摘要:

摘要:林火是中国亚热带森林生态系统的重要干扰之一,可通过影响土壤理化性质从而影响火后植物以及微生物群落的物种组成和种群动态。研究不同严重程度的林火对马尾松林土壤理化性质时空动态的影响,旨在为中国亚热带马尾松林火后森林恢复与管理提供理论依据。结果表明:(1)林火对土壤理化性质的影响与林火严重程度呈正相关,与恢复时间和土层深度呈负相关。(2)随恢复时间增加,土壤总孔隙度逐渐增大,土壤容重、pH、速效氮、速效磷逐渐降低;低林火严重程度下的土壤有机碳和全氮含量逐渐降低,而中、高林火严重程度则与之相反。(3)随土层深度增加,土壤容重和孔隙度有所增加,而土壤有机碳和全氮含量有所降低;土壤含水率在不同土层深度间无显著性差异。(4)低严重程度的林火显著增加了大部分土壤理化性质之间的相关性,而中、高严重程度的林火导致土壤有机碳、全氮和其他土壤理化性质之间的相关性发生转变。亚热带马尾松林下土壤理化性质对低林火严重程度产生积极响应,有利于促进林下植被更新,增强生态系统稳定性。

摘要:植物功能性状是植物响应外界环境变化的外在表达,反映了植物对生长环境的生态适应策略。探究长江下游滩涂湿地植物功能性状及其与环境之间的关系,有助于理解区域尺度上滩涂湿地植物的生态适应性和资源利用策略,对于长江流域湿地植被的恢复与重建具有重要意义。以长江安庆段流域为研究区域,选取了滩涂湿地17种代表性植物的14个功能性状指标,旨在探究滩涂湿地植物功能性状特征及其对环境因子的响应。结果表明:(1)滩涂湿地植物功能性状变异程度不同,变异系数最大为叶片组织密度(CV=361.39%),最小为相对叶绿素含量(CV=21.75%),平均变异幅度为106.55%。(2)叶性状间、茎性状间以及茎-叶性状间具不同程度的相关性。其中,叶性状间相关性较大,叶长与叶宽、叶干重、相对叶绿素含量、叶周长间均为极显著正相关(P ＜ 0.01)。茎干物质含量与叶长、叶厚度、叶面积和叶组织密度为显著负相关相关(P ＜ 0.05),而与叶周长显著正相关;小枝组织密度与叶干物质含量、叶长、叶厚度为显著负相关(P ＜ 0.05)。(3)RDA分析表明,铵态氮、速效磷、土壤容重、有机质、全磷、pH和速效钾是影响滩涂湿地植物适应策略的关键土壤因子。综上,长江下游滩涂湿地典型植物功能性状变异丰富及差异显著,但可通过形成一定的性状组合的策略以及与环境因子间的相互作用以提高对环境变化的适应性。

摘要:为人工林的合理经营提供理论依据,以塞罕坝机械林场五个林龄(15年、25年、35年、45年和55年)的华北落叶松人工林土壤为研究对象,分析不同深度土壤 (0-15和15-30 cm)的理化性质、酶活性以及计量比特征,并揭示其相互关系。结果表明:(1)土壤有机碳、全氮含量随林龄增长而升高,而含水率、全磷和全钾含量呈现先升后降的趋势。表层土壤(0-15 cm)的含水率、有机碳、全氮和全磷含量显著高于深层土壤(15-30 cm),土壤全钾含量呈现相反规律。(2)土壤的β-1,4-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、β-1,4-木糖酶、亮氨酸氨肽酶、β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶的活性随林龄的增加呈增大趋势,随土壤深度的加深呈减小趋势。(3)六种土壤酶活性与土壤含水率、有机碳和全氮含量呈显著正相关(P < 0.05),与土壤pH值、全钾含量呈负相关。由冗余分析和逐步回归得出,土壤pH、含水率、氮磷比和土壤养分是影响土壤酶活性的主要因素,土壤养分是影响土壤酶化学计量的主要因素。(4)研究区土壤磷的含量极度贫瘠(均小于0.2 g/kg),由氮磷比可得15-35年华北落叶松的生长受到氮和磷的共同限制,45和55年华北落叶松的生长主要受磷限制。在所有林龄中,氮限制程度随土壤深度的加深而降低,而磷限制程度则随土壤深度加深而增强。(5)土壤酶化学计量氮磷比(0.77-0.84)和酶化学计量碳磷比(0.84-0.92)均高于全球的平均值(0.44和0.62)。酶活矢量角度均小于45°,且随土壤加深而减小。说明土壤微生物受到较为强烈的氮、磷限制,其中氮限制程度随土壤深度加深而加强。因此,在华北落叶松人工林经营管理中应考虑外源氮和磷的投入,缓解华北落叶松人工林生态系统的养分限制。

摘要:高寒生态系统植物生长和土壤微生物生态过程受土壤氮、磷养分有效性的严重限制。全球气候变暖可显著改变青藏高原高寒生态系统植物群落生长与土壤微生物群落结构与活性,深刻改变土壤养分矿化与循环过程,进而影响土壤氮、磷养分有效性。然而,我们对气候变暖如何影响青藏高原高寒灌丛土壤氮、磷养分有效性的认识还不够深入。为了揭示气候变暖对高寒灌丛土壤养分有效性的影响,以青藏高原东部典型的窄叶鲜卑花高寒灌丛生态系统为研究对象,探讨高寒灌丛生长季不同时期可溶性有机碳(DOC)、无机氮(DIN)和有效磷(AvP)含量与化学计量比的动态变化及其对增温的响应,并分析影响土壤养分有效性的主要环境因子。研究结果表明:高寒灌丛生长季土壤有效养分含量季节动态明显。土壤DOC含量表现出先降低后增加的趋势,在生长季中期达到最低值;土壤DIN含量、土壤铵态氮、硝态氮含量及土壤AvP含量在整个生长季均表现出增加的趋势,均在生长季末期达到最大值。增温没有显著改变高寒灌丛整个生长季空气温度,增温使整个生长季土壤温度显著提高1.3℃,同时使土壤水分显著降低2.2%。增温使高寒灌丛整个生长季土壤DOC和AvP含量分别显著增加3.5%-9.9%和4.8%-33.7%。然而,增温仅在生长季中期使土壤DIN含量显著增加17.5%,在生长季末期使土壤DIN含量显著降低21.8%;生长季末期土壤DIN含量降低主要源于土壤硝态氮含量降低;但增温对整个生长季土壤铵态氮含量没有显著影响。同时,增温使生长季末期土壤DOC:DIN比显著增加37.3%,使生长季中期土壤DOC:AvP比显著降低17.9%,使生长季中期和末期土壤DIN:AvP比显著降低12.2%-25.7%。冗余分析和Pearson相关分析表明,土壤温度、土壤水分、土壤微生物生物量碳含量和脲酶活性是影响高寒灌丛土壤养分有效性的主要因子,它们能解释土壤有效养分含量大部分变异。这些结果表明,未来全球气候变暖可通过提高土壤温度、促进土壤养分矿化过程,加速土壤有效养分转化与循环速率,从而显著影响土壤有效养分含量。以上结果可为深入认识气候变暖情景下青藏高原高寒灌丛土壤养分转化与循环过程提供基础数据,同时也可为青藏高原高寒灌丛生态系统可持续经营与管理提供科学参考。

摘要:土壤微生物呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,受大气氮沉降显著影响。华北地区是我国高氮沉降地区,研究该地区森林土壤微生物呼吸及其温度敏感性(Q₁₀)对氮沉降的响应非常重要。在燕山北部山地的华北落叶松人工林设置7个水平氮添加处理(0、5、10、20、40、80、160 kg N hm^-2 a^-1的施氮量)模拟氮沉降,施肥两年后采集土壤样品,在15 ℃和25 ℃下进行土壤呼吸培养实验,采用冗余分析、结构方程模型等方法研究氮添加对华北落叶松人工林土壤微生物呼吸及其温度敏感性的影响及机理。结果表明:(1)15 ℃和25 ℃培养下,土壤微生物呼吸速率均随氮添加量增加呈降低趋势,与对照相比,160 kg N hm^-2 a^-1处理的微生物呼吸速率在15 ℃和25 ℃下分别降低23.94%和21.64%;(2)Q₁₀的范围为2.60-4.92,随氮添加增加整体呈现先降低后增加的趋势,于80 kg N hm^-2 a^-1水平氮添加下达到最高值;(3)冗余分析发现氮添加后土壤呼吸速率变化的主要影响因素是土壤惰性有机碳(NLC)与硝态氮(NO^-₃-N),而不同温度下土壤呼吸速率的影响因素也存在差异;(4)氮添加可通过增加土壤氮有效性及改变土壤碳稳定性来提高Q₁₀。研究结果表明随着氮添加量的增加华北落叶松人工林土壤微生物呼吸呈降低趋势,而土壤微生物呼吸的Q₁₀则呈现先降低后升高的趋势,研究可为大气氮沉降背景下的森林生态系统土壤碳动态研究提供科学依据。

摘要:荒漠草原土壤微生物群落对降水变化极为敏感,以宁夏盐池县荒漠草原为研究对象,利用遮雨棚技术模拟5个降水梯度(减少33%降水,减少66%降水,自然降水,增加33%降水,增加66%降水),系统研究降水变化对荒漠草原土壤微生物群落的影响。结果表明:1)短期内降水处理对植物多样性、丰富度影响不显著,对植物地上地下生物量的分配有显著影响,对土壤碳氮磷化学计量无显著影响。2)降水对土壤细菌多样性的影响比真菌小,但细菌、真菌多样性均在减水处理中增加,细菌多样性在增水处理中减少,真菌多样性在增水33%处理中最高,在增水66%从处理中最低。3)降水改变了土壤微生物的群落组成,细菌群落组成差异较小,真菌群落组成在门水平上差异不显著,在属水平上减水和增水中均明显发生改变。4)差异物种在属水平上真菌多于细菌,且各处理间的差异物种真菌较细菌更显著。5)土壤碳氮磷含量与细菌多样性呈负相关关系,与真菌多样性呈正相关关系,植物特征与土壤细菌、真菌多样性整体上呈负相关关系;环境因子对真菌多样性的影响显著高于对细菌多样性的影响,不同降水梯度下,真菌差异物种变异较大,而细菌较小。荒漠草原降水变化的短期处理中,真菌较细菌对降水变化的响应更敏感。

摘要:冬油菜是我国北方重要的油料作物和冬季覆盖作物,为探讨白菜型和甘蓝型冬油菜根际土壤真菌群落组成,及真菌驱动并影响土壤肥力的生态效益。对白菜型和甘蓝型冬油菜根际和非根际土壤微生物群落结构、土壤酶活性、土壤性质进行分析和比较。结果表明:(1)白菜型和甘蓝型冬油菜根际微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、微生物量磷(MBP)分别较非根际增加22.8%、19.5%、27.4%、31.8%、11.4%、9.8%。(2)冬油菜土壤根际真菌α多样性显著降低,且一些致病菌如担子菌门、被孢菌门、壶菌门丰度也明显降低。(3)不同类型冬油菜根际土壤微生物群落结构存在显著差异,白菜型冬油菜的优势真菌门是子囊菌门,占比超过总丰度的83%,其次是担子菌门、被孢菌门、壶菌门、毛霉门;甘蓝型冬油菜的优势菌门是油壶菌门和Fungi_phy_Incertae_sedis。(4)冗余分析(RDA)显示,pH、有效磷(AP)、全磷(TP)、碱解氮(AN)、全氮(TN)、有机碳(SOC)和土壤含水量(SWC)是影响土壤真菌群落组成的重要环境因子。(5)真菌群落组成差异显著影响土壤酶活性,白菜型中,磷酸酶和蔗糖酶活性高于甘蓝型,过氧化氢酶则相反。(6)微生物量和土壤酶显著影响土壤理化性质,如增加AN、AP、TP含量、降低土壤盐碱度(pH降低)等,且白菜型比甘蓝型更显著。综上,种植冬油菜可通过改变根际土壤真菌群落组成及结构,进而驱动提高土壤酶活性和土壤可利用的氮、磷的含量,提高土壤肥力,调节pH,改良土壤特性,具有良好的生态效益。研究结果为冬油菜-土壤-微生物互作研究及筛选分离益生真菌提供理论参考,为进一步扩大冬季覆盖作物的种植面积,优化农业产业结构提供一定的支撑。

摘要:土壤崩解是土壤可蚀性的重要表征指标,在阐明土壤侵蚀机理和构建侵蚀模型方面起着重要作用。尽管目前有关植物根系对土壤崩解的研究取得了一定的进展,但是土壤崩解受到根系和土壤理化性质的双重影响,而有关根系和土壤理化性质对土壤崩解的协同作用仍缺乏深入量化研究。以王茂沟小流域5个土地利用下的原状土样作为研究对象,基于崩解试验测定土壤崩解参数,并分析其与根系和土壤理化性质的相关性及主控因子,量化土壤崩解的变化机制,得到如下结论:(1)综合崩解速率、崩解比速率和崩解量三个崩解指标,不同土地利用下,土壤的崩解性均呈现出草地 < 坡耕地 < 梯田 < 果园 < 坝地;(2)利用VPA分析和偏最小二乘路径分析,解释了土壤理化性质和根系特征及其协同作用对土壤崩解性的贡献并分析其量化关系。结果表明,含根土体中,根系对土壤崩解的直接效应强于间接效应,其直接贡献为16%,较土壤理化性质(16.4%)偏低,但较两者的协同效应偏高62.5%。不同土地利用下,土壤崩解性能的变化主要以土壤理化性质直接影响为主;(3)Spearman相关分析和RDA分析表明,与土壤崩解相关性最高的根系因子为RLD,土壤因子为粉粒,所有环境因子中以RLD的效应最强。不同土地利用下,影响土壤崩解性能的主控因子也存在差异。研究结果可为黄土丘陵沟壑区生态建设条件下的土壤崩解研究和侵蚀机理的解析提供参考,对于黄土高原生态脆弱区的生态修复和生态功能的维持具有重要意义。

摘要:为探究东北典型黑土区不同退耕还林树种对土壤有机碳及其活性组分含量的垂直分布的影响,并分析其影响因素,为黑土修复工作及树种筛选提供理论依据。在东北典型黑土区分别选择以小黑杨(Populus×xiaohei)、樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)和落叶松(Larix gmelinii)为造林树种的退耕还林地为研究对象,测定不同深度土壤有机碳、微生物量碳和溶解性有机碳含量,探究其在不同树种退耕还林地间的差异及其与土壤理化性质、土壤酶活性和植物细根生物量的关系。结果表明:在5-15 cm处小黑杨林下土壤溶解性有机碳含量(1578.56 mg/kg)显著低于落叶松(1936.98 mg/kg)和樟子松(2046.07 mg/kg)林,樟子松林下土壤微生物量碳含量(2151.53 mg/kg)显著高于小黑杨(1298.32 mg/kg)和落叶松(1164.75 mg/kg)林(P < 0.05);在15-30 cm处小黑杨林下土壤溶解性有机碳含量(1541.57 mg/kg)显著低于落叶松(1957.04 mg/kg)和樟子松(1881.31 mg/kg)林,樟子松林下土壤微生物量碳含量(2256.99 mg/kg)显著高于小黑杨(1708.50 mg/kg)和落叶松(1200.55 mg/kg)林(P < 0.05)。土壤pH、土壤全磷含量、土壤含水量和土壤容重在不同树种退耕还林地间存在显著差异。土壤有机碳和溶解性有机碳含量随土壤深度增加逐渐降低,微生物量碳含量在不同土壤深度间没有显著差异。土壤溶解性有机碳和微生物量碳含量与土壤磷含量显著正相关,土壤有机碳与土壤氮含量、植物细根生物量和β-1,4葡萄糖苷酶活性显著正相关(P < 0.05)。退耕还林后不同树种退耕还林地土壤有机碳含量差异不显著,但不同树种退耕还林地间土壤溶解性有机碳和土壤微生物量碳含量存在显著差异。土壤全磷是对3个树种退耕还林地土壤有机碳、溶解性有机碳和微生物量碳分布影响最大的因素。

摘要:为探明丛枝菌根真菌接种处理下石漠化"植物-土壤环境变化"对氮组分含量时空分布的影响规律,选取云南弥勒白枪杆(Fraxinus malacophylla)为供试寄主植物,分别接种摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae,FM)、幼套近明球囊霉(Claroideoglomus etunicatum,CE)和根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices,RI),并设置对照处理(不添加菌种,CK),揭示不同丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌接种处理下土壤氮库各组分(全氮、水解氮、铵态氮、硝态氮)含量及占比(水解氮/全氮、铵态氮/全氮、硝态氮/全氮)的时空变化特征,分析植物生长和土壤性质变化对氮组分含量时空分布特征的影响。结果表明:1)AM真菌接种显著促进了土壤氮组分含量及其占比的积累(P < 0.05)。相较于对照,3种菌种处理对4种氮组分含量的提升率达12.09%-156.88%,对水解氮、铵态氮和硝态氮含量占比的提升率变幅达13.25%-60.07%;不同AM菌种对各氮组分含量及占比的提升率均表现为FM > CE > RI。2)不同菌种处理下土壤氮组分含量及占比的时空变化存在差异。除全氮含量在6月最大,其余3种氮组分含量在9月最大,不同菌种处理下各氮组分含量沿土层的减幅大小顺序均表现为:RI > FM > CE;不同菌种处理下水解氮、铵态氮和硝态氮含量占比均在9月最大,其沿土层的减幅均表现为:FM > CE > RI。3)相较于对照,AM真菌处理显著提升树高、地径、根系生物量、土壤含水率及碳组分(总有机碳、易氧化碳、微生物量碳)、磷组分(全磷、有效磷)、钾组分(全钾、有效钾)含量,但降低了土壤pH及容重,FM处理对总有机碳提升率(72.25%)最大,RI处理对有效磷的提升率(1.49%)最小。4)冗余分析表明,土壤总有机碳、易氧化碳、微生物量碳、全磷是氮组分含量积累的主要驱动因子,根系生物量、易氧化碳、微生物量碳是氮组分含量占比增加的主控因子。因此,AM真菌接种通过介导根系生物量及土壤碳磷含量变化,进而调控土壤氮组分含量积累与分配的时空分布。

摘要:根系分泌物在维持植物生长和调节土壤碳-养分循环中发挥重要作用,而目前对根系分泌物碳输入通量及其影响因素的研究主要集中于生长季,忽视了对全年根系分泌物碳输入的整体评估。为填补这一知识空白,以川中丘陵区柏木和马尾松人工林为研究对象,分别于2021年的1月(冬季)、4月(春季)、8月(夏季)和10月(秋季)进行了根系分泌物的野外原位收集,并同步收集和分析了气候数据和根系特征。结果表明:1)柏木和马尾松根系分泌速率呈相似的季节变化模式,总体呈先升高后降低的变化趋势,夏季最高、冬季最低;2)细根生物量和根系活力呈现与根系分泌速率一致的变化模式;3)根系分泌速率和根系特征(细根生物量和根系活力)均与温度和降水量之间呈现出显著的正相关关系,且根系分泌物速率与根系活力之间也具有显著的正相关关系。结果表明,根系分泌速率存在明显的季节变化模式,并受到季节性气候变化下根系活性变异的强烈影响。因此,充分了解根系分泌物的季节差异有助于准确评估森林生态系统的根系分泌物输入通量,还能丰富森林根系分泌物季节动态变化规律及其调控因素的认识。

摘要:气候变化对物种的地理分布格局有重要驱动作用,全球气候变化和人类活动的干扰已经严重威胁到福建柏(Chamaecyparis hodginsii)的生存环境,野生资源日渐稀少,预测了末次间冰期以来福建柏地理分布格局变迁历史,探讨环境因子对其潜在分布的影响机制,为福建柏的资源保护和可持续经营提供科学依据。基于福建柏的160个现代分布点信息和10个环境因子,利用MaxEnt模型并结合ArcGIS软件,预测福建柏在过去、现代和未来不同气候情景下的潜在适生区,并利用贡献率和置换重要值分析环境因子对其地理分布的影响机制。结果显示:(1)福建柏当代高度适生分布区主要位于浙江南部、福建、湘赣交界处、湘粤接壤处以及湘桂交界处等;(2)未来4种气候变化情景下,福建柏总适宜分布区较当代分布范围呈收缩趋势,但其高度适生区分布面积除2090s-SSP126外,较当前时期均表现出扩增趋势;(3)平均昼夜温差(bio2)、最干月降水量(bio14)、最暖季度降水量(bio18)、海拔(elev)、最冷月最低气温(bio6)是制约福建柏地理分布变迁的关键因子。

摘要:全球变暖后的冰川融化导致海平面上升,会进一步影响滨海湿地的地下水位和土壤水盐条件,明确滨海湿地植物应对土壤水盐环境变化的生态响应策略,可为滨海湿地植被的保护和恢复提供重要理论依据。因而,选择黄河三角洲滨海湿地优势植物芦苇为研究对象,通过调查不同地下水位梯度下芦苇的化学计量特征与土壤理化指标,探讨芦苇化学计量特征与土壤环境因子的响应关系。结果表明:(1)生长季内芦苇叶片N含量与N/P均表现为降低的趋势。生长季中期,芦苇叶片14 < N/P < 16,表明该地区芦苇生长受N和P共同限制。芦苇群落土壤剖面由表层向下C、N、P含量及N/P均表现为逐渐降低的趋势。芦苇群落土壤C、N含量均显著低于全国土壤C、N含量的平均值,但是土壤P含量与全国平均值比较接近,说明本地区土壤N含量相对缺乏,而P含量相对丰富。相关分析表明,叶片C含量与土壤N含量存在极显著正相关关系(P < 0.01),叶片N含量与地下水位存在显著负相关关系(P < 0.05),叶片P含量与土壤电导率之间存在显著正相关关系(P < 0.05),叶片P含量与土壤C、N、P均存在显著相关关系,而叶片C/P、叶片N/P与土壤C、N、P也均存在显著相关关系。冗余分析表明,第一轴的环境因子解释量可达73.22%。相关分析结合冗余分析结果表明,土壤N含量、土壤P含量、土壤电导率及地下水位是影响芦苇生态化学计量特征的重要驱动因素。

摘要:气候变化将影响全球森林生态系统的动态,其中早材和晚材的形成直接受季节性气候因子的影响。为厘清全球暖干化背景下华山松(Pinus armandii Franch.)径向生长对气候响应的稳定性,以河南伏牛山高海拔地区华山松的早材、晚材和全轮的年轮宽度为研究对象。建立了华山松早材、晚材和全轮的标准年表,利用标准年表与各气候因子做相关分析和滑动相关分析。结果表明:1) 早材与全轮年表的相关性更好,可能包含更多相似气候信息,并且早材对气候的敏感性比晚材更显著; 2) 不同的季节温度、降水量变化影响早材、晚材年轮的形成与生长。该区域华山松径向生长主要受到前一年生长季(6-8月)水热组合的影响。早材径向生长还与当年2月温度有关,晚材还受当年生长季后期(8、9月)水热组合的影响;3) 建立了华山松早材、晚材和全轮生长模型,确定了前一年8月温度是早材和全轮的主要限制因子,而当年9月降水是晚材生长的主要限制因子,生长模型结果与相关分析结果较为一致;4) 早材、晚材和全轮均对前一年生长季(6-8月)温度的负响应和相对湿度的正响应呈减弱趋势,即出现了气候"分异现象"。此外,早材对2月温度的正响应增强,晚材对9-10月降水的负响应增强。因此,随着全球暖干化趋势增强,尤其是夏季的暖干化更有利于伏牛山高海拔华山松径向生长,这一研究结果也可以为伏牛山地区的森林管理和经济发展提供了科学依据。

摘要:强火山爆发往往会引发区域甚至全球性的干旱和降温事件,进而影响森林生长变化。选取了国际树轮网中青藏高原东部地区树木年轮宽度数据,总计33个样点(包含5个针叶树种),调查1815年坦博拉火山爆发后青藏高原东部不同针叶树径向生长变化情况。选取1799-1808年期间树木的平均生长状态作为研究火山爆发后树木生长变化的基准,计算在1809-1830年火山爆发后树木轮宽变化率,并通过改进的时序叠加法比较火山爆发前后(1799-1830年)树木轮宽指数变化以及显著程度。结果表明,该次强火山爆发后,青藏高原东北部以及中部树木生长变化较为相似且轮宽变化幅度大,东南部地区轮宽变化相对较小。坦博拉火山爆发引发的1816-1819年青藏高原低温干旱事件,导致树木轮宽变化率于1816年开始减小,但在1822年超过63%的样点树木轮宽达到火山爆发前轮宽值。青藏高原树木在极端气候事件发生后3年大部分可恢复正常生长,可见高原森林对气候变化具有高度敏感性和较强的生态弹性。将为深入了解强火山爆发后森林动态响应情况,包括气候和树木生长变化关系提供一定的参考依据,将有助于我们深入理解极端气候条件下森林动态响应特征及恢复机制。

摘要:植被净初级生产力(NPP)是监测植被生长状况的重要参数,也是评价生态系统健康状况的重要指标。艾比湖流域是新亚欧大陆桥的一道重要生态安全屏障,研究植被NPP时空变化特征及其驱动因素,对保障流域生态环境健康稳定具有重要意义。基于气象数据、NDVI数据、植被类型数据,采用CASA模型估算艾比湖流域2001-2020年的植被NPP,采用热点分析、变异系数、趋势分析等方法,揭示植被NPP时空分布格局及演变特征;采用偏相关分析结合参数最优地理探测器模型揭示植被NPP的影响因素。结果表明:(1)2001-2020年艾比湖流域植被NPP多年平均值为199.67 gC m^-2 a^-1,整体呈波动上升趋势,增长率为1.83 gC m^-2 a^-1。(2)空间分布集聚特征明显,整体呈四周高中间低的分布格局,61.79%的区域植被NPP呈增加趋势,河流沿岸的绿洲植被NPP显著增加。(3)植被NPP与气象因子呈正相关关系,与降水相关性最强;NPP值随高程和坡度增加呈先增后减的趋势,随坡向变化差异不明显;不同植被类型和不同土壤类型的NPP值差异明显,土地利用变化对植被NPP具有双重影响。(4)土地利用类型和植被类型是影响植被NPP空间分异的主要因子,因子交互作用表现为双因子增强或非线性增强,基于风险探测确定出适宜植被生长的范围或类型。研究结果可为决策者制定艾比湖流域可持续发展方案提供理论依据。

摘要:第三纪孑遗植物新疆野苹果,是现代栽培苹果的祖先, 也是国家Ⅱ级重点保护野生植物。目前国内仅分布在新疆伊犁和塔城地区。近十几年来,其分布面积、种群和个体数量日益减少。为全面摸清新疆野苹果在国内整个分布区的生存现状、了解其群落物种组成、种群结构与动态特征,对分布在伊犁和塔城不同分布点的新疆野苹果天然种群进行了野外调查。应用"空间代替时间"理论编制新疆野苹果种群特定时间生命表,绘制种群存活曲线和死亡率曲线;利用生存分析理论,分析其种群数量动态变化;并应用时间序列模型,预测种群的发展趋势。结果表明:1)新疆野苹果主要生长在海拔870-1576 m的陡坡、沟谷、河漫滩和缓坡草场四种生境。河漫滩生境,物种丰富度和植被盖度最高,植被盖度高达70%-80%。该生境下新疆野苹果多与杏、黄果山楂、毛叶稠李、新疆忍冬等物种形成共优群落。其他三种生境,新疆野苹果多以纯林形式存在。2)伊犁种群病虫害严重,死亡率为7%,干枝、枯枝率达85%-90%;塔城种群几乎无病虫害,死亡率仅为2%,干枝、枯枝率仅为2%-5%。3)伊犁种群为衰退型,种群幼龄个体少,尤其是幼苗数量极少、种群多个生长发育阶段均呈现衰退的动态。严重的病虫害、过渡放牧和收割牧草是造成伊犁种群衰退的主要因素。塔城种群为增长型,种群幼龄个体多,幼苗数量足,但种群从幼苗过渡到幼树极困难。塔城不同分布点种群面临的问题不同。4)在未来2、3和4个龄级后,伊犁和塔城种群均呈现幼龄(幼树和小树)个体减少、老龄(大树和老树)个体增加的态势,种群衰退趋势明显。基于对新疆野苹果种群现状和存在问题的分析,结合实地调查,提出如下建议:1)针对伊犁种群,应首先应用生物防治等技术严格控制住病虫害的继续蔓延和加重;其次考虑建立国家级或省级新疆野苹果自然保护区并在保护区划分出优先最小保护单元,缓解一直存在的林牧矛盾。2)针对塔城种群,应根据不同分布点面临问题的不同制定相应的保护和管理措施。对幼苗死亡率高的额敏种群,应首先减少或限定风景区游客数量,其次在风景区内划分核心保护区和一般保护区,核心保护区内禁止人为活动;对托里种群,应首先加快建立高精度的自然灾害监测预警体系,其次减少放牧;对裕民种群,应采取人工辅助措施优化生境,促进种群幼苗的萌发、各阶段的顺利过渡和种群的稳定增长。

摘要:评估气候变化下森林管理措施对森林碳储量的长期影响对我国碳中和目标达成具有重要意义。传统森林碳储量评价方法对气候变化、火灾等干扰以及森林经营管理措施等多重影响下森林生态系统长期演替过程刻画不足,难以有效揭示多种作用因素对区域森林碳汇能力的长期综合影响。针对上述问题,以气候变化敏感区川西高山、亚高山地区为例,在探讨传统碳储量评价方法局限性的基础上,构建了考虑森林干扰的自然恢复和森林干扰-森林经营管理措施组合的人工恢复方案,结合森林景观生态模型LANDIS PRO和森林生态系统碳-水动态模型PnET-II模拟、预测了未来气候情景下(2020-2070年)自然恢复和不同人工恢复方案下区域森林地上碳储量及碳密度的时空动态,并通过对比筛选出提升固碳能力的最佳森林管理措施。结果表明,川西地区森林林龄趋于年轻化(平均林龄40a),具有巨大碳汇提升潜力。2020-2070年,自然恢复情景下研究区森林地上碳储量将由2020年的466.99Tg增加至2070年的780.96Tg,提高了67.23%。其中,以云杉、冷杉为主的成熟、过熟常绿针叶林是川西地区碳储量的主要贡献来源。但是自然恢复情景下川西地区森林平均碳密度在21世纪中后期停滞增长,甚至下降。而人工恢复情景下,碳密度变化趋势则有所不同。在多种森林干扰与经营管理措施组合方案中,当森林火灾干扰比例为0.01/10a和森林管理措施面积比例为0.02/10a时,川西地区森林地上碳储量提升最大且碳密度呈持续增加趋势。该情景下,2070年森林碳储量及碳密度分别将达到807.76Tg和33.33Mg/hm²,较2020年分别增加了72.97%和12.21%。2070年人工恢复情景下森林碳储量和碳密度较于自然恢复情景下分别高3.4%和8.5%。由此可见,通过人工恢复措施优化将有助于突破川西地区森林固碳能力的自然恢复瓶颈,提升区域森林生态系统对未来气候的适应能力,促进未来气候下区域森林碳储量的持续增长。

摘要:林火是陆地生态系统最为重要的干扰之一,其对森林生态系统生物多样性以及碳循环都产生巨大影响,而且对人类的生命财产构成威胁。不同林区由于自然和社会经济条件的差异,林火发生的主要驱动因素不尽相同,明确林火发生空间格局特征及其驱动因素对于林火预防具有重要意义。以我国东北、南方和西南三个林区为研究区,以2000-2022年MODIS火点产品为主要数据源,利用地理探测器模型,从地形(坡度、高程、地形位置指数)、植被(植被类型、叶面积指数)和社会经济因素(人口密度、居民点密度、距离道路远近、耕地密度、道路密度),分别三个林区的林火空间格局特征及驱动因素进行了对比分析。结果表明:(1)火点在空间上呈聚集分布特征,福建东北部和云南西南部林火聚集明显;(2)不同林区林火发生的驱动因素差异较大。东北林区林火分布格局主要受到植被特征和社会经济因素共同驱动,其中叶面积指数和距离道路的远近影响强度最大;南方和西南林区的林火分布格局主要受到社会经济因素驱动,南方林区距离道路远近是最主要的影响因子,西南林区最重要的影响因子为人口密度和居民点密度;(3)西南林区因子对于林火格局的解释能力最高,东北林区次之,南方林区最差。交互探测结果表明各林区不同驱动因素之间存在交互作用,呈双因子增强和非线性增强。地理探测器模型对于林火驱动因素的研究适用性较好,鉴于不同地区林火发生的驱动机制不同,应该有针对性的制定林火预防和管理政策,为我国林区防火提供科学依据。

摘要:为深入了解黄土丘陵退耕还林区地表蜘蛛群落特征、主要种群的生态位特征及其与环境因子的关系,研究选取黄土丘陵区退耕还林(草)后形成的典型植被群落(油松林、山杏林、沙棘林、刺槐林、小叶杨林及农田)为研究样地,于2022年8-11月在每个样地采用陷阱法进行地表蜘蛛采集,并对采集的蜘蛛进行形态学鉴定。结果表明:(1)共采集到地表蜘蛛标本2463头,隶属18科36属49种,其中13个为主要物种。退耕还林对地表蜘蛛群落的均匀度指数和优势度指数产生显著影响(P < 0.05),而对丰富度指数和多样性指数均无显著影响;地表蜘蛛群落均匀度指数最高的是山杏林和农田,均匀度指数为0.82;均匀度指数最低的是小叶杨林,均匀度指数为0.49。地表蜘蛛群落优势度指数最高的是山杏林,优势度指数为7.38;优势度指数最低的是小叶杨林,优势度指数为2.13。研究区绝大多数植被间Jaccard相似性指数介于0.4-0.5之间,地表蜘蛛群落组成整体呈现中等不相似。(2)主要地表蜘蛛生态位宽度最大的是鞍形花蟹蛛,生态位宽度为5.30;生态位宽度最小的是申氏豹蛛,生态位宽度为1.54。主要地表蜘蛛生态位重叠值分布范围为[0.06,1],生态位高度重叠占总对数的23.08%,中度重叠占总对数的28.21%,低度重叠占总对数的48.72%。研究区13个主要地表蜘蛛生态响应速率之和为负值,表明主要地表蜘蛛处于衰退阶段。(3)冗余分析(RDA)结果显示,草本盖度、枯落物厚度、速效钾、电导率、有机质是影响主要地表蜘蛛分布与生态位特征的关键驱动因子。因此,本研究表明,人工林的种植有利于当地地表蜘蛛多样性的恢复和保护;退耕还林区主要地表蜘蛛之间以及主要物种与环境之间尚未达到相对的动态平衡。

摘要:稀有种是海洋生态系统中物种共存与多样性维持的重要类群,但其对鱼类群落物种多样性、功能多样性的调控机制不明。以三门湾鱼类群落为研究对象,基于地理范围、栖息地特异性和种群规模大小识别群落稀有种,利用自抽样技术模拟稀有种在自然条件下的随机丧失,探讨稀有种丧失对物种多样性、功能多样性的影响。结果表明,稀有种的丧失造成物种丰富度与功能丰富度呈显著下降趋势;物种均匀度在夏季稳定性较低,在其余季节稳定性较高,功能均匀度在冬季稳定性较高,在其余季节稳定性较低,这与稀有种地理分布范围及其功能性状所占据的空间特殊位置有关;Simpson指数与Shannon-Wiener指数呈现下降趋势,但前者数值变化区间小于后者,这与群落丰富度、均匀度密切相关;功能离散度在夏季呈下降趋势,而在其他季节保持相对稳定,主要受位于性状空间边缘物种数量的影响。总体上,稀有种的丧失对物种多样性、功能多样性的稳定性产生影响,且物种多样性与功能多样性的相关性较强。

摘要:长江中下游洪泛平原浅水湖泊是重要的水鸟越冬地,为东亚-澳大利西亚迁徙路线上的越冬水鸟提供了丰富的食物资源和越冬保障。近年来,为满足湖泊周边居民生产和生活的需要,长江中下游多数浅水通江湖泊通过建立闸坝调控湖泊水位,闸控水位是目前通江湖泊最典型的水文扰动方式。水鸟作为湿地生态系统的指示物种,对水位变化敏感,其多样性变化可以反应水位变化对湿地生态系统的影响。基于分类和功能多样性,探究闸控湖泊水位变化对越冬水鸟群落的影响。2021-2022年和2022-2023年水鸟越冬期对武昌湖进行了实地观测,结合遥感资料,获取了水鸟种类、组成和分布以及生境因子数据。基于不同年际水位条件下水鸟群落组成变化,分析了生境变化对越冬水鸟多样性的影响,进一步探讨了越冬水鸟群落对水位变化的响应。结果表明,在武昌湖的两个越冬期,雁形目鸟类均占优势,高水位年份的Shannon-Wiener多样性指数显著较高(P < 0.05),而功能分异度指数显著较低(P < 0.05),这表明两个年度间水鸟群落的种类组成、数量和性状特征存在显著差异。一般线性模型结果表明,生境面积受到水位的影响,水位与浅水面积、泥滩面积和深水面积具有显著的相关性(P < 0.05),而与挺水植物区面积的相关性不显著(P > 0.05)。广义线性混合模型表明,水位引起的生境变化是水鸟群落多样性变化的主要原因,而水位变化也会直接影响越冬水鸟群落多样性,Shannon-Wiener多样性指数和功能丰富度指数与水位之间具有显著的相关性(P < 0.05)。水位、水鸟及其生境之间的相互关系分析,有助于阐明水位变化对越冬水鸟群落的影响,这些研究成果对于加强湖泊生态系统的保护和管理具有重要的指导意义。

摘要:为应对再生水利用的潜在风险,有必要对再生水利用与再生水系统网络稳定性之间的不确定性关系展开研究。以北京市为研究区域,基于2015-2020年再生水需求、供给、利用及其影响因素,采用系统动力学方法构建了再生水供需模型,揭示了2020-2050年再生水供需变化特征,并确定了7种工业再生水使用情景下的生态环境、生活、工业、污水处理和再生水利用部门间用水变化。此外,基于生态网络分析方法,分析了再生水系统网络系统代谢效率、冗余和部门关系特征,揭示了再生水系统鲁棒性水平和互惠程度。研究结果表明:(1)再生水系统模拟值与现实值的误差小于10%,所构建再生水系统动力学模型能准确反馈再生水各变量间因果关系。经模拟发现,北京市2015-2050年再生水供给量增幅(2.55%)远低于再生水需求量增幅(2.82%)。(2)2020-2050年各情景下再生水系统平均鲁棒性指数呈现"先上升后下降"趋势。(3)在工业再生水比例为0.45时,再生水系统平均鲁棒性指数达到最大值0.28。此时再生水大量流入工业部门,形成工业对再生水的依赖,从而大大减少工业用水压力。通过结合系统动力学与生态网络方法,明晰了工业再生水潜力,为北京市工业部门节约用水提供参考。

摘要:城市化带来的环境变化被公认为生物多样性下降的主要驱动力之一。蝴蝶作为生物多样性的重要组成部分,具有帮助植物传粉、支撑食物链等生态功能和服务价值,是城市环境变化的重要指示者。采用样线法和样点法相结合,于2023年4-9月对北京城区五环路以内47个城市绿地中的蝴蝶多样性进行调查,分析了蝴蝶物种多样性的空间格局及其与环境因子的关系。结果表明:1)共调查到蝴蝶4469头,隶属于5科16属17种,菜粉蝶(Pieris rapae)是最大的优势类群,占总个体数的74.67%,其次是云粉蝶(Pontia edusa)和黄钩蛱蝶(Polygonia c-aureum)。2)蝴蝶物种多样性随城市化程度加强而降低,城区外缘样地(四环与五环之间)的蝴蝶物种丰富度、多度及物种多样性指数均最高,不同区域之间的Shannon-Wiener多样性指数和Margalef丰富度指数存在显著差异。3)非度量多维尺度分析(non-metric multidimensional scaling,NMDS)结果发现不同城市区域的蝴蝶群落相似性较高,进一步的相似性分析(analysis of simlarities,ANOSIM)检验结果显示组间差异性较小(R =-0.012,P > 0.05),表明城市绿地的蝴蝶物种组成较为相似。4)三种蝴蝶优势种在不同区域的时间动态存在差异,特别是菜粉蝶在城市中心地区的活跃期早于城市边缘地区。5)冗余分析(redundancy analysis,RDA)结果表明蝴蝶物种多样性与研究样地植物物种总数(P < 0.001)和蜜源植物物种数(P < 0.001)呈极显著正相关,与样地面积呈显著正相关(P < 0.05)。综上所述,不同城市区域的蝴蝶多样性趋于均质化,城市绿地面积和植物多样性是制约蝴蝶物种多样性的重要因素。建议在城市中保留一定比例的城市绿地、扩大蝴蝶生存空间的同时,提高植物多样性,并从不同植物花期时序上进行科学合理的配置,为蝴蝶提供更多的食源,从而达到维持甚至提高蝴蝶物种多样性的目的。

摘要:人类活动主导的土地利用变化改变了生态系统的结构和功能,影响了生态系统服务水平。评估生态系统服务价值是合理配置自然资源和生态环境保护的重要基础。以北京市域为研究范围,基于2003年、2010年2022年三期遥感影像解译数据,采用当量因子法、空间自相关分析等方法,分析了两轮城市总体规划以来,1km×1km网格下的全市生态系统服务价值的空间分布和变化特征,并利用地理探测器研究了生态系统服务价值空间异质性的驱动力因素。研究结果发现:(1)研究时段内全市生态系统服务价值变化特征与非建设用地组分变化相对应,出现了先下降后上升的趋势,其总量增加了109.46亿元,林地和水域的增加是生态系统服务价值提升的关键;(2)从生态系统服务四大类型的价值看,调节功能 > 支持功能 > 供给功能 > 文化功能,调节服务是北京市生态系统的主导功能;(3)从空间分布看,生态系统服务价值呈现西北高、东南低的空间格局,而且全市生态系统服务价值表现为正相关和空间聚集分布,局部表现为高-高、低-低集聚;生态系统服务价值热点地区主要集中于大型湿地水域, 生态系统服务价值冷点分布范围在逐渐向市中心城区收缩;(4)生态系统服务价值空间异质性受到自然地理和社会经济的共同作用,其中气温的贡献最大,双因子间的耦合作用增强了对生态系统服务价值空间分布的解释力。研究揭示了城市土地利用变化过程中生态系统服务的时空变化规律及其驱动力。提出了提升生态系统服务价值的非建设用地管理建议,可为自然资源的可持续利用提供重要参考。

摘要:成渝双城经济圈作为我国西部城镇化建设的重要示范区,探究其生态环境质量状况对推动区域社会经济高质量发展和长江上游生态环境保护意义重大。基于2000-2020年Landsat系列影像数据,运用绿度、湿度、热度、干度指标构建了遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index,RSEI),采用Sen(Theil-Sen median)斜率估计和MK(Mann-Kendall)检验相结合的趋势分析方法开展了区域生态环境质量时空变化特征研究。采用最优参数地理探测器模型(Optimal Parameters Geographic Detector,OPGD)优化了空间数据的尺度效应和分区效应,并对研究区生态环境质量的驱动力进行了分析。结果表明:(1) 2000-2020年间,研究区生态环境质量整体较高,多年RSEI均值为0.63。生态环境质量以良和优为主,面积占比为61.37%。生态环境质量具有显著的空间异质性。在空间上呈"成都-重庆核心城市生态环境质量差,中间平原丘陵地区中等,四周质量优"的分布格局。(2)Sen-MK趋势分析表明,区域生态环境质量退化区域大于改善区域,两者面积之差占比为14.33%,表明研究区生态环境质量有显著下降趋势,应采取相应措施加强对区域生态环境的保护和修复。(3)最优参数地理探测器模型探测结果显示,驱动因子的最优空间尺度为5km,自然断点法、相等间隔分类、分位数分类、几何间隔分类和标准差分类5种离散方法有助于检测驱动因子的最优分类区间。绿度、湿度、热度、高程、坡度、年均气温是影响区域生态环境质量的主导因子,解释力q值大于56.95%。土地利用类型、人口密度、GDP、夜间灯光是次要驱动因子。驱动因子交互作用增强了对生态环境质量的影响。研究结果能为西部其他城市的发展提供借鉴,对推动长江上游生态环境保护和社会经济可持续、高质量发展提供科学依据。

摘要:国土空间是生态系统碳汇功能和社会经济功能的重要载体,科学识别不同发展情景下的县域国土空间碳汇冲突格局,对国土空间低碳开发利用与碳汇风险预警具有重要现实意义。以成渝地区双城经济圈142个区(县)为研究对象,从空间碳排压力、空间固碳能力和空间不稳定性3个维度,构建国土空间碳汇冲突评价模型。整合社会经济数据和自然地理等多源数据,采用生态系统服务权衡综合评估模型(Integrated Valuation of Ecosystem Servicesand Tradeoffs,InVEST)、斑块生成土地利用模拟模型(Patch-generating and Land Use Simulation,PLUS)、气泡图谱和冲突矩阵等方法,识别并多情景模拟1980-2050年研究区国土空间碳汇冲突程度及潜在风险区域。结果表明:(1)研究区土地利用类型主要表现为耕地连片、生态用地分散和建设用地多点集聚的空间布局特征,耕地和建设用地之间的土地利用转移占主要贡献。(2)1980-2020年研究区国土空间碳汇冲突程度总体呈现"急剧上升-逐渐缓和"的趋势,且预测到2050年,碳减排情景(CE)下的国土空间碳汇冲突可控程度最高。(3)依据冲突矩阵划分标准,将研究区甄别出"三带九区"的国土空间碳汇冲突矩阵类型,其中碳汇耐受安全区、碳汇稳态维持区等分别呈现出"边缘式""三角式"的空间分布特征。本文为精准识别国土空间碳汇冲突提供新的研究思路,有助于拓展土地利用冲突理论和人地关系理论的研究范畴,为我国其他城市群制定"政域-流域"的国土空间碳汇冲突调控策略与碳汇协同监管机制提供参考。

摘要:在全球变暖的影响下,中国骤旱事件逐渐增加,西南地区尤为突出。成渝地区由骤旱事件引起的农田绝收问题逐渐加剧。然而,国内外关于农田生产力对骤旱的抵抗性与恢复性研究较为匮乏。因此,研究农田对骤旱的抵抗性与恢复性对保护农田具有重要意义。基于此,使用GPP数据和中国土壤水分数据集以及农田类型数据等,采用游程理论和地理加权回归等方法,分析了成渝地区农田对骤旱的抵抗性与恢复性,量化了农田生产力对骤旱的脆弱性。研究结果表明:(1)在2006和2022骤旱年中,成渝地区西北部和东南部骤旱较为严峻,其中德阳市、绵阳市、成都市等地区的骤旱严重度、骤旱持续时间均为高值,而2022年西部区域骤旱次数比2006年明显减少;(2)2022年与2006年相比,大部分农田恢复性提高,但抵抗性下降,其中水稻田、玉米田等抵抗性变化范围从5-6下降到了3-4,恢复性变化范围则由1-2上升至2-3;(3)2022年成渝地区北部农田比2006年抵抗时间增加,但成渝地区大部分农田恢复时间相较于2006年急剧下降;(4)2022年成渝地区西北部农田相较于2006年面对骤旱更加脆弱,且在2022骤旱年中,成渝地区多季作物田脆弱性高于组成轮作的单季作物田脆弱性。有助于深入了解农田对骤旱的抵抗性和恢复性,以及在农田灌溉制度和种植制度条件下骤旱对农田脆弱性的影响机制,对成渝地区农业生产和抗旱减灾提供科学理论依据。

摘要:在耕地占补平衡政策下,快速发展的城镇化极有可能迫使耕地上山,进而对区域生态系统服务造成深远影响。然而,现有研究多关注于耕地的水平空间转移,忽视了对耕地爬坡现象的研究。鉴于此,基于多源遥感数据,基于Sen趋势分析、因素分解法以及InVEST模型,探究了1990-2020年长江流域耕地爬坡现象的驱动机制及其对生态系统服务的影响效应。研究结果表明:①长江流域耕地具有爬坡现象,其中不稳定耕地爬坡更为严重,共上升了2.09°。②建设用地侵占与耕地开垦是加剧不稳定耕地爬坡的主导因素,相反地,耕地边缘化是抑制不稳定耕地爬坡的主导因素。③长江流域耕地爬坡现象,共造成区域碳储量损失4.14×10⁸t,土壤保持量损失1.44×10⁸t,产水量损失0.84×10⁸t,生境质量下降4.33%,以及综合生态系统服务下降1.76%。④耕地开垦形成的爬坡现象,造成综合生态系统服务下降0.11%;而建设用地侵占形成的耕地爬坡现象,造成综合生态系统服务下降33.37%。研究结果有望为区域耕地资源可持续利用提供创新思维与对策建议。

摘要:基于海河流域1980-2022年126个观测站点数据计算的饱和水汽压差(Vapor Pressure Deficit,VPD),评估了CRU TS 4.07、ERA5-Land和MERRA2 3套全球网格数据计算的VPD在海河流域的适用性,并采用趋势分析和相关分析等方法分析了年和季节VPD 时空演变特征和影响因素。结果表明:①ERA5-Land数据集计算的海河流域VPD相较于其他2套网格数据的偏差(BIAS)和均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)更小,拟合优度更好(R²=0.9851),表明ERA5-Land数据集更适用于海河流域VPD长期变化研究;②1980-2022年海河流域年VPD值呈显著增加趋势(Trend=0.027kPa/10a,P < 0.01),VPD在春季的增加速率最快,秋季和冬季的增速较慢;③海河流域86.28%的区域年VPD呈显著增加的趋势(P < 0.05),春季、夏季、秋季和冬季VPD呈显著上升的面积占比分别为87.59%、63.57%、30.76%和77.48%;④海河流域年和季节VPD与饱和水汽压(Saturation Vapor Pressure,SVP)的相关性高于实际水汽压(Actual Vapor Pressure,AVP),VPD与相对湿度的相关系数绝对值高于气温,表明相对湿度对海河流域VPD的贡献高于气温。

摘要:源汇景观格局是影响流域雨洪径流过程与洪涝风险的重要因素,探索一种基于源汇景观格局的流域洪涝风险评估方法对流域洪涝风险防治具有重要科学意义。以洞庭湖流域为研究对象,创新性地修正并运用源汇景观模型评估各年份流域洪涝风险,揭示洪涝风险时空演变规律及成因;而后利用SCS-CN模型与局部等体积法模拟分析各年份雨洪径流过程特征,并基于斯皮尔曼相关系数探究雨洪径流过程与源汇景观空间负荷对比指数的相关关系,以此验证新模型运用于洪涝风险评估的合理性。结果表明:(1)40年间源景观建设用地的扩张最为显著,汇景观持续减少,以耕地向建设用地转移为主,源景观空间上集中于环洞庭湖与湘江流域。(2)40年间源汇景观空间负荷对比指数均呈上升趋势,流域洪涝风险逐渐提高,呈现东高西低的分布格局,其中湘江与环洞庭湖流域洪涝风险较高,资水流域洪涝风险次之,澧水与沅水流域洪涝风险较低。(3)40年间平均径流量、淹没深度及各风险区占比整体呈缓慢波动上升趋势,雨洪径流过程加剧使得洪涝风险不断上升,传统模型模拟结果与源汇景观模型评估结果相吻合。(4)源汇景观空间负荷对比指数与雨洪径流过程各特征指标呈显著正相关关系,说明源汇景观在高程、坡度及距离上的空间格局对于雨洪径流过程具有重要影响,运用源汇景观模型评估流域洪涝风险具有可行性。本研究可为流域洪涝风险定量评估提供耦合格局与过程的新方法,为合理配置流域景观格局、保障雨洪安全提供新视角和理论依据。

摘要:人类活动压力指数是用于描述人类活动对陆地表面特别是陆域生态系统影响的综合指标,开展人类活动对生态系统的压力状况定量评估有助于理解人类活动在生态系统变化中的作用,为针对性开展人类活动调控和制定生态系统保护相关政策提供依据。从压力强度和生态系统敏感性出发构建人类活动对陆域生态系统的压力指数,结果表明2020年我国人类活动压力指数主要分布在0-0.2之间,天津、上海、山东、江苏、河南等地人类活动压力指数较高,而西藏、青海、新疆等地较低;全国农业开发对人类活动压力指数的贡献度最高,为38.91%,其次为农村聚落,贡献度为21.83%;从不确定分析来看,人类活动压力指数在至少60%的模拟次数中属于低值区间的像元比例明显超过高值区间,模拟平均值与原人类活动压力指数相似度在高值区明显低于低值区。因此,人类活动压力指数在高值区稳健性较差,在高值区不确定性增大,而在低值区不确定性相对较低。压力源和生态系统敏感性构建的人类活动压力指数,该指数可以用于大尺度人类活动压力状况评估,可为压力热点区和生态敏感区的人类分析和识别提供数据和方法支撑。

摘要:构建和优化生态网络对解决当前生态问题、保障区域生态安全、实现可持续发展具有重要意义。然而,当前生态网络优化研究鲜有多目标优化研究,更是忽视了多个优化目标间协同优化的作用,缺乏系统的优化框架。因此,提出一种"生态盲区削减-网络功能结构协调"的双目标协同优化框架,并以武汉市为例开展实证研究。运用最小累积阻力模型构建初始生态网络,并开展生态盲区指导下的生态网络优化;然后,基于协调性分析,针对功能结构异配节点,提出针对性的优化措施;采用鲁棒性和结构指数对优化前后生态网络进行评价。结果表明:(1)武汉市初始生态网络含生态源地17个,生态廊道47条,空间分布呈不均衡性;(2)经调整型生态源地、新增型生态源地、补充生态廊道和非源地斑块优化后,生态盲区占比从31.77%降至15.37%;(3)新增17条廊道,实施三级差异化生态建设后,实现了生态网络协调性;(4)优化后的生态网络结构指数α、β、γ分别提高69.16%、56.16%和47.12%,鲁棒性也更强。研究得出,该双目标协同优化模型不仅能够实现各自的优化目标,还能增强生态网络的稳定性。该模型将为生态网络优化研究提供新视角和系统框架,案例结果将为武汉市削减生态盲区、建设功能与结构协调的生态网络提供理论和方法指导。

摘要:城市水环境问题涉及源头控制、过程监管和末端治理三个过程,而当前的水环境保护与治理工作未能明确水问题的成因及背后的责任边界。对此,基于 "水-土耦合"视角,引入水质"效应值""实测值""目标值"概念,构建起"三值联动"分析的城市开发容量评估与水质问题诊断系统,并以杭州为例进行实证研究。结果表明:(1) 基于控制断面、子流域、行政边界三要素划分的水管理单元明确了属地管理部门的责任边界。(2) 82.6%的研究单元水环境容量盈余(效应值 < 目标值),其余水环境容量亏损的单元主要分布在钱塘江以南片区;67.4%的研究单元水质达标(目标值 > 实测值),主要分布在杭州主城区西部和北部,水质超标的单元集中在萧山科技城、钱江世纪城、湘湖新城等地区;87.2%的研究单元存在过程监管或末端治理缺位(效应值 < 实测值)的情况,其中68.0%研究单元的末端治理到位但过程监管还存在漏洞(目标值 > 实测值),其余32.0%的研究单元在过程监管和末端治理上都有漏洞(目标值 < 实测值)。(3) 该评估诊断系统能够实时把握土地开发容量动态与水质约束条件,为"水-土耦合"的国土空间用途管制提供新的决策工具。

摘要:电力系统是我国能源系统的枢纽与核心,双碳目标主导下的电力系统正处于低碳转型期。而对于负供电地区,其高比例外来电产生的隐含碳排放未得到足够重视,仅通过直接碳减排已无法满足低碳转型要求,需要将隐含碳排放纳入考虑,从而实现用电减排两不误,这对推动我国经济高质量发展意义重大。集成经济-能源-社会三要素,基于电量供需平衡,综合调控"电源-电网-负荷"三侧,构建电力行业LEAP模型分析电力供需结构与碳排放变化趋势, 以京津冀地区为例探究负供电地区电力行业隐含碳减排路径。结果表明,隐含碳排放是负供电地区不可忽视的碳排放来源。负供电地区电量缺口扩大将引起隐含碳排放增加,而引入高煤电占比的外购电力并不利于当地隐含碳减排。进一步探究发现充分发挥非化石能源的资源潜力,控制以第二产业为主的用电增速可有效弥补电量缺口,进而提升隐含碳减排效果。因此,未来负供电地区需加强源荷双向管理,加强本地风力和光伏等新能源电源支撑,同时加速推进负荷侧特别是工业领域的绿色节能管理,并引入高新能源比例的外购电力。

摘要:针对西北干旱煤炭矿区生态环境问题识别不清,生态修复技术模式针对性不强,措施单一等问题,以宁东煤炭基地6座煤矸石山及周边自然地为研究对象,运用主成分分析法进行立地类型划分,运用复合模糊物元熵权法从土壤改良效果、植被恢复效果和技术措施状况(技术措施完整性和经济性)3个方面共19项指标构建评价体系,确定各指标权重及进行综合评价,筛选不同立地类型对位生态修复技术模式,旨在为西北干旱区生态修复提供技术支撑。结果表明:(1)坡向、坡度和土层厚度为立地类型划分主导因子,据此将矸石山分厚层急阴坡、中层斜阴坡、厚层斜阴坡、薄层急阳坡、中层斜阳坡、厚层斜阳坡、中层斜半阴半阳坡、厚层斜半阴半阳坡、薄层急半阴半阳坡及厚层平台9种立地类型;(2)中层斜半阴半阳坡立地类型,推荐"砾石沙障"模式或"活体沙障"模式;厚层急阴坡、薄层急阳坡立地类型,推荐"撒播草籽+挡矸墙+环保树脂网工程护坡+排水沟+微喷"模式;中层斜阴坡、中层斜阳坡立地类型,推荐"撒播草籽+挡矸墙+排水沟+草方格"模式;厚层平台立地类型,推荐"植苗造林+草方格+截水沟"模式。

摘要:土壤微生物和植物-土壤系统之间的相互作用对于维持生态系统的功能与应对气候变化至关重要。丛枝菌根真菌(AMF)可以影响植物与土壤之间的物质交流,提高植物生产力和抗逆性,在改善土壤质量和养分循环方面发挥着重要作用。有研究表明,AMF与植物共生抑制植物产量积累,不利于维持土壤生态功能和可持续性。AMF在调控植物-土壤系统中表现出的作用不一致,这可能与环境条件有关。因此,需总结现有研究,系统的阐明AMF对植物-土壤系统生产力、抗逆性和养分循环的作用及其机理。总结了AMF与植物-土壤系统共生关系和共生机理的研究进展;阐述了AMF对植物-土壤系统生产力和抗逆性的作用机制;探讨了AMF对植物-土壤系统养分循环的作用过程。提出AMF-植物-土壤系统共生领域中尚待系统深入研究的关键科学问题,并分析了当前该领域研究存在的不足与今后的研究方向,以期为农业生态系统的可持续发展提供新的思路。

摘要: