摘要:

摘要:岩溶地区的复杂性加大了洞穴滴水研究的难度,土壤厚度状况对洞穴滴水水文类型和水化学特征有重要影响。本研究对遵义市清江洞内6个滴水点开展了一个水文年监测,采用Smart-Friendrich分类系统进行滴水分类,探讨土壤厚度对水文、水化学特征及先期方解石沉淀(PCP)的影响。结果表明:(1) 清江洞滴水点可分为渗流、包气带流和季节流三种滴水类型,滴速与土壤含水量密切相关,呈现出雨季大旱季小的变化特征,上覆土壤较薄的渗流类滴水点滴速全年稳定性较好,不易断流;(2) 滴水水化学季节变化明显,其中二氧化碳分压(pCO₂)、电导率(EC)、Ca²⁺存在较明显的空间差异,渗流类滴水点因上覆土壤较薄而数值最小,另外两类滴水点因上覆土壤较厚,水化学数值和变幅较大;(3) 滴水点稳定碳同位素(δ¹³C_DIC)与水化学特征变化类似,渗流类滴水点因上覆土壤较薄,其δ¹³C_DIC更偏正,包气带流和季节流类滴水点δ¹³C_DIC则相反;(4) 土壤厚度影响滴水点的干湿状况和水化学特征,进而也对PCP过程产生重要影响。这些发现证明了土壤厚度是影响滴水水文、水化学和δ¹³C_DIC的重要因素。

摘要:森林是陆地生态系统最为重要的碳库,分析青藏高原森林生态系统乔木林植被碳储量现状及其分布特征,对于在当前气候变化背景下估算青藏高原碳汇功能极为重要。以青藏高原地区不同乔木林类型碳储量为研究对象,基于2020年实测数据与遥感数据,采用异速生长方程与随机森林模型相结合的方法,实现对青藏高原地区森林地上碳储量和地下碳储量的精准反演。结果表明:(1)2020年青藏高原地区不同乔木林类型碳储量为:针叶林1159.84Tg C、阔叶林437.36Tg C、针阔混交林3.39Tg C,分别占总碳储量的72.46%、27.32%和0.21%;(2)2020年青藏高原地区森林地上碳储量显著高于地下碳储量,森林地上平均碳密度为92.42t/hm²,森林地上碳储量为1371.78Tg C。青藏高原地区森林地下平均碳密度为15.41t/hm²,森林地下碳储量为228.82Tg C。(3)2020年青藏高原地区不同乔木林类型各龄组碳储量排序为:成熟林＞过熟林＞近熟林＞中龄林＞幼龄林。林分碳储量总体上以近熟林、成熟林和过熟林为主,三者占比高达95%。

摘要:三峡水库水位的反季节变化使流域水环境发生巨大改变。为探究水位变动背景下的水体新陈代谢过程对水环境变化的响应及相关水体碳吸收与碳排放情况,选取三峡库区干流上,受水库不同蓄水程度影响的两个库内断面(寸滩(受水库高水位影响,处于变动回水区)、晒网坝(常年受库区蓄水影响))及未受蓄水影响的库外断面(朱沱(自然河流))进行对比研究。根据各断面2023年相关水文水化学高频率监测数据,基于单站明渠法计算水体新陈代谢量,并利用分子扩散模型计算水体碳通量,同时使用随机森林模型对影响净初级生产力(NEP)的环境因子进行重要度排序。结果表明:①水体初级生产力(GPP)为寸滩＞朱沱＞晒网坝断面,而呼吸效率(ER)为晒网坝＞朱沱＞寸滩断面。受库区蓄水影响,晒网坝断面在三个断面中光合效率最小,而呼吸效率最大;②驱动各断面NEP变化的环境因子相似,其中溶解氧(DO)、水温、水体二氧化碳分压(pCO₂)、光合有效辐射(PAR)和pH为主要贡献因子;③晒网坝断面水位与NEP变化无明显相关规律,朱沱断面水位与NEP变化为相反趋势,寸滩断面在汛期与蓄水初期水位与NEP变化为相反趋势,而在蓄水末期、高水位期及消落初期无明显规律;④寸滩断面在春季为自养系统,碳汇效应显著,在其余季节为异养系统;朱沱与晒网坝断面在各季节都为净异养生态系统,碳源效应显著。上述研究成果有助于揭示大型水库水位变动驱动的水环境和碳循环变化机制,对水库水环境保护和碳循环过程揭示具有重要的意义。

摘要:土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的稳定对于降低大气CO₂浓度和减缓气候变化至关重要。目前关于SOC稳定和积累机制研究仍存在不确定性。选择位于我国南海之滨的莲花山北段气候、母质相似的不同植物群落表层(0-10 cm)土壤作为研究对象,运用化学计量学、¹³C稳定同位素技术和Mantel test相关性分析,探讨湿热季风区山地森林生态系统生物过程、物理-化学过程对SOC稳定的作用。研究发现,(1)研究区表层SOC比较稳定,其中稳定的微团聚体有机碳和矿物结合态有机碳占SOC含量的比例高达65.68%;SOC累积效率较高(平均为0.79);颗粒态有机碳是SOC的主要组成组分(占SOC的80.74%)。(2)研究区表层土壤颗粒态有机碳的稳定取决于难降解的低质量凋落物的输入和较高比例(59.37%)的稳定微团聚体有机碳的组成。(3)SOC与Fe₂O₃、Al₂O₃显著正相关(P＜0.01),揭示土壤铁、铝氧化物形成的有机-无机矿物复合物的物理化学保护也是研究区SOC稳定的机制之一。随着土壤矿物化学风化过程的持续进行,研究区表层土壤仍具有持续积累和稳定SOC的潜力。研究可为湿热地区土壤碳汇机制研究和我国实现"碳中和"目标提供基础数据。

摘要:森林碳汇对于减缓全球气候变暖、推动我国碳中和目标实现具有重要意义。基于最优价格法、碳税法和造林成本法评估2009-2023年内蒙古12盟市的森林碳汇价值并分析其时空演变格局,从经济、社会、自然、规模四个维度构建指标体系并应用空间计量模型揭示森林碳汇价值的影响因素、相关性特征和空间外溢效应。结果表明:①时间上,内蒙古森林碳汇价值总体呈增长趋势且以蒙东和蒙中的盟市增速较快,空间上整体呈现"东高西低"的演变格局。②内蒙古森林碳汇价值具有显著的全局空间关联性且空间集聚程度不恒定,低低相关盟市为阿拉善盟、巴彦淖尔市和乌海市,高低相关盟市为呼伦贝尔市,兴安盟则表现为交替低高相关和高高相关。③各盟市间存在显著的正向空间溢出效应,相邻盟市森林碳汇价值每变化1%,本盟市将同向变化0.205%;城镇化水平对森林碳汇价值具有正向影响作用且主要影响相邻盟市森林碳汇价值,劳动力要素投入程度、地方财政支出和林业管理水平仅对相邻盟市呈现负向影响。研究结果为深入理解森林碳汇价值变化的内在机理,推动森林碳汇价值实现和可持续经营管理提供有益参考和借鉴。

摘要:地下水是表层土壤碳库的重要碳排泄项,准确评估地下水碳循环量对区域碳均衡研究意义显著。评估地下水碳循环量首先需要确定地下水中的碳元素的来源,并分析碳迁移转化过程。以塔里木盆地主要支流流域为研究区,分析地下水主要溶质的水化学来源及迁移转化特征,结果表明,地下水中的碳元素主要来源于水分入渗过程而非径流过程,即地下水碳主要来源于表层土壤碳库,而其他主要元素多来源于径流过程中的矿物溶解,这是判定地下水碳循环量能否视为碳汇的关键;在地下水径流过程中,随着溶解总固体(TDS)的增加,重碳酸根离子可能进一步转化为碳酸盐及游离二氧化碳,从而会降低高TDS地下水中的碳含量,这部分样本需要在评估方法中加以甄别。以此为基础,结合各片区地下水循环量,建立地下水碳汇评估方法并进行评估,结果显示,塔里木盆地7个主要支流地下水碳汇量约为151×10⁴t/a(以碳计),这部分碳汇是表层土壤碳库最主要的排泄途径之一,其碳汇贡献较大,是陆地碳平衡的重要组成,不容忽视。

摘要:在当前全球变暖、极端天气频发的背景下,提升城市气候适应性和实现碳中和已成为人类应对气候风险的必然选择,优化城市形态和碳汇能力能够实现对局地气候环境的调节,从而强化城市抵御不利气候条件的韧性。因此,应用局地气候区框架(Local Climate Zone, LCZ)对城市区域微气候特征进行精细分类以精确量化城市生态系统净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP),以此更准确探究城市不同形态碳汇能力。将LCZ方案和CASA模型相结合,以北京市中心城区为对象,深度聚焦2022年NPP动态演变,运用混淆矩阵、异常检测等多元统计分析NPP与不同LCZ类型内在关联,并探讨了NPP的时空维度变化及其季节性周期规律。研究表明:(1)中心城区以紧密型建成区(G1)为主,占36.4%,开敞型建成区(G2)占32.51%,自然类(G3)主要分布在西北部,占31.1%。(2)NPP季节性变化显著,季度均值先增加后减少,峰谷差值为1608.77gC m^-2a^-1。(3)NPP与光照、温度、水分等自然因素以及绿地率等人为因素均存在相关关系。根据不同LCZ类型的NPP变化构建了四个城市类型分区(E1、E2、E3、E4),并提出了针对性碳汇优化策略。研究结果为制定精准的气候适应策略和促进城市可持续发展提供了关键依据,具有重要的理论和实践意义。

摘要:农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,其碳源汇过程对气候变化的响应非常敏感。然而,当前气候变化及其碳氮耦合作用对农田生态系统碳源汇过程的影响贡献与驱动机制尚不明晰。基于总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)和净生态系统生产力(NEP)三种碳汇指标,以及系统总呼吸(Rs)、自养呼吸(Ra)和异养呼吸(Rh)三种碳源指标构建6种情景,揭示了中国农田生态系统碳源汇时空演变趋势特征,并基于Lindeman-Merenda-Gold(LMG)模型定量评估了气候变化及其碳氮耦合作用对中国农田生态系统碳源汇变化影响贡献。研究结果表明:(1)2000-2020年中国农田生态系统碳汇与碳源均表现为波动增长趋势,其中GPP、NPP和NEP平均增长率分别为4.27、1.65与0.15 g C m^-2 a^-1,Rs、Ra和Rh平均增长率分别为4.12、2.62与1.50 g C m^-2 a^-1,由于较高的呼吸作用,中国农田生态系统总体表现为弱碳汇;(2)2000-2020年中国农田生态系统除Rs/GPP以0.12%的速率小幅增长外,NEP/NPP、NEP/GPP及NEP/Rs均呈减少趋势,变化速率分别为-0.28%、-0.39%和-0.46%,呼吸主导作用逐渐加强导致碳汇主导作用减弱;(3)CO₂施肥和氮沉降对中国农田生态系统净碳汇增长的贡献为28.98%,主控了25.30%的农田碳汇区域。然而,CO₂施肥和氮沉降也导致了中国农田生态系统碳源增强,二者相对贡献率为32.41%,主控了26.75%的农田碳源区域。(4)GPP弱主导机制驱动了中国农田生态系统NEP的增长,GPP是碳汇区(K_NEP＞0)碳汇增长的主要驱动因子,主控了77.14%的农田碳汇区域。相反,Rs强主导机制导致了中国农田生态系统NEP下降,Rh是碳源区(K_NEP＜0)碳源增强的主要驱动因子,主控了46.98%的农田碳源区域。研究结果可为巩固提升农田生态系统碳汇,促进碳中和目标实现提供科学依据。

摘要:横向碳补偿对促进区域协调发展和推动"双碳"目标实现具有重要意义。以长三角地区为例,通过核算41市碳收支、碳排放效率与碳汇效率,建立基础方案、经济发展优先方案、生态保护优先方案和协调方案四种横向碳补偿方案,对比不同碳补偿方案效果,提出横向碳补偿实施路径。结果表明:(1)长三角地区碳收支系数仅为0.0576,碳排放与碳汇具有显著的空间集聚特征,碳排放高值区位于沿江的皖中、苏南及上海市,碳汇高值区则分布于皖南、浙南山区及苏中农田区。(2)碳排放效率高值区为上海市、苏州市等经济发达地区,而碳汇效率高值区为丽水市、泰州市等生态资源集聚地区。(3)碳补偿地区主要为上海市、苏州市等经济、人口密集的碳排放区,碳受偿地区主要为丽水市、黄山市等碳汇供给区。四种碳补偿方案下,补偿总资金分别达到474.9、482.29、548.44、558.58亿元,其中双效率调整机制下的协调方案更能兼顾效率与公平性,适于推动区域低碳协同发展。研究结果可为区域碳补偿政策的制定和实施提供实践参考。

摘要:植被地上生物量(AGB)是反映湿地生态系统功能状态与健康水平的重要生态参数,可为生态系统稳定性分析和碳汇能力评估提供关键支撑。以滨海典型芦苇湿地为研究对象,基于无人机获取的高分辨率多光谱影像和113个实测芦苇AGB样本,系统评估不同特征变量组合的建模效果,并利用随机森林(RF)算法的重要性分析对变量进行筛选。随后分别构建了RF、支持向量机(SVM)和极端梯度提升(XGBoost)三种机器学习算法模型,对筛选后的特征变量进行建模与精度对比,旨在探索基于低空遥感技术开展湿地植被生物量反演的可行路径,建立适用于湿地生态监测的高效估算框架。研究结果表明,联合使用多光谱波段反射率与植被指数的变量组合显著优于单一变量类型,能够有效提升AGB估算精度。在三种建模算法中,XGBoost模型性能最优,R²为0.731,RMSE为0.184kg/m²,RPD达到2.431,表现出较强的稳定性与鲁棒性。空间分布分析结果显示,研究区芦苇AGB具有显著的空间异质性,高值区主要分布于水体周边的浅水带及地势低洼区域,而地势较高区域的AGB值相对较低。定量统计显示,研究区芦苇总AGB为3038.78吨,芦苇AGB值范围为0.486-1.705kg/m²,平均为0.88kg/m²。变量贡献分析显示,红边波段及其衍生植被指数,特别是修正型叶绿素吸收反射植被指数(MCARI),在芦苇AGB反演模型中的贡献度较高,表明其在捕捉湿地植被的叶绿素含量和冠层结构变化方面具有较强的敏感性,对AGB的估算精度有显著提升作用。本研究不仅验证了基于无人机多光谱影像结合机器学习算法进行芦苇AGB反演的可行性和有效性,也为后续开展湿地生态系统功能评价、碳储量估算及关键栖息地监测提供了科学依据。

摘要:海洋沉积物是地球上最大的碳库和碳汇,对全球气候变化具有重要的调节作用。随着近年来海水养殖规模不断扩张对海洋碳循环过程的影响加剧,有必要开展海水养殖活动对沉积物碳含量的影响研究。于 2023 年 5 月至 2024 年 1 月在浙江枸杞岛贻贝筏式养殖区开展周年调查,聚焦大规模贻贝养殖活动对沉积物碳组分时空变化特征的影响,分析了影响沉积物碳含量的主要环境要素,并基于碳氮稳定同位素估算了贻贝养殖对沉积物有机碳来源的贡献。结果表明:养殖区和对照区的沉积物碳含量分布具有显著空间异质性,养殖区沉积物的总碳和无机碳含量显著高于对照区,但有机碳含量差异不显著;Boruta模型分析结果显示,养殖区的沉积物总碳受沉积物pH和硅酸盐显著影响,重要值分别为5.88和5.17,沉积物有机碳含量分布特征主要受沉积物总氮和pH的影响,而沉积物C/N和叶绿素显著影响沉积物无机碳含量,重要值分别为10.72和7.97;MixSIAR稳定同位素混合模型结果表明,养殖区的沉积物有机碳以陆源为主,养殖贻贝的生物沉积作用对沉积物有机碳来源的贡献值为(22.21±3.08)%,显著高于对照区;养殖区沉积物碳组分以不易被分解利用的无机碳组分为主,有利于沉积物碳库的稳定性,而对照区沉积物中以腐殖化程度较高的有机质为主。强调了贝类生物沉积作用和无机碳组分在评价海水养殖区沉积物碳库中的重要贡献,研究结果为深入解析贝类筏式养殖固碳机制及其对沉积物碳循环过程的影响提供重要科学依据。

摘要:蓝碳资源是我国生态价值极高的自然资源,在应对气候变化、保护生物多样性和维护生态平衡过程中发挥了重要作用。编制蓝碳资源资产负债表有利于合理开发、利用、保护和管理蓝碳资源,不断完善国家自然资源资产管理制度,促进海洋生态文明建设。然而,目前蓝碳资源资产存在底数模糊不清、分类标准不统一、监管难度大等诸多问题,制约了蓝碳资源的发展和蓝碳资源资产化管理水平的提高。鉴于此,结合我国蓝碳资源现状,对蓝碳资源资产纳入核算时的核算主体、确认条件、计量方法、报表编制等提出具体操作思路:(1)按照核算范围、对象和需求的不同,将核算主体归纳为宏观和微观两个层次;(2)在厘定蓝碳资源概念和资产确认条件的基础上,明确界定了蓝碳资源资产的概念。从生态系统的角度切入,根据核算内容和功能,将资产划分成红树林、盐沼、海草床、浮游植物、大型藻类以及贝类六大类,并预留空间以便后续补充;(3)阐述了蓝碳资源资产核算框架以及实物量、价值量的核算方法,将蓝碳资源资产价值量按照供给服务、调节服务以及文化服务三个层面设置相关价值核算指标。(4)尝试性构建了蓝碳资源资产核算表,以便评估蓝碳资源资产动态变化情况。研究旨在建立一套适合蓝碳的资源资产核算体系,为自然资源资产负债表、蓝碳资源资产负债表的编制提供借鉴。同时,加快推动蓝碳资源由生态价值向经济价值转化,实现资源的合理利用与生态环境可持续发展,为我国环境会计框架的搭建提供科学参考。

摘要:蓝绿空间作为城市生态空间的基本骨架与生态安全的重要保障载体,因其显著的碳汇潜力与增汇效能,在城市减排增汇体系中具有不可替代的生态价值。在积极推进国家"双碳"战略目标的背景下,揭示蓝绿空间碳汇时空演变规律及其驱动机制,构建碳汇提升路径,已成为区域可持续发展研究的重要命题。以长株潭城市群为研究对象,基于2008-2022年土地利用数据和碳密度系数,系统分析蓝绿空间碳汇时空演变特征及驱动机制。研究发现:(1)区域碳汇总量均值为151.56万t,整体呈现波动趋势。其中,蓝色空间碳汇量在研究期内平均值为1.34万t,整体呈现持续下降趋势,绿色空间作为主导性碳汇来源,其动态变化趋势与区域碳汇总量的演变特征呈现显著一致性;(2)碳汇量的变动保持了一定程度的稳定性,空间分析显示其空间格局呈现"东北-西南"轴向分布,其中西南区域的空间影响力在研究期内呈现显著增强态势;(3)路径分析揭示土地利用程度和人口密度分别主导了两条核心碳汇提升路径,且其变动受到多因素组态影响,其中城市开发强度与经济水平的协同作用、人口聚集与经济发展的交互效应对碳汇影响尤为显著。

摘要:土壤有机碳(SOC)作为土壤健康的核心,增加其固存量,有利于减缓全球气候变化。以喀斯特区域雷竹林为研究对象,设置4个短期覆盖和轮休模式(覆盖1 a、覆盖2 a、覆盖2 a休1 a、未覆盖),探讨短期覆盖和轮休对SOC、有机碳储量(SOC_storage)、理化性质、微生物量及酶活性的影响,分析影响雷竹林SOC固存的关键因子。结果表明:(1)短期覆盖和轮休模式增加了雷竹林SOC和SOC_storage,涨幅依次介于1.95%-95.59%、10.45%-88.78%;(2)4种模式中以轮休模式雷竹林土壤物理结构最好,短期覆盖和轮休模式均提高了土壤含水量(SWC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、有效磷(AP)及速效钾(AK)含量,降低了土壤铵态氮(AN)和硝态氮(NN)含量,另外,短期覆盖模式降低了土壤pH(降幅3.45%-3.67%),轮休模式则使土壤pH升高2.10%;(3)短期覆盖和轮休模式提高了土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、微生物量磷(MBP)、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、L-亮氨基酸基肽酶(LAP)、β-葡萄糖苷酶(BG)及酸性磷酸酶(ACP),其中以轮休模式涨幅最为显著,依次为75.00%、313.42%、137.42%、33.17%、28.96%、47.90%及17.58%;(4)Mantel检验表明,SOC和SOC_storage与TN、TP、AP、微生物量碳磷及与碳磷循环相关的酶呈极显著正相关(P<0.01),多元逐步回归进一步分析结果显示TN是驱动喀斯特区域雷竹林SOC固存的关键因子。揭示了短期覆盖和轮休促进雷竹林SOC固存,连续覆盖后适当轮休有助于改善土壤物理结构,提升土壤生物活性,显著增强SOC固存能力。

摘要:黄土丘陵沟壑区是全国重要的水土流失区和生态恢复核心区,探讨其不同生态恢复模式下的小流域土地利用变化、生态系统服务及其驱动因素,有助于制定更具针对性的精细化管理策略,实现生态系统可持续管理。聚焦梯田与退耕还林还草工程的生态效益,以黄河二级支流-关川河流域为例,选取草地主导型、梯田主导型、林地主导型和林梯草复合型四种典型流域,利用高分辨率遥感影像、气象、地形、土壤和人口数据,结合CASA、InVEST及地理探测器模型,分析了2010-2020年间各流域的土地利用变化、生态系统服务(包括土壤保持(SC)、产水(WY)和固碳服务(NPP))及其驱动因素。结果表明:(1)各流域土地利用变化呈现"破碎化加剧-多样性提升"的耦合特征。水域、水浇地及建设用地普遍扩张,草地缩减驱动了梯田垦殖,疏林地转化显著促进了乔木扩增。(2)四种流域生态系统服务整体呈增长趋势,其中林地主导型流域SC增速最快(14.01t hm^-2 a^-1),林梯草复合型流域WY和NPP增速最高(2.73mm/a和22.63g C m^-2 a^-1)。(3)单因子分析显示,NPP在草地主导型和林梯草复合型流域主要受植被覆盖度驱动,在梯田主导型和林地主导型流域则受土地利用影响;SC在草地主导型流域主要受海拔影响,在梯田主导型和林地主导型流域受坡度影响,林梯草复合型流域则由太阳辐射和降水量驱动;WY在梯田主导型流域受土地利用影响,其他流域则主要由降水量主导。(4)双因子交互驱动表明,土地利用、植被覆盖度、气象及地形要素间的协同作用增强了对生态系统服务空间分异的解释力。综上,研究揭示了黄土丘陵沟壑区不同生态恢复模式下土地利用变化及生态系统服务的复杂性和异质性,强调了多因子在塑造下垫面特征及生态系统服务中的关键作用,为脆弱生态区生态恢复与多目标土地可持续管理提供了科学依据。

摘要:伴随城镇化、工业化进程推进,城市-边缘区-乡村地域空间结构发生显著变化,对土地利用格局产生深刻影响,也对生态系统服务(Ecosystem Services,ESs)及其权衡协同关系产生复杂作用。城乡融合及高质量发展背景下,系统分析城市-边缘区-乡村地域空间结构动态演变过程,并在此背景下探讨土地利用变化对ESs权衡协同的影响机制进而提出优化策略,对于合理优化土地资源配置、提升ESs及促进区域可持续发展具有重要的学术意义和实践价值。以苏州市为例,基于多源数据,运用深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)和半监督学习方法识别其2005年和2022年的城市-边缘区-乡村地域空间格局,使用InVEST模型评估产水量、碳储存、生境质量和土壤保持四类主要ESs,采用多层线性模型探讨顾及城市-边缘区-乡村地域空间结构的土地利用时空演变对ESs权衡协同的影响机制。得到结论:(1)2005-2022年,苏州市城市-边缘区-乡村地域空间结构发生显著变化,其中79.29%的乡村转换为边缘区,边缘区中则有99.48%转换为城市;(2)根据城市-边缘区-乡村地域空间结构的动态演变过程,研究分析了城市维持区、城市扩张区、边缘区维持区、边缘区扩张区及乡村留存区五类地域的ESs权衡协同关系,其中在边缘区扩张区与城市扩张区均呈显著权衡关系;在边缘区维持区与城市维持区则为权衡协同并存关系;(3)顾及城市-边缘区-乡村地域空间结构的土地利用时空演变对ESs的权衡协同有显著负向影响,且在城市扩张区、持续为边缘区及边缘区扩张区三个区域内,其负向作用更为突出,尤其是持续为边缘区域与边缘区扩张区域;(4)针对城市-边缘区-乡村人地关系特征,本研究提出了ESs协同目标下各区域土地利用优化策略,包括优化城市空间布局,推广生态农业模式,控制区域扩张速度,建立生态廊道与缓冲区和进行多功能土地利用规划等。

摘要:探究土地利用变化产生的景观生态风险分布对热带雨林生态健康、自然生态系统原真性和完整性的保护至关重要。基于国家公园1980-2023年9期土地利用数据,探究其景观生态风险评价的最优尺度及时空分布特征。得出:(1)评价单元梯度的响应曲线中香农均匀度和分离度等景观格局指数均在2.5km处出现拐点,该尺度为国家公园景观生态风险最优评价尺度。(2)国家公园内部土地利用较稳定,其中林地-草地为主要转换类型且反复交替,但流入流出面积保持相对平衡。景观生态风险值的Moran's I介于0.3079-0.3600,空间相关性整体呈上升趋势。(3)国家公园景观生态风险值在0.0241-0.0243上下波动,长期趋势较为平稳,表现出东西高中部低、沿水沿路分割的空间格局。较高风险等级向较低风险等级转换面积比反向转换多0.86%,高风险区和低风险区波动增长了79.95km²和103.63km²,较低风险区占比最大,平均高于其他等级8.08%左右。高风险区和较高风险区围绕水系、道路等人为活动频繁区域分布,中等风险区在国家公园南部普遍分布,远离水域、道路区域风险等级越低,风险等级波动区域呈条带状分布于同等风险等级成片区的边缘。建议实施分级管理和保护,针对高风险聚集区建立长期监测机制,合理优化土地利用结构、减少经济林的种植与砍伐,降低分离度和破碎度,做到与自然环境协调发展。

摘要:中国西北干旱半干旱区是中国北方重要的生态屏障。在气候变化和人类活动双重影响下,开展该区域植被净生态系统生产力(NEP)时空变化特征及关键驱动因素的研究对区域生态安全与可持续发展意义重大。基于气象、植被、土壤和地形等多源遥感及再分析数据集,利用改进的CASA模型、土壤呼吸模型、地理探测器等方法,分析了2000-2022年中国西北干旱半干旱区植被NEP时空变化特征及其关键影响因子。主要研究结果表明:(1)研究区植被NEP多年均值为135.32g C/m²,整体呈碳汇功能,年内碳汇主要集中在5-9月份;碳源区主要集中在山前低植被覆盖区和东部沙地,面积占29%。(2)近23年研究区植被NEP以增加趋势为主,变化速率为3.98g C m^-2 a^-1。空间上,呈增加趋势的面积占比为88.77%,减少趋势主要集中在天山山脉山前平原区。(3)LAI对植被NEP空间分布的解释力最强(0.75),其次是土壤湿度(0.42),不同要素交互对NEP均呈现双因子增强或非线性增强作用;LAI、降水和太阳辐射与研究区植被NEP主要呈显著正相关,显著正相关面积分别占73.79%、16.28%和15.10%,与降水呈显著正相关区域主要分布在西部山区、呼伦湖和东部沙地,与太阳辐射呈显著正相关区域主要分布在东部沙地。(4)西北干旱半干旱区气候变化对NEP的贡献度大于80%的地区占59.42%。人类活动对NEP的贡献率高于60%的区域占比为13.90%,集中分布在阿尔泰山和天山山脉的山前平原区,极少数散落分布在东部沙地。研究结果有助于了解植被NEP对气候变化的响应机制,为实现"双碳"目标提供理论依据。

摘要:绿色金融是生态产品价值实现保障机制的重要组成部分,有助于推动建立生态友好的生产和消费模式。对2010年12月至2024年4月发布的面向生态产品价值实现的绿色金融政策内容进行政策要素、政策质量和政策工具结构的评价,结果表明:(1)政策关键词以"生态"和"绿色"为核心,"产品"和"金融"为支撑,"支持"和"价值"为导向,"融资"和"创新"为推动力,并通过"项目"、"探索"、"鼓励"等方式实现政策目标;(2)政策要素的平均连接度为781.68,且在政策网络中有22.59%的关系集中于少数核心政策,每两个政策要素之间的平均关系强度为15.95,显示出政策要素间的协同存在不均衡性,部分要素联系较弱;(3)在政策质量评价方面,各地面向生态产品价值实现的绿色金融政策均达到合格及以上水平,其中华中、华南、西北和华东地区的政策水平高于其他地区,且进一步研究发现,政策时效、政策领域和政策工具是影响政策质量的关键因素;(4)政策工具结构方面,需求型、环境型、供给型分别占比57.69%、23.25%、19.06%。在19 个具体政策工具中,占比排名前五的工具有绿色信贷、绿色保险、生态产品资产证券化、产业引导、产权抵押,合计占比 55.85%,占比排名后五的有制度规范、信用评估、人才培养、交流合作、技术支持,合计占比仅6.61%。

摘要:湖泊水温是表征湖泊生态环境状况的重要指标,影响湖泊中的物理、化学和生物过程。探究湖泊水温情势演变规律对于治理和改善湖泊生态环境具有重要意义。基于长短期记忆(LSTM)神经网络构建了洞庭湖水温重构模型,评估了气温(T)、年积日(DOY)和流量(Q)变量在湖泊水温重构时的性能表现,利用LSTM模型重构了洞庭湖流域长序列水温,分析1960-2020年洞庭湖水温的变化特征,探究不同气象数据集作为模型补充输入对模型模拟水温性能的影响。结果表明:(1)基于LSTM神经网络构建的水温重构模型模拟水温性能良好,DOY和Q作为输入变量均能提升模型性能,DOY对模型性能提升效果更显著。(2)1960-2020年洞庭湖流域年平均水温呈现增温趋势,平均增温速率为0.15℃/10a,水温变暖速率存在空间差异性,洞庭湖湖区的变暖速率高于其主要支流。洞庭湖流域水温变暖速率存在显著的季节差异,春季是水温升温最快的季节,平均增温速率为0.29℃/10a,夏季水温升温速率则较为平缓,平均升温速率为0.04℃/10a。(3)洞庭湖湖区及其主要支流的年平均水温和年平均气温的突变特征较为一致,均在1996年前后发生突变,气温突变是水温突变的重要原因。(4)气象因子和滞后信息作为水温重构模型的补充输入对模型性能均有不同程度的提高,但模型性能提升幅度具有区域差异性,其可能原因为不同区域水温变化的驱动机制以及水气温响应关系存在差异。研究结果对洞庭湖流域水环境保护具有重要意义,可为实测资料短缺湖泊的水温演变研究提供新思路。

摘要:三峡水库消落带具有独特的周期性水淹-干旱胁迫,其地形与植物群落特征具有较强的关联性,然而两者之间的关系很少受到关注,因此探索消落带不同水淹强度下微地形与植物物种多样性及功能多样性之间的关系具有重要意义。选取受三峡水库水位变化影响的重庆开州区汉丰湖北岸乌杨坝,沿高程梯度对不同微地形下群落类型及多样性分布格局、地形因子对多样性的相对贡献进行分析。结果表明:(1)消落带不同微地形之间的植物群落类型存在显著分化;(2)不同微地形的物种多样性指数存在显著差异,其中下凹地形、凸起地形中的多样性指数显著高于崎岖斜坡及平坦地形;(3)高程I中,3种物种多样性指数和2种功能多样性指数与地形起伏度呈显著负相关;高程III-IV中,3种物种多样性指数和所有功能多样性指数与地形起伏度呈显著正相关;(4)高程、地形起伏度、微地形类别依次是影响消落带物种多样性及功能多样性最重要的三个因子,其中"高程+地形起伏度"具有最大的协同效应,证明了在消落带中,更高的环境异质性可能意味着更强的群落稳定性与恢复力。研究结果揭示了消落带植物群落类型、物种多样性及功能多样性在不同高程沿微地形的空间分布格局,可为消落带生态修复及生物多样性保护提供科学依据。

摘要:近年来,干旱半干旱地区极端干旱事件日益频繁并深刻影响着荒漠生态系统功能。植物叶片中的非结构性碳水化合物(NSC)可反映植物对水分亏缺的响应及适应程度,然而荒漠植物NSC对极端干旱事件的响应敏感性和适应策略仍有待研究。以新疆准噶尔盆地东缘盐生假木贼(Anabasis salsa)群落为研究对象,通过连续7年减少60%降水量的野外控制实验模拟极端干旱,探讨优势植物叶片NSC对干旱胁迫的响应敏感性与适应机制。结果表明:(1)准噶尔荒漠盐生假木贼群落不同物种叶片NSC对极端干旱的响应敏感性不同。具体而言,琵琶柴(Reaumuria songarica)通过淀粉水解为可溶性糖抵御干旱,表现为淀粉和NSC含量均显著减少,可溶性糖含量显著增加;盐生假木贼和博洛塔绢蒿(Seriphidium borotalensis)通过光合作用积累可溶性糖和NSC来抵御干旱,表现为可溶性糖和NSC含量均显著增加,淀粉含量无显著变化;驼绒藜(Krascheninnikovia ceratoides)选择将可溶性糖直接用于生长、防御、新陈代谢等活动以度过旱期,表现为可溶性糖含量显著减少,淀粉和NSC含量无显著变化;(2)整体而言,干旱胁迫导致群落水平叶片NSC含量显著增加,干旱胁迫作用于叶片NSC的途径主要分为两种,一是干旱直接影响群落叶片NSC,群落中尽管有些物种NSC含量下降,但会被其他物种相对丰度和NSC含量上升的正协同效应所掩盖;二是通过影响群落冠幅间接影响群落叶片NSC,干旱胁迫下,盐生假木贼群落整体倾向于采取降低冠幅的保守型资源策略来减少NSC库的消耗,从而确保在资源胁迫条件下的生存。本研究可为降水变化背景下理解荒漠生态系统碳适应策略提供数据支持。

摘要:开辟林窗是促进人工林更新、近自然演替和增加树种组成多样性的重要经营方式之一。林分类型、林窗大小及其与林窗内树种更新生长的适配关系一直是林窗研究的焦点,然而在不同区域、不同森林类型研究结果差异较大,限制了林窗改造模式的应用。基于浙江丽水白云山林场马尾松和杉木人工林林窗,分析了林窗大小(中林窗:500 m²和250 m²,小林窗:50 m²)和林分类型对人工引入10个树种生长和自然更新乔木树种组成多样性的影响差异。结果表明:(1)林窗大小和林分类型及其交互作用对人工引入树种生长(地径或树高)的影响存在显著差异。在中林窗内,枫香、南方红豆杉、闽楠、木荷、朴树、无患子和细柄蕈树生长状况好于小林窗。枫香和无患子在马尾松林窗长势较好,而南方红豆杉、红豆树、闽楠、木荷、细柄蕈树和浙江楠在杉木林窗长势较好。(2)林窗大小和林分类型及其交互作用显著影响自然更新乔木树种组成多样性。相较于小林窗,中林窗内自然更新乔木种类增加,Simpson多样性指数和Margalef丰富度指数提高,Pielou均匀度指数降低。马尾松林窗的Simpson多样性指数高于杉木林窗,而Margalef丰富度指数则低于杉木林窗。综合考虑引入树种的生长状况和自然更新乔木树种组成多样性差异,建议在南方低山丘陵区,马尾松和杉木林开辟中等面积(250-500 m²)林窗,并在马尾松林窗中引入喜光、耐土壤瘠薄干旱树种,如枫香和无患子,在杉木林窗中引入喜光或耐阴、喜湿润肥沃土壤树种,如南方红豆杉、红豆树、木荷和细柄蕈树等,将有效促进树木生长,提高树种组成多样性和丰富度。

摘要:根茎型克隆植物在沙丘生态系统中占据优势,并在沙区植被恢复与重建中发挥关键作用,但其不同结构与功能应对风沙干扰的权衡策略尚未阐明。以乌兰布和沙漠固定沙丘优势根茎型克隆植物蓼子朴(Inula salsoloides)为研究对象,通过研究不同沙埋深度下的生长格局、繁殖策略与克隆生长构型,旨在探究根茎型克隆植物应对沙生环境的关键权衡策略。结果表明:随沙埋深度增加,生殖分枝数量与生物量显著增加,而营养分枝无明显变化,二者相对占比呈相反变化趋势;花序数量与生物量显著增加而地下芽数量与生物量无明显变化,同时花序数量与生物量占比显著增加,而地下芽数量与生物量占比显著降低;根茎芽数量、生物量及其相对占比显著减小,分蘖芽则显著增加。研究表明,根茎型克隆植物蓼子朴进化形成多种权衡策略以应对沙生环境,表现为严重沙埋干扰下倾向于进行生殖生长,增强有性繁殖潜力,且表现出更强的垂直生长能力。研究阐明了根茎型克隆植物适应沙生环境的关键权衡策略,为预测种群结构与群落动态及沙区植被恢复重建提供重要理论依据。

摘要:盐生植物是荒漠绿洲过渡带重要的生态指示物种,探究盐生植物群落的空间分布规律及其影响因素对维护过渡带内脆弱生态系统修复和预测生态系统退化方向具有重要意义,而民勤湖区盐生植物群落空间分布特征、驱动机制以及对生态环境的指示意义仍不清楚。通过对民勤湖区荒漠绿洲过渡带152个样方的盐生植物进行系统调查,采用聚类分析、克里金空间插值和典范对应分析等方法,明确盐生植物群落的空间分布特征、影响因素及指示意义。主要研究结果如下:(1)研究区盐生植物主要包括盐爪爪+黑果枸杞群落、红砂+盐爪爪群落、白刺+黄花补血草群落、白刺群落、柠条锦鸡儿+沙鞭群落、沙蒿群落和禾草群落;(2)土壤电导率、含水率和含沙量是影响植物群落空间分布的主要因子,解释力分别为0.91、0.83和0.71;(3)土壤电导率与群落结构的相关性表明,盐爪爪+黑果枸杞群落,红砂+盐爪爪群落、白刺+黄花补血草群落和白刺群落,柠条锦鸡儿+沙鞭群落和沙蒿群落分别指示高盐环境(EC >8 dS/m)、中盐环境(4 dS/m

摘要:近年来小叶章等草本植物入侵长白山灌木苔原,形成了牛皮杜鹃、牛皮杜鹃-小叶章混生、小叶章三种代表性植被型。非结构性碳水化合物是植物参与碳吸收与碳消耗的重要指标,可以反映植物整体的碳供应状况以及抗逆性质。为了阐明植物的环境适应机制、实证氮沉降在植被变化中的作用,通过三个不同施氮水平的氮沉降模拟实验,比较长白山苔原三种植被型中牛皮杜鹃和小叶章地上部分非结构性碳水化合物合成的差异及其凋落物中非结构性碳水化合物分解的差异。结果表明:(1)氮沉降驱动植物非结构性碳水化合物(NSC)的器官特异性分配,牛皮杜鹃茎部淀粉、可溶性糖及总NSC含量随施氮量显著增加,而其叶片及小叶章茎叶中相应组分呈下降趋势,表明其茎部在氮富集条件下承担关键碳储存功能;(2)氮沉降对凋落物分解有"类型依赖性"效应:三种凋落物分解速率排序为小叶章＞混合＞牛皮杜鹃;氮沉降通过缓解单一凋落物的氮限制(降低C/N比)加速其分解,但抑制混合凋落物分解。此外,氮沉降促进凋落物淀粉富集,同时抑制可溶性糖与NSC的释放,表明外源氮输入可能通过改变碳组分代谢优先级影响分解进程。研究从植物生理响应与分解动态协同视角阐明,氮沉降通过调控NSC分配模式与凋落物分解路径,深度介导苔原生态系统碳氮耦合循环,为预测全球氮富集背景下高寒生态系统结构与功能演变提供重要理论支撑。

摘要:森林生态系统凭借其复杂的组成和结构高度有效地调控着地表径流,在涵养水源、保持水土、维持流域水文循环等方面发挥着关键作用。以中国典型森林生态系统的径流场年尺度地表径流监测数据为基础,探究中国森林生态系统的地表径流特征及其与降雨、植被和地形等要素的关系。结果表明:我国不同森林生态系统年地表径流量处于0-152.0 mm之间,均值为(25.4±1.5) mm;年地表径流率在0-9.1%,均值为(2.1±0.1)%。5种典型森林生态系统多年平均地表径流量((7.3±2.0)-(36.4±3.1) mm)占同期多年平均降雨量的(1.3±0.3)%-(2.5±0.2)%。常绿阔叶林的地表径流量(36.4 mm)及地表径流率(2.5%)在所观测的典型森林生态系统中均最高,针阔混交林次之,落叶针叶林则最低。整体上,无论地表径流量还是地表径流率均表现为常绿林大于落叶林(P<0.01),阔叶林大于针叶林(P>0.05)。进一步分析表明,我国森林生态系统的年地表径流量及地表径流率均随纬度的增加呈极显著的幂函数式下降(P<0.01),且与观测区年降雨量呈极显著的正相关关系(P<0.01)。此外,林分结构因子如叶面积指数和平均胸径亦显著影响着森林生态系统的地表径流率特征。研究为进一步科学定量评估我国森林植被水文服务功能和价值等提供了重要参数。

摘要:为揭示生态修复工程引起的陆地生态系统地气间能量交互作用的生物物理响应机制,本文基于2019-2021年宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的辐射观测数据,分析了该生态系统的辐射收支特征;并利用随机森林模型和集合经验模态分解法,研究了反照率对生物物理因子的响应机制。结果表明:(1)不同季节,人工灌丛生态系统日内变化趋势大体相似;但变化幅度、峰值时间和日均值具有显著的季节差异。(2)下行短波辐射和长波辐射均表现出明显的季节性单峰变化,净辐射和净短波辐射也遵循相似的季节变化模式;下行短波辐射驱动了净辐射的季节性变化,生长季反照率的变化趋势整体呈现出凹谷特征。(3)土壤水分、饱和水汽压差和叶面积指数是影响反照率的主要生物物理因子,反照率与生物物理因子间存在非线性的响应关系。(4)降水事件及其耦联的土壤水分变化驱动了反照率的短期随机波动,调控短波辐射的短期收支过程;而人工灌丛植被的年内季节性生长决定了反照率的长期趋势。该研究补充了荒漠草原区人工灌丛生态系统的辐射收支过程认识,揭示了驱动反照率变化的关键生物物理因素,为荒漠生态系统管理提供了科学依据。

摘要:干旱半干旱区水资源匮乏且时空分布不均,限制了区域生态环境可持续发展。植物对水分的再分配起到重要调节作用,影响着大气-植物-土壤系统中的水循环过程。以毛乌素沙地典型沙生植物沙柳为研究对象,通过原位监测、统计分析和数值模拟的综合手段,系统研究沙柳冠层及根系吸水影响下的水分再分配过程及其影响机制。结果表明:降水特征和植被特征是冠层穿透雨率(R_cp)的主要影响因素。R_cp随降水强度的增加逐渐升高,当单次降水量超过30 mm或降水强度超过10 mm/h时,R_cp稳定在0.9左右。当沙柳冠幅直径大于250 cm或LAI大于1.5时,R_cp低于0.6,同时冠层特征对R_cp的影响随降雨强度的增加呈减弱趋势。冠层穿透雨率影响着土壤水分再分配及根系吸水过程,沙柳根系吸水导致土壤50 cm深度处的根区出现水分亏缺区域,一定程度阻滞水分的深层入渗。不同R_cp水平下土壤水分运移模拟结果表明,对同一降水事件,随着R_cp的减少,土壤水分储量的减少量逐渐增加,80 cm深度处的入渗量逐渐减少;而对同一R_cp水平,随着单次降水量的增加,80 cm深度处的入渗量随之增加,意味着较小的降水量和较低的R_cp都不利于土壤水储量和深层补给量的增加。因而可通过改变冠层特征,如合理控制植物林分密度,来提升冠层穿透雨率,以增加有效降水。研究成果对干旱半干旱区植被恢复与水资源管理具有重要意义。

摘要:土壤养分提升对喀斯特石漠化生态恢复可持续性至关重要,探究喀斯特凋落物分解和养分释放特征可为筛选提升土壤养分有效性的优良树种提供数据支撑。以北热带喀斯特季节性雨林广西棋子豆(Archidendron guangxiensis)、东京桐(Deutzianthus tonkinensis)、蚬木(Excentrodendron tonkinense)和海南椴(Hainania trichosperma)4种岩溶适生树种为研究对象,开展为期365d的凋落叶分解实验,分析不同树种凋落叶的分解速率和碳、氮释放特征及调控因素。结果显示:凋落叶分解速率为海南椴(k=0.66)>蚬木(k=0.45)>东京桐(k=0.42)>广西棋子豆(k=0.39),分解95%的时间分别为4.51a、6.72a、7.17a、7.68a。初始碳含量、单宁含量、比叶面积和标准持水力是共同调控质量损失率的主要化学和物理性状。碳释放速率为海南椴>东京桐>蚬木>广西棋子豆,碳释放常数k为0.74-1.17,高于全球平均值0.69。氮释放速率为海南椴>广西棋子豆>东京桐>蚬木。碳、氮释放解耦,碳释放受初始化学性状(纤维素、氮/磷、氮、碳)和物理性状(比叶面积、标准持水力)共同调控,而氮释放主要受初始化学性状(碳/氮、木质素/氮、氮、木质素、氮/磷)调控。综上,海南椴凋落叶分解及碳、氮释放速率最快,固氮树种广西棋子豆凋落叶氮含量最高且具有较高的氮释放速率。海南椴和广西棋子豆是北热带喀斯特的优势适生树种,凋落叶年输入量较大,分解速率和氮释放速率较高,可作为石漠化土壤养分提升的潜在优选树种。

摘要:冻融循环事件是温带落叶树种面临的最主要的环境压力,限制了树种的分布、存活和生长。冻融作用引起的栓塞导致水力衰竭是树木维持水力功能的主要风险之一。以南疆4种特色林果树种的8个栽培种(温185、新新2号、红富士、王林1号、吊干杏、小白杏、恐龙蛋、味帝)为研究对象,对比分析了不同冻融期栽培种一年生枝条木质部在水分传输功能、非结构性碳和水分含量的差异和动态变化,探讨了栽培种木质部水力性状、导管结构特征和非结构性碳水化合物(Non-structural carbohydrate, NSC)之间的作用关系,以认识其对低温胁迫的响应和适应机理。研究发现:(1)冻融循环事件显著影响了木质部的水力性状,从1月份到2月份(冻融栓塞期),8个栽培种的比导水率(Ks)显著下降,而导水率损失率(PLC)显著上升,表明低温冻融胁迫对木质部导水系统造成了损伤,其中,温185和新新2号的导水率损失最大;(2)在3月份(冻融栓塞恢复期),不同栽培品种的导度损失得到不同程度的恢复,但在栓塞修复能力上具有差异,其中温185和新新2号栓塞修复能力最强;(3)在冻融周期中,冻融胁迫引起的PLC与导管直径、导水率损失50%(P50)和88%(P88)对应的水势均呈显著正相关,具有较窄导管直径和较小栓塞脆弱性的树木具有较高的水力安全性,但栽培种在水力效率和安全性之间并不存在权衡关系;(4)在冻融栓塞期,淀粉含量、P50、导管直径、P88、水力直径、木材密度、导管密度和NSC对PLC的影响显著;在冻融恢复期,枝条含水量的增加与Ks提高和PLC的降低同时发生,Ks与可溶性糖含量呈显著正相关,且枝条含水量与PLC呈显著负相关,表明NSC和枝条含水量在植物水力系统恢复过程中至关重要。研究表明8种特色林果栽培种在面对相同的冻融循环时表现出不同的适应策略。研究结果丰富了冻融胁迫对特色林果树种水力学和碳生理影响的理解,提供了不同栽培种在气候变化下响应和适应的新认识。

摘要:土壤细菌的群落组成与结构特征主要由基于生态位理论的确定性过程和基于中性理论的随机过程共同塑造。基于16SrRNA基因高通量测序数据,应用中性群落模型,对随机过程在盐城滨海滩涂湿地4种典型生境土壤细菌群落构建中的作用进行了研究。结果显示:(1)应用中性群落模型(NCM)可将土壤细菌分为随机分布型、广分布型和窄分布型三种类型。所研究生境土壤细菌群落的广分布型类群大部分为弯曲杆菌门和变形菌门,窄分布型优势类群为变形菌门、拟杆菌门等,而随机分布型优势类群为变形菌门、脱硫菌门、绿弯菌门等,不同分布型优势类群存在一定差异。(2)在所研究的典型生境中,土壤细菌群落组成和结构特征在土壤表层和中层较相似,与深层差异较大;不同植被类型群落间,淤泥质光滩土壤细菌的α多样性指数最低,互花米草群落细菌α多样性最高,两种生境下的广分布类群与随机分布类群均较多;盐地碱蓬群落和芦苇群落细菌α多样性差异较小,窄分布型类群数量均较多。(3)不同生境间,随机分布类群的组成和群落结构基本一致,而广分布型和窄分布型类群的组成与结构存在较大差异。总体上,随机过程主导淤泥质光滩和互花米草群落土壤细菌群落的构建,在盐地碱蓬与芦苇群落中,随机过程的作用相对较小;土壤细菌群落结构差异主要体现在广分布型类群和窄分布型类群的群落组成与结构特征上。

摘要:白桦作为祁连山东部地区的关键先锋树种,正面临林分植被退化的严峻威胁。准确评估该地区白桦天然林土壤质量对于维持祁连山生态平衡及推动区域可持续发展具有重要意义。基于此,本研究以不同林分密度(D₁:0-200株/hm²;D₂:200-400株/hm²;D₃:400-600株/hm²;D₄:600-900株/hm²;D₅:900-1500株/hm²;D₆:1500-2100株/hm²)白桦天然林林下土壤作为研究对象,通过测定其理化性质,分析不同林分密度白桦林下土壤理化性质差异,通过构建最小数据集评价林下土壤质量,结合植物-土壤耦合与生态系统多功能性,深入探究了林分密度对祁连山东部白桦天然林土壤质量的影响机制。结果表明:(1)不同林分密度下,土壤质量含水量、有机碳、全磷、全氮含量存在显著差异(P<0.05)。(2)基于最小数据集的构建发现,全氮、孔隙度、碱解氮、粉粒、含水量、砂粒以及速效磷是影响白桦天然林下土壤质量的关键因素。(3)白桦林不同林分密度土壤质量指数介于0.30-0.62,土壤质量综合排名为D₄>D₂>D₁>D₃>D₆>D₅。(4)土壤质量指数与物种丰富度和Shannon-Wiener多样性呈显著正相关(P<0.01),白桦林下植物-土壤耦合度平均为0.60,属于弱协调。(5)随着林分密度的增加,生态系统多功能性指数逐渐降低,与土壤质量指数的变化趋势一致,验证了构建的最小数据集的科学性和实用性。综上,600-900株/hm²的林分密度下,白桦天然林下土壤质量最佳。本研究不仅为白桦天然林生态保护和恢复工作提供了有效的土壤质量评价模型及密度参考,也为祁连山东部的生态保护和恢复工作提供了理论支撑。

摘要:草地地上生物量(Aboveground Biomass, AGB)是衡量草地生态系统功能和质量的核心指标。然而,在呼伦贝尔草原长时序、大尺度的AGB反演中,由于部分年份样本点稀少甚至缺失,年际反演模型的精度难以保证,影响了对草原生态系统动态变化的准确评估。为解决这一关键问题,本文提出了一种基于精度分配权重的年际优化反演模型,旨在提高AGB反演精度,并通过模型结果分析呼伦贝尔草地AGB的时空变化特征。首先,以2003年、2004年、2009年和2010年的Landsat-5的Level-2数据为数据源,计算得到植被指数;以遥感影像时间为基准提取气象数据,结合野外样地实测草地AGB数据进行相关性分析,提取相关性最高的植被指数、气温和降水数据,利用偏最小二乘(Partial Least Squares Regression, PLSR)算法构建得出三年的草地AGB反演模型;然后对三年草地AGB反演模型采用简单平均法、加权平均线性法和精度分配权重法进行评估,结果表明精度分配权重模型为最优模型;再利用实测AGB对最优模型进行对比分析评估模型精度;最后,利用得到的最优模型对呼伦贝尔草地AGB进行长时序生物量反演并分析草地AGB时空变化特征。结果表明:(1)植被指数NDPI、气温和降水数据与草地AGB之间的相关性较高,分别为0.67、0.26和0.29;(2)三种模型中,精度分配权重回归模型拟合效果最好(R²为0.67),对比分析的精度也优于其余两种模型;(3)草地AGB空间分布呈现由西向东逐渐增多的趋势,且该趋势在大多数年份中保持一致,尤其在1996年、2013年和2018年表现最为明显。然而,在1997年和2007年,该趋势的变化幅度较小或出现一定的波动,表现出不同的空间分布特征;时间分布上,除了1997年和2007年草地AGB的量较低(整体在30kg/30m²以下),2019年草地AGB的量较高(整体在65kg/30m²左右),其他年份的草地AGB总体较为稳定,波动范围在(45±10)kg/30m²左右,未出现明显的波动。综上,以精度分配权重模型能够解决在反演草地AGB过程中存在部分年份样本点稀少甚至缺失的问题,研究结果为准确估算呼伦贝尔草原长时序、大尺度草地AGB、碳储量等研究提供重要参考。

摘要:水淹胁迫是三峡库区消落带生态系统中植物-环境协同演变的关键驱动力。探究秋华柳和垂柳在水淹胁迫下的根系性状及其对土壤环境的影响,对全面理解柳属植物在水淹胁迫下的适应机理具有重要意义。然而,三峡库区消落带反季节水位波动驱使下柳树根系性状及其对土壤环境的影响仍存在不确定性。以三峡库区广泛分布的秋华柳和垂柳为研究对象,采用盆栽土培方法进行水淹(根部以上2cm)和对照(无水淹)处理,揭示水淹胁迫对秋华柳和垂柳根系形态、生理特征及根际土壤酶活性的影响。结果表明:(1)水淹胁迫下两种柳树的根表面积及根体积均显著增加110.92%和168.48%,表明两种柳属植物通过加快自身根系生长,增强吸收养分的面积和能力响应水淹胁迫;(2)水淹胁迫使两种柳树根系的CAT活性显著下降69.31%,POD和SOD活性变化不显著,表明两种柳树通过协调这3种酶活性的稳定以达到一种新的动态平衡状态,从而增强其耐淹能力;(3)水淹后垂柳根际土壤SCAT和SSC活性增加了41.73%和58.6%,秋华柳根际土壤URE活性却降低了47.89%,显示出两种柳树对土壤环境的影响有种间差异,且垂柳具有使土壤生物活性更强的能力;(4)相关性分析表明,两种柳树根系形态与根际土壤SCAT活性密切相关,根系SOD与根际土壤SSC和SCAT活性呈正相关,根系CAT与根际土壤SCAT呈负相关,反映出根系形态与根际土壤微环境联系密切。上述结果表明两种柳属植物根系能有效调整根系形态及生理特征以适应水淹胁迫,且其根系对库区消落带土壤均具有一定的改良潜力,其中垂柳根系改良土壤质量等作用优于秋华柳,研究结果可为三峡库区生态系统修复提供科学参考。

摘要:生物结皮能对土壤的理化性质以及微生物多样性产生影响,目前缺乏对内陆盐碱湿地生态系统中生物土壤结皮的发育对其下层土壤作用的探究。对黑龙江省大庆市内龙凤湿地结皮发育前后的土壤以及结皮层的理化性质和酶活性进行了检测与分析,利用高通量测序技术、RDA分析细菌及真菌的丰度、群落结构及环境影响因子,利用PICRUSt、FUNguild探究具有显著丰度物种的功能。结果表明,结皮发育后大庆龙凤湿地下层土壤的盐碱度明显降低,有机碳、全磷、有机磷、速效钾的含量以及蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶的活性均显著提高,砂粒及粉粒的含量增高,结皮的发育能显著富集养分,改善土壤质地。微生物多样性分析显示,细菌群落多样性远高于真菌,结皮层及其下方土壤中的优势细菌、真菌丰度显著高于裸土。门水平上细菌主要以变形菌门、放线菌门和拟杆菌门为优势类群,真菌主要以子囊菌门和担子菌门为优势类群。属水平上优势细菌为Anditalea、Egicoccus、Mongoliibacter,优势真菌为Verticillium、Neocamarosporium、Fusarium。土壤养分对微生物丰富度的影响最大,其中,速效钾、碱解氮、有机碳、盐度和酸碱度是影响微生物群落组成的重要环境因子。研究还发现,真菌中内生菌-地衣寄生虫-植物病原体-未定义的腐生菌类群功能丰度最高;细菌主要注释到代谢功能集,其中丰度较高的为氨基酸代谢、糖代谢和辅助因子及维生素的代谢。丰度较高的细菌类群能有效稳土固沙,提高土壤养分含量,促进荒漠化土壤的修复。本研究结果为解析生物土壤结皮发育对湿地生态的修复作用提供了重要的微生物学理论依据。

摘要:在全球气候变化背景下,极端干旱对森林生态系统的破坏日益严重,生态胁迫记忆(Ecology Stress Memory,简称ESM)能通过调控生理生态特性减轻干旱等胁迫损伤,成为树木适应干旱的关键机制。因此,研究ESM的变化规律及驱动因素有助于理解干旱对树木生长和森林功能的影响。以北方森林典型树种兴安落叶松(Larix gmelinii)为研究对象,通过对比分析北方森林北缘低、中和高三个干旱胁迫区下个体树木抵抗力的差异以及相同胁迫区内生长速率和干旱持续时间对ESM的影响,以期揭示兴安落叶松ESM的变化规律及其驱动因素。研究结果表明:(1)不同胁迫区下,兴安落叶松出现ESM的概率存在显著差异,仅在中、高胁迫区存在ESM,且随着干旱胁迫强度增加,出现ESM的样地概率上升,但抵抗力提高程度却随之下降;(2)快生长等级不存在ESM,只有中胁迫和高胁迫区的中生长和慢生长等级存在ESM。相比于慢生长等级,中生长等级出现概率和抵抗力提高程度均更高。此外随着胁迫区强度增加,中生长等级的树木出现ESM概率更高,但抵抗力提高程度随之降低;慢生长等级的树木ESM出现概率和抵抗力提高程度都更低。(3)连续干旱条件下,兴安落叶松出现ESM的概率较单年干旱更高。因此,兴安落叶松存在ESM并且受到干旱胁迫强度和树木生长速率的共同作用,长期干旱干扰下中胁迫区中生长等级的兴安落叶松更易形成ESM。

摘要:武陵洞蛭(Sinospelaeobdella wulingensis)是中国洞蛭属(Sinospelaeobdella)的模式种,以洞栖性蝙蝠的血液为食,属于真洞穴蛭类。2021年8月-2022年8月,对湖南省湘西州三个代表性溶洞中武陵洞蛭的种群数量、空间分布、微生境特征及其种群动态的影响因素进行了逐月调查,采用灰色系统关联度分析等方法进行数据分析,研究结果如下:①在该年周期内,共观察记录到武陵洞蛭3575条次,新鲜卵茧318个次;②洞蛭全年均可交配产卵,没有明显的繁殖季节,但2-4月份幼体数量较多,5-7月份亚成体的数量较多,而8-11月份成体数量较多;③卵的孵化期约为3个月,9-10月份是成体生产卵茧的高峰期,而次年的1-2月份是幼体从卵茧中孵出的高峰期;④武陵洞蛭喜栖于黑暗潮湿、温湿度相对稳定、岩屑较薄的洞顶壁及侧壁,在蝙蝠的常栖点附近可形成稳定的种群;⑤在其微生境的各生态因子中,湿球温度(衡量空气湿度的一项重要指标)对其种群数量的影响最大,其种群动态与蝙蝠的类群动态密切相关。结论:武陵洞蛭对溶洞中的微生境有特殊需求,其种群动态是各种生态因子综合作用的结果,但主要的影响因素是湿球温度和蝙蝠的类群动态,它们长期适应于溶洞生活,已演化成为依赖于洞栖性蝙蝠而生存和繁衍的真洞穴动物。

摘要:旱獭是中国最主要的疫源动物之一,宿主动物种群的分布变化对于鼠疫的传播和扩散具有着重要的作用。为了解气候变化对旱獭的空间分布的影响,识别旱獭与人类未来潜在的时空重合区域。采用最大熵(Maximum Entropy)模型,选择了43个可能影响旱獭空间分布的变量,包括生物气候、地形、土壤、植被数据,通过 Spearman 相关系数和刀切法筛选变量,确定了22个变量。在三种共享经济路径下(SSP126、SSP245 和 SSP585)对2050s和2070s中国境内旱獭分布进行预测,同时利用最小累积阻力(Minimal Cumulative Resistance,MCR)模型模拟旱獭未来潜在的迁移路径,并结合未来土地利用数据识别未来的旱獭鼠疫风险区域。结果表明,当前旱獭适生区总面积为147×10⁴km²,主要分布在中国的新疆西缘和南缘,西藏中部和东部、青海省东部、四川省西部以及甘肃省西南部等地,在未来多种气候情景下旱獭适生区面积表现出不同的增减趋势;西藏中部、四川省西部、青海省东部以及新疆南缘是旱獭适生区变化的主要区域;适生区增减变化形成了以新疆南部地州的草原地带和西藏中部地区为主的旱獭迁移主要途经区域,此外,不同气候情景下,风险区主要分布在新疆北部、南缘和西缘、西藏中部和东部、青海省东部、四川省西部和甘肃省西南部等区域,在未来风险区域会发生中低风险区的互相转移,在短期和低CO₂浓度排放情景下土地利用类型的变化对风险区转移的影响较大,但在长期和高CO₂浓度排放情景下气候变化占主导。研究旨在为旱獭分布监测及其鼠疫防控管理提供参考。

摘要:沙洲岛屿型滨海湿地是一种特殊的湿地生态系统类型,生物多样性格局形成机制是岛屿生物地理学研究的核心问题之一。九段沙湿地是位于长江口的岛屿型沙洲,本研究于2023年在九段沙湿地的上沙、中沙、下沙和江亚南沙设置了7个监测断面,调查了不同季节和生境的大型底栖动物群落结构及多样性格局,分析了β多样性空间更替(Replacement)和嵌套(Nestedness)组分与群落构建的关系。结果显示:(1)调查到的34个大型底栖动物种类隶属于4门6纲,其中节肢动物门个体数最多占比为42%;(2)中潮滩的海三棱藨草(Scirpus mariqueter)和菰(Zizania latifolia)生境中底栖动物Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Marglef丰富度指数值最高,高潮滩的芦苇(Phragmites australis)和互花米草(Spartina alterniflora)生境次之,低潮滩的光滩生境较低;(3)不同生境底栖动物群落物种组成差异较大,β多样性空间更替占比为45.11%-64.53%,嵌套性占比为22.26%-34.14%,说明多样性差异主要来源于物种在群落间的替换;(4)底栖动物群落β多样性和更替组分随地理空间距离的增加而增加,这说明扩散限制通过影响物种替换现象影响β多样性格局。本研究结果有助于增进对沙洲岛屿型滨海盐沼生物多样性格局的理解,对九段沙湿地生物多样性保护工作具有指导意义。

摘要:本研究通过高通量测序的方法探究了尼洋河水体细菌多样性及群落结构,发现尼洋河上中下游以及支流之间细菌群落结构存在显著差异。尼洋河水体细菌群落主要由变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、蓝藻门、浮霉菌门等类群组成,优势种多为未知种,分别为Sporichthyaceae_sp. 、Pseudarcicella_sp. 、Limnohabitans_sp. 、Flavobacterium_sp. 、Candidatus_planktophila、Rhodoferax_sp. 、Candidatus_nanopelagicus、f-Ilumatobacteraceae和hgcI_sp.,大量未知种的发现为青藏高原远古细菌多样性研究以及开发相关生物功能提供了可能。尼洋河上游的ASV数明显高于其它河段,α-多样性指数分析显示,其Shannon指数、ACE指数、Simpson多样性指数、pielou指数、以及Chao1指数均显著高于其它分段,说明尼洋河上游水体细菌的多样性最为丰富。中性群落拟合分析显示,相较于确定性过程而言,随机性过程对尼洋河水体细菌群落构建过程影响更大,不同区段细菌菌群差异主要与物种替换相关。生态位分析显示,巴河区段水体的生态位宽度均值最高但生态位重叠指数均值最低,说明巴河区段细菌优势种之间竞争程度较低。总的来说尼洋河水体细菌资源丰富,这对于青藏高原细菌多样性研究以及高原极端环境下功能性细菌开发利用具有重要意义。

摘要: