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摘要:随着气候变化和人类活动的加剧,生态系统能否持续维持其功能和服务受稳定性影响。作为衡量生态系统应对外界压力的重要指标,生态系统稳定性对于理解其在自然和人为干扰下如何保持或恢复其功能至关重要。然而,由于生态系统的复杂性,准确理解稳定性内涵和评价稳定性仍具有挑战性。旨在综合认识该领域的研究进展,研究通过文献计量学方法,全面分析了2000—2023年间的生态系统稳定性研究重点,探讨了生态系统稳定性定义、研究方向、评估方法和影响因素,并对生态系统稳定性研究进行了展望。研究表明:(1)基于CiteSpace分析,国内外关于生态系统稳定性的研究热点差异明显,国外研究主要集中在稳定性、生物多样性、恢复力等方面,国内研究更多集中在稳定性和指标体系等。(2)生态系统稳定性研究存在两个主流方向,一是基于平衡系统,认为系统只存在一个稳定状态,重点探讨稳定性组成部分,如时间稳定性、抵抗力和恢复力;二是基于非平衡系统,认为存在多个稳定状态,围绕生态弹性展开。(3)生态系统稳定性的评估方法包括指标体系、试验观测、遥感分析评估等方法,其中遥感分析使用较为广泛,多用于大时空尺度的评估,试验观测多用于小空间尺度的机理研究,指标体系则多用于综合评估和管理决策。(4)生态系统稳定性主要受生物因素和非生物因素的影响,其中生物多样性和气候因子起关键作用。大尺度上,稳定性主要受气候调控,小尺度上,生物多样性起主导作用。(5)生态系统稳定性研究应建立标准化的量化方法,综合考虑多重扰动因素,识别稳定性变化区域,分区分类的研发生态系统稳定性维持和提升技术,为生态系统质量提升提供科学支撑。

摘要:土壤侵蚀预报对区域生态修复和水土保持具有重要作用。由于受地域特异性影响,土壤侵蚀经验模型在不同地区使用时需进行参数率定和校验,时间和人力成本高。研究通过集成前人研究成果并结合研究区特点,确定土壤侵蚀特征因子(降雨量(Pre)、黏粒含量(Clay)、粉粒含量(Sil) t、砂粒含量(Sand)、坡长(SL)、坡度(Slope)、归一化植被指数(NDVI)、土地利用类型(Land use)和剖面曲率PC),并以RUSLE模型计算的土壤侵蚀模数为基准值,采用随机森林、LightGBM和Catboost三种机器学习模型,对土壤侵蚀量进行建模计算;引入SHAP值以解析各土壤侵蚀特征因子对土壤侵蚀的作用机制。结果表明:(1)3种机器学习模型在训练集与测试集的性能表现均为“非常好”,表明机器学习模型可用于土壤侵蚀预报研究。(2)以云龙县为例,Catboost模型表现最好(NSE=0.984,RSR=0.125),其次分别为随机森林(NSE=0.966,RSR=0.183)和LightGBM(NSE=0.964,RSR=0.189)。(3) SHAP值分析表明,对云龙县土壤侵蚀影响最大的4个因子依次是NDVI、SL、Slope和Pre,其中NDVI与SHAP值呈极显著的负相关关系(r=-0.68,P < 0.01),而SL、Slope和Pre与SHAP值呈极显著的正相关关系(r=0.54,P < 0.01;r=0.57,P < 0.01;r=0.69,P < 0.01)。(4)基于Catboost模型,仅需3.07s便可完成土壤侵蚀空间分布制图(CPU i5-9300H),分类正确区域占总区域的86.62%,且误差未呈现明显的聚集现象。研究结果不仅能为快速、准确地进行土壤侵蚀空间分布分析提供新的途径,也可为土壤侵蚀预报模型研究提供科学依据。

摘要:高质量的网格化降水数据对水文、气象和生态学等的研究至关重要。然而,高山峡谷区域因地形起伏剧烈、局地气候效应显著,导致降水空间分布复杂,同时受季风、水汽输送和地形影响,降水呈现明显的季节性和年际波动。因此,仅依赖稀疏站点插值得到的网格化降水数据可靠性不高。卫星降水产品虽能提供大范围观测,但分辨率低且存在偏差,无法直接应用于具有显著时空异质性的高山峡谷区。为此,融合站点观测数据对卫星降水产品进行降尺度已成为获取这些区域准确降水信息的有效方法。研究选择先利用站点数据对卫星降水产品进行校正,再通过随机森林(RF)、极限梯度提升树(XGBoost)和长短期记忆网络(LSTM)机器学习算法进行降尺度,最终将西南高山峡谷区全球降水测量(GPM)日降水产品的空间分辨率从0.1°提升至0.01°(约为1 km)。研究结果表明:(1)利用站点观测数据对GPM原始降水产品进行校正对降尺度研究具有积极作用;(2)3种降尺度结果均保留了GPM降水图原有的空间分布格局,显著改善了降水的空间细节,并且可以在不降低精度的情况下有效地提高降水产品的空间分辨率,整体精度为LSTM>RF>XGBoost>GPM;(3)地理位置(经度和纬度)和气象因子(水汽、LST和风向)是影响研究区域降水降尺度最重要的因素。研究为地形复杂且站点匮乏的地区提供了一种有前景的高质量网格化降水数据生成方案。

摘要:采用资料搜集与调查法统计归纳了西南高山峡谷区林下经济种类、分布及规模,基于土壤侵蚀影响因素和CSLE模型分析预测了不同月份和时期的土壤侵蚀量。结果表明:(1)西南高山峡谷区林下经济总面积超过24万hm²,模式主要有林下种植、林下养殖、林下采集3大类,其中林下种植面积为24.75万hm²、林下养殖规模为300万只/羽、林下采集规模8.59万t/a,根据林下种养殖种类不同又分为92种,分布较广是林下采集,规模较大的是林下种植,林下经济开发仍具有巨大潜力;(2)林下经济开发引起的地表扰动主要有清表整地、松土除草、采收扰动等方式,通过降低地表覆盖度、破坏土壤结构性等加大水土流失风险;(3)低扰动林下经济模式1(13.42t)、低扰动林下经济模式2(2.88t)、中扰动林下经济模式1(20.37t)、中扰动林下经济模式2(9.95t)、高扰动林下经济模式(61.15t)的年均土壤侵蚀模数预测值相较未开发林地增量为12.30、1.75、19.25、8.83、60.02t,增幅分别为1094%、155.85%、785.07%、1670.14%和5337.5%。水土流失增量分布在不同时期和月份,其中低扰动模式1和2、中扰动模式2、高扰动模式增量最高的月份都是6月,中扰动模式1增量最高的月份为9月。低扰动模式1的壮苗期(1—8月)土壤侵蚀模数增量占总增量的66.72%,低扰动模式2的农闲期(4—9月)土壤侵蚀模数增量占全年增量的98.86%,中扰动模式1的壮苗期(6—8月)土壤侵蚀模数增量占全年增量的45.84%,中扰动模式2的整地播种幼苗期(11—12月)土壤侵蚀模数增量占全年增量的63.25%。均分布在土壤扰动和雨季的叠加期。研究结果对于加深林下经济水土流失风险的认识,促进林下开发水土保持措施的合理应用和研发具有重要的指导意义。

摘要:坡面水土保持型生态农业是针对山区极易发生水土流失的坡耕地建立的一种新型技术体系,是西南高山峡谷山区坡地生态农业的具体化,能够用来指导山区生态文明建设和农业可持续发展,对山区坡地水土流失治理具有重要意义。西南高山峡谷区位于青藏高原生态屏障区、川滇生态屏障区和长江生态区,生态环境脆弱却又资源丰富,少数民族众多,坡耕地面积占比大,水土流失严重,不合理的农业生产方式对农业现代化发展具有较大的阻碍作用,生态农业经济发展落后于全国平均水平,发展坡面水土保持型生态农业即有利于控制水土流失、提高土地生产力,保护山区生态环境,又能推动山区的经济发展,增加农民的收入。通过归纳总结当前西南高山峡谷区因地形、气候、水资源等差异产生的五种生态农业模式:生态种植型、生态养殖型、农林牧复合型、观光旅游型和创新性综合开发型,梳理五种生态农业模式的概念、具体措施和主要分布地点,在此基础上剖析西南高山峡谷区生态农业发展存在的问题;且通过阐述坡面水土保持型生态农业的内涵和特征,并对“等高反坡阶”整地和“截流+集蓄+光伏灌溉”一体化坡面水土保持型生态农业两种技术措施的原理、布设措施和效益进行分析,提出坡面水土保持型生态农业可以使山区农业得到可持续发展的同时保护生态环境,在干旱缺水与水土流失并存的山区中具有广阔的推广条件和应用前景,能为山区坡耕地治理水土流失提供借鉴和启示。最后提出今后应加强其它坡面水土保持型生态农业技术模式的研究,完善坡面水土保持型生态农业模式,为山区坡耕地水土流失治理提供重要科学支撑。

摘要:冻融和水力复合作用是西南高山峡谷主要侵蚀机制,且部分地区砾石含较高,给生态恢复带来挑战。设计0%、20%和40%砾石含量土壤的室内模拟冻融试验,探讨砾石和冻融共同作用对土壤团聚体稳定性和分离能力的影响。结果表明:团聚体稳定性随冻融次数变化存在较大差异,冻融循环7次内,稳定性达峰值,15次之后趋于稳定,砾石含量越高团聚体稳定性越低(P＜0.05)。冻融作用下的土壤分离能力与坡度和流量呈正相关,与未冻融土壤相比增大40%—50%,但增量小于未冻融土壤;未冻融的0%砾石含量土壤分离能力均值比20%和40%砾石高1.13倍、1.42倍,而比冻融条件下高1.14倍、1.44倍。经历冻融的土壤可蚀性(K_i基于几何平均直径模型,K_r基于WEPP模型)大于未冻融,在小流量冲刷下,不同砾石含量K_i和K_r有较高相似度,二者差值均在±(0.01—0.03)之间,但这种相似度随流量增大而降低(差值0.21—0.49)。可见在流量较小情况下,这两种模型都可以预测冻融作用下的含砾土壤的可蚀性,而在较大流量下,它们的相关性会减弱。研究发现为西南高山峡谷区冻融带土壤侵蚀预测模型提供了科学依据。

摘要:喀斯特地区水土流失与植被退化严重,土壤有效磷含量低限制了植被修复。研究从永胜喀斯特石灰岩黄壤蚕豆土中筛选出10株具有解磷能力的菌株,并对其中优势菌群中4株不动杆菌进行了生长、功能特性的测定及对桑树促生作用的研究。结果表明,4株不动杆菌(BD-1、BD-2、BD-3、BD-4)具有良好的解磷功能(解无机磷量为414.12—473.63 mg/L),兼具解钾、固氮和产生生长素吲哚乙酸能力。浸种接菌在种子发芽阶段未显著提升发芽率,但促进了胚根的生长;后期根际接菌以BD-1促生效果最佳,其鲜重、叶长、叶宽、茎长、主根长和须根数较无菌水处理(CK)分别显著增加88.10%、36.33%、48.11%、66.40%、75.54%、112.09%。菌株增加了土壤碱解氮含量10.08%—35.00%、有效磷含量14.55%—47.46%,并提高了土壤酶活性,蔗糖酶活性较CK显著增加21.28%—29.37%。根际接菌在桑树一年生嫁接苗(商品苗)的生长发育阶段显著促进了根系生长,与未接菌相比根鲜重增加17.76-34.76%、根长增加18.29%—28.14%、根体积增加10.10%—27.52%。研究表明永胜喀斯特石灰黄壤中所筛选的4株不动杆菌具有较好的解磷能力,不同接菌方式的促生效果在种子发芽及苗木生长阶段具有差异。根际接菌对桑树的根系促生效果显著,对喀斯特石漠化生态修复具有较大潜力,可以作为该地区微生物肥料研发的潜在功能菌株。

摘要:生态安全是生态系统向人类提供各种生态系统服务的基础,确定生态安全格局有利于维护生态系统健康稳定,是保障区域生态安全的有效途径。以西南高山峡谷区为研究对象,综合运用生态系统服务评估、形态空间分析方法以及景观连通性计算识别生态源地,利用多项自然和人为胁迫因子叠加生态阻力面,并运用电路理论提取生态廊道,明确廊道最佳范围及关键节点位置,确定生态安全格局,提出区域生态修复策略。结果表明:(1)西南高山峡谷区生态系统服务整体呈现“南部高,北部低”的空间分布格局。研究区南部以林地为主要用地类型的区域服务能力较高。(2)确定了35个生态源地,总面积17.60万km²,占总面积的26.38%,主要分布在研究区南部的森林地区。(3)识别出67条生态廊道,总长度2052.74km,占地范围以2.42万km²最佳,主要用地类型为林地和草地。(4)识别生态夹点27个,面积275km²,主要分布在研究区东部,是生态保护修复的优先区域。识别生态障碍点42个,面积为7552km²,是未来生态保护修复的重点区域,并进一步提出区域治理修复策略。研究结果为地区生态安全修复提供了一定的参考。

摘要:西南高山峡谷区是我国典型的生态脆弱区,为明晰其生态系统水分利用效率(WUE)变化对气候变化和人类活动的响应规律,量化气候变化和人类活动的相对贡献,基于2001—2022年MODIS生态系统蒸散量(ET)和总初级生产力(GPP)数据集估算了西南高山峡谷区WUE,并结合气象数据,利用趋势分析、偏相关分析和残差分析,探讨了WUE的时空变化及其对气候变化和人类活动的响应。结果表明:(1)2001—2022年,西南高山峡谷区WUE多年平均值为1.19 gC/kg,整体上呈下降趋势(P > 0.05),变化速率为-0.002 gC kg^-1 a^-1;空间上,64.97%的区域WUE呈下降趋势,35.03%的区域WUE呈上升趋势,上升区域主要集中在那曲市和甘孜州的东南部以及凉山州东北部。研究区WUE整体呈下降趋势的主要原因是ET的增速(2.88 mm/a)总体上高于GPP的增速(1.69 gC m^-2 a^-1)。(2)在气候暖干化的背景下,WUE对不同气候因子的响应有所差异,总体上WUE变化与降水呈负相关,与气温和太阳辐射呈正相关。受降水和气温影响显著的区域主要分布在甘孜州以及那曲市东南部,太阳辐射影响显著的区域主要分布在松潘高原、藏南地区以及凉山州北部。(3)人类活动对WUE变化的影响高于气候变化,相对贡献率分别为70.49%和29.51%。WUE上升主要受气候变化的影响,而WUE下降主要受人类活动的影响。

摘要:探究不同水土保持分区的土地利用强度和碳排放的关系及其驱动机制,能够更深刻地认识区域地貌类型、气候、植被等特征对碳排放的影响,是研究自然环境对碳排放空间分异和实现精准治理的重要基础。研究以中国西南高山峡谷不同水土保持分区为研究对象,通过Tapio脱钩模型对不同水土保持分区2000—2020年土地利用强度和碳排放的脱钩状态进行分析,并运用LMDI模型对碳排放的驱动因素进行了分解,结果表明:(1)研究区碳排放总量从2000年的2077.16×10⁴t增长到2010年的6515.00×10⁴t,在2020年急剧上升到11542.00×10⁴t;研究区的碳排放空间范围呈现出不断扩张的趋势,碳排放椭圆和碳排放重心均向西北高海拔地区转移。(2)研究区土地利用强度和碳排放均受地貌类型影响显著,表现出“南高北低”的空间层级结构特征。(3)2000—2010年,藏东南区、藏东区、滇北区和川西区等高山地貌区处于强脱钩状态,滇西北区和川西南区等峡谷地貌区处于扩张负脱钩状态; 2010—2020年,滇西北区转变为弱脱钩状态,川西区转变为强负脱钩状态。(4)农业碳排放在2000—2010年和2010—2020年由碳源转变为碳汇,产业结构和人口规模则相反,由碳汇转变为碳源,人均工业产值对碳排放的贡献减少,但仍然是重要的碳源。研究揭示了西南高山峡谷区土地利用强度与碳排放之间的复杂关系,研究结果为西南高山峡谷区自然资源的高效利用和实现绿色低碳的可持续发展提供科学参考。

摘要:丹霞地貌区是我国西南脆弱生态系统的典型代表,其植被通过凋落物、细根等向土壤输入营养物质,进而改变土壤养分有效性并影响土壤微生物群落。然而,关于不同植被类型对土壤养分和微生物特征的具体影响,目前尚缺乏明确的认识。选取贵州赤水丹霞地貌区的四种典型植被类型——针阔混交林、常绿阔叶林、杉木林和竹林作为研究对象,旨在探讨不同植被类型下土壤碳(SOC)、氮(TN)、磷(TP)养分以及微生物生物量(MBC、MBN、MBP)的变化特征,并分析其化学计量比、微生物熵(qMBC、qMBN、qMBP)和化学计量不平衡性之间的关系。结果表明:(1)四种植被类型下的土壤SOC、N、P养分均呈明显的表聚现象。其中,竹林在0—10 cm和10—20 cm 2个土层中的SOC、TN和TP含量均显著高于其它三种植被类型。(2)在0—20 cm土层,四种植被类型土壤C ∶ N均值为9.35—10.58,各植被类型间差异不显著;C ∶ P均值则在36.55—55.60之间,以常绿阔叶林最高;而N ∶ P比值相对较低,介于3.52至5.25之间,表明这四种植被的生长主要受N的限制。此外,常绿阔叶林和杉木林土壤N ∶ P比值显著高于针阔混交林和竹林。(3)在0—20 cm土层内,杉木林土壤的qMBC显著低于其它三种植被类型,而其qMBP则相对较高;杉木林和竹林的qMBN显著高于其它两种植被类型。(4)化学计量不平衡性表现为:在0—20 cm土层,杉木林C ∶ N化学计量不平衡(IMB)和C ∶ P(IMB)显著高于其它植被类型,而常绿阔叶林和杉木林N ∶ P(IMB)显著高于针阔混交林和竹林。(5)双因素方差分析进一步证实,植被类型和土层对土壤碳氮磷养分和微生物生物量均具有显著影响。冗余分析显示,C ∶ N(IMB)、C ∶ P(IMB)、MBC ∶ MBN和MBN ∶ MBP对微生物熵的影响较大。总体而言,四种植被类型中,竹林具有较高的养分富集能力,而杉木林qMBC最低,同时C ∶ N(IMB)、C ∶ P(IMB)和N ∶ P(IMB)均较高,这反映出其土壤质量状况较差。此外,四种植被的生长主要受N限制,因此在生态系统管理中要注意N的供应。

摘要:研究岷江柏古树子代的生理生态特征,对深入理解岷江柏对恶劣环境的响应机制及古树资源利用至关重要。选取阿坝州理县3株不同树龄(350年、550年、1200年)的岷江柏古树子代为研究对象,并以20年树龄的岷江柏子代为对照,测定生长、光合、渗透物质及抗氧化酶等指标。研究结果表明,与对照相比,(1)岷江柏古树子代株高、地径、高径比、比叶重及非结构性碳水化合物显著下降,生物量减少。(2)古树子代叶绿素含量(叶绿素a、叶绿素a+b、叶绿素a/b)、光合速率、气孔导度、蒸腾速率、光饱和点显著降低,光合固碳能力显著下降;光补偿点、暗呼吸速率显著降低、叶绿素b增加,耐阴能力增强。(3)古树子代可溶性蛋白及丙二醛显著减少,抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶)活性及脯氨酸显著增加,抗逆性显著增强。综上,岷江柏古树子代通过低光合、低消耗的生长策略来提高资源利用率,同时将更多的能量用于渗透物质积累和活性氧防御系统构筑,从而提升抗性。这也是岷江柏古树能够适应恶劣环境变化的生理机制之一。

摘要:揭示濒危物种长叶云杉(Picea smithiana)径向生长对气候变化的响应以及对干旱事件的生态弹性。以西藏珠穆朗玛峰国家级自然保护区分布的长叶云杉为研究对象,通过年轮样品采集、处理和测量构建标准年表(STD)、断面积增量(BAI)以及区域曲线标准化(RCS)年表,并运用相关分析、滑动相关分析方法研究长叶云杉径向生长与气候因子的关系及其对极端干旱事件的抵抗力、恢复力和恢复弹力。结果表明,长叶云杉1980—2022年期间径向生长呈现显著下降趋势;相关分析显示,长叶云杉径向生长与上一年10月—当年7月自校准帕默尔干旱指数(scPDSI)呈现正相关关系,但与上一年6月—9月以及当年2—9月的最低温度与平均温度均呈现显著负相关关系;滑动相关分析表明,长叶云杉径向生长与2—5月scPDSI相关性呈波动变化趋势,由显著正相关到不相关再转变为显著正相关,而与上一年8—10月、当年1-5月最低温度和平均温度近年来呈现显著负相关,表明了气候变暖引起的水分限制是导致近年来长叶云杉径向生长下降的主要原因;根据1—5月scPDSI确定三次极端干旱时期:1954—1959年、1965—1968年和2015—2016年,长叶云杉均未出现明显生长衰退现象,但其抵抗力、恢复力和恢复弹力整体上呈现波动变化趋势,表明未来气候变暖将可能进一步抑制长叶云杉径向生长,甚至出现死亡现象,可采取种群动态监测、人工繁育实验和栖息地管理等措施来加强对这一濒危物种的保护。研究结果可为未来气候变暖背景下濒危植物长叶云杉生长动态预测及生态保护提供科学依据。

摘要:厘清喀斯特洼地表土花粉与现代植被的关系,对准确运用沉积地层中的孢粉记录来解析过去植被动态与气候变化具有重要的指导意义。选取桂西北环江下开6种不同土地利用类型的喀斯特洼地,系统开展表土花粉与现代植被关系研究,结果表明:(1)研究区共鉴定孢粉类型46科/属,孢粉组合中以针叶类花粉占优势(主要为松属),含量为29.02%—74.51%;其次为草本植物(含量为19.89%—67.38%)和蕨类植物(22.75%—68.13%),阔叶乔木类植物花粉含量最低,为2.58%—5.93%;孢粉组合中以松属、柏/杉科、栗属、禾本科、菊科、苋科/藜科、十字花科、天南星科、芒萁属以及凤尾蕨属为主要孢粉类型,但松属花粉的超代表性可能对群落优势种的孢粉含量判断造成一定的干扰性;水稻田、玉米地、桑林、次生林都能较好反映其上及周边近距离植物组成特征,但番薯地与大豆田与其植物组成相关性较差;(2)土地利用强度与表土孢粉组合密切相关,即随着土地利用强度的增加,表土孢粉组合中的乔木和灌木花粉含量呈减少趋势,而草本植物和蕨类植物孢粉含量却呈上升趋势;(3)主成分分析可以较好的区分出不同土地利用类型下的孢粉组合特征,但不能明显区分出番薯地和大豆田;(4)表土和苔藓样品的孢粉平均浓度相近,但不同土地利用类型孢粉浓度存在差异,其中,玉米地浓度最高(62649粒/g),次生林最低(21223粒/g),农用地的孢粉浓度普遍高于非农用地。研究结果可为我国西南地区生态保护与石漠化治理提供参考,并为孢粉数据库、古植被与古气候重建工作提供更多的原始数据。

摘要:森林生态系统多功能性越来越受到人们的重视。由于国家重点林业工程的实施,东北林区的森林正处于恢复状态。然而,对该地区森林生态系统多功能性驱动因素的研究还较为缺乏。基于吉林省汪清林业局金苍林场62块样地的实测数据,研究应用结构方程模型来理清不同驱动因素对森林生态系统多功能性的影响。结果表明:多功能性的量化方法,会影响森林生态系统多功能性及其驱动因子。结构方程结果表明:森林生态系统多功能性受林分结构多样性的影响最大,其次是全钾含量和全磷含量。此外,地形因子通过改变结构多样性和全磷含量影响森林生态系统多功能性。综合来看,地形因子和土壤因子对森林生态系统多功能性的贡献大于林分因子和生物多样性。这表明该地区在未来森林经营中,应侧重于调节森林结构,丰富林分结构多样性,增强土壤养分循环能力,以提高森林生态系统多功能性。研究结果可为区域内森林多功能经营提供依据。

摘要:全球泥炭地约占陆地面积的3%—4%,其土壤碳储存量却达到地球土壤碳库的约1/3,在陆地生态系统碳循环中发挥重要作用。然而,目前大面积泥炭地被排干,在气候变化背景下,泥炭地的水位可呈现多种变化趋势,这不仅影响其生态功能,也对碳存储和碳排放过程带来较大的不确定性。因此,许多国家和地区正在推动泥炭地的科学保护。东北地区是中国最大的泥炭地分布区之一,但当前对于该地区泥炭地的分布估计存在研究差异,给保护工作带来了困难。为此,整合集成模型BIOMOD2以及地理大数据,模拟了东北地区泥炭地的潜在分布。基于2041个泥炭地样本分布和30种由气候,土壤,植被和地形因子构建的指标体系,建立了识别泥炭地潜在分布的集成模型,并且结合人类足迹指数探索泥炭地的保护潜力。研究结果表明:BIOMOD2集成模型的预测精度相比于单模型有提升,并且避免了过拟合的风险,鲁棒性较高。东北地区存在至少63803km²的泥炭地潜在分布区,主要分布于土壤有机碳含量为7.93g/kg以上,海拔630-927m,潜在蒸散发4-10mm的区域。泥炭地潜在分布的核心区域中的已保护区面积占比为9.8%,建议保护区面积占比40.61%,缓冲区面积占比17.79%,修复区面积占比31.8%。研究对于识别泥炭地分布的潜在分布区域,以及其恢复和保护的热点区域有重要意义,有助于国家“双碳”战略目标的实现。

摘要:为探究亚热带地区常见阔叶树幼苗光合特性及其对不同生长温度的响应规律,以南岭栲(Castanopsis fordil)、闽楠(Phoebe bournei)、青冈(Quercus glauca)和木荷(Schima superba)2年生幼苗为研究对象,利用人工气候箱设置3个生长温度梯度(20℃/15℃、25℃/20℃和30℃/25℃;白天/黑夜),测定各生长温度梯度下叶片的光合参数,比较不同生长温度梯度下幼苗的光合特性。结果表明:(1)闽楠、青冈和木荷的最大净光合速率(P_nmax)在30℃处理下显著提高(P < 0.05);青冈的光饱和点(LSP)在30℃处理下显著提高(P < 0.05);南岭栲、青冈和木荷的光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(R_d,25)均随生长温度的升高而降低;(2) 4个树种的最大羧化速率(V_cmax)和最大电子传递速率(J_max)均随生长温度的升高而增加;青冈和木荷的J_max/V_cmax在30℃处理下显著提高(P < 0.05);(3) 南岭栲的瞬时水分利用效率(IWUE) 随生长温度的升高而增加;南岭栲、青冈和木荷的瞬时碳利用效率(ICUE)均随生长温度的升高而增加;(4)P_nmax、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_S)、V_cmax、J_max以及ICUE之间呈极显著正相关,且均与R_d,25呈极显著负相关;T_r和G_S 与IWUE呈极显著负相关(P < 0.001)。闽楠、青冈和木荷在高温条件下具有较高的光合潜能,南岭栲在高温条件下具有较强的节水和耐干旱能力。此外,南岭栲、青冈和木荷在高温条件下的耐阴性有所提高,而闽楠则与之不同,其喜光性有所提高。研究可以加强对南岭栲、闽楠、青冈和木荷表现出的不同的适应策略的了解,以更好地应对未来全球变暖变化带来的挑战。

摘要:农业碳排放是继工业之后的第二大碳源,降低其强度对实现碳中和至关重要。基于省级温室气体清单核算了2001—2021年福建省农业碳足迹水平,并利用改良的随机森林模型分析其影响因素。结果表明:1) 2001—2005年福建省农业碳足迹变化平稳,略微下降;2006—2018年为农业碳足迹水平急剧下降时期;2019—2021年农业碳足迹水平呈现倒“V”增长态势。2) 三明市、漳州市、南平市、龙岩市为高碳足迹水平城市,福州市、宁德市、莆田市、泉州市为碳足迹平稳城市,厦门市为低碳足迹水平城市;高碳足迹城市主要碳源不尽相同,碳足迹平稳城市碳源主要为稻田甲烷排放,低碳足迹城市农业碳足迹水平则源自各类碳源的微弱叠加。3) 城市化发展水平、经济结构优化、产业结构特征、技术水平、人口规模总量、经济发展规模、固定资产投资总额、农村供电规模和财政助农水平是制约农业碳足迹水平的重要因素。据此,提出如下优化措施:1) 着眼于农业碳足迹强度变化趋势,推进农业农村节能减排。2) 利用区域“空间溢出”效应,协同推进农业碳减排工作。3) 发挥经济子系统和社会子系统的协同作用。4)重视环境子系统和支撑子系统的保障作用。

摘要:生态修复在陆地生态系统保护中发挥着重要的作用,尤其是在水资源有限的干旱半干旱区域,降雨成为影响生态修复成效的重要因素。利用叶面积指数(LAI)、净初级生产力(NPP)、归一化植被指数等多项植被指数卫星遥感数据,以陕西省作为研究区,采用趋势分析、序列线性回归斜率(SeRGS,Sequential linear Regression Slopes)、偏相关分析等方法,从绿度-生产力时空动态、植被-降雨利用效率(RUE)和植被降雨敏感性(VRRy)开展植被-降雨关系研究,识别生态修复的关键区域。研究发现陕西省大部分区域植被LAI和NPP均呈显著增加趋势;降雨利用效率和植被-降雨敏感性大部分区域趋势特征较为稳定,RUE呈显著增加的区域占4.34%,而显著减少的区域为2.47%;VRR有6.68%的区域显著增加,显著减少的区域有7.51%。偏相关分析得出:LAI、NPP与年降雨、气温主要呈显著负相关关系,RUE与温度偏相关关系较弱,VRR与年降雨、年气温主要呈显著负相关关系。研究强调在大规模生态建设背景下研究植被动态和降雨关系的重要性,通过分析陕西省植被动态及可能原因,深入理解植被和降雨的相互关系,为干旱半干旱地区的生态恢复、水资源管理和可持续发展提供科学依据和决策支持。

摘要:在自然生态系统中,凋落物通常以混合在一起分解状态存在,但以往研究多关注单种凋落物的分解过程,而凋落物多样性对分解的影响效应仍不明确。本研究利用分解网袋法,在古尔班通古特沙漠南缘,对梭梭(Ha)、小果白刺(Ni)、花花柴(Ka)和苦豆子(So)4种植物的单种及其混合凋落物的分解过程及养分动态进行研究,探讨温性荒漠植物生活型和多样性对凋落物分解的影响。结果表明:初始化学组成影响了单种及混合凋落物的分解过程,其分解速率与初始木质素/N、C/N、木质素含量显著负相关,与初始N含量显著正相关。不同生活型凋落物的分解存在显著差异,表现为灌木的叶凋落物质量损失和养分释放快于多年生草本。混合凋落物的质量残留率无显著混合效应,仅在分解1个月时,Ka-So和 Ha-Ni-Ka-So组合出现了短暂的协同效应,即相比于单种凋落物分解具有更快的质量损失。然而,凋落物混合对N、P养分释放则具有拮抗效应,尤其是,在分解初期显著抑制了Ha-Ni-So、Ha-Ka-So组合的N释放,在分解后期显著抑制了Ka-So、Ha-Ni-So组合的P释放,但并未发现高的凋落物多样性导致养分释放拮抗效应的增强。研究结果表明,凋落物多样性对分解过程没有产生显著影响,而凋落物混合虽然对分解过程中质量损失的影响微弱,却显著抑制了分解过程中养分的释放,意味着凋落物物种组成的改变而非凋落物多样性可能对荒漠生态系统的养分循环产生较大影响。

摘要:准确、无损的测定植物叶面积是理解植物生长和生理生态变化的重要条件。圆柏鳞形叶微小限制了应用传统方法进行叶面积测定,建立基于叶形态指标的估算模型有利于其叶面积无损测定和检测。采用游标卡尺和ImageJ图像处理软件,测量1352片圆柏鳞形叶的叶长(L)、最大叶宽(W)、叶基宽和叶面积(LA)。对4个形态学指标进行统计分布及相关性研究,探讨叶长、最大叶宽和叶基宽与叶面积之间的关系,构建一元、二元和三元的线性模型、指数模型及幂函数模型的回归方程。结果表明:圆柏鳞形叶4个形态学指标中,LA的变异系数为0.414,数值分布在0.836—0.874 mm²(95%CI),且LA与L、W呈显著正相关(r=0.903,0.773)。最优二元、三元幂函数回归方程模型的预测精度分别为96.15%、97.08%。二者精确度方面相近,从高效和精确度考虑,最优二元幂函数回归模型更好,LA=0.733L^0.894W^0.887(R²=0.892,RMSE=0.108,AIC=-1732.741)。基于L的幂函数单变量模型,因简便性而适合对LA进行估算:LA=0.533L^1.201(R²=0.770,RMSE=0.154,AIC=-975.071),预测精度为88.64%。研究结果为圆柏鳞形叶叶面积的精准估算提供了简便方法,为无损检测叶面积和研究叶生长和发育及其与环境的关系奠定基础。

摘要:为了明确三峡库区湿地不同植物群落类型物种多样性与生物量变化特征及其影响因素,研究选取三峡库区湿地生态系统为研究对象,采用Ward聚类的方法对三峡库区湿地植物群落进行分类,并利用回归分析方法明确库区湿地植物群落的物种多样性与地上生物量之间的关系。结果表明,三峡库区湿地植物群落有8个类型,即芦竹群落、长芒稗-酸模叶蓼群落、白茅-牛鞭草群落、狼耙草-牛鞭草群落、狗牙根群落、西来稗群落、异型莎草-狗牙根群落、艾-狗牙根群落,不同群落类型之间的物种多样性和地上生物量有显著的差异(P < 0.05)。回归分析结果明确研究区湿地植物群落的地上生物量与物种多样性水平呈显著的线性负相关关系,表明三峡库区湿地植物群落物种多样性与地上生物量之间存在一定的权衡关系。结构方程模型对地理因子、气候因子和土壤因子对物种多样性和地上生物量的直接和间接影响分析发现,地理因子通过调控气候和土壤因子间接影响物种多样性和地上生物量,气候和土壤因子均直接影响物种多样性和地上生物量。研究结果揭示了环境因子对物种多样性和地上生物量的综合调控机制,为三峡库区湿地及类似湿地生态系统的植物群落保护和恢复提供参考。

摘要:青藏高原碳储量丰富,在生态系统碳循环中扮演着重要的“碳汇”功能。总初级生产力(GPP)是碳循环研究的重要参数。因此,进行青藏高原植被生产力变化的研究可以加深对该地区植被碳储量预测及碳循环过程的理解,为国家实现“双碳”目标和高原绿色发展提供科学依据。研究基于2000—2021年MODIS GPP数据,利用相关性分析和地理探测器模型,分析了在年尺度和季节尺度上植被GPP变化特征及其时空分异原因。研究发现,①2000—2021年青藏高原全年GPP呈现显著增加趋势(P < 0.01),增加速率为1.76 gC m^-2 a^-1。春季,夏季和秋季也呈现显著增加趋势,其中夏季GPP的增加速率最大,尽管冬季GPP也呈现增加趋势,但其变化趋势不显著。②在全年尺度上,青藏高原东南部地区植被GPP主要受到温度和太阳辐射的调控;在西北部和东北部部分区域,降水的调控作用明显;在中部和东北部地区,主要受到温度和降水的调控作用。从季节尺度看,东部地区植被GPP主要受到太阳辐射和温度的作用,特别是在春季和秋季;在西部地区则受到降水的作用强,尤其在夏季;冬季GPP主要受到温度和太阳辐射的影响。③高程和气候因子是影响GPP空间分布的主要原因,远超人类活动的影响。尽管如此,人类活动对夏季GPP的影响相较于其他季节更为明显,同时任意两因子交互作用均大于单因子对GPP影响。因此,未来考虑植被的生态修复等规划工程时,要综合考虑高程和气候因子,因地制宜,开展生态保护和提升工作。

摘要:研究草地光合碳在不同器官间的分配动态及其影响因子对预测全球变化对草地生态系统碳收支的影响有重要意义。以往研究很少基于遥感数据从大尺度探讨草地叶片碳分配比例(P_leaf,叶片碳含量占净初级生产力的比例)的动态变化。研究选择内蒙古草地为研究区,利用GLASS-LAI、GLASS-NPP数据集,结合比叶面积数据以及相应气象数据,探究2001—2020年研究区的气候变化特征。逐像元计算了近20年内蒙古草地的P_leaf并分析了其时空变化。最后,使用偏相关分析探究了影响叶片碳分配比例变化的主要因子。结果表明:(1)2001—2020年研究区平均生长季降水量呈上升趋势(8.50%的区域显著),生长季均温也呈上升趋势(26.13%的区域显著),生长季下行短波辐射变化不显著。(2)内蒙古草地P_leaf范围在0.08-0.35之间,平均值为0.169。P_leaf存在明显的空间分异,在年均降水较多(尤其是大于400mm)的地区P_leaf更高。过去20年研究区P_leaf均值呈不显著的增加趋势,15.80%的区域显著增加,主要分布在兴安盟东部、乌兰察布中部以及呼和浩特北部地区;(3)生长季CO₂浓度、气温和降水量是影响内蒙古草地P_leaf年际变化的主要因子。P_leaf随降水增多和温度升高而增加,而CO₂浓度增高对P_leaf的正向与负向影响占比接近。研究结果表明在增暖和变湿润的气候变化背景下,草地光合碳汇更多分配到地上器官,进而改变草地生态系统与大气间的碳水通量。研究为评估未来气候变化对温带草地碳分配策略的影响提供了科学依据。

摘要:探讨春季冻害对生长季内辽东栎林水分利用的影响,为理清区域森林生态系统对极端气候变化的反应提供重要理论依据。通过利用热扩散探针技术对六盘山区辽东栎天然林发生春季冻害年生长季(2023年5—9月)树干液流速率进行连续观测,并同步监测气温、相对湿度等气象因子以及叶面积指数(LAI),分析春季冻害对辽东栎林水分利用的影响。结果表明:冻害发生后,受害样地LAI由1.57骤降至0,叶片全部受损,对LAI的影响长达32 d,致使LAI损失54.31%。就单株蒸腾(T_S)而言,冻害后受害样地优势木T_S损失量最多(4.55 L/d),被压木最少(1.37 L/d);较未受害样地相比,受害样地标准化单株蒸腾损失量同样表现为优势木损失最大(0.27),被压木最小(0.08)。对于林分蒸腾(T),受害样地冻害影响期远低于冻害前期(减幅80.44%)与未受害样地同期(相差0.53),此外,回归分析表明受害样地冻害影响期T与潜在蒸散的关系最差(R²=0.44),低于其他时期(冻害前期R²=0.48、正常期R²=0.82)及未受害样地整个生长季(R²=0.70)。总体来看,春季冻害导致了辽东栎林LAI及蒸腾耗水的降低,使得辽东栎林水分利用能力显著下降,其中优势木受冻害影响最大,被压木最小。研究结果不仅可为其他树种的冻害研究提供借鉴,而且能辅助深化认识极端气候对森林的影响。

摘要:随着全球森林火灾数量逐渐增加,林火排放的大量烟气颗粒物通过大气迁移沉降至森林生态系统,对森林生态系统产生严重影响。为探讨林火烟气沉降对火烧迹地外森林土壤环境的影响,揭示烟气沉降对森林土壤的重要意义,研究通过自主设计的可移动燃烧装置模拟林火烟气沉降至马尾松林土壤的过程,对烟气沉降后土壤微量元素(Zn、Fe、Mn、Cu)、生物酶活性、细菌群落等进行了一年观测分析并通过构建结构方程模型揭示其内在联系。结果表明:林火烟气沉降对土壤Fe元素及0—10 cm土层的Mn元素浓度变化影响显著;沉降显著增加了0—10 cm土层中脲酶、羟胺还原酶、氨单加氧酶活性及10—20 cm土层,脲酶、氨单加氧活,降低了硝酸还原酶及10—20 cm土层中,碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性;沉降初期土壤放线菌门、酸杆菌门的相对丰度增加,但绿弯菌门的相对丰度降低;沉降中后期低浓度烟气处理显著增加了0—10 cm土层的细菌多样性,高浓度烟气降低了10—20 cm土层细菌群落多样性;林火烟气沉降对土壤微量元素含量及其影响机制存在显著的影响,烟气浓度对森林生态系统内不同组分的影响存在差异。林火烟气沉降对土壤中微量元素、生物酶活性、细菌群落的影响是长期且复杂的,这些发现为评估林火对森林生态系统的影响程度提供了理论依据和数据支撑。

摘要:商业造林和林业可持续经营是重要的温室气体缓解战略,对碳中和至关重要。然而,中国林产品立地经营阶段详细的碳排放清单及碳足迹仍未见报道。通过对广西的国有林场桉树人工林立地经营原始数据进行调查,本研究创建了一个新的基于过程的桉树生命周期清单,涵盖了从林地清理到采伐原木运输至加工厂的所有阶段。将新的LCI纳入生命周期评估,结果显示,中国桉树在一个轮伐期内(经营周期4年)的总排放量为25338.74 kgCO₂e/hm²,桉树人工林生产经营过程的平均碳排放速率为6334.69 kgCO₂e hm^-2 a^-1,生产1m³桉树原木产品在立地经营阶段的碳足迹相当于142.03 kgCO₂e;其中肥料使用(67.11%;17006.14 kgCO₂e/hm²)和能源消耗(28.22%;7150.66 kgCO₂e/hm²)是主要贡献者。人工林生产经营过程中产生的排放不容忽略,为最有效地减少全球环境影响,应优化森林活动中的肥料用量和燃料消耗。研究为我国工业用材林和原料林的环境绩效提供了首个短周期桉树人工林土地利用及桉材立地生产系统的详细生命周期清单及气候变化影响评估结果。本研究发现中国桉树人工林产品生产系统的年度碳成本约为1.728 tC hm^-2 a^-1,净碳增益为3.562 tC hm^-2 a^-1。根据碳收支平衡折算,我国桉树人工林经营能够产生19.47 Tg(1 Tg=1×10¹² g)净碳增益,相当于抵消同期71.39 Tg的温室气体排放,表明其在减缓气候变化方面具有显著的减排潜力和可观的生态效益。

摘要:基于MODIS和IMS积雪数据,计算了2006—2021年北半球积雪物候指标,利用MOD09GA数据集,通过最大分离法计算了2007—2022年植被生长季开始日期。通过偏相关分析,评估了生长季开始日期对积雪物候的响应,并分析了海拔、气温、降水和植被类型的驱动作用。此外还分析了中亚、西伯利亚和北美显著相关区域的生长季开始日期对积雪终日和积雪日数的响应机制。结果表明,生长季开始日期对积雪物候的响应在不同区域存在显著差异。在高纬度地区,生长季开始日期与积雪季长度、积雪终日、积雪日数主要呈正相关,与积雪初日的相关性纬度分布特征较弱;在低海拔地区,较少的积雪更有利于植被生长;在寒冷地区,更多的积雪有利于草原的生长发育,而对于其他类型植被,更多的积雪和更晚的融雪会降低土壤温度,从而抑制植被生长;在温度较高的草原和灌木地,更晚的积雪融化为植被提供了水分促进植被生长发育;在干旱的草原,更多的积雪为植物提供了更多水分,促进了植被的生长发育,而在湿润的地区降水的驱动作用则相对较弱。研究揭示了北半球植被物候对积雪物候的响应机制,为理解气候变化背景下植被与积雪的动态变化提供了科学依据。

摘要:为探究干旱沙区生物土壤结皮发育对红砂种群动态影响,以典型干旱沙区——巴丹吉林沙漠南缘已发育生物土壤结皮并有红砂种群成功定居的区域为研究场所,采用野外定位监测与控制试验相结合的方法,对地表以藻类结皮(ACS)、地衣结皮(LCS)、地衣-藓类结皮(LMCS)、藓类结皮(MCS)为主微区域的红砂种群种群动态特征及4者间的差异性进行研究。结果表明:(1)随着生物土壤结皮不断演替,红砂幼苗、幼株、成株及总株密度均呈现出先增大后减小的变化趋势,幼苗、幼株和总株密度峰值出现在LCS,成株密度峰值出现在LCS和LMCS;(2)在ACS向MCS演替过程中,红砂种群龄级结构一直表现为稳定型,但Ⅰ、Ⅴ和Ⅵ级植株数量百分比均发现了变化,特别是LMCS向MCS演替,三者急剧减小甚至为0;(3)红砂株龄7a以下时,植株保苗率随生物土壤结皮演替而持续减低,7a以上植株在ACS上已稳定,9a以上植株在其他3类样地上趋于稳定;(4)研究区红砂种子向东、南方向扩散距离远大于西、北方向,东、南方向有效传播距离随生物土壤结皮演替而缩短,0.5-8 m的种子定居量大小依次为:LMS ＞ MCS ＞ LMCS ＞ ACS。基于以上研究得出,干旱沙区生物土壤结皮发育对红砂保苗率、种子扩散过程等均产生显著影响,因此在研究区及类似区域开展红砂人工种群建植时,必须结合地表生物土壤结皮发育特征来选择最适方法。

摘要:不定根的发育能够提高植物对水分及养分的吸收利用效率、增强植物对极端生境的适应能力,对荒漠灌木的生长发育有重要意义。为了解不定根对典型荒漠灌木生理活动的影响,以典型荒漠灌木白刺(Nitraria tangutorum)为研究对象,对比分析了不同水分条件下原生根切断前后白刺光合生理特征、叶片养分含量和不定根生物量的差异。结果表明:原生根切断对白刺的光合作用产生了显著影响(P < 0.05),而这种影响受土壤水分调控。原生根切断后,白刺的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和清晨水势均显著降低,分别降低了23.93%、63.01%、63.09%、66.73%;而水分利用效率增加了134.06%。降水量增加两倍后,原生根切断组和未切断组白刺净光合作用速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率之间的差异显著减小;而降水量增加四倍后,除净光合作用速率外,其他指标间的差异又增大,这表明原生根切断显著抑制了白刺的光合作用;白刺通过蒸腾速率和水势的降低、及水分利用效率的增加来缓解原生根切断引起的水分亏缺。原生根切断后,白刺叶片碳和氮含量均显著降低,分别降低了44.54%和55.14%;当降水量增加两倍和四倍后,这种差异变小。原生根切断使不定根的生物量降低了44.20%;随着降水量的增加,原生根未切断组不定根生物量显著降低;而原生根切断组不定根生物量显著增加,分别增加了90.58%和55.75%;这表明原生根切断后白刺通过不定根的大量发育来保证水分和养分的吸收利用,而不定根的发育受降水量的调控。结果表明,原生根切断后白刺的水分吸收能力减弱,白刺一方面通过光合作用的减弱来降低蒸腾作用,增加水分利用效率,从而减少水分散失;另一方面,白刺会发育大量的不定根,以保证水分吸收;而这两方面的影响均受降水的调控。研究有助于深入理解荒漠灌木对极端干旱生境的适应性,为荒漠植被建植及管理提供数据支持。

摘要:如期实现“双碳”目标,一个重要方面在于减少土地利用碳排放。而开展生态修复工程是降低土地利用碳排放的重要抓手。为此,中国不断深化生态修复工程部署,实施山水林田湖草生态保护修复工程(以下简称“山水工程”)以应对全球气候变化。山水工程作为一项综合性生态修复工程,其通过改善或恢复现有生态系统的结构和功能及优化区域生态系统的空间布局为碳减排提供了可行思路,而如何评估山水工程对土地利用碳排放的影响进而助力碳达峰碳中和则成为了核心议题。基于2010—2021年中国287个地级市的面板数据,利用渐进双重差分法,研究聚焦于山水工程试点政策实施对土地利用碳排放的影响效应和作用机制。结果发现:(1)通过平行趋势检验、安慰剂检验、样本数据筛选、排除其他政策干扰以及倾向得分匹配检验等一系列稳健性检验,山水工程试点政策对试点城市的土地利用碳排放具有显著的抑制作用,在考虑地区与时间特征以及其他影响因素的情况下,其抑制效应为29.9%。(2)在作用机制方面,山水工程试点政策可以通过自然植被恢复、土地结构优化和绿色技术创新三条路径来降低土地利用碳排放。(3)在城市异质性方面,山水工程试点政策有利于资源型城市积极摆脱“资源诅咒”和实现绿色转型发展,从而更加有效降低土地利用碳排放。同样,中东部地区优越的人力、技术、资源条件可以进一步加强山水工程试点政策在降低土地利用碳排放方面的作用。尽管山水工程试点政策推动生态环境改善,但受限于非资源型城市和西部地区经济规模、创新能力和地理区位,碳减排的内生动力存在不足,影响了山水工程试点政策的施行效果。未来应紧扣三大作用机制靶向施策,重视城市类型和区位差异,继续发挥山水工程的碳减排效应。研究结果对完善山水工程顶层设计、推动实现“双碳”目标具有重要意义。

摘要:可持续的城市形态是城市低碳转型的关键,然而城市形态对居民生活能耗碳排放的作用机制尚存争议,这一定程度上限制了规划层面应对低碳转型的潜力。因此,利用长时序遥感影像与统计数据,采用梯度提升决策树模型,以黄河流域为例,探讨城市空间形态对居民用电、用气、供暖、交通和直接碳排放的异质性影响和非线性作用机制。结果发现:(1)城市建成区面积扩张导致不同类型居民生活能耗碳排放增加,但最大斑块占比在4%以内扩张时导致居民直接、用电和供暖碳排放先减排后增排,用气和交通碳排放呈波动变化。(2)城市建成区周长面积比在7—10左右使不同类型居民生活能耗碳排放均达到最低,面积加权平均形状因子在7以内增大,城市形态更为复杂,导致居民直接、用电、供暖和交通碳排放增加,用气碳排放先增加后减少。(3)城市紧凑度超过96%时,居民直接碳排放持续增加,用气碳排放经历先降低后增加的变化,用电、供暖及交通碳排放则相反。研究结果有助于从城市空间规划的角度为城市可持续发展和居民低碳生活方式转型提供政策启示。

摘要:长江中游城市群在我国区域发展格局中占据重要地位,其碳解锁水平对推动长江经济带绿色发展、助力实现碳达峰碳中和目标意义重大。以2011—2022年长江中游城市群27个城市为研究对象,运用社会网络分析和空间杜宾模型等方法,从产业、制度、科技、文化四个维度构建碳解锁水平指标体系,探究碳解锁空间关联网络及影响因素。研究结果表明:①在空间格局演变上,环鄱阳湖城市群碳解锁水平相对武汉城市圈和环长株潭城市群更高,南昌、武汉对周边城市存在技术溢出的辐射效应。②区域差异特征上,泰尔指数经历先升后降的动态过程,总体差异以区域内差异为主导,其中环鄱阳湖城市群的区域内差异贡献率最高,武汉城市圈贡献率波动显著,环长株潭城市群贡献率呈下降趋势,而区域间差异贡献率虽低但近年呈递增态势。③网络联系方面,长江中游城市群碳解锁网络关联度保持高位,强连通性显著,网络密度持续攀升、效率下降、等级度降低;以武汉和南昌代表的环鄱阳湖城市群和武汉城市圈的核心城市构成的“净溢出板块”通过技术、政策辐射带动周边发展;萍乡、武汉、宜昌和黄冈等市在网络中发挥着中介作用。④在影响因素方面,富裕程度与互联网发展对本地碳解锁产生显著正向直接效应,社会消费则具有负向作用;产业结构、技术水平、人口规模、互联网发展及富裕程度存在负向空间溢出效应,而产业结构与技术水平的总效应表现为正向驱动,人口规模与互联网的总效应呈现负向抑制。

摘要:自然资本与包容性财富的权衡与协同关系研究是促进包容性财富增长、提升人类福祉的基础。然而,当前的自然资本核算尚无统一标准,自然资本与包容性财富之间的空间权衡与协同模式有待挖掘。运用土地利用、人口、NDVI等多源遥感数据,借助InVEST模型、影子价格法、双变量空间自相关等技术手段,以河南省生态环境分区管控单元为基础,测度2000—2020年间1km×1km栅格尺度生态系统服务功能总量变化,分析不同生态环境管控单元自然资本、生产资本、人力资本及包容性财富变化,探讨自然资本与包容性财富的权衡与协同关系。研究结果表明:2000—2020年间河南省生态系统服务功能严重下降,导致自然资本减少约53%。然而优先保护单元与一般保护单元产水量分别提高了0.26%和1.32%,有助于恢复并稳定生态系统功能。河南省包容性财富总量增长了71.6%,其增长模式由自然资本驱动型逐渐转向由生产资本和人力资本驱动型。河南省自然资本与包容性财富的整体协同水平有所下降,呈现出高自然资本-高包容性财富协同、低自然资本-低包容性财富协同、低自然资本-高包容性财富权衡、高自然资本-低包容性财富权衡并存的空间模式。其中,优先保护单元的“资源诅咒”效应明显加剧,2000—2020年HL权衡区域面积扩张超10倍。研究从精细尺度揭示了自然资本与包容性财富增长的协同变化模式,有助于为因地制宜地进行生态环境管控提供指导。

摘要:厘清国家公园尺度上保护优先区的空间分布及核心保护区的保护效能,对国家公园体系的建设和管理具有重要实践意义。以普达措国家公园为例,基于MaxEnt模型模拟重点保护物种的分布,利用Google Earth Engine识别生态系统类型,并使用生态系统服务评估模型(InVEST)评估其功能,通过Zonation模型依次识别单一因素及集成生物多样性和生态系统服务的保护优先区,并评估核心保护区的保护效能与保护空缺。结果表明:(1)保护优先区主要集中在公园西侧,以碧塔海省级自然保护区核心区为中心向外辐射,生物多样性与生态系统服务保护优先区存在约24.3%的空间重叠。(2)在重要物种保护类别方面,综合核心保护区对保护哺乳动物、植物和鸟类的保护效果分别为54.0%、48.8%和38.9%。在重要生态系统服务方面,综合核心保护区对水源涵养、碳储量、生境质量和土壤保持的覆盖率分别为63.1%、58.5%、63.4%和31.4%。(3)综合核心保护区覆盖了51.2%的集成保护优先区,且存在较大保护空缺,I级、II级和III级保护优先区的保护空缺面积占公园比例分别为4.2%、5.2%和5.3%。研究可为国家公园尺度上保护优先区与空缺识别及分区优化提供科学参考和方法支持。

摘要:荒野地作为由自然主导的生态系统,为自然界和人类社会提供了多种类型的生态系统服务。随着人类活动对荒野地的威胁逐渐加大,全球荒野地面积正以惊人的速度缩减,严重威胁到生物多样性保护、生态系统完整性和可持续性。由于缺乏必要的连通性,物种迁徙和基因交流受阻,荒野地难以维持相应的生态过程和功能。研究集成布尔法和MaxEnt模型模拟川西高原的荒野化程度,并从生态安全格局的视角出发,识别阻碍物种迁移和扩散的关键区域,结合Marxan模型进行系统性保护规划,厘定了川西高原荒野地优先保护等级和生态保护关键区域。结果表明:(1)共识别荒野地生态源164个,主要分布在自然度较高的北部、中部和西部地区,整体空间分布较为零散,破碎化特征明显,易受到外界干扰与环境变化的威胁;(2)共提取429条生态廊道,总长度达9387.51km,中部廊道网络密集,研究区东部、西部和西北部廊道分布稀疏,能量流动较少。综合考虑廊道建设成本和生态效益,最终确定生态廊道面积约51776.75km²,生境质量较好的区域是川西高原生态廊道的核心区域,有利于物种栖息和迁徙。受人类生产与开发活动的影响,识别的生态夹点和生态障碍点周围阻力值相对较高,不利于物种迁移和扩散,需加强交通干道沿线绿色基础设施建设;(3)川西高原荒野地优先保护区集中分布在若尔盖县、红原县和阿坝县等地区,面积约37.99×10³km²,其中一级优先保护区面积为22.89×10³km²,占川西高原总面积的9.84%,二级优先保护区和三级优先保护区多分布在一级优先保护区邻近地区,面积分别为3.16×10³km²和11.94×10³km²。研究结果为进一步完善川西高原生态保护体系提供科学支撑。

摘要:频发的极端低温事件深刻影响着亚洲北部陆地生态系统的碳交换能力,在全球变暖背景下,该地区生态系统对未来极端低温事件的响应是影响全球碳循环的重要问题。利用7个CMIP5气候模式驱动的耶鲁互动生物圈(YIBs)模式,在区分二氧化碳施肥效应有无的情况下开展模拟,研究了RCP2.6和RCP8.5情景下亚洲北部生态系统总初级生产力(GPP)在日尺度和月尺度极端低温事件影响下的变化。分析了地理位置、植被类型、21世纪不同时间段所带来的差异。研究发现,在不同时间尺度上,未来极端低温事件将给北亚地区GPP带来普遍的损失,且RCP8.5情景下的损失更大。生长季早期(3、4月)的低温会带来比5、9、10月更剧烈的GPP变化。二氧化碳并不会显著改变GPP对低温的响应,但不同植被类型的响应不尽相同,苔原GPP的变化幅度比针叶林更大。

摘要:构建生态安全格局有助于缓解保护与发展之间的矛盾,保障区域生态安全与可持续发展。现有的生态安全格局构建包括结构优化和功能完善两种不同目标导向,但两者结合的研究尚不充分。以河南省焦作市为例,分别以结构导向、功能导向和综合导向建立生态安全格局。基于复杂网络理论,利用Gephi软件对生态网络进行拓扑分析,比较三种导向方法在空间一致性、鲁棒性和复杂性等方面的差异,遴选最佳网络优化策略。结果表明:(1)三种方法的空间输出结果存在显著差异,识别空间保护优先级的一致性在50.17%—70.45%之间。(2)结构导向网络核心节点连通性强,但灵活性和适应性有限;功能导向网络复杂性高,但整体连通性不足;综合导向网络结构紧凑,兼具较强的连通性和稳定性,实现了结构优化与功能提升的双重目标。(3)优化后的综合导向方法识别了72个生态源(总面积998.55km²)和183个生态廊道(总长度793.00km)。(4)不同方法识别的公共生态源是未来保护的关键区域,建议依据生态安全格局的生态功能,实施差异化管理措施。研究提出了一种通用框架,旨在实现生态网络结构与功能的协同优化,并为景观规划决策提供参考。

摘要:包容性全球化发展已超越经济领域,在生态合作领域渗透到政治关系和合作协同。国际和平公园在中国巩固生态安全屏障和促进边境生态经济合作的战略努力中具有巨大潜力,有利于为跨境自然保护地体系建设、寻求边境地区稳定发展提供新思路。如何借鉴国际经验、立足中国国家公园体制背景,定位、布局和建设中国国际和平公园尚存在认知缺口。通过对国际和平公园功能和全球特征的分析,从“要素-空间-制度”三个维度提出了未来推动中国国际和平公园创新发展的路径。研究发现,全球国际和平公园的发展经历了探索、扩展、正式化和深化四个阶段。中国存在与邻国建立中朝长白山、中俄蒙呼伦贝尔、中俄蒙阿尔泰、中哈吉天山、中巴帕米尔、中尼珠穆朗玛和中缅高黎贡山七个国际和平公园的潜力。未来可以采取“边界融合实体性合作”联合共建模式,并考虑采用由跨境政治协同、科学选址与分区、通关便利化、长效保护利用构成的机制框架。研究结论有利于从生态合作的全球脉络中解读全球跨境自然保护地发展和中国跨境生态经济发展蓝图,推动实现生态制度介入与引导下的“一带一路”生态愿景。

摘要:充分认识旅游发展对目的地生态系统服务的影响效应及机制,对于科学提升人类生态福祉,推动旅游业高质量发展,深刻理解区域人地关系的演变趋势意义重大。研究分别从目的地生态系统服务评价、旅游发展对目的地生态系统服务的影响效应与影响机制、目的地生态系统服务的可持续利用策略三个方面,系统地梳理了国内外学者关于旅游发展对目的地生态系统服务影响的研究进展,尝试性地提出旅游发展对生态系统服务动态影响的分析框架,指出目前研究存在的不足并提出未来研究方向,即增强目的地生态系统服务评估的准确性与动态适应性、加强旅游发展对目的地生态系统服务影响机制分析、注重综合衡量下目的地生态系统服务的可持续性优化。研究不仅深化了旅游发展对生态系统服务作用关系的理论认知,也为交叉学科的理论和方法论创新提供学术参考。

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