全球变化背景下的现代生态学——第六届现代生态学讲座纪要

\"现代生态学讲座\"是由著名生态学家李博院士创导,国内外华人生态学家联合发起,旨在促进中国现代生态学与世界同步发展,加强国内外生态学界交流与合作的国际会议。2011年8月1-4日在南京大学举行的第六届现代生态学讲座围绕\"全球背景下现代生态学热点问题及其研究进展\"主题,进行了23场特邀专家学术讲座,从全球变化背景下:现代生态学方法论、全球变化与陆地生态系统的响应与反馈、全球变化背景下的生物入侵、全球变化背景下的森林生态、全球变化背景下的植物生理生态、全球变化背景下退化生态系统恢复与重建、全球变化背景下的生态水文、全球变化背景下的区域生态管理等八个方面进行分类总结,从不同时空尺度、不同学科角度探讨全球变化与生态系统的响应以及人类为实现可持续发展而采取的适应性管理对策。最后,对会议的进一步完善提出几点建议。     

全球变化下植物的碳氮关系及其环境调节研究进展——从分子到生态系统

在全球变化条件下,温度的升高和降水格局的变化,导致淡水资源更加匮乏。环境因子胁迫,如干旱和高温等,它们单独或联合的作用将导致作物大幅度减产,引发自然生态系统退化。植物的碳氮代谢及其分配相互联系、不可分割,其生物过程及外界环境调节共同决定着植物的净生产力和营养水平。该文试图从分子、组织、器官、个体和生态系统等层面上,就植物的碳氮关系及其环境调节(温度、水分和CO₂浓度等)进行综述,并提出了进一步展开相关研究应重点关注的几个方面。     

水土资源保持的科学与政策:全球视野及其应用——第66届美国水土保持学会国际学术年会述评

美国水土保持学会第66届国际学术年会于2011年7月17-20日在美国首都华盛顿举行。会议主题是\"资源保持的科学与政策:全球视野及其应用\"。会议以大会报告、口头分会场报告、座谈会、欢迎宴会、会员论坛、展板、会议考察等多种形式为与会代表提供了交流平台。其中,大会报告密切关注全球化对资源保持政策和实践的影响途径这一重大话题,从\"农耕对未来粮食安全、生态系统服务和农业政策影响\"、\"全球粮食与水资源可持续供给的战略抉择\"、\"水土资源保持及其管理如何减缓和适应气候变化\"等三个方面进行探讨。而分会场报告和座谈会则从水土资源和生物能源的理论技术、政策实施及其影响、地表水-土-碳过程的机理与规律、资源保持法律法规及其创新机制等若干层面进行了深入研讨。本次大会中所凸显的\"4R\"资源优化配置方案、农民是减缓和适应气候变化的主力、政府-科研院所-企业集团无缝对接等观点与新理念对于开展水土自然资源保持和生态保育、实现产学研紧密结合、维护和谐的人地关系等都具有重要启示和价值。     

不同时间尺度喀斯特小流域溪流水文水化学特征

通过野外定位监测和室内测试分析,研究了典型喀斯特峰丛洼地小流域2013年6月—2014年3月期间溪流不同时间尺度(昼夜、次降雨、季节)主要水文水化学指标的动态变化特征及其影响因素.结果表明: 日尺度无雨条件下,溪流水化学过程表现出明显的波动规律,植物光合作用和呼吸作用在昼夜间的相互转换是导致这种变化的主要原因;次降雨尺度下,溪流水文水化学过程的日尺度效应被掩盖,水文水化学过程主要受控于前期无雨天数和降雨强度;从季节尺度看,溪流对降雨表现出较快的响应,雨季响应快于旱季,降雨季节分配差异和温度是影响溪流水文水化学变化的主要因素.     

农田灌溉对气候的影响研究综述

过去200年全球灌溉农田面积迅速扩张,灌溉对气候的影响逐渐受到世界各国研究者的关注。回顾了过去有关灌溉对气候的影响研究,归纳了前人的研究手段,指出了目前研究中存在的问题和困难,并提出了未来灌溉对气候的影响研究应该注重如下几个方面:1)同时利用观测数据分析方法和模型模拟研究方法进行灌溉对区域气候的影响,并将两者的结果进行对比分析,以求做到互相验证;2)对于缺乏地面观测数据或者地面数据受其他因素(比如:城市化)影响大的区域,建议利用遥感观测数据进行灌溉对地表参数的影响研究;3)注意对灌溉四大属性(灌溉位置、灌水量、灌溉方式和灌溉时间)的精确模拟,可以考虑耦合气候模型和作物模型进行模拟研究,并注意区分灌溉旱地和灌溉水田。4)提倡利用多模式集合的方式研究灌溉对区域气候的影响,以减少灌溉对气候影响(强度和方向)模拟结果的不确定性;5)未来也应该考虑模拟灌溉和气候变化间的互馈影响。     

荒漠草原土壤动物与降雨关系研究现状

在全球性气候变化背景下,极端降雨事件频发,总结土壤动物多样性与降雨变化间的关系及其响应机制,有助于理解全球变化对土壤生态系统结构与功能的作用过程,对于探讨陆地生态系统应对全球变化具有重要科学意义。荒漠草原生态系统极度脆弱,对气候变化敏感,但是关于荒漠草原土壤动物与降雨变化间关系的研究报道比较少,严重制约了对荒漠草原生态系统的有效管理和可持续利用。本文从地上、地面和地下3个方面总结了土壤动物和降雨变化间的关系,并就荒漠草原土壤动物应对气候变化研究提出了一些建议。研究表明,降雨变化直接影响土壤动物群落结构;土壤动物对降雨变化反应强烈,不同动物类群产生了积极的响应规律;某些土壤动物类群对于降雨变化还具有重要指示作用。在荒漠草原生态系统中,今后需要从降雨变化对土壤动物产生的长期影响、土壤动物对降雨变化的适应方式和某些动物类群对土壤水分敏感性以及土壤动物与气候变化间的互为反馈关系等方面加强研究。     

WASSI-C生态水文模型响应单元空间尺度的确定——以杂古脑流域为例

模型基本单元空间尺度的确定是大尺度生态水文模型应用的前提, 也是提高模型模拟精度的关键。该文以长江流域岷江上游的杂谷脑河上游流域为例, 通过设置最小流域面积阈值, 构建不同的水文响应单元划分方案, 探讨生态水文模型WASSI-C响应单元的最佳空间响应尺度。结果表明: 模型响应单元空间尺度的变化对模型精度有显著影响, 模拟效果存在随响应单元划分面积阈值增加先提高再稳定的趋势, 面积阈值小于85 km²时, 模型的模拟效果较好。此外, 面积阈值小于85 km²时, 模型模拟的水、碳循环变量验证的拟合相关性系数和效率系数均趋于稳定, 因此可以将模型水文响应单元流域划分的面积阈值确定为85 km²。基于这一尺度的模拟与验证研究, 分析了WASSI-C模型中关键变量设置对模拟结果的影响。     

东北地区近44年的气候暖干化趋势分析及可能影响

东北地区位于我国最高纬度,是受全球气候变暖影响增温最显著的地区之一,有其独特的气候变化特点。利用东北地区近44年来较密集的气象观测资料,运用Yamamoto检测、趋势系数和气候倾向率等方法分析了该区域的气候时空变化规律、突变特征和暖干化趋势等,并初步探讨了这种变化对生态环境的可能影响。结果表明,东北地区总体气候变化存在暖干化倾向,气候暖干化趋势存在着季节性差异和地域性差异,暖干化趋势在夏、秋季及环境脆弱区的三江平原和科尔沁沙地及周边地区表现更为明显,由此引起的生态环境变化问题应引起重视。     

Decadal change in wetland–woodland boundaries during the late 20th century reflects climatic trends

Wetlands are important and restricted habitats for dependent biota and play vital roles in landscape function, hydrology and carbon sequestration. They are also likely to be one of the most sensitive components of the terrestrial biosphere to global climate change. An understanding of relationships between wetland persistence and climate is imperative for predicting, mitigating and adapting to the impacts of future climate change on wetland extent and function. We investigated whether mire wetlands had contracted, expanded or remained stable during 1960–2000. We chose a study area encompassing a regional climatic gradient in southeastern Australia, specifically to avoid confounding effects of water extraction on wetland hydrology and extent. We first characterized trends in climate by examining data from local weather stations, which showed a slight increase in precipitation and marked decline in pan evaporation over the relevant period. Remote sensing of vegetation boundaries showed a marked lateral expansion of mires during 1961–1998, and a corresponding contraction of woodland. The spatial patterns in vegetation change were consistent with the regional climatic gradient and showed a weaker co‐relationship to fire history. Resource exploitation, wildland fires and autogenic mire development failed to explain the observed expansion of mire vegetation in the absence of climate change. We therefore conclude that the extent of mire wetlands is likely to be sensitive to variation in climatic moisture over decadal time scales. Late 20th‐century trends in climatic moisture may be related primarily to reduced irradiance and/or reduced wind speeds. In the 21st century, however, net climatic moisture in this region is projected to decline. As mires are apparently sensitive to hydrological change, we anticipate lateral contraction of mire boundaries in coming decades as projected climatic drying eventuates. This raises concerns about the future hydrological functions, carbon storage capacity and unique biodiversity of these important ecosystems.     

水文过程及其尺度响应

水文循环机制涉及到各个尺度界面的水文过程关系.水文变量(降雨、径流等)随时间和空间变化很大,是与尺度响应的非线性过程.尺度转换是建立合适的参数去描述这些过程, 涉及到如何穿越不同尺度约束体系(水文过程)的限制.基于对水文响应及其尺度转换认识所建立起来的现行水文模型的主流是还原分析方法,采用小尺度演绎方法,过度参数化成为习以常规,导致无资料流域预测结果的很大不确定性.因此,尺度转换是水文过程研究所面临的主要难点和热点问题.水文模型只有建立在对尺度相关的水文过程深刻理解基础上,对于预测水文响应才是有效的.预测径流在时间和空间的结果是根据径流系统穿越尺度过程的动态分析得出的,把尺度分析转变于水文变量的谱分析,即通过水文变量的谱相分析,认识发生在不同尺度范围内潜在的秩序和规律,研究他们形成的机制,寻求决定水文过程规则的通用表达方式,开发尺度转换的方法.     

不同生长季黑沙蒿生物量积累及其生理过程对降雨量变化的响应

降雨量是影响干旱半干旱区荒漠植物生长发育和植物群落建成的重要因素,为了探究不同生长季荒漠植物对降雨量变化的响应差异,以我国半干旱干旱区典型沙生灌木物种黑沙蒿(Artemisia ordosica)为研究对象,采用人工控制降雨方法,设置减雨70%、减雨50%、减雨30%、自然降雨量CK、增雨30%、增雨50%六个降雨水平,分别监测萌发展叶期、生长旺盛期、开花结实期不同降雨水平下黑沙蒿叶片光合指标、叶绿素荧光参数、养分含量及地上新增生物量的变化,并探究不同生长季黑沙蒿地上新增生物量与光合指标、叶绿素荧光参数、养分含量间的关系。结果表明:(1)降雨处理显著影响黑沙蒿的地上新增生物量、光合指标、叶绿素荧光参数以及养分含量,随着降雨增加,黑沙蒿地上新增生物量(NAB)、叶片净光合速率(Pn)、潜在活性(Fv/Fo)、最大光化学量子产量(QY-max)、光化学淬灭系数(qP)、实际光化学量子效率(φPSⅡ)、叶片碳氮比(C ∶ N)显著增大,而水分利用效率(WUE)、非光化学淬灭系数(NPQ)、叶片碳磷比(C ∶ P)、叶片氮磷比(N ∶ P) 显著减小(P＜0.05)。(2)降雨量变化对黑沙蒿各生理指标及地上新增生物量的影响具有生长季差异(P<0.05),萌发展叶期是生物量积累的最关键阶段,对降雨量变化的敏感度最高,开花结实期生物量积累对降雨量变化不敏感。(3)不同生长季的生物量与各个生理指标间的相关性结果表明,萌发展叶期植物生物量积累受水分利用效率和养分环境的影响,生长旺盛期则与水分利用效率、养分环境和荧光活性均显著相关,开花结实期的生物量积累与各个生理参数相关性下降,表明该时期植物生长调控能力已经较弱。研究结果丰富了对荒漠植物生长和植被稳定性的理解,为气候变化下的植被预测和管理提供理论参考。