中国东北地带性顶极植被类型及其预测判别模型——动态地植物学说的继承与发展(Ⅰ)

本文根据刘慎谔的动态地植物学说原理,采用主成分分析法(PCA)和多组判别分析法(MGDA)研究了东北地区地带性顶极植被类型与气候指标的关系:1)以东北地区210个气象站的7个气象因子为变量,组成210×7矩阵,用PCA方法进行分类和排序,其结果明显划分7个地带性顶极植被类型,2)影响地带性顶极植被类型的形成和分布的气候因子,主要是热量和水分条件以及二者的组合状况;3)确定了7个地带性顶极植被类型的水热指数分布范围和特征;4)采用MGDA法建立了判别函数模型,预测了东北地区地带性顶极植被类型,其准确率可达90.32％。     

珠江三角洲城市森林建设问题探讨

过去10年间珠三角地区城市森林建设成效显著,但仍存在着森林网络体系不健全、森林覆盖率低、“绿积量”低以及林种树种结构不合理等问题。从建设生态化城市和建立珠江三角洲城市林业生态圈的高度来确立珠江三角洲城市森林建设的发展思路,体现创新性变革,立足区域整体,构建全区域的城市森林网络系统进行了探讨。建议规划和构建连接区域内各主要城市的贯通性森林生态廊道,重视区域植被特点和发挥地带性建群树种的作用,引进水网化、林网化的核心理念,同时要重视城市建成区的森林生态建设与改造。     

动态地植物学说的理论与实践

刘慎谔先生是中国著名的植物学家、生态学家和林学家,他在20世纪60年代初提出了动态地植物学理论。本文作者利用动态地植物学理论,研究了中国东北地区植被的几个焦点问题:(1)地带性顶极是动态地植物学核心问题,在一个地区只有一个地带性顶极,受大气候控制,其余的都是由局部环境条件影响下形成的非地性顶极。东北地区从东南向西北随着水分条件的变化出现湿润区、半湿润区和半干旱区,地带性顶极相应出现森林、森林草原和典型草原等地带性顶极植被类型。从南向北随着热量变化出现暖温性赤松(Pinus densiflora)-栎树(Quercus spp.)混交林、暖温性油松(Pinus tabuliformis)-栎树混交林、温性沙松(Abies holophylla)-红松(Pinus koraiensis)阔叶混交林、温性红松阔叶混交林和寒温性明亮针叶林等地带性顶极植被类型。除研究水平地带性顶极外,我们还研究了垂直地带性顶极或气候层顶极、前顶极和后顶极及其相互转化关系。(2)根据动态地植学中的极地苔原迁移路线,徐文铎发现了中国第2块苔原植被—大兴安岭亚高山苔原,进而澄清了在中国生态学和自然地理学领域中的山地苔原(mountain tundra)和山地冻原(mountain crymic)的基本概念和本质上的区别,发现东北山地苔原只起源于欧亚大陆北极苔原,是欧亚大陆极地苔原植物区系组成的一部分。(3)动态地植物学强调植物种的演变生态过程和物种正确鉴定的重要性。在生态环境非常脆弱的浑善克沙地发现了沙地云杉(Picea mongolica)新树种,由沙地云杉为建群种形成了超地带性顶极(post zonal climax),是陆地上非常特殊的森林生态系统类型。为系统研究沙地云杉生态系统组成、结构和功能,开展了沙地云杉生态环境、种的起源、分子生态、个体生态、种群生态、群落生态、生态系统生态、保护生态等基础研究。(4)动态地植物学说认为:大气候在不断变化,植被对全球气候变化反应敏感。植被与气候的关系是辩证统一的,有什么样的气候就应该有什么样的顶极植被,且在一个气候区内只能有一个地带性顶极植被。全球气候变暖给动态地植物学研究增加了新的内容,开拓了新的研究领域。地带性顶极植被受大气候控制,且是最敏感、最有代表性的植被类型。若未来气温升高2℃,则东北地区森林地带性顶极,除植被组成、结构和功能发生变化外,其分布格局变化较大,将向北迁移约443～708 km。草原地带性顶极向东迁移926 km。(5)植被区划是动态地植物学在生态建设中的应用。植被区划应该建立在植被地带性基础上,且要反映历史情况与过去的气候关系。高级区应以地带性顶极为主,低级区可以考虑非地性顶极植被类型。因此,植被区划是动态地植物学中最结合生产实践和永续利用自然资源的科学依据。我们根据动态地植物学中植被区划的原则、依据、指标和系统,开展了黑龙江省植被区划、中国东北植被区划和中国东北植被生态区划等研究。     

中国东北城市森林树种选择与气候的关系

利用Kira的温暖指标和徐文铎的湿度指标 ,对东北地区 2 33个气象站 ,5 4个树种的分布关系进行探讨。结果表明 ,东北地区主要树种热量指标分布范围在 33 5～ 93 6℃·月之间 ,当WI在 70℃·月时 ,将 5 4个树种区分为 2个分布范围。湿度分布范围为HI5 9～ 10 6mm·℃ -1·月 -1,以HI7 5℃ -1·月 -1为界线区分两个分布范围。结合上述水热指标分布值 ,可将东北地区 2 33个气象站和森林树种划分 5个类型 :(1)寒温性湿润树种分布类型 ;(2 )温性湿润树种分布类型 ;(3)暖温性湿润树种分布类型 ;(4 )温性半湿润树种分布类型 ;(5 )暖温性半湿润树种分布类型。并建立了树种地理分布与气候关系的回归模型。     

基于NOAA-AVHRR数据的中国东部地区植被遥感分类研究

该文采用 19幅 (时间跨 8个月 ) 时间序列的NOAA_AVHRR的归一化植被指数 (NDVI) 最大值合成影像遥感数据, 经过主分量分析 (Principlecomponentanalysis, PCA) 处理后, 用非监督分类方法的ISODATA算法, 对中国东部地区的 (五省一市 ) 植被进行分类, 结果可以分出 2 8种土地覆盖类型, 除了两种类型为水体和城市或裸地外, 其余 2 6种类型均为植被类型, 根据中国植被分类系统, 这 2 6类可以归并为 6大植被类型 :1) 常绿阔叶林 ;2 ) 针叶林 ;3) 竹林 ;4 ) 灌草丛 ;5 ) 水生植被 ;6 ) 农业植被。用 1∶10 0 0 0 0 0数字化《中国植被图集》的植被类型检验遥感分类结果表明, 针叶林、灌草丛、常绿阔叶林和农业植被的分类具有较高的位置精度和面积精度, 位置精度分别为 79.2 %、91.3%、6 8.2 %和 95.9%, 面积精度分别达到 92.1%、95.9%、6 3.8%和 90.5 %。这 6大植被类型在地理空间上的分布规律与中国东部常绿阔叶林区植被的地带性分布基本一致。     

2001-2010年内蒙古植被净初级生产力的时空格局及其与气候的关系

利用MODIS NDVI数据、气象数据和植被分类数据,基于改进的光能利用率模型CASA模型对2001-2010年内蒙古不同植被类型净初级生产力(NPP)进行估算,并分析其时空分布特征及对气候因子的响应.结果表明:(1)10年间内蒙古植被年NPP的平均值为340.0 gCm-2a-1,且空间分布呈明显的经度地带性,由西向东的变化速率为每10度增加200.5 gCm-2a-1;(2)不同植被类型NPP有较大差异,森林、草地、农田和荒漠植被的NPP平均值分别为521.9、270.3、405.7和85.3 gCm-2a-1;(3)10年间内蒙古植被NPP总量的平均值为322.7 TgCa-1,波动范围为276.8-354.4 TgCa-1.从NPP年际变化的空间分布来看,阿拉善沙漠、毛乌素沙地西部、河套平原以北地区、浑善达克沙地东西缘和呼伦贝尔平原西北部植被的NPP呈极显著上升,而内蒙古中部的草地植被NPP呈极显著下降;(4)不同植被类型NPP对气候因子的敏感性有较大差异.森林植被NPP主要受温度的限制,而农田、草地和荒漠植被NPP主要受降水量控制.     

湛江市城市森林树种结构分析

调查湛江市道路、公园和附属三类绿地159个单位的100 452株乔木,比较其物种多样性特征、物种组成特性、相对多度、物种重要值。结果表明:(1)湛江城市森林有52科204种乔木,物种多样性较丰富,树种结构受绿地类型、生境与人文等因素影响;(2)物种组成反映出热带季雨林地带性特色,外来种有96种,应用丰富,但乡土植物开发不足;(3)在调查的植株中,少数优势种占很大比例,其中,道路绿地前25种植物相对多度高达89.66,公园有最多的非常见种;(4)物种重要值SI>1的有26种,7种基调树种反映了湛江城市森林的基本特色。     

中国东北植被生态学研究中的焦点问题

中国东北植被经过半个多世纪的系统研究,但有关植被生态学一些争论性问题尚未统一．本文仅就作者近年来研究工作涉及到的内容和关注的问题,提出一些看法：1)中国东北植被地带性分布规律可用Kira的温暖指数(WI）、寒冷指数(CI）和作者的湿度指数(HI)进行定量解释．2)大兴安岭北部山地,在海拔1400m以上存在冻原植被,是作者于1963年首次发现的我国第三块冻原植被,其WI<15℃·月．3)大小兴安岭植被分界线是我国植被区划中第一级分区界线,其位置在爱辉-果松沟-嫩江以南附近,WI为45℃·月．4)大兴安岭植被地带性分异显著,南段、中段为典型草原地带和森林草原地带,北段为针叶林地带,HI值分别为3．5～5．5、5．5～7．5、>7．5mm／℃·月．大兴安岭东麓阔叶林是森林草原带上的森林植被类型．5)东北东部山地岳桦林是山地植被垂直带谱重要组成部分之一,是山地森林垂直分布林线,WI为20～15℃·月为地带性植被类型,而WI>20℃·月为非地带性植被类型．6)内蒙古浑善达克沙地云杉林是陆地上非常罕见的森林生态系统类型,但这种云杉林究竟是哪一树种组成,在中国植物分类上一直是个争论性问题,作者通过核型分析和同工酶实验进一步证明是一个新种即沙地云杉Picea mongolica(H．Q．Wu)W．D．Xu,cmb．NOV．-Picea meyeri Rehd．et Wils var．mogolica(H．Q．Wu)．     

遥感和GIS支持下的城市植被制图及其特征分析

 以上海城市植被为研究对象,探索城市植被的分类理论和方法,提出一套适用于城市植被分类与制图的方法。根据城市植被信息获取的方式以及生态-外貌分类原则,建立了基于植物生活型的、可用图形表示的城市植被分类体系,分天然与半天然植被和人工植被两个大类,共有9个植被型和34个植被亚型。在遥感和地理信息系统(GIS)技术的支持下,建立研究区的城市植被信息数据库,并在此基础上对城市植被类型的特征以及与土地利用的关系进行分析比较,以期掌握城市植被类型的数量特征及其空间分布,同时按不同分类级别用计算机进行城市植被制图。城市植被     

乌鲁木齐城市半自然植被群落类型及特征分析

根据前人的研究结果,结合典型样地调查,对乌鲁木齐城市半自然植被的群落类型进行了划分,并对群落结构、物种组成和植物生长型谱等特征进行了分析。结果表明:乌鲁木齐城市半自然植类型可划分为4个植被类33个植被型38个群丛组,其中,阔叶林植被类包含8个植被型11个群丛组;灌丛植被类包含12个植被型12个群丛组;草本植被类包含10个植被型11个群丛组;伴人植被类包含3个植被型4个群丛组。属于灌丛植被类的植被型和群丛组均最多,而属于伴人植被类的植被型和群丛组则最少。在该城市半自然植被群落中,阔叶林植被类为二层和三层层片结构,灌丛植被类以二层层片结构为主,草本植被类和伴人植被类为一层层片结构;层片结构类型主要为单一草本型、乔木-灌木型和灌木-草本型。该城市半自然植被群落中共有种子植物24科74属88种,优势科为禾本科(Gramineae)、藜科(Chenopodiaceae)、豆科(Leguminosae)、菊科(Compositae)、蔷薇科(Rosaceae)和十字花科(Cruciferae),共包含47属57种,分别占该群落中种子植物总属数和总种数的63.51%和64.77%。该群落中一年生和多年生草本以及多年生半灌木种类居多,分别占总种数的29.55%、34.10%和17.04%。根据相关研究结果,对乌鲁木齐城市半自然植被与该区域自然植被及人工绿地的差异进行了比较分析。     

基于熵权物元分析模型的城市生态安全综合评价

随着城市化进程的加快,人口膨胀,交通拥挤,环境破坏,大气污染,能源短缺等一系列生态问题严重制约着城市的可持续发展,影响着城市的生态安全。针对城市生态安全的问题,论文以郑州市为例,采用物元分析和熵权法,建立城市生态安全熵权物元模型,首先通过熵权法对郑州市2001-2004年的指标数据进行处理并计算出相应的权重,再通过物元分析法对郑州市2001年城市生态安全状况进行综合评价,结果表明郑州市2001年的城市生态处于较不安全状态,评价结果客观、科学,不仅为解决城市生态安全问题提供了一种有效的评价方法,而且能够为明确城市的发展状况,制定下一步发展战略提供依据。     

基于绿视率的城市生态舒适度评价模型构建

城市生态系统服务指人类从城市生态系统中获取的利益,城市绿色空间是提供城市生态系统服务的主要载体。而城市化进程的加快对城市绿色空间的存量造成威胁,城市生态系统服务难以达到居民需求。传统的城市绿色空间评价指标集中于对城市绿地面积的评价,指标偏向整体性和二维化,忽视了三维绿量,也鲜少关注生态系统服务质量。基于以上背景提出了一个城市生态系统服务功能评价指标——城市生态舒适度,通过人体的主观感受对城市生态系统服务功能做出质量反馈,并结合灰色关联分析法构建了该指标的评价模型。通过样本的条件对比分析得出,当绿视率水平低于30%时,城市生态舒适度的主要影响因子为绿视率;当绿视率水平高于30%时,则是湿度、PM2.5浓度和风力等级。将评价模型的模拟结果与实测值进行对比验证,结果显示二者的变化趋势基本相同,表明评价模型科学有效。     

城市生态系统灵敏度模型评述

系统复杂性是困扰城市生态系统研究和管理的因素之一,成熟的系统分析模型可以帮助研究者及管理者应对这种挑战。德国系统思想大师Vester教授开发的灵敏度模型就是致力于解决城市规划管理中的复杂性问题,并在一系列的实践应用中取得了显著成效。网状思维(Networked Thinking)与生物控制论观点是Vester教授的核心思想,也是灵敏度模型的思想基础。模型主要分为三大层次:最底层是以数据的收集与筛选过程为代表的信息组织层次;随后是系统解释层次,主要是对系统关系网进行控制论解释;最后是系统综合评价层次,采用生物控制论观点对系统结构、行为等进行检验与评价。为方便用户使用,模型被分解为9个标准步骤,每一部分都包含数个实用的数学分析工具。模型还明确提出了4个等级的系统控制论指标(或特征)体系,以帮助使用者更好地进行系统思考。灵敏度模型本身具有众多的原创性贡献,但同时也有一定的局限性。这些经验与教训为未来的城市生态系统建模工作提供了宝贵启示。     

From the urban metabolism to the urban immune system

Urban areas face mounting risks from many sources. Cities pursue myriad tactics to resist, recover from and adapt to shocks and stresses, but little is known about how these approaches relate across the scales of a city nor how cities compare in their abilities. Part of the challenge in addressing these gaps is that the risk to cities is typically studied with an emphasis on one or a few hazards or through the lens of a singular sector. This paper proposes a framework, dubbed the Urban Immune System (UIS) to coalesce and expand industrial ecology research on urban risk management. In the same way that Urban Metabolism (UM) is a unifying framework for urban environmental sustainability, UIS can be a unifying framework for urban resilience, especially related to climate change. Herein, UIS is defined, its many capabilities are dissected and linked to disparate studies; and opportunities for application of the concept are provided. The paper concludes by examining the relationship between UIS and climate change and by identifying those attributes of the UIS that are expected to be of increasing importance under climate change.     

公园绿地可达性的客观影响因素

公园绿地可达性是衡量城市现代化发展水平、和谐人地关系的一个重要指标.了解公园绿地可达性客观影响因素及作用程度,对有效提高公园绿地可达性、充分发挥公园绿地的服务功能、促进城市健康发展具有重要意义.本文基于ArcGIS 9.3软件平台,运用网络分析法评价了沈阳市三环以内公园绿地服务面积及其服务效率,并分析了公园绿地服务面积及其服务效率随公园绿地面积、公园绿地形状、路网密度的变化规律.结果表明: 公园绿地面积与其服务面积呈显著正相关,与其服务效率呈显著负相关;公园绿地形状与其服务面积及服务效率呈显著正相关;路网密度与公园绿地服务面积呈显著负相关,与其服务效率没有显著相关关系;3个影响因子中,对公园绿地服务面积的影响程度依次为:公园绿地面积>路网密度>公园绿地形状,对公园绿地服务效率的影响程度依次为:公园绿地面积>公园绿地形状>路网密度;公园绿地面积是其服务面积及服务效率的最重要影响因子.     

Ecology and urban planning

Urban areas harbour diverse nature ranging from semi-natural habitats to wastelands, parks and other highly human-influenced biotopes with their associated species assemblages. Maintenance of this urban biodiversity for the residents and for its intrinsic value in the face of increasing population and expanding cities requires that ecological knowledge should be better integrated into urban planning. To achieve this goal understanding of ecological patterns and processes in urban ecosystems is needed. The first step in the necessary urban ecological research is to find out what kind of nature exists in cities. Second, knowledge about ecological processes important in urban nature is required. Although ecological processes in cities are the same as in rural areas, some of them, such as invasion by alien species, are more prevalent in urban than in rural conditions. Third, based on ecological knowledge, management schemes maintaining the diversity of urban nature should be designed. These procedures should also include protection of urban nature, e.g. in urban national parks. Finally, as ecology alone cannot provide the complex information about human influence on urban ecosystems, interdisciplinary research involving natural and social sciences is imperative for a holistic approach to integrating ecology into the process of urban planning.     

基于投影寻踪的城市生态系统健康评价

掌握城市生态系统的健康水平,对城市实施可持续发展具有重要意义.采用一种新型的多指标数据处理方法-投影寻踪模型,选取典型指标,利用基于实数编码遗传算法优化求取最佳投影方向,对广州市2000年、2005年的城市生态系统健康状况进行评价.评价结果表明:2000年,广州市对应的等级值为2.95,处于亚健康状态,符合其客观状况,该结果与采用模糊综合评价法所得结论一致;2005年,广州市对应的等级值为3.48,仍处于亚健康状态,但其等级值大于2000年的数值,等级值在增大,表明经过5a的建设,广州市的生态系统健康状况在不断好转.此外,与模糊综合评价法相比,该模型能精确地刻画出生态系统的具体健康水平,具有较高的评价精度和区分度.     

城市生态网络分析研究进展

自生态网络分析方法提出40多年来,其理论发展和应用实践不断拓展,但直至21世纪才不断引入到城市生态系统研究中,用以分析城市内部多个主体和多种生态流构成的关联网络。目前,城市生态网络分析集中于生态网络分析方法与指标的拓展及多尺度的应用研究,而生态网络分析方法又形成了上升性分析和环境元分析两大分支,多尺度应用涵盖了城市镶嵌的区域背景尺度和城市内部产业部门之间的细节尺度。然而,当前研究仍存在着多尺度融合、多种生态网络分析方法集成不足等问题,这限制了城市生态网络分析方法在城市规划设计中的应用。未来城市生态网络分析研究集中于如下3点:(1)开展多尺度城市生态网络分析,包括城市群-城市-园区/社区等,构建多级嵌套生态网络模型;(2)集成上升性与环境元分析方法,提出由外在表征到内在过程的城市生态系统评价模式及模拟方法;(3)强调自然节点在城市生态网络中的重要作用,形成社会经济节点与自然节点并重的生态网络模型,并强调构建多精度的生态网络模型服务于不同的研究目的。     

基于GISP模型的城市绿色基础设施多功能性评估

绿色基础设施建设是加强城市生态弹性力的重要手段之一。绿色基础设施多功能性是实现城市生态系统服务功能综合效益最大化的前提,这一点已被众多学者认可。构建绿色基础设施规划(GISP,Green Infrastructure Spatial Planning)模型,基于绿色基础设施的雨洪管理、绿色空间可达性、净化空气、缓解热岛效应、景观连通性五大功能指标,开展城市绿色基础设施多功能性评估,明确合肥市绿色基础设施的高需求地区,探讨绿色基础设施不同功能之间的权衡和协同关系。结果表明:合肥市东北部对于绿色基础设施缓解城市热岛效应、净化空气的需求最强烈,城市一环区域对于绿色基础设施的雨洪管理需求最为强烈,城市东部、南部对于绿色基础设施的绿色空间可达性需求显著;总体而言,绿色基础设施选址的热点区域为城市一环内及东北区域;绿色基础设施的雨洪管理、缓解城市热岛和净化空气间存在着协同关系,与景观连通性之间存在着权衡关系;运用GISP模型评估合肥生态空间体系控制规划以及合肥市域空间绿道网络系统建设总体规划,规划中绿地选址不在绿色基础设施的高需求区域,也没有在战略上整合绿地多功能的生态系统服务、获得更大的生态弹性力。     

京津唐城市生态系统能值比较

运用能值(emergy)分析方法,以京津冀地区的北京、天津、唐山为研究对象,建立了复合生态系统与可持续发展的能值指标,对3个城市1991～2005年自然环境与社会经济可持续发展状况进行了比较分析.研究结果表明:1991～2005年期间,由于北京、天津的本地资源能值对经济发展的驱动力不足,城市发展对外部输入能值的依赖程度越来越高;北京、天津、唐山社会子系统的能值指标均呈上升趋势,城市居民生活水平和经济发展水平不断提高;北京经济子系统的各项指标均优于天津和唐山,但环境子系统和能值可持续指标体现出,北京的环境压力最大、可持续发展能力低于天津和唐山.在此分析基础上,对北京、天津、唐山的可持续发展提出了几点建议,为制定城市发展策略和产业调整提供科学依据.