沙丘生态系统种子库研究现状、趋势与挑战

风蚀和沙埋赋予沙丘生态系统独特的自然物理和生物过程。沙丘生态系统种子库研究对于沙区植物多样性保护和生态恢复至关重要。但是人们对沙丘生态系统种子库的时空格局、形成机制和生态功能的认识还很肤浅。近些年, 沙丘生态系统种子库开始受到关注。该文对20年来沙丘生态系统种子库研究进行了回顾总结, 论述了沙丘生态系统种子库研究现状, 剖析了沙丘生态系统种子库现有结论, 阐述了沙丘生态系统种子库研究趋势与面临的挑战。沙丘生态系统种子库研究已获得以下认识: 1)沙丘生态系统类型、部位和深度决定种子库大小与组成; 2)沙丘生态系统种子库季节、年际变化受风沙活动和降水调控; 3)沙丘生态系统种子库受各种干扰的综合影响; 4)生境对沙丘生态系统种子库具有重要影响; 5)沙丘生态系统种子库结构和组成与植物繁殖对策密切关联; 6)种子库对沙丘生态系统植被恢复贡献率因沙丘类型而异。沙丘生态系统种子库研究应强化如下方面: 1)种子库区域分异规律研究; 2)种子库与植物生活史阶段的联系的研究; 3)多种干扰方式综合影响下的种子库研究; 4)种子库对沙丘生态系统植被恢复贡献的研究; 5)沙丘生态系统自然物理过程与种子库耦联关系的研究。     

基于InVEST模型的皖西大别山区生境质量时空演化及景观格局分析

新型城镇化及生态文明建设背景下,加强中国重要生态功能区的生境质量研究具有重要意义。以皖西大别山区舒城县为例,基于InVEST模型及地形位等方法进行生境质量时空演变与景观格局互动及梯度效应分析,结果表明:(1)1995—2015年,研究区生境质量指数从1995年的0.6392下降为2015年的0.6356,总体降幅不大;生境退化程度持续上升,由0.0133上升至0.0142。热点分析表明,生境质量较差的冷点区主要分布于东北部的城镇及其周边区域,质量较高的热点区主要位于西南部植被分布区;(2)生境质量及生境退化分布指数具有显著的地形位梯度效应。高生境质量分布指数与林地分布一致并随地形位梯度上升成主导优势,而低生境质量分布与建设用地和农地分布一致,并在低地形位梯度上占主导优势;(3)分区和整体生境质量与景观格局指数相关性显著,但不同区域内的二者之间相关性质各异。生境质量演化受地形和景观格局影响较大。研究结果对于大别山重要生态功能区的生境保护及生态系统功能调控具有一定的理论与实践价值。     

重点脆弱生态区生态恢复模式现状与发展方向

生态系统退化严重影响区域可持续发展,控制生态系统退化和生态恢复已成为重要议题。我国脆弱生态区分布广泛,生态系统退化显著,荒漠化、水土流失、石漠化等问题突出,针对这一问题,我国已开展一系列生态恢复工程,积累了数量众多的生态恢复模式。在梳理重点脆弱生态区(北方风沙区、青藏高寒区、干旱荒漠区、黄土高原区和喀斯特地区)生态环境问题现状基础上,整理了针对不同脆弱生态区及亚区的生态恢复模式,构建了一套全面评估生态恢复模式的综合效益的指标体系,结合实地调查和数据收集,评估了脆弱生态区的生态恢复模式的综合效益,基于此提出生态恢复实践中应将生物多样性和生态系统服务提升作为重要目标,同时加强针对生态恢复模式的成本效益分析,综合设计生态恢复管理制度,搭建重点脆弱生态区生态恢复信息平台可为生态恢复模式筛选和优化提供决策支持。     

西南干旱河谷植物多样性资源的保护与利用

西南干旱河谷是分布于我国亚热带横断山区的隐域性河谷景观, 其环境受季风气候、岭-谷地形环境和人类开发活动的共同影响。适应于季节性干旱和垂直气候分异, 干旱河谷具有独特的植被和丰富的物种多样性资源。在过去几十年中, 干旱河谷的气候变化以增温为一致特征, 同时经历着广泛的人类活动干扰, 特别是道路建设、水利工程、矿山开发和城镇化驱动的土地利用变化, 造成了普遍的植被破坏、生境退化和生物入侵, 给乡土植物多样性资源和生态系统稳定性带来了严重威胁, 然而至今对干旱河谷生物多样性的保护仍基本属于空白。因此, 建议及时建立干旱河谷的生物多样性保护体系; 因地制宜采取退化植被修复、立体农业规划、特色植物资源利用和风景旅游开发等措施, 以维持干旱河谷生态系统的可持续性; 落实生态文明建设的相关政策, 以保障西南生态屏障的生态安全和生态服务能力。     

IUCN生态系统红色名录研究进展

生态系统红色名录作为物种红色名录的重要补充,是基于生态系统水平上的生物多样性评估,对于重要生物的生境保护至关重要。当前,世界自然保护联盟(IUCN)将IUCN生态系统红色名录评估方法作为生态系统受威胁状况评估的正式标准,广泛应用于全球生态系统的评估,在生物多样性保护和生态系统管理中发挥着重要作用。随着IUCN生态系统红色名录评估体系的修订和推广,其评估标准日趋完善,但生态系统制图、生态系统崩溃的概念以及实际操作层面仍面临挑战。本文回顾了生态系统红色名录的发展过程,归纳了IUCN生态系统红色名录评估方案中生境范围退化(标准A)、生境限制分布(标准B)、非生物环境退化(标准C)、生物过程退化(标准D)以及威胁定量分析(标准E)这5个指标的含义和评估过程,并围绕IUCN生态系统红色名录实际评估中面临的挑战,论述了利用遥感和生态模型可能提供的解决方案。文中指出,明确生态系统分类体系以及生态系统崩溃等基本概念对生态系统红色名录评估至关重要;尺度效应是评估过程的重要影响因素;多尺度评估是丰富生态系统红色名录空间信息的潜在方法;耦合遥感和生态模型等手段共同参与评估,是未来研究IUCN生态系统红色名录的重要方法。     

腾格里沙漠人工植被区固沙灌木影响深层土壤水分的动态模拟研究

灌木是我国沙漠地区主要的优势植物类型,固沙灌木的存在有益于沙丘的固定进而有利于退化沙漠生态系统的生态恢复。基于腾格里沙漠沙坡头地区50多年的人工植被区长期观测研究,建立生态-水文模型模拟了该地区固沙灌木盖度和深层土壤水分的动态变化过程,结果表明,固沙灌木的建立改变了沙区原有的生态-水文过程,在固沙灌木建立40多年后,固沙灌木的盖度和深层土壤水分达到了新的平衡状态。灌木盖度逐渐稳定在(10±0.9)%左右,而深层土壤水分稳定在(2.58±0.2)%左右。因此,在年均降雨量为186mm的腾格里沙漠沙坡头地区,土壤水分的最大植被承载力为:灌木和生物土壤结皮的盖度分别维持在10%和60%,深层土壤水分维持在3%左右。     

极端干旱对陆地生态系统的影响:进展与展望

作为地球表层重要的组成部分,陆地生态系统是人类生存和发展的重要场所。进入21世纪以来,气候变化导致干旱事件发生的强度、频度和持续时间显著增加,对陆地生态系统带来深远的影响,严重制约甚至威胁人类社会的可持续发展。因此,开展极端干旱对陆地生态系统影响的研究并评估其生态风险效应,是当前全球变化领域研究的重点问题。该文从植物生理生态过程、生物地球化学循环、生物多样性以及生态系统结构和功能4个方面综述了极端干旱对陆地生态系统的影响,并对当前的研究热点进行探讨,深度剖析当前研究中存在的难点问题和未来可能的发展方向,以期为未来开展干旱对陆地生态系统影响的观测与预测研究提供参考,为在未来干旱影响下加强陆地生态系统风险评估和管理提供新思路。     

Effects of extreme drought on terrestrial ecosystems: review and prospects

作为地球表层重要的组成部分, 陆地生态系统是人类生存和发展的重要场所。进入21世纪以来, 气候变化导致干旱事件发生的强度、频度和持续时间显著增加, 对陆地生态系统带来深远的影响, 严重制约甚至威胁人类社会的可持续发展。因此, 开展极端干旱对陆地生态系统影响的研究并评估其生态风险效应, 是当前全球变化领域研究的重点问题。该文从植物生理生态过程、生物地球化学循环、生物多样性以及生态系统结构和功能4个方面综述了极端干旱对陆地生态系统的影响, 并对当前的研究热点进行探讨, 深度剖析当前研究中存在的难点问题和未来可能的发展方向, 以期为未来开展干旱对陆地生态系统影响的观测与预测研究提供参考, 为在未来干旱影响下加强陆地生态系统风险评估和管理提供新思路。     

新月形沙丘稳定性机理——以甘肃河西沙区为例

新月形沙丘是一种重要的沙丘类型,一般存在于绿洲边缘。研究新月形沙丘的稳定性,对于揭示绿洲缘的风沙运动规律有重要学术价值,而到目前新月形沙丘的稳定性还是沙漠生态学领域中一个的尚未解决的科学问题。以河西沙区新月形沙丘为例,通过调查其分布环境、测定沙丘各部位风速和风蚀积沙等,分析了新月形沙丘顶部稳定机理。结果表明:1)甘肃河西沙区的新月形沙丘分布在沙漠边缘的下风向,一般为斑块状分布。分布区域为平坦的沙粘质或沙砾质滩地,丘间地较为开阔且具有明显的主风向。2)主风向(NW)过程是新月形沙丘顶点与沙脊线重合的过程,也是新月形沙丘前移和高度降低的过程;反主风向(SE)过程是新月形沙丘顶点与沙脊线分离的过程,也是新月形沙丘背风坡上部风蚀与沙丘增高的过程。3)新月形沙丘越高大,两翼越长、夹角越小。4)较为开阔的前后滩地是新月形沙丘及新月形沙丘链存在所必须的环境条件,相对单一的主风向是新月形沙丘及新月形沙丘链维持其稳定性的关键因子,反向风及两翼的廊道效应是新月形沙丘增高增大的关键因子,主、反两个方向的风速及其分布频率是控制该区域新月形沙丘及新月形沙丘链高度的限制因子。     

论沙丘植被过程的基本生态关系

沙丘生态系统常常被认为是一种退化生态系统,自然植被恢复和稳定人工植被构建是沙丘生态系统恢复的基本手段。本文基于对沙丘生态系统长期研究结果,依从对立统一、动态变化哲学原理,结合相关生态学理论,从沙丘生态系统的独特性出发,提出了进行植被塑造过程研究需要注意的若干生态关系。论述了尺度-格局-过程的耦联关系和协同-权衡关系的转化在植被塑造过程研究中的必要性,阐释了区分沙丘流动与沙丘固定、干扰与胁迫、风蚀与沙埋在植被过程研究中的重要性,并探究了生态位法则或中性法则在沙丘植被过程研究中的应用价值,从适沙性与耐旱性、生理与繁殖过程、有性与无性繁殖等方面论述了沙丘植被塑造过程研究应关注的问题,旨在为沙丘生态系统植被自然恢复和稳定植被建设搭建理论构架。     

生态系统退化程度诊断：生态恢复的基础与前提

 生态系统退化程度诊断是进行生态恢复与重建的基础和前提。然而目前的生态系统化程度诊断大多停留在定性的水平,如何对退化生态系统的退化程度进行定量的诊断就成为恢复生态学与生态恢复实践所面临的一个迫切且十分关键的问题。在综述前人研究的基础上,比较系统地论述了生态系统退化程度诊断的一系列问题：绘制了描述生态系统退化程度的概念模型;认为在实践中退化程度诊断的参照系统可以选择相应的受人类或自然干扰程度比较轻的“自然生态系统”;归纳了生态系统退化程度诊断的生物途径、生境途径、生态过程途径、生态系统功能/服务途径、景观途径;把诊断方法分为单途径单因子诊断法、单途径多因子诊断法、多途径综合诊断法;分析了生态系统退化程度诊断的可能指标（体系）;给出了生态系统退化程度诊断的策略与流程,并对生态系统退化程度诊断及生态恢复过程中应注意的事项进行了讨论。建议我国加强典型生态系统退化程度的综合诊断研究。     

基于1980—2018年土地利用变化的福建省生境质量时空演变

分析土地利用变化引起生境质量的时空演变特征可以为区域生态文明建设提供科学依据。本研究以生态文明先行示范区福建省为例,以1980—2018年土地利用变化数据为基础,利用InVEST模型对福建省生境质量进行评估,通过地理探测器分析影响因素,结合土地利用变化规律分析福建省生境质量时空演化特征。结果表明: 研究期间,福建省主要土地利用变化类型是耕地转为林地和建设用地,林地转为耕地、草地和建设用地,草地转为林地,分别占总土地利用变化面积的8.4%、14.5%、7.6%、17.1%、6.4%和31.7%。1980—2018年,福建省总体生境质量处于较高级别(0.6～0.8),局部区域呈现生境退化和生境质量降低的趋势。影响福建省生境质量空间分异的第一主导因素是土地利用类型的变化,社会经济因素对沿海县市生境质量的影响显著高于对全域及内陆县市生境质量的影响。沿海地区建设用地快速侵占周边的林草地,使得生境加速退化,且这个过程具有不可逆性;内陆地区中心城区的生境退化会经历相似的过程,只是在速度和规模上可能低于沿海地区。从长远来看,可通过控制城市规模、发展城市生态绿化及构建生态安全格局,以减缓生境退化的速度。     

面向多重生态保护目标的广东省生态系统服务退化风险情景模拟

稳定、协调、可持续的生态系统服务供给是维持区域自然生命系统、保障区域生态安全的基础。面临生态系统所受的人为与自然干扰,有必要准确评估生态系统服务退化风险,揭示区域生态安全和可持续性提升路径。现有研究多叠加所有生态系统服务以评估生态系统服务退化风险,未能面向区域生态问题或生态需求对不同类型生态系统服务进行整合。研究提出面向多重生态保护目标的生态系统服务退化风险情景模拟框架,考虑广东省生物多样性保育、水资源安全、自然灾害防范等生态保护目标,选取代表性生态系统服务类型(生境维持、水源涵养、水质净化、土壤保持、洪水缓解、热带气旋缓解),基于不同典型浓度路径情景评估2018—2035年生态系统服务退化风险。结果表明,2018—2035年广东省生态系统服务供给空间格局基本稳定,尽管有所退化、空间异质性强。生态系统服务退化风险的情景模拟表明,面向生物多样性保育目标的生态系统服务退化高风险区位于珠三角的深圳市、佛山市和江门市,以及粤西和粤东地区的湛江市、茂名市和揭阳市;面向水资源安全目标的生态系统服务退化高风险区位于珠三角的深圳市、中山市和江门市,以及粤西与粤东地区的茂名市、揭阳市和江门市;面向自然灾...     

喀斯特槽谷区生态退化与修复专题导读

在国家重点研发计划项目——"喀斯特槽谷区土地石漠化过程及综合治理技术研发与示范(2016YFC0502300)"的支持下,经过项目组全体成员三年的共同努力,在喀斯特槽谷区生态退化与修复方面取得了一些重要进展。主要有:(1)2000—2015年槽谷区土壤侵蚀总量逐年减少,年平均侵蚀模数逐年降低,槽谷区植被覆盖明显提高;(2)拉巴豆地埂篱根土复合体不仅能有效提高喀斯特土壤的粒径大小和增强土体的抗剪/冲性能,并且能够利用大气N_2合成植物生长所需的氮肥,从而提高土壤肥力,可望实现石漠化治理中生态效应和经济效应的双赢;(3)喀斯特槽谷区隧道建设改变了地下水流场并降低了地下水位,进而降低了土壤微生物丰度和多样性,而增加了适应干旱的微生物种群,并导致土壤质量的降低;隧道建设加速了坡面产流和土壤流失,加剧了土地石漠化,从而导致生态退化;(4)随着槽谷区退化生态系统的恢复,生态系统的生态服务功能得到提升。     

热带珊瑚礁区海参的生境选择与生态作用

珊瑚礁生态系统是一个高生产力、高生物多样性的特殊海洋生态系统,具有为生物提供栖息地、参与生物地球化学循环、防浪护岸、指示水体污染程度等生态功能。珊瑚礁生态系统的突出特点是其生境异质性很高,各种各样的生境斑块为种类繁多、习性各异的游泳和底栖生物提供栖息场所,这些礁栖生物通过参与各项生态过程而形成各种特定的功能群,共同完成重要的生态功能。在热带珊瑚礁生态系统中,海参是大型底栖动物区系的重要一员。种类繁多的海参具有各自不同的生境选择特征,通过摄食、运动等行为活动发挥着改良底质、促进有机物矿化和营养盐再生等生态作用。近几年来,全球热带海参受人类过度捕捞和珊瑚礁退化的影响而面临资源衰退、物种多样性丧失等问题,深入认识其生态学功能、加强热带海参资源保护迫在眉睫。综述了国内外热带珊瑚礁海参的基础生态学研究进展：海参对珊瑚礁生境斑块呈现显著的偏好选择特征以及种间差异和季节变动,不同生境斑块的食物质量、底质类型和水动力条件是影响海参生境偏好的重要因素;海参通过生物扰动可以改变珊瑚礁生境沉积物的含水量、渗透性、颗粒组成、再矿化率、无机营养物质释放速率以及孔隙水的化学梯度,并增加沉积物中的溶氧浓度、促进溶解...     

荒漠化治理中生态系统、社会经济系统协调发展问题探析——以中国北方半干旱荒漠区沙漠化防治为例

全球变暖导致的区域干旱使得干旱区水资源日益匮乏,而迅速增长的人口和社会经济发展进一步加剧水资源危机,使得有限的水资源成为全球沙漠化防治瓶颈,严重制约了沙化土地治理进程,影响了联合国"土地退化总面积零增长"目标的实现,也影响了中国社会经济的可持续和协调发展。传统的沙化土地治理生物措施重视植被盖度增加,忽视生态系统其他要素,如土壤水分、养分等与植被的相互关系,导致一些治理措施相对简单,生态系统不能协调发展。而沙化土地治理的物理措施和化学措施由于忽视了沙区社会和经济效益,其可持续性也受到科学家质疑。近期获批的国家重点研发计划项目"中国北方半干旱荒漠区沙漠化防治关键技术与示范"(2016YFC0500900)拟针对此问题开展研究,以沙化土地稳定恢复为首要目标,在认识半干旱荒漠区沙化土地正/逆过程演变机制和荒漠生态系统稳定性的基础上,研究沙化土地稳定恢复的生态阈值;以毛乌素沙地、库布齐沙漠东部、科尔沁沙地西部和呼伦贝尔沙地为典型区,针对不同沙化土地特点,研发防沙治沙关键技术,开展模式优化和试验示范;在防沙治沙模式与工程效益评估基础上,集成产业化技术体系,为国家防沙治沙工程建设提供理论基础与技术支撑。     

恢复生态学研究的一些基本问题探讨

对恢复生态学的研究概况、基本概念、内涵与研究内容以及生态恢复的目标、原则、程序与技术进行了分析与探讨。指出恢复生态学应加强基础理论研究(包括生态系统的演替理论及干扰条件下生态系统的受损过程与响应机制研究等)和应用技术研究(包括土壤、水体、大气和植被恢复技术、生物多样性保护技术以及生态系统的组装与集成技术等).生态恢复与重建是指根据生态学原理,通过一定的生物、生态以及工程的技术,人为地切断生态系统退化的主导因子和过程,调整和优化系统内部及其与外界的物质、能量和信息的流动过程及其时空秩序,使生态系统的结构、功能和生态学潜力尽快地成功地恢复到原有的乃至更高的水平。     

动植物在陆地退化生态系统恢复中的作用及其研究进展

生态系统退化导致了生物生境丧失、多样性下降和生产力降低, 所以, 恢复退化的生态系统, 已成为亟待解决的重要课题, 关系到人类社会的可持续发展。因此, 阐述了生态系统退化的现状, 并分析了其退化的人为和自然原因; 比较分析了植物恢复、动物恢复及动植物联合恢复等生态恢复方法的适用性、有效性、局限性及恢复机制, 得出以下结论: 动、植物恢复首先应通过生态势和基础生态位等的分析, 筛选出较为适宜的本土生物, 这些生物的引入主要是通过收集种源、改善生境和构建生物廊道等途径进行; 引进外来物种进行生态恢复, 须评估外来种的入侵风险、适应性和生态功能; 同时注意利用植物和植物、植物与动物间的生态位、化感作用和互惠共生等互作关系, 并结合生态记忆的方法, 进行动植物的合理组合, 形成系统的生态恢复技术, 进而实现退化生态系统的全面恢复。     

短期极端干旱事件干扰下退化沙质草地群落抵抗力稳定性的测度与比较

利用对不同沙漠化程度的6个沙质草地群落样地在经历时间尺度约为0.5个生长季、强度约为正常降雨量15%的短期干旱事件干扰前后2a同期进行的植被调查资料,从抵抗力概念出发构建抵抗力指数,尝试性地对沙漠化过程退化沙质草地群落在短时间尺度极端干旱事件干扰下的抵抗力稳定性进行了量化测定与比较。结果表明:6个不同沙漠化程度沙质草地群落以活生物质盖度计算的抵抗力指数,除群落4由于其组成以差吧嘎蒿为主而抵抗力指数较高为0.8615,其余5个群落抵抗力指数较小,在0.1760-0.0217之间,且随沙漠化程度的提高,群落抵抗力指数减小,即群落稳定性下降;而以立枯和地面枯落物等非活生物质组分计算的抵抗力指数较高,分别在0.4394-2.4128和0.7983-5.3810之间,且在群落之间的变化与群落沙漠化程度并无一致性,这恰当地反映了立枯和地面枯落物等非活生物质受干旱影响较小、对维持群落功能稳定起着重要作用的事实。对群落抵抗力来源与构成进行的分析表明,群落抵抗力主要由多年生植物构成。通过本研究对群落抵抗力以群落内部生态过程为基础进行的数量测定与比较,证明生物多样性的损失,特别是多年生植物的严重缺失,是沙漠化过程植被抵抗力稳定性降低的主要机理和根本原因。研究结果从相反方面说明生物多样性促进退化沙质草地群落对短期极端干旱事件干扰的抵抗力稳定性,这一结论是对"多样性的生态系统功能"、"多样性与稳定性"等生态学基本问题给出的以所研究的特定生物气候带内退化沙质草地群落为例证的回答。     

胡杨组织培养

胡杨(Populus euphratica)是我国西北荒漠、半荒漠沙区唯一能生产的乔木树种、抗盐碱风沙、耐大气干旱,以“沙漠劲松”誉称。胡杨在开发沙区经济、充分利用国土和改造沙漠生态系统中是一个有重要意义的树种。由于在长期的根蘖繁殖和近亲交配条件下,造成胡杨种性退化,而种子繁殖的结果,出现后代严重的分离现象。为此,通过探索胡杨单株选优以组织培养为手段、达到选育优良类型、建立优良无性系的目的。