摘要:

摘要:我国自然保护地体系整合优化在增强生物多样性和生态系统服务保护整体布局的同时,仍然面临保护地之间及其与周边区域的战略协作不足的现实挑战。以青藏高原国家公园群为例,分析了土壤保持、水源涵养、防风固沙和栖息地维持等主要生态系统服务的时空变化特征,从区域联动视角,通过聚类分析识别了区域性主导功能群组,并提出了管理优化策略。研究结果表明:(1)国家公园群整体土壤保持、水源涵养和防风固沙平均服务量分别占青藏高原相应生态系统服务量的17.31%、18.18%和24.09%,且平均综合生态系统服务指数呈现逐年小幅增长趋势;(2)基于生态系统服务空间分布特征的PCA分析和K-means聚类将青藏高原国家公园群划分为青藏高原气候和地缘安全屏障、西北部防风固沙屏障、河西走廊生态安全屏障、东缘水土资源安全屏障和国际河流生态安全屏障等区域性主导功能群组;(3)强化国家公园主导功能群组内部联动、群组与周边区域协同互补以及管控两者联动过程中造成的潜在生态风险等三个方面,提出了区域性主导功能群组的协同管理和优化策略。研究可为青藏高原自然保护地规划管控和生态安全屏障体系优化提供理论和实践参考。

摘要:湿地植物碳氮化学计量特征的研究能够更好的理解湿地生态系统的功能、稳定性和对环境变化的响应。通过调查西藏中部河湖岸带湿地植物优势种,分析了其碳氮化学计量特征变化规律,探讨了植物碳氮化学计量特征与地理因子之间的关系,明确了湿地植物的生长策略和营养分配模式,揭示了地理因子对湿地植物的影响。结果表明:(1)湿地植物优势种的C、N含量均值分别为325.01和20.76 mg/g,δ¹³C和δ¹⁵N值的范围分别为-29.15‰—-12.49‰和-0.61‰—24.22‰。C含量大小受到当地非生物环境因素的影响;N含量偏高,主要与草本型植物的生活型有关,且受高海拔、低温度和干旱的环境影响。(2)方差分析表明,不同种类、不同生活型、不同采样点湿地植物的CN变量具有显著差异性,说明不同生活型的湿地植物之间存在显著的资源利用差异;植物化学计量特征的差异受到植物种类和生活型的影响,但大尺度上环境条件的变化一定程度上掩盖了植物功能群中碳氮化学计量特征的差异性。湿地植物C、N变量之间的相关及回归分析表明,湿地植物的化学计量特征与其特殊的生境条件以及植物的生活型密切相关。(3)湿地植物C、N变量及含水率与地理因子之间的相关关系表明,经纬度、海拔的变化引起了水热条件的改变,进而影响湿地植物的含水率和化学计量特征;湿地植物δ¹⁵N值在地理分布上的变化可能受降水的影响,但不同海拔阶段限制作用的因子不同,其值对地理梯度变化也具有一定的差异性。

摘要:木质素是植物残体分解中最顽固的组分,其降解过程是陆地生态系统碳循环的限速步骤。然而,目前关于氮沉降对高寒草原植物根系木质素降解率的研究十分匮乏。采用凋落物分解袋法,基于连续4年氮沉降模拟实验平台,对藏北高寒草原4个典型物种根系凋落物分解及木质素降解进行研究。结果表明:(1)模拟氮沉降对藏北高寒草原植物根系质量损失率和木质素降解率均无显著影响。(2)根系质量损失率随分解时间的推移逐渐上升,而木质素降解率呈现初期较低-中期上升-末期下降的特征。(3)根系质量损失率受初始木质素/氮的调控,高初始木质素/氮根系的质量损失率显著低于低初始木质素/氮的根系。木质素降解率受初始木质素浓度的调控,初始木质素浓度较高的根系表现出更快的木质素降解率。研究结果为深入认识氮沉降对高寒草地生态系统根系分解与物质循环提供了科学数据。

摘要:研究植物群落的系统发育和功能性状结构对于解释物种共存及生物多样性维持机制至关重要。坡位梯度会在有限的垂直地理空间内压缩海拔、地形等因子,进而影响植物的分布、结构及功能。以甘南亚高寒草甸不同坡位植被群落为研究对象,结合环境因子、群落调查及功能性状测定,计算净亲缘关系指数(Net relatedness index, NRI)、最近亲缘关系指数(Nearest taxon index, NTI)和标准化效应值的平均配对性状距离(Standardized effect size of mean pairwise trait distances, SESMPD)等来分析系统发育和功能性状结构随坡位梯度的变化,进而揭示甘南亚高寒草甸不同坡位物种共存机制。结果表明:(1)物种丰富度、Shannon-Wiener指数和谱系α多样性指数随坡位的升高而显著降低(P<0.05),物种均匀度指数随坡位的升高没有显著的变化(P>0.05);(2)系统发育结构整体上表现为聚集状态(NRI>0,NTI>0),主要受生境过滤作用主导群落物种共存,NTI指数呈"V"型变化,表明生境过滤作用随坡位的增加先减弱后增强,群落系统发育结构聚集程度同样先减弱后增强;(3)功能性状结构由平滩与下坡位的发散状态(SESMPD < 0)转为中、上坡位的聚集状态(SESMPD>0),平滩至下坡位的物种间的相互作用明显,中坡位至上坡位的生境过滤作用占优势;(4)7种植物功能性状中只有叶碳含量和叶磷含量表现出显著微弱的系统发育信号(P<0.05),表明该研究区植物群落受进化历史影响较小,群落系统发育和功能性状格局并不完全一致。总的来说,确定性过程是甘南亚高寒草甸坡位梯度植物群落物种的共存机制。土壤含水量是调控不同坡位植物功能性状结构相对重要环境因素,随土壤含水量的降低,功能性状结构由发散转为聚集,研究为甘南亚高寒草甸的物种共存机制提供了更加充实的理论依据。

摘要:草地作为陆地生态系统主体,直接参与全球碳循环,对草地碳储量的研究一直是生态学前沿的热点和难点。高寒草甸是"地球第三极"青藏高原的主要植被类型,具有重要的固碳和水源涵养功能。目前,关于不同保护和利用措施对高寒草甸碳储量的影响尚不明确。研究不同保护和利用措施下高寒草甸植被-土壤碳密度,对科学评估高寒草甸碳储量及生态保护具有重要的理论和现实意义。以高寒草甸为研究对象,采集6种不同保护和利用措施(全年放牧、夏季放牧、冬季放牧、围栏封育、补播、人工草地)下的样地地上生物量、枯落物和不同深度(0-10cm,10-20cm,20-30cm)的根系和土壤,通过比较分析植被碳密度、土壤碳碳密度、根冠碳密度比以及植被土壤碳密度分配特征,旨在为高寒草甸草地生态系统科学管理提供理论依据,同时为不同保护和利用措施下高寒草甸碳密度估算提供数据支撑。结果表明:(1)不同保护和利用措施下高寒草甸植被-土壤系统碳密度存在显著差异,碳密度含量为人工草地 > 围栏封育 > 补播,冬季放牧 > 夏季放牧 > 全年放牧;(2)在三种不同保护措施中,补播草地植被碳密度(619.08g/m²)显著高于人工草地和围栏封育草地碳密度(P<0.05),人工草地土壤碳密度(19409.25g/m²)、植被-土壤系统碳密度(19654.90g/m²)、土壤碳密度/植被-土壤系统碳密度(99%)均显著高于补播和围栏封育草地(P<0.05),而根冠碳密度比(2.71 ∶ 1)低于其他保护措施;(3)在三种不同利用措施中,冬季放牧高寒草甸植被碳密度(1305.63g/m²)、土壤碳密度(14369.58g/m²)、植被-土壤碳密度(15740.66g/m²)和根冠碳密度比(27.14 ∶ 1)均显著高于夏季放牧和全年放牧草地,相反,土壤碳密度/植被-土壤系统碳密度(91%)低于其他两种放牧利用草地。综上所述,人工草地和冬季放牧是提升高寒草甸碳汇潜力的优化管理措施。研究结果强调了有针对性的保护和利用措施对加强高寒草甸碳固存的重要性,并为实现高寒草甸碳汇潜力的最大化提供数据支撑。

摘要:干旱地区植物在节约用水和抵御干旱方面具有独特的生理响应机制,成为干旱地区植物维持生存和生长发育的关键因素。然而,在高海拔荒漠地区,植物水分利用效率沿干旱梯度的变化趋势及其与植物生理生态因子和环境因子的关系尚不清楚。本文以柴达木盆地东部格尔木、诺木洪、大柴旦、德令哈和都兰地区9种典型荒漠灌木为研究对象,采用气体交换法测定不同植物的瞬时水分利用效率和内禀水分利用效率,并用δ¹³C值表示植物长期水分利用效率,通过皮尔逊相关分析、冗余分析等方法研究水分利用效率对植物生理生态因子和环境因子的响应特征。结果表明:植物群落和物种尺度δ¹³C与瞬时水分利用效率和内禀水分利用效率均呈极显著正相关关系(P＜0.05),水分利用效率随干旱程度增加总体呈增加趋势。不同物种间水分利用效率存在显著差异,沙拐枣作为C₄物种,其长期、瞬时和内禀水分利用效率均高于其他C₃物种;植物生理生态因素对水分利用效率的影响强于土壤理化性质和气候因素,植物生理生态因素、土壤、气候因素分别解释了91.14%、35.64%、39.68%水分利用效率的总体变异,其中胞间二氧化碳浓度、净光合速率和土壤全磷对水分利用效率的影响最大,解释率分别为15%、10.8%和8.3%。研究结果对认识高海拔荒漠区典型荒漠植物水分利用效率特征及其生理生态机制具有重要意义。

摘要:三江源唐古拉山以北区域(三江源唐北区域)地处青海省和西藏自治区交界处,是三江源国家公园的重要组成部分。因环境条件极端、相对缺乏前期工作基础及行政划分导致的管理职责不明等原因,唐北区域的濒危动物种群及生境保护相关的科研及保育实践还需加强。藏野驴(Equus kiang)是唐北区域的重要旗舰物种,已极度濒危。要提升对濒危藏野驴保护的有效性和可持续性,其前提和基础是深入了解其生境的适宜性、分布、特征及关键影响因素。通过对三江源唐北区域的实地调查、红外相机监测以及查询已有的网络数据库,获取藏野驴的分布点位,采用最大熵模型(MaxEnt model),结合区域内生态气候、地形及人类活动等影响因素,对唐北区域的藏野驴生境进行了适宜性分析。结果表明,唐北区域藏野驴适宜生境主要分布在区域中部,面积为28335 km²,占总面积的41.8%,不适宜区主要分布于西北部和东南部,有超过30%的藏野驴适宜区未被列入国家公园范围。影响三江源唐北区域藏野驴生境适宜性的主要环境因子是季节降水量变化、海拔、温度季节变动及最干季降水量。区域内的居民点对藏野驴的生境适宜性也有较大影响,藏野驴偏好利用距离居民点1000-3000 m范围的生境,这与藏野驴对该区域较好的草地资源和水源的正向选择有关。基于研究结果,建议尽快完成三江源国家公园唐北区的勘界和界桩布设,修复藏野驴非适宜生境,优化其生境保护。青海和西藏两省应加强协作,共同保护唐北区域的藏野驴。同时,提高当地社区的野生动物保护意识,发展替代生计,完善生态补偿,提升生态产品价值。

摘要:退牧还草工程是中国牧区最重要的草地保护工程,了解工程的牧民满意度及其影响机制对优化工程管理,持续推进草地恢复具有重要意义。基于对黄河源区玛多县266户牧民的调查,运用模糊集定性比较分析和最优尺度回归方法,从组态视角探究了4种公共价值与5种生计资本对牧民满意度的影响。结果表明:(1)单一价值或资本不是构成牧民高或低满意度的必要条件,存在多种导致牧民高满意度和低满意度的组态路径;(2)高满意度的牧民可分为积极价值感知-高资本型、积极价值感知-低资本型。在高价值感知及高心理资本情况下,金融、物质和社会资本的高水平或低水平组合均可导致牧民的高满意度;(3)低满意度的牧民可分为消极价值感知-低资本型、消极价值感知-部分高资本型。在低价值感知及低心理资本情况下,部分资本的高水平不会改变牧民的低满意度;(4)相比生计资本,价值感知对牧民满意度的影响更大。合理、效率、公平和效益四种价值及心理资本协同发挥重要正向影响,其它生计资本的作用方向受组态关系约束;(5)加大公平价值供给是避免牧民低满意度的关键,提升工程全周期管理水平,巩固牧民心理资本和金融资本是提升牧民满意度的有效策略。

摘要:沼泽湿地在中国分布广泛,在区域碳循环中起着关键作用。植被覆盖度是评价湿地植被生长和固碳能力的重要指标。目前,全球气候变化深刻影响着沼泽湿地植被覆盖度,进而影响区域乃至全球碳循环。在全球气候变暖背景下,明确沼泽植被覆盖度时空变化及其对气候变化的响应对于准确评估和预测沼泽湿地固碳潜力具有重要意义。基于2001-2022年MODIS NDVI数据及逐月气象数据,利用像元二分模型等方法分析了中国沼泽湿地生长季植被覆盖度时空变化特征及其对气候变化的响应。研究结果表明:在2001-2022年,中国沼泽湿地生长季植被覆盖度多年均值为58.49%,沼泽湿地生长季植被覆盖度总体呈现显著增加趋势(0.025/10a;P<0.01),生长季植被覆盖度上升趋势较高的区域位于松嫩平原,下降趋势较高的区域位于青藏西南部地区。全国平均的生长季沼泽植被覆盖度与生长季降水和最低温度呈显著正相关,表明生长季降水和最低温度的增加能够显著增加中国沼泽湿地植被覆盖度。在不同地区,生长季降水的增加能够显著提高东北地区与内蒙古地区沼泽湿地植被覆盖度;生长季白天最高温度与夜晚最低温度的升高对青藏高原地区沼泽湿地植被覆盖度的增加具有较强的促进作用,而生长季白天最高温度的升高对内蒙古地区的沼泽植被覆盖度具有降低作用。在夜晚最低温度的影响方面,7、8月夜晚最低温度的升高能够显著增加青藏高原地区沼泽植被覆盖度;9月夜晚最低温度的升高能显著增加中国大部分地区沼泽植被覆盖度。明确中国沼泽湿地生长季植被覆盖度时空变化特征及其对气候变化的响应能够为评估中国沼泽湿地固碳潜力,揭示湿地植被与气候变化的关系机理提供科学依据。

摘要:选择闽江河口典型芦苇(Phragmites australis)湿地为研究对象,基于野外氮负荷增强模拟试验(NN,无氮负荷处理,0 g N m^-2 a^-1;NL,低氮负荷处理,12.5 g N m^-2 a^-1;NM,中氮负荷处理,25.0 g N m^-2 a^-1;NH,高氮负荷处理,75.0 g N m^-2 a^-1),通过获取不同年份冬季各氮负荷样地土壤开展室内培养实验,对比研究了氮负荷持续9个月(2021年12月,WT9)和21个月(2022年12月,WT21)后湿地土壤的N₂O产生过程。结果表明,氮负荷增强条件下湿地土壤不同过程的N₂O产生量发生了明显改变,不同年份土壤的N₂O总产生量均在NM处理下最高。异养反硝化作用对不同年份土壤的N₂O产生均存在较大的削弱作用,但其N₂O产生量整体随氮负荷时间的延长而增加;不同氮负荷处理下的非生物作用均是N₂O产生的重要过程,但其N₂O产生量在较短时期(WT9)随氮负荷水平的升高呈降低变化,而在较长时期(WT21)则呈增加趋势。不同氮负荷处理下非生物过程对N₂O产生的较大贡献主要与该区土壤铁锰、硫化物等含量丰富以及氮负荷增强条件下土壤酸碱状况(pH)的改变有关。氮负荷水平与温度对不同年份冬季土壤的N₂O产生过程均存在不同程度的交互影响,不同处理下的N₂O产生在WT9时期的较低温度下(5.5-11.5 ℃)以非生物作用为主,在WT21时期以硝化作用和非生物作用为主;而在较高温度下(17.5 ℃),不同年份冬季土壤的N₂O产生均以非生物作用和硝化细菌反硝化作用为主。研究发现,氮负荷增强改变了不同年份冬季土壤N₂O产生的生物和非生物贡献模式,其主要通过改变土壤养分状况来影响N₂O产生的生物或非生物过程。在闽江河口湿地冬季低温并叠加氮负荷增强条件下,其对土壤N₂O产生的综合影响表现为抵消效应,而这有助于降低该区冬季的N₂O排放量。

摘要:中国南亚热带森林生态系统的土壤具有巨大的碳封存潜力,对于减缓气候变化做出了巨大的贡献,因此对南亚热带森林土壤有机碳空间分布格局的精准评估与管理对全球气候变化至关重要。为探讨森林土壤有机碳的空间分布及其影响因素,以2017年中国林业科学研究院热带林业实验中心的186个固定监测样地为研究对象,利用随机森林模型、随机森林加残差克里格模型和SHAP解释方法,结合实测植被数据、地形因子、遥感指数和气候变量等协变量,对土壤有机碳含量的空间分布进行了分析,并进一步确定了影响其变化的主要因素。研究结果表明:各因素对土壤有机碳含量的影响程度存在差异,并显示出一定的规律性。研究区土壤有机碳含量范围介于4.13-34.80g/kg之间,与气候、海拔、生物量等因子之间均呈现显著相关性(P < 0.05)。其中,地形和气候是影响土壤有机碳含量空间分布的主要因素,共同解释了预测结果的74.23%;而植被因素中的地上生物量、地下生物量和草本盖度也对土壤有机碳含量有显著影响,可解释预测结果的25.77%。同时,土壤有机碳含量随海拔、年平均降水量、生物量等因素的升高呈非线性增加趋势,随最暖月平均温度和最冷月平均温度之差、哈格里夫斯参考蒸发量、灌木Simpson指数等因素的增加而呈现出非线性减小趋势。两种方法预测的土壤有机碳含量空间分布的总体变化趋势基本一致,土壤有机碳含量在海拔较高、森林覆盖率较高和降水较多的地区呈现出较高的积累。与随机森林模型相比,随机森林加残差克里格模型在标准差、变异系数上更接近实际值,在考虑空间自相关性和环境相关性时具有更高的预测精度和可解释性。综上所述,本研究为理解林地土壤有机碳含量的空间分布及其影响因素提供了理论依据,对于制定增加土壤碳汇、减少碳排放的林地管理策略具有一定的参考作用。

摘要:气候、植被和土壤含水量(Soil Moisture,SM)的变化密切相关,分析长时间序列SM、植被覆盖、气温和降雨的变化以及植被、气候对SM的影响,有助于揭示全球变暖背景下土壤含水量-植被-大气间相互作用关系,为水资源短缺、土地退化、水资源保护等生态环境问题提供理论支持。以全球MODIS产品和ERA5-Land为数据源,获取2001-2020年0-7 cm土壤层中的含水量SM1、7-28 cm土壤层中的含水量SM2、28-100 cm土壤层中的含水量SM3、28-289 cm土壤层中的含水量SM4、降雨、气温和归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)时序数据集,采用Sen趋势分析(Theil-Sen Median)、非参数统计检验(Mann-Kendall)、偏相关分析和复相关分析等方法,探究全球不同干湿气候区SM、降雨、气温和NDVI的时空变化特征及SM对降雨、气温和NDVI的响应关系。结果显示:(1)近20年来,全球不同干湿气候区SM总体呈现下降趋势,植被覆盖总体呈上升趋势;降雨量具体表现为"增-减-增"的变化趋势;气温总体呈上升趋势。(2)不同干湿气候区,SM与降雨的相关性随土壤深度的增加而减弱;除湿润区外,SM与NDVI均在SM2土壤层呈现较高的偏相关关系;除SM1土壤层外,不同干湿气候区SM与气温呈显著的负相关关系;除极干旱区,SM随土壤深度的增加对气温的敏感性减弱。(3)通过复相关分析探究各因子的驱动区(共同驱动区、气候驱动区、植被驱动区),SM变化主要受气候和NDVI的共同影响,受NDVI主导的区域面积较少,随着土壤深度的加深受气候主导的区域面积逐渐减小。

摘要:有机碳分解是陆地生态系统土壤碳循环的重要过程,外源碳输入可以通过调控微生物的群落结构与活性来影响土壤有机碳的分解,即激发效应。然而,外源碳的质量及添加方式对土壤激发效应的影响及其对土壤性质的响应尚不清楚。为此,采集了低高两种养分含量的杉木人工土壤作为研究对象,向其输入¹³C标记的杉木凋落叶和葡萄糖。杉木凋落叶的添加分为两种方式:完整叶片覆于土表(IL)和叶片粉碎后均匀加入土中(CL)。通过室内培养120 d,测定土壤释放CO₂的量及其¹³C值,并分析土壤养分和微生物群落结构。结果表明:(1)添加完整杉木叶产生负激发效应,而添加葡萄糖则相反。它们产生的土壤累积激发碳差异显著且效应强度受到土壤养分的显著调控,在低养分土壤中分别为-1.22 mg C/g SOC和4.80 mg C/g SOC,在高养分土壤的为-1.73 mg C/g SOC和1.56 mg C/g SOC。(2)与IL相比,CL处理下土壤累积激发碳为正激发(2.21 mg C/g SOC),而在高养分土壤中呈负激发(-1.72 mg C/g SOC)。(3)与CK相比,外源碳输入后土壤碳氮磷三类酶活性在两林地中均显著增加。(4)在两种土壤中,土壤细菌含量在IL与CL处理之间均差异显著(P<0.01),其中在低养分土壤中CL处理下土壤细菌含量比IL处理高27.0%,而在高养分土壤中仅增加了19.2%。(5)土壤累积激发碳与土壤氮酶活性呈正相关,与细菌呈负相关。综上可知,外源碳的质量及添加方式影响了土壤有机碳的分解过程且受到土壤性质的调控,尤其是土壤微生物群落组成和酶活性,该研究成果为亚热带杉木林土壤有机碳的管理提供了理论支撑。

摘要:土壤结构稳定性是衡量退化生态系统功能恢复和维持的关键指标。探究优势植物配置对土壤结构稳定性的影响,对于三峡水库消落带的植被恢复与岸线稳定具有重要意义。选择三峡水库消落带优势植物狗牙根(G)、香附子(X)和苍耳(C),设置空白(CK)、单种(G、X、C)、两两混种(GX、CX、CG)三种不同处理,利用Yoder湿筛法和计算机断层扫描技术(Computed Tomography,CT)对土壤团聚体粒径分布和土壤孔隙特征进行测定,对比分析了不同植物配置对土壤团聚体粒径分布与稳定性及土壤孔隙结构的影响。结果表明:1)相比于CK处理,不同植物配置处理下土壤团聚体(>0.25 mm)的质量百分比均有增加。植物根系的生长促进了土壤团聚体的形成与稳定,但并未达到显著水平。2)香附子单种及其与狗牙根的混种均抑制了土壤大孔隙的形成,可能由于香附子根系不发达,且其膨大的根结在生长过程中压缩了周围的土壤孔隙。然而,对于狗牙根和苍耳,无论是单种还是混种都会促进土壤大孔隙的发育。3)植物根系性状与土壤团聚体稳定性和土壤孔隙结构具有显著相关性,根长(RL)和根表面积(RSA)是影响土壤团聚体稳定性的关键根系性状,根长(RL)、根表面积(RSA)和根体积(RV)是控制土壤孔隙结构的关键性状。因此,为了有效提升土壤结构的稳定性,可以基于植物的根长、根表面积等根系功能性状,筛选出适合脆弱生态系统植被恢复的先锋或优势植物,并进行合理配置。该结果可为三峡水库消落带及相似区域的水土保持和生态恢复中的植物遴选与群落配置提供基础数据和理论支持。

摘要:土壤质地是固沙植被区土壤生境恢复的重要标志。研究土壤质地对地面节肢动物功能群结构的影响,对于解析固沙植被区生物群落营养级结构恢复与生态系统稳定性具有重要意义。选择腾格里沙漠东南缘固沙植被区,依据土壤质地设置3种处理样地(S,只含有砂粒;SS,含有砂粒和粉粒;SSC,含有砂粒、粉粒和黏粒),采用陷阱诱捕法调查了不同样地的地面节肢动物功能群分布特征,阐明了土壤质地演变对固沙植被区地面节肢动物功能群多样性的影响规律。结果表明:(1)研究区地面节肢动物功能群包括捕食性、植食性、杂食性和腐食性动物,其中植食性和杂食性动物个体数占据优势地位。(2)随土壤质地细化,捕食性与植食性动物个体数呈相反变化趋势,前者先降低后增加,而后者则为先增加后降低;但杂食性动物个体数呈增加趋势。(3)捕食性、植食性和杂食性动物的类群数和Shannon-Wiener多样性指数均表现为SSC显著高于SS和S。具体表现为:与S和SS样地相比,SSC样地的捕食性、植食性和杂食性动物的类群数分别增加了0.70-3.95倍、0.45-1.23倍和0.50-1.33倍;其Shannon-Wiener指数分别增加了1.32-6.43倍、0.81-1.59倍和10倍以上。(4)结构方程模型显示,总体上土壤质地对地面节肢动物功能群多样性分布产生正效应。表现为:土壤质地既可对捕食性动物的类群数产生直接影响,亦可通过影响土壤理化性质而对其产生间接影响;土壤质地对植食性动物类群数的影响是通过草本植物的间接作用;土壤质地对杂食性动物类群数的影响则是通过土壤理化性质产生间接作用。研究表明,随着固沙植被区土壤质地细化、土壤条件改善和草本植物增加,地面节肢动物营养级功能群的多样性增加,有利于食物链延长和稳定,并且捕食性动物亦可调控植食性动物分布,表征了上行-下行效应营养级关系。

摘要:沙基质及其导致的高度生境异质性是毛乌素沙地主要的生态因素。基于其克隆特性,克隆植物能够很好的适应高异质性的生境,在毛乌素沙地植物群落中占据重要地位。有研究表明克隆植物能够对异质性分布的水分和养分等资源进行水平空间上的再分配,并且这种再分配的资源可以被其相邻植物所利用。假设基于水分再分配过程,根茎型克隆植物赖草能够对其相邻植物的生长产生影响,进而影响整个植物群落的结构和功能。通过野外控制实验,研究了增水和切断根茎处理下,根茎型克隆植物赖草对植物群落结构和功能的影响。结果表明,在两个样方间赖草分株根茎相连的情况下,增水处理不仅显著提高了处理样方中其他植物的地上生物量,也显著提高了连接样方中植物总地上生物量和其他植物的地上生物量;而切断赖草根茎情况下,增水处理仅增加了处理样方植物总地上生物量,而对连接样方中植物总地上生物量及其分配没有显著影响。研究证实了植物克隆性能够对植物群落结构和功能产生影响。克隆植物的群落学效应,使得克隆植物在毛乌素沙地植被恢复与稳定性维持过程中能够发挥重要作用。进一步研究应关注于植物克隆性对资源水平空间再分配的作用机理及其影响因子,以及植物克隆性的群落生态学效应。

摘要:非结构性碳水化合(non-structural carbohydrate,NSC)是植物碳元素的主要供应者,了解早春类短命植物的碳动态格局,有助于揭示早春类短命植物对区域环境的生理生态适应机制。以新疆伊犁河谷地区的常见种黑鳞顶冰花(Gagea nigra)为研究对象,探究了物候期和海拔对鳞茎的NSC及其组分(可溶性糖和淀粉)含量的影响,并分析了NSC代谢转化格局。研究结果表明:(1) 不同海拔间,鳞茎的NSC及其组分含量的物候动态趋势一致,均呈先升高后降低再升高的趋势。(2) 不同物候期鳞茎的NSC及其组分含量对海拔的响应情况不同,总体上鳞茎的NSC和可溶性糖含量与海拔呈显著的负相关关系(P≤0.05),而淀粉含量随海拔变化差异不显著(P﹥0.05)。(3) 鳞茎的NSC及其组分含量受到环境因子的显著影响(P≤0.05),土壤有机质、土壤全磷和土壤含水量等因素对NSC的合成代谢有重要影响。(4) 虽然可溶性糖含量与淀粉含量存在波动,但整体上NSC的代谢转化格局未发生改变,可溶性糖含量始终高于淀粉含量。综上所述,黑鳞顶冰花为适应区域环境而产生了一系列生理适应机制。这类植物因其独特的生活史特征,形成了以可溶性糖为主的NSC代谢转化格局,且这种格局没有因物候或海拔变化而发生改变。

摘要:在光合作用模型中,植物叶片光合能力通常由最大碳同化速率(A_max)、表观量子效率(AQY)、最大羧化速率(V_cmax)和最大电子传递速率(J_max)表征。目前对于种间尺度,叶性状对不同类型植物光合能力参数影响机制的研究仍不清楚。采用Li-6800便携式光合仪于生长季旺季,测量了重庆铜锣山26种木本植物的光响应曲线和二氧化碳响应曲线,进一步计算了4种光合能力参数(A_max、AQY、V_cmax和J_max),并同步测定了单位面积叶氮含量(N_area)、单位面积叶碳含量(C_area)、叶碳氮比(C ∶ N)、叶绿素含量(Chl)、叶片相对含水量(LRWC)、比叶重(LMA)、叶厚度(L_t)和叶干物质含量(LDMC)8种叶性状,探究铜锣山木本植物光合能力参数与叶性状的种间关系。结果表明:铜锣山26种木本植物A_max、AQY、V_cmax和J_max的变异范围分别为3.35-18.85 μmol m^-2 s^-1,0.009-0.066 mol/mol,10.05-81.89 μmol m^-2 s^-1和33.45-140.92 μmol m^-2 s^-1。光合能力参数平均种间变异系数为47.7%,其种间变异程度高于叶性状(26.9%)。叶片光合能力在乔木和灌木植物间没有显著差异,落叶植物的光合能力显著高于常绿植物。光合能力参数与N_area和LRWC呈显著正相关,与C ∶ N呈显著负相关。N_area是估算种间植物光合能力变异的最佳叶性状,但在常绿植物中,N_area对四种光合能力参数的预测性要低于LRWC。N_area主要通过直接影响V_cmax间接影响AQY、V_cmax和J_max,LRWC通过直接影响V_cmax和J_max间接影响AQY和A_max。总体而言,基于N_area、LRWC和C ∶ N构建的多元线性回归模型决定系数高于任何单一叶性状预测模型,在所有植物类型条件下,其决定系数均在0.7以上,表明其具有较好的预测性。研究结果为改进亚热带地区常绿落叶阔叶林植物的光合能力估算模型提供理论依据。

摘要:气候变暖导致温带植物春季物候显著提前,影响陆地生态系统结构和功能。开花时间是决定植物繁殖和更新的重要因素,以往的研究主要关注气候变化对春季展叶或者开花等单一物候事件的影响,"开花-展叶"时间间隔对气候变化的响应受到的关注较少,深刻理解植物展叶和开花时间及其间隔对气候变化的响应差异对于理解生态系统对气候变化响应和生物多样性维持机制具有重要意义。以两个先开花后展叶植物迎春(Jasminum nudiflorum)和榆叶梅(Amygdalus triloba)为研究对象,通过野外剪枝和气候变化模拟实验探究了春季温度、光周期和冬季冷激对植物春季开花、展叶速度及其时间间隔的影响。研究结果表明,在升温2℃、5℃、10℃条件下,春季升温显著加快了两种植物春季展叶和开花的速度,迎春和榆叶梅的展叶速度分别平均缩短了(8.2±1.2)d和(3.9±1.4)d,开花速度分别平均缩短了(1.1±0.8)d和(5.0±1.4)d。冬季冷激增加加快了两种植物展叶速度,但对开花速度没有显著影响。此外,春季升温缩短了迎春的"开花-展叶"时间间隔,平均缩短了(17.0±1.2)d,对榆叶梅无显著影响。冬季冷激增加显著缩短了两个植物"开花-展叶"时间间隔,高冷激处理下迎春和榆叶梅的"开花-展叶"时间间隔分别比低冷激处理缩短了(7.8±0.9)d和(4.1±1.4)d。光周期对两种植物开花和展叶速度及其间隔的影响均不显著。研究揭示了植物春季展叶、开花速度及其间隔对气候变化的响应规律,对于揭示植物营养组织和生殖组织的资源分配过程,维持生态系统稳定性具有重要意义。

摘要:我国杉木人工林的轮伐期按其经营规程是25-30年,然而多代轮作后立地条件有所改变,有必要针对不同立地条件采用不同的间伐措施,合理调整轮伐期,以期获得最高的林分蓄积量。以江西省吉水县和福田县杉木人工林为研究对象,基于3-PGmix生长过程模型,设定了四类不同的立地等级(I、II、III、IV),两次间伐(第一次设为第10年;第二次分别设为第15年的短间隔间伐和第20年的长间隔间伐)以及三种间伐强度(轻度10%、中度20%和重度30%),通过模拟和比较林分年平均最大生长量以及蓄积量,获得不同立地条件下相应合理的间伐措施以及轮伐期。结果表明:(1)在不同的立地等级下,林分年最大平均生长量表现出明显差异,在I类立地等级下高达25.09m³/hm²,而IV类立地等级下仅为8.6m³/hm²。(2)未间伐林地在四类立地等级下对应的最优轮伐期分别为17.7年、18.7年、21.6年和25.4年,且与林地蓄积量表现出协同性,即林分蓄积量随着轮伐期的增加而减小。而间伐林分的轮伐期随立地等级的增加而增大,随间伐强度的增加而增加。(3)不同的间伐措施对林地总蓄积量造成的影响在不同的立地条件下表现不同:从林地蓄积量来看,长间隔间伐优于短间隔间伐;对于I类和II类立地等级的林分最优间伐方案是初次和二次间伐分别为20%和30%,III类立地等级的林分最优间伐方案是初次和二次间伐分别为10%和20%;最优间伐方案下,将此三类立地等级对应的最优轮伐期依次设为28.5年、29.4年和30.9年时,可将林分总蓄积量最大化。对于IV类立地等级的林地,应优先考虑改良土壤肥力。本研究的模拟结果能为不同立地条件下的杉木人工林间伐措施以及轮伐期的合理调整提供参考意见,从而助力我国杉木人工林的精细化经营以及森林质量精准提升。

摘要:研究选取川西泸定大渡河干热河谷区的6种优势乡土植物,草本有鬼针草(Bidens pilosa)、黄茅(Heteropogon contortus)、艾草(Artemisia argyi)和两头毛(Incarvillea arguta),灌木有假杜鹃(Barleria cristata)和木蓝(Indigofera tinctoria),在生长期(雨季)和衰老期(旱季)分别研究其根系形态和分布特征及含水率变化,通过拉伸实验计算根系的抗拉强度(P)从而计算其根系的黏聚力(C_r),厘清影响其固土能力的关键因子。结果显示:①从根系的分布来看,6种植物的根面积比(RAR)均随土壤深度增加呈下降趋势,且在生长期和衰老期的变化趋势有所不同。灌木和草本的RAR均值差异不显著。②从根系形态来看,黄茅的根长密度和根数显著地超过其他物种,且根系在不同状态下含水率变化最小、持水能力最稳定,在旱季中的生存能力最佳。③6种优势植物在衰老期的C_r值均显著地高于生长期,表明根系的固土能力在旱季强于雨季。无论在生长期还是衰老期,黄茅根系的P值及C_r值均显著地高于其他植物,两头毛则最低。Pearson相关性分析显示,根径和根系含水率是影响P值的关键因子,根径是影响C_r值的关键因子。总体而言,黄茅根系的固土能力最优,可在川西干热河谷区生态修复过程中优先推广。

摘要:探究多资源添加数量对荒漠草原优势植物叶片形态特征与生物量的影响,对于揭示荒漠草原植被对全球变化的响应特征和适应规律具重要意义。为分析不同的资源添加的数量是否会影响植物功能性状与地上生物量,通过设置资源添加数量的梯度(0(对照(Cont,自然降水));1(氮(N) 添加、磷(P)添加、钾(K)添加、+50%降水);2(PK添加、NP添加、NK添加、N+50%降水);3(NPK添加);4(NPK+50%降水)),研究多资源添加数量对荒漠草原优势植物碱韭(Allium polyrhizum)和沙生针茅(Stipa glareosa)叶性状及其生物量的影响,为荒漠草原植物响应多种全球变化因子提供理论依据。研究结果表明:(1)碱韭和沙生针茅叶干物质含量(LDMC)与叶片氮含量(LNC)对多资源添加数量响应存在显著差异:随着多资源添加数量增加,碱韭和沙生针茅LMDC显著降低(P < 0.05),但株高和比叶面积没有发生显著改变(P > 0.05)。此外,碱韭叶鲜重和叶片氮含量随着多资源添加数量增加显著升高(P < 0.05),叶鲜重、株高和比叶面积在添加四种资源要素时达到最高,而LDMC则最低。(2)多资源添加数量对两种优势植物地上生物量无显著影响(P > 0.05)。(3)两种优势物种地上生物量与株高、植株密度显著正相关(P < 0.05);与SLA、LDMC和LNC无相关性(P > 0.05)。(4)结构方程模型表明多资源添加数量通过提高碱韭和沙生针茅植株密度、比叶面积和叶片氮含量来间接增加地上生物量。综上所述,相比单一资源添加,多资源添加会对荒漠草原优势植物功能性状和生物量产生复杂影响;在多种资源变化背景下,植物功能性状是预测地上生物量的有效指标,这种研究对于在持续的全球变化背景下管理沙漠草原植被至关重要。

摘要:马尾松林为福建海岛分布最广泛的常绿针叶林植被类型,其植物多样性及乔木更新对群落演替方向具有决定性作用,而芒萁(Dicranopteris pedata)作为马尾松林下常见植被,兼具正面生态效应与入侵植物特性,研究其对马尾松林的潜在影响,不仅有助于海岛植物群落保护策略的制定,也有助于更深入地理解具有入侵特性的本地植物与外来入侵植物的异同。对福建三都澳6个海岛芒萁与马尾松共存的群落进行样方调查,计算其草、灌、乔及乔木幼苗的α多样性与β多样性,并将β多样性分解为物种多度差异组分与物种周转组分,通过回归分析探究芒萁重要值与各层片α多样性的关系,并通过冗余分析(RDA)与基于相异矩阵的多元回归(Multiple regression on dissimilarity matrices,MRM)筛选对各层片α与β多样性显著影响的因子,最后通过路径分析推测芒萁与环境因子对植物多样性的直接与间接影响及其相对重要性。结果表明:(1)芒萁对草、灌层及乔木幼苗的α多样性均有影响,解释率分别在0.45-0.90、0.49-0.61、0.19-0.48之间,其中对乔木幼苗Pielou指数的影响不同于其它层片,呈正相关趋势。 (2)对β多样性分解表明,所调查样方各层片均为物种周转组分占主导,占比70%以上。芒萁对草、灌层及乔木幼苗β多样性均有显著影响,MRM回归系数分别为0.089、0.034、0.051,对乔、灌、草层物种周转及乔木幼苗的物种多度差异也有影响。 (3) RDA分析结果表明,土壤pH、距大陆距离与芒萁重要值共同影响α多样性,第一轴与第二轴的总解释量为33.03%。MRM分析结果表明,土壤因子、郁闭度、样方距离与芒萁重要值共同影响β多样性。(4)由相关性分析与路径分析推测,土壤pH通过创造对芒萁有利的环境而间接作用于群落α与β多样性,芒萁对多样性的直接影响通常大于土壤pH,但土壤pH是先决条件;地理距离对β多样性的直接影响与芒萁相当,路径系数均不小于0.30,且可以通过影响环境因子而间接影响β多样性。综上,芒萁显著影响了灌草层及乔木幼苗的α与β多样性,土壤pH等环境因子是芒萁影响群落多样性的重要前提。与入侵植物相似的是,芒萁对α多样性的影响也呈单峰趋势,并对乔木更新有影响。

摘要:气候变化和人类活动显著改变了生态系统要素及其之间的权衡/协同关系,探究要素之间的关系及其关键影响因子对于指导生态系统管理和应对未来气候变化至关重要。以西辽河流域为研究区,分析1990-2020年生态系统要素的时空变化及生态用地、农田和沙地景观梯度的演变,应用相关性分析和双变量空间自相关模型刻画生态用地与农田、沙地之间的权衡/协同关系,并通过地理探测器揭示影响生态用地与农田、沙地之间权衡程度变化的关键因子。结果表明:(1)西辽河流域生态用地减少、非生态用地增加,具体表现为生态用地中水体和草地面积分别减少了25.7%和5.2%,非生态用地中农田面积增加了10.2%,生态系统要素之间的转换主要发生在草地、水体和农田之间。生态用地景观梯度在中部逐渐离散,破碎化程度增加;农田景观梯度由东部向西南方向递增和聚集;沙地景观梯度在中部以聚集分布为主。(2)生态用地与农田之间存在显著的权衡关系,权衡区域面积先增加后减少,主要集中在中部和南部平原地区,约占研究区面积的46%;协同区域面积先减少后增加,约占研究区面积的8%,人均GDP和人口密度是影响生态用地与农田权衡关系的重要因子。(3)生态用地与沙地的权衡区域集中在科尔沁沙地和西部山区,权衡区域与协同区域均呈现长期且相对稳定的态势,其权衡面积占比约为研究区域面积的23%,协同区域约占研究区面积的22%。高程和城市化速率是影响生态用地与沙地权衡关系的重要因子。研究结果可以为流域生态系统空间优化和管理提供科学依据。

摘要:随着中国沿海地区经济迅速发展和人口急剧增长,水和能源需求大幅攀升,沿海地区面临严峻的水和能源短缺挑战。将水和能源看作一个整体系统,研究水-能系统耦合对制定水-能协同管理政策、实现区域可持续发展具有重要意义。目前水-能系统的研究逐渐丰富,但从虚拟水和隐含能流动视角下结合投入产出分析和耦合协调度模型探讨水-能系统耦合的研究较少。采用投入产出分析模型测度了虚拟水和隐含能的流动、水和能源的利用效率以及用水和能耗的拉动效应;从用水与能耗的相对系数和相对乘数两方面研究了水-能系统关联,分析沿海各省各部门相对于沿海地区整体水平下的水-能联系强度;考虑耦合网络中各省各部门的虚拟水和隐含能流动特性,利用耦合协调度模型衡量水-能系统耦合协调状态。研究发现:(1)虚拟水净流入的5个省同样是隐含能的净流入省,包括广东、浙江、天津、山东和福建,此外海南也是隐含能的净流入省。农业、建筑业是虚拟水流动关键部门,建筑业是隐含能流动关键部门。主要能源部门中炼焦(石油加工和炼焦)是与用水密切相关的关键领域,针对各省在水部门耗能方面存在的差异政府应采取不同的措施。(2)各省水生产供应业均呈现HwHe的特点,生产过程中应同时注重节水节能,HwLe、LwHe部门应分别将节水与节能作为缓解资源压力的重点。(3)建筑业(SwSe)的用水和能耗相对乘数均远高于沿海地区平均水平,与其他部门表现出强烈的水-能联系,是节水和节能的关键部门。(4)沿海地区各部门水-能系统的耦合协调水平都处于协调发展状态,但结合水-能利用效率和拉动效应划分,各部门耦合协调发展水平存在一定差异,需采取针对性措施以协调水和能源利用关系、部门间拉动效应及虚拟水和隐含能的流动。本文旨在为沿海地区水-能协同管理政策的制定提供参考。

摘要:水约束下的生态恢复是维持生态系统健康的关键性工作之一。基于彭曼-蒙特斯-勒宁(Penman-Monteith-Leuning, PML)模型和"活力-组织力-恢复力-生态系统服务"(Vigor-Organization-Resilience-Service,VORS)框架,从土地利用和植被双重条件评估和预测五种恢复情景下的内蒙古察汗淖尔流域生态系统健康的时空特征,探究人类活动较弱的SSP126情景和人类活动强烈的SSP545下乡镇尺度生态系统健康提升潜力。研究结果表明:(1)植被恢复对活力和生态系统服务有较强的正向作用,人类活动较弱的土地利用恢复对组织力影响不大。(2)植被恢复对生态系统健康的积极影响大于土地利用恢复,人类活动越强烈对生态系统健康的消极作用越大;土地利用恢复-植被不恢复-SSP126情景和土地利用恢复-植被不恢复-SSP545情景两种情景下分别增加3km²和2km²生态系统健康良的斑块面积。(3)土地利用不恢复-植被恢复情景对生态系统健康促进作用更大。生态系统健康提升高潜力乡镇主要分布在研究区西部和南部,北部和东部提升潜力低。基于"以水而定"的生态系统健康潜力评价结果可为研究区未来生态恢复选址提供参考。

摘要:开展城市绿色低碳发展质量评估,推动城市绿色低碳转型是实现"双碳"战略目标和经济社会发展全面绿色转型的重要支撑。立足降碳、减污、扩绿、增长协同推进的视角,基于城市是一个复杂生态系统的基本认知,解析城市绿色低碳发展质量内涵,借鉴人居环境健康圈层模型解构城市多尺度空间的核心要素,进而关联SDGs目标构建多尺度空间与多目标交互的城市绿色低碳发展质量评估理论框架,综合指标的合理性和可操作性开发本土化的评估指标体系。在此基础上,选取杭州为案例城市开展指标体系的实证研究。研究发现:(1)城市绿色低碳发展质量的基本内涵应是协同实现减污降碳、经济增长、民生改善等城市绿色低碳发展目标的综合水平;(2)城市绿色低碳发展质量评估指标体系涵盖49个关键指标,分为强制性、引导性和倡导性三类指标,涉及单体建筑、基本单元、基础设施、城市环境四个空间尺度;(3)杭州四个阶段(2008-2023年)的城市绿色低碳发展质量评估结果与实际情况相符,验证了指标体系的科学性和有效性;(4)推动城市绿色低碳高质量发展需综合考虑单体建筑、基本单元、基础设施和城市环境四个维度的发展策略和协同效应。本文扩充了城市绿色低碳发展质量评估研究的理论体系,也为推动我国城市绿色低碳高质量发展提供了实践参考。

摘要:科学测度农业绿色转型背景下耕地系统韧性时空演化特征及其影响因素,对保障区域耕地绿色生产的持续稳定提供参考。基于2007-2022年省域面板数据,构建农业绿色转型下中国耕地系统韧性多指标评价体系,采用熵值法和探索性空间数据分析揭示中国耕地系统韧性时空演化特征,运用地理探测器解构耕地系统韧性区域差异的影响因素。结果表明:(1)全国耕地系统韧性水平由2007年0.2158波动增加至2022年0.5592,年均增值3.83%,呈阶梯型增长;(2)全国耕地系统韧性呈现出"西北部-东北部"双区放射空间形态,其格局由分散发展到聚拢;(3)轮作休耕规模和地均农药施用量等生态韧性结构对耕地系统韧性提升具有显著正向效应,而绿色农业合作社规模、农用水泵建设水平对全国耕地系统韧性影响则相对较弱;(4)轮作休耕规模与粮食单位面积产量共同作用对耕地系统韧性解释力最明显。

摘要:凋落物分解对河流生态系统的养分循环具有重要意义,但城镇化对河流凋落物分解的影响机制有待揭示。为探明不同城镇化率河流凋落物分解规律及分解者类群相对贡献的变化,以3条不同城镇化率的三峡库区典型城镇河流为研究地,选取2种不同初始理化性质的河岸带常见凋落叶,原位设置2种孔径(0.05mm和1mm)的分解袋开展实验。结果表明:(1)高城镇化河流中凋落物分解速率下降了约30%(构树与小叶榕分别下降了约1/4和1/3),难分解树种小叶榕的下降更显著;(2)分解者群落中微生物在城镇河流中均占80%以上的主要贡献;高城镇化率河流中细菌分解者的相对贡献大于真菌,底栖动物中耐污种占比上升至90%,对分解起主要作用的撕食者消失,对易分解和难分解树种的相对贡献分别下降了45%与15%。凋落物分解速率在中低城镇化率河流无明显改变,在高城镇化率河流中显著降低。为阐明亚热带城镇河流凋落物分解的退化机制提供了科学依据。

摘要:生态敏感区乡镇是中国县域发展和乡村振兴的重要战略支点,同时面临着以"开发-保护"权衡为主的人地系统矛盾。针对既有宏观静态治理范式的局限,研究构建了生态敏感区乡镇微观发展格局识别框架并提出适应性管控策略,并以环白洋淀地区开展实证分析。主要结论如下:①环白洋淀乡镇承载的生态系统服务结构差异显著,其时空发展动态主要受区域交通因素影响;②超前建设单元占比最大,聚集在乡镇周边并向外围腹地蔓延,而潜在建设单元占比最小,镶嵌在乡镇及湿地周边;③雨洪调蓄服务、水源涵养服务和水质净化服务在未来30年面临较为严重的胁迫,其中雄州镇生态风险斑块面积最大,而三台镇和小里镇生态风险斑块扩张速度最快;④基于八类微观发展格局单元,对环白洋淀乡镇提出了适应性分区管控策略。研究可以为优化生态敏感区乡镇人地系统和相关规划决策提供参照。

摘要:山水林田湖草沙生命共同体及其系统治理是我国生态文明建设的指导思想。南方低山丘陵区是我国"三区四带"国家生态安全战略格局的重要组成部分。以往在该区的生态修复理论与实践探索虽多,但往往忽视不同生态系统间的复杂互作关系,限制了治理效果的全面提升。为突破这一瓶颈,亟需一种更系统、全面的治理策略,以应对该区域独特的生态环境挑战。"南方低山丘陵区山水林田湖草沙系统治理技术与示范"项目(2022YFF1303000)获得国家重点研发计划"典型脆弱生态系统保护与修复"专项支持。本项目依托生态站、长期科研基地及"十三五"研究示范区,融合多源数据,在南方低山丘陵区识别生态系统时空分布格局和功能演变机制,诊断其退化程度和驱动因素。重点阐明南方低山丘陵区山水林田湖草沙多要素-多过程耦合机理,量化多种生态系统服务权衡协同机制;以经果林、低质低效林及坡沟路渠为重点,研发水土流失治理与生态系统服务协同提升的技术体系;揭示关键社会-生态过程对生态系统功能的影响和治理需求,在小流域、流域和区域尺度,提出多目标多功能协调的山水林田湖草沙系统治理方案,并在巢湖、鄱阳湖、洞庭湖等选择典型小流域开展集成示范。项目将促进南方低山丘陵区生态环境建设与社会经济可持续发展,旨在为南方低山丘陵区山水林田湖草沙系统治理提供技术支撑和决策支持,对推动生态系统保护与修复以及人与自然和谐共生具有重要意义。

摘要:优化粮食作物的种植结构是保障粮食安全与减少农业源温室气体排放的有效手段。基于中国各省农业生产投入、管理经营与农产品成本收益汇编数据,采用排放因子、多目标优化及成本收益分析方法,核算了2021年中国及各省份粮食生产温室气体排放状况并揭示其空间分布特征及贡献份额,优化了其种植结构和布局,开展了主要作物的生产成本和经济效益分析。研究发现:(1) 2021年,中国粮食生产温室气体排放总量达4.33×10⁸tCO₂eq,CH₄和N₂O是主要贡献者,排放量占比分别为40.12%和32.56%;水稻种植是第一大排放源,其排放温室气体2.09×10⁸tCO₂eq,玉米是温室气体排放量最大的旱地作物。(2) 中国粮食作物生产温室气体排放在空间上呈现东高西低、南多北少的格局,东北平原、长江中下游平原和珠江三角洲等水稻主产区是高排放区。(3) 优化作物种植结构后,粮食种植面积相对于2021年下降6.78%,灌溉用水、化肥用量分别下降了4.82%和4.87%;作物产量增加1.1%,其中水稻、小麦产量分别减少0.62%、0.55%,玉米则增产1.48%;温室气体排放总量下降5.09%,其中CO₂、CH₄和N₂O排放分别减少5.98%、5.6%和3.7%。(4) 粮食作物结构种植调整有助于提升成本收益,优化后粮食作物总收益可增加305.74亿元,七种粮食作物除蔬菜种植成本有所增加外,其他作物均不同程度降低。未来,受气候变化、市场竞争和高种植成本等因素影响,中国粮食安全保障和温室气体减排压力将进一步加剧,优化种植结构、推动农业全产业链升级与降低生产资料消耗是实现农业稳粮减排的有效途径。

摘要:探究生态系统服务之间的权衡协同关系的性质和强度并从空间的角度更深入探索其形成机制,可为制定流域生态系统恢复治理措施提供科学依据。以辽河流域为研究对象,基于InVEST模型对流域内产水量(WY)、生境质量(HQ)、碳储量(CS)、土壤保持(SC)四种典型生态系统服务进行评估,分析其时空演变格局,利用权衡-协同标准(TSC)探究生态系统服务之间的权衡-协同关系,在此基础上利用地理探测器模型、多尺度地理加权回归模型对其驱动因素进行分析。结果显示:(1)2000-2020年,流域东部及东南部WY明显增强;HQ自东向西呈现出"高-低-高"的空间分布特征;CS的空间分布格局具有一定的差异性,其空间分布特征与HQ较为一致;SC则表现出整体增加态势。(2)在SC-WY、HQ-SC、WY-HQ中,流域内部有明显的协同作用,而CS-SC、CS-WY、CS-HQ均以权衡作用为主。(3)单因子作用下,地形因子对六种生态系统服务的权衡-协同关系的解释力较大;在交互作用下,各因子间的交互作用主要以双因子增强和非线性增强为主。(4)不同影响因子对于六种生态系统服务的权衡-协同关系作用出现明显的空间差异,其中气候因子表现出明显的单一正向作用。

摘要:科学认知国土空间格局演变特征及其生态效应的关联作用和驱动机制,有利于构建"生态安全屏障更加牢固,农牧用地布局结构明显优化,城镇集中集聚集约成效凸显"的国土空间开发保护格局。利用转换矩阵、InVEST模型和多尺度地理加权回归模型,按照"国土空间演化-生态系统响应-影响因素解析"研究路径,分析2000-2020年内蒙古高原"三区空间"(城镇空间、农业空间、生态空间)转换的生态效应及其影响因素。结果表明:(1)近20年内蒙古高原城镇空间持续扩张,生态空间与农业空间"此消彼长"特征显著,大兴安岭沿麓农牧区"由黄转绿"和锡林郭勒草原畜牧区"由草转牧"变化突出。(2)全区生态系统服务整体好转,ESI指数呈"东南高西北低"空间格局。主体功能区划对"三区空间"转型的生态效应具有显著分区作用,生态功能区内农业转向生态空间显示最强正向生态效应。(3)自然地理、经济社会和政策工程综合影响"三区空间"转换的生态效应:土壤侵蚀、平均风速等自然因子促进山地、高原的正向生态效应,而放牧强度、第三产业产值等经济条件加剧农牧空间转换的负向生态效应,政策工程则对全区持续发挥稳定约束作用。论文提出以下政策建议:把握城镇空间错位提升发展机遇,构建"一核双星多节点"城镇空间格局;发挥农牧空间草地资源优势,推进"六牧四农"的农牧空间格局;实施生态空间全要素全域保护,建设"三山两带一弯多廊多点"的生态空间格局,牢筑我国北方重要生态安全屏障。

摘要:国家公园多维功能耦合调控是中国生态文明建设和美丽中国目标实现的关键议题,在中国人地关系、政策体制、国家目标等方面具有鲜明的中国化特点。中国国家公园建设面临着人类活动与生态环境相互作用下的地域功能调控难题,需要科学认识并优化国家公园多维功能权衡、协同、增效路径。系统分析了国家公园多维功能研究的相关进展并进行评述,提出国家公园多维功能定量测度、特征识别、机理阐释、动态调适研究的逻辑思路和理论框架,强调深化研究国家公园多维功能耦合时空特征和作用机理,探索顾及生态、公平、效率综合目标最优化的动态调适路径,形成缓解权衡、增强协同、调控增效最佳实践路径。研究结论有利于增强对国家公园可持续法则的认识,为国家公园绿色方案制定提供参考借鉴。

摘要:为研究海南热带雨林国家公园杉木半天然林树干环剥16个月后效果,探索人工林快速转型天然林生态修复技术,在海南热带雨林国家公园一般控制区选择有代表性的3片32年生杉木半天然林为试验林分,环剥林分内所有杉木人工林木(除对照样地外),采用主要测树因子、重要值和多样性指标分析树种组成与多样性特征。结果表明:3片半天然林树干环剥16个月后90%杉木人工林木枯死变为枯立木。环剥后的林分乔木层和灌木层活立木主体均由环剥前杉木半天然林中的乡土树种天然更新林木组成,乔木层进界木分别为128株/hm、220株/hm²和85株/hm²,灌木层进界木分别为416株/hm²、115株/hm²和115株/hm²;树干环剥作业未造成乔木层天然林木损伤或枯死,造成灌木层天然林木损伤或枯死较少。乔木层树种丰富度分别为82、77和56,Shannon-Wiener指数分别为5.68、5.27和5.07,杉木人工林木重要值小于10%,天然更新乡土树种中常绿乔木树种重要值分别为69.0%、67.9%和68.3%;灌木层树种丰富度分别为169、112和99,Shannon-Wiener指数分别为4.84、5.36和5.63,其中常绿乔木树种重要值分别为42.0%、54.8%和62.8%。杉木人工林木树干环剥16个月后,杉木半天然林已成功转型为地带性植被类型的天然林,转型后的天然林树种多样性极其丰富、含有相当数量珍贵或高价值树种,是海南热带雨林人工林转型为天然林的典型案例。树干环剥是海南热带雨林国家公园内将具备条件的人工林快速转型为天然林的重要生态修复技术措施之一。

摘要:作为新疆首个国家公园创建区,卡拉麦里国家公园承载着举足轻重的生态与社会双重价值,其设立对加快新疆生态文明建设意义重大。然而,当前对其生态价值与社会价值权衡和协同关系的理解尚待深化与明晰。基于生态学和社会科学交叉视角,利用InVEST模型和SolVES模型对卡拉麦里国家公园的生态价值与社会价值进行权衡协同分析。结果表明:(1)卡拉麦里国家公园生态系统服务的生态价值整体较低,98.99%的区域生境质量较差,碳储量水平较低,大部分区域碳储量水平处于0.0009-3.2866t/hm²区间;(2)卡拉麦里国家公园生态系统服务的社会价值可以归纳为游憩价值、科普教育价值、经济价值、精神价值、美学价值、生物多样性价值等六个维度,在坡度、海拔、距道路距离等环境因素影响下,社会价值总体呈现"西高东低"的分布态势;(3)从空间视角看,卡拉麦里国家公园的生境质量和社会价值与碳储量和社会价值在相同区域呈现不同的权衡和协同关系,生境质量与社会价值的权衡和协同关系总体呈"西南权衡,西北及东北协同"的格局,碳储量与社会价值的权衡和协同关系格局则与之相反。研究结果丰富了生态系统服务的"社会-生态"系统分析理论框架,并为卡拉麦里国家公园生态系统保护与利用提供科学参考。

摘要:生态系统文化服务是指人类从生态系统功能中获得的精神文化惠益。国家公园兼顾科研、教育、游憩等文化服务,其生态系统文化服务价值评估可为国家公园的政策制定与建设规划提供科学参考。通过国内外相关研究的系统梳理,总结生态系统文化服务的内容分类及其价值评估方法,概述国家公园生态系统的主要文化服务及其价值评估研究现状,从评估对象、评估内容、评估方法、评估结果转化等方面提出研究展望。生态系统文化服务的价值评估方法分为陈述偏好法与显示偏好法、价值量与物质量方法;国家公园的主要文化服务包括科研、教育和游憩,其价值评估对象及评估内容不断丰富,所用方法也呈现多样化态势,价值量与物质量的评估结果为国家公园的生态系统服务研究提供多元化视角。丰富多评估对象的案例对比研究、拓展多元文化服务价值评估、促进物质量与价值量评估方法的融合与创新使用,拓展文化服务价值评估的实践指导意义,是该领域研究的发展方向。

摘要:开展水-能源-粮食纽带关系(Water-energy-food nexus,WEF-Nexus)与生态系统服务耦合研究已成为当前国内外研究的热点和重点话题。在解读WEF-Nexus、生态系统服务以及二者耦合概念内涵的基础上,从耦合关系、耦合系统、耦合管控三个维度对WEF-Nexus与生态系统服务耦合研究进展进行了总结和梳理,并探讨了目前二者耦合研究存在的不足及未来展望。结果表明,现有耦合研究主要聚焦WEF-Nexus与生态系统服务作用关系和供需关系的分析与探讨、水-能源-粮食-生态耦合系统的构建与评估、耦合系统管控新理念和新方法的提出等。然而,目前WEF-Nexus与生态系统服务耦合研究仍处于起步阶段,尚且缺乏揭示二者交互耦合关系及作用机理的理论体系和技术方法,WEF-Nexus-生态系统服务耦合系统构建及演化机制分析较欠缺,面向资源环境决策管理的实践应用较薄弱。因此,以"耦合关系识别-耦合机理分析-耦合过程与格局刻画-耦合管理应用"为研究脉络,探索构建了未来WEF-Nexus与生态系统服务耦合研究框架,并提出未来研究应更加关注WEF-Nexus与生态系统服务互动耦合机理探究、WEF-Nexus-生态系统服务耦合系统构建及其协同演化机制分析以及面向国土空间管控决策的实践应用,以期满足生态文明建设和美丽中国建设等国家战略需求。

摘要: