度变化的响应差异性研究。以西藏自治区那曲市为研究区,利用佩戴式GPS牛羊定位器构建高精度放牧轨迹数据集模拟放牧强度,构建栅格尺度放牧强度空间分布和划分方法,结合草地群落样方调查,通过Duncan法(Duncan's multiple comparative analysis)进行多重比较分析,探究自由放牧模式下高寒草甸和高寒草原两类区域植被和土壤对不同放牧强度的响应方式及差异性。本研究可为放牧行为环境效应监测提供新思路,并根据不同草地状况因地制宜提出放牧优化管理策略,助力高寒传统牧区的可持续发展。主要结论有:1)随着放牧强度的增大,高寒草原地上生物量先升高后降低,高强度放牧对高寒草原植被的影响大于高寒草甸。2)高放牧强度下,高寒草原土壤水分显著高于中低强度,高寒草甸土壤容重显著低于低强度。可能原因是放牧压力多集聚于水源附近。高寒草原区土壤的砂粒含量随放牧强度的增大而增加。放牧强度的增大导致草甸上层土壤有机质增加,草甸下层、草原上层、草原下层土壤有机质先增加后减小。草甸上下层土壤全磷含量在低放牧强度下显著低于中高强度。3)植被土壤变化受到自然因子和放牧活动的共同影响。高寒草甸更加耐牧,高强度放牧对高寒草原的负面影响更大,而中度放牧有利于草地尤其是高寒草原的放牧利用。4)放牧生态系统是一个环境-植物-家畜自适应系统。在放牧管理中不能仅通过控制载畜量缓解草地超载,还需要综合考虑生态系统的弹性及各营养级的适应性,合理配置放牧强度,控制季节性超载和局部超载。

    • 羌塘高原藏羚羊栖息地分布及影响因素

      2020, 40(23):8763-8772. DOI: 10.5846/stxb202002140256

      摘要 (510) HTML (104) PDF 9.02 M (283) 评论 (0) 收藏

      摘要:藏羚羊作为羌塘高原草食性野生动物的典型代表,明确其栖息地的准确分布将有利于识别藏羚羊种群保护关键区域,协调羌塘高原人与野生动物冲突。采用野外调查与物种分布模型相结合的办法,以藏羚羊栖息地选择偏好和迁徙规律为基础,利用Maxent模型模拟其在繁殖季节和非繁殖季节的栖息地分布,并通过栖息地质量模型辅以GIS空间分析方法,识别受人类干扰的栖息地范围。结果表明:藏羚羊在非繁殖季节主要分布在羌塘高原东南部,围绕在色林错等水系周围,其越冬区面积约为26万km2。倾向选择海拔4800m以上、气候温暖、靠近水源且食物资源丰富的区域。藏羚羊在繁殖季节栖息地明显呈现由南向北扩散的趋势,多在水系周围呈小片状分布于羌塘东北、中北、昆仑山南麓部分区域,产羔区面积约为30万km2。选择产羔地时则注重坡度、水源、海拔、气温日较差等,对植被资源的选择倾向较非繁殖季弱,重视迁徙通道连贯性和产羔区域安全性。羌塘高原人类活动整体较弱,北部羌塘国家级自然保护区是藏羚羊理想栖息地,但南部地区社会经济较发达,尤其是那曲地区南部和阿里西南部,居民地、道路和牧业等人类活动对栖息地干扰较大,受干扰面积分别占藏羚羊越冬区的39.7%,产羔区的34.9%。

    • 青藏高原高寒灌丛2003-2016年生长季的不同月份CO2通量对气温日较差的响应

      2020, 40(23):8773-8782. DOI: 10.5846/stxb201912262803

      摘要 (355) HTML (79) PDF 4.70 M (307) 评论 (0) 收藏

      摘要:全球气候变化引起的气温日较差(ADT)减小,将会对高寒生态系统的碳平衡造成深刻影响。基于涡度相关系统,利用2003-2016年的涡度相关系统观测资料,做了青藏高原高寒灌丛在生长季(6-9月)不同月份的ADT对CO2通量影响的研究。结果表明:2003-2016年的生长季中,最高气温(MaxTa)和最低气温(MinTa)呈先升高后降低的单峰变化趋势,ADT没有呈现明显的变化趋势。逐日总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(Re)呈先增加后降低的单峰趋势,逐日净生态系统CO2交换(NEE)呈先下降后上升的"V"型变化趋势。高寒灌丛在生长季为碳汇,整个生长季总NEE、GPP和Re平均值分别为(-161.2±30.1)、(501.9±60.2)、(340.7±54.4) gCm-2。在高寒灌丛生长季(6-9月)的每个月份,MaxTa、MinTa和ADT分别是GPP(P<0.001)、ReP<0.001)和NEE(P<0.01)变化的主要控制因子。高寒灌丛的ADT的增大有利于生态系统的碳固持,暗示在未来气候变化背景下ADT的减小将会削弱高寒灌丛生态系统的碳汇能力。

    • 基于扩展的Budyko模型定量评估平江流域森林恢复和气候变异对季节性径流的影响

      2020, 40(23):8783-8793. DOI: 10.5846/stxb202002290372

      摘要 (396) HTML (102) PDF 1.87 M (329) 评论 (0) 收藏

      摘要:流域季节性径流变化反映了年内水资源的动态特征。在以森林为主的流域中,森林变化和气候变异被普遍认为是影响流域水文过程的两大驱动因素。因此在全球气候变化背景下,研究流域森林恢复和气候变异对流域季节性径流的影响,可为协调区域碳-水关系和制订可持续的森林经营管理策略提供参考。选择鄱阳湖流域上游的平江流域为研究对象,根据流域历史森林覆盖率变化情况,将研究期划分为参考期(1961-1985)和森林恢复期(1986-2006),采用Mann-Kendall趋势分析研究流域长时期水文气象数据是否存在显著变化趋势。同时引入月干旱指数(潜在蒸散发和有效降雨的比率),将一年定义为能量限制季(1-6月)和水分限制季(7-12月),结合扩展的Budyko模型定量分析平江流域森林恢复和气候变异对季节性径流的相对贡献。在本研究流域整个研究期内(1961-2006),通过Mann-Kendall趋势分析发现,研究流域水分限制季径流呈现显著增加趋势,而能量限制季水文和气候变量变化趋势均不显著。其次,相较于参考期,流域森林恢复使能量限制季径流降低了11.71 mm/a (24.40%),使水分限制季径流增加了12.27 mm/a (17.23%)。同时,气候变异导致能量限制季径流减少了36.28 mm/a (75.60%),而使水分限制季径流增加了58.94 mm/a (82.77%)。上述研究结果表明,森林恢复对径流影响具有累积效应。森林恢复对季节性径流具有积极的调节作用,同时季节性径流对森林恢复的响应存在时间差,而且森林恢复对径流的影响在能量限制季和水分限制季具有相互抵消的作用,气候变异与森林恢复的影响效应类似。此外,本研究也证实,平江流域季节性径流变化主要是受气候变化主导,但森林恢复对季节性径流的贡献也不容忽视。

    • 若尔盖县湿地稳态转换的水文地貌生态阈值

      2020, 40(23):8794-8804. DOI: 10.5846/stxb202001030023

      摘要 (374) HTML (84) PDF 9.91 M (293) 评论 (0) 收藏

      摘要:以若尔盖县湿地为研究对象,在Google Earth影像和野外调查基础上获取若尔盖县人工沟渠的空间分布数据,并计算结构特征指数。从地形地貌和水文条件两个方面选择6项指标,利用熵值法筛选出对湿地稳态转换影响最大的指标并厘定生态阈值,包括理想值和临界值,通过1980-2015年土地利用数据识别若尔盖县湿地稳态转换区,最终基于乡镇尺度确定生态阈值调控范围,划分各乡镇湿地恢复优先性。结果表明:(1)若尔盖县存在四类湿地稳态转换区,其中稳态平衡区面积最大,占全县湿地面积的47.56%,退化转化区次之,占全县湿地面积的35.88%。(2)对若尔盖县湿地稳态转换影响最大的两项水文地貌生态指标为网络联通度和沟渠密度,权重分别为0.162和0.161。若尔盖县网络联通度的理想值为0.033、临界值为0.054;沟渠密度的理想值为0.011 km/km2、临界值为0.360 km/km2。(3)在若尔盖县需要进行湿地恢复的10个乡镇中,按湿地恢复优先性划分出3个三级恢复区、4个二级恢复区、3个一级恢复区,其中一级恢复区应优先恢复。

    • 西沙永兴岛抗风桐与海岸桐群落凋落叶分解及中型土壤动物的贡献

      2020, 40(23):8805-8815. DOI: 10.5846/stxb202004271008

      摘要 (357) HTML (92) PDF 2.39 M (256) 评论 (0) 收藏

      摘要:我国南海诸岛主要是珊瑚岛。植物凋落物分解是生态系统元素循环的关键环节,但目前关于南海珊瑚岛生态系统凋落物分解的研究还是空白。以我国西沙群岛的优势树种抗风桐(Pisonia grandis)和海岸桐(Guettarda speciosa)为研究对象,采用凋落物袋法,分别于分解期间的第3、6、9、13和15个月取样,探究中型土壤动物对两种植物群落中凋落物分解过程中质量损失和养分释放的影响。结果表明:与没有中型土壤动物存在的情况(0.1 mm凋落物袋)相比,分解开始后的6个月内,中型土壤动物存在(2 mm凋落物袋)使抗风桐和海岸桐凋落叶分解速率分别提高了12.3%和4.8%(P<0.05);分解6-15个月期间,中型土壤动物存在使抗风桐和海岸桐凋落叶分解速率分别提高了33.0%和12.3%(P<0.05)。中型土壤动物排除显著影响了不同分解阶段凋落叶总碳(Total carbon,TC)、总氮(Total nitrogen,TN)、纤维素、木质素和半纤维素的残留率变化。中型土壤动物群落组成受土壤温度显著影响(P<0.05),它们对凋落叶分解的贡献可能主要受优势类群如真螨目和寄螨目的影响。相较海岸桐,抗风桐凋落叶的分解周期更短,中型土壤动物对其的贡献更大;选用抗风桐作为南海珊瑚岛退化植被恢复或新建的先锋种对促进生态系统元素循环更有利。

    • 琼北火山熔岩湿地生态安全格局研究

      2020, 40(23):8816-8825. DOI: 10.5846/stxb202004190938

      摘要 (316) HTML (104) PDF 14.72 M (291) 评论 (0) 收藏

      摘要:火山熔岩湿地作为湿地系统中重要组成部分,广泛分布于海南岛北部火山岩地区,其生态安全状况直接影响着与其相连的水陆生态系统的安全。基于Landsat遥感影像、DEM数据以及植被覆盖指数,通过构建稳定性及敏感性评价体系,在景观斑块尺度上对海南岛北部火山熔岩湿地分布区1988-2018年的稳定性动态变化及敏感性现状进行分析,旨在探索该区域生态安全分布格局。结果表明:(1)1988和2018年两个时间节点的湿地斑块稳定性均以府城镇、城西镇、龙泉镇等熔岩湿地主要分布区域的稳定性最高,西南部农业用地区域及北部沿海地区斑块稳定性最弱;(2)1988-2018年期间研究区域熔岩湿地稳定性整体呈增长趋势,面积重心和稳定性重心在向南转移的同时在东西方向上呈收缩状态;(3)研究区域极度敏感和高度敏感区域主要分布在湿地密集分布区域,不敏感区域则主要分布在研究区域北部的海口市区及开发利用较多的沿海乡镇;(4)稳定性与敏感性结果呈正相关关系,湿地斑块稳定性低的沿海及城镇地区,在生态上多表现为不敏感和低敏感,而湿地斑块稳定性高的区域通常表现出高敏感性。这也说明自然生态系统相较人工生态系统,虽然其结构更为完善稳定,抗干扰能力相对较强,但也更容易遭到破坏,恢复周期长,因而在城镇发展等人为活动中需要慎重对待高敏感区域。

    • 含植被覆盖影响的石羊河流域土壤水分遥感估算及空间格局分析

      2020, 40(23):8826-8837. DOI: 10.5846/stxb202005011079

      摘要 (428) HTML (105) PDF 10.85 M (295) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤水分是地表和大气循环的纽带,对植被生长和高效农业灌溉起着关键作用。以石羊河流域为研究区,采用植被覆盖度/表面反照率梯形特征空间散点图计算裸土反照率,减少植被对遥感获取土壤水分误差,以提高遥感土壤水分估算精度。同时通过稳定性、空间自相关和地理探测器等分析了SM的空间格局及其影响因素。结果表明:(1)裸土反照率模型在石羊河流域的SM反演精度较高,为流域尺度的SM计算提供了新的方法思考。(2) SM具有明显的空间自相关性,Moran's值为0.88(Z-score=1852.94,P<0.01),上游林地高-高聚集,下游荒漠低-低聚集,且SM与FVC显著相关(P<0.01)。(3)石羊河流域年内SM稳定性整体良好,其中稳定性好和较好区域占研究区88.34%。(4) SM空间分布受多因子影响,各因子解释能力存在显著差异,其中植被覆盖度 > 土壤类型 > 高程 > 土地利用,且因子间交互作用增强了对SM空间分异的解释力。(5)不同土地利用类型的SM差异较大,其中未利用地大部分SM小于7%;草地和耕地SM居于中等水平,SM值为7%-15%;林地水平最高,SM值大于25%。

主编:傅伯杰

创刊:1981

国际标准刊号:ISSN 1000-0933

国内统一刊号:CN 11-2031/Q

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