滇东南喀斯特区域生态脆弱性的时空演变及其影响因素

由于自身的脆弱性和人类活动的扰动,喀斯特区域植被破坏、水土流失和石漠化等生态问题突出。综合分析喀斯特区域的生态脆弱性及其影响因素,可为区域生态修复、环境治理提供科学支持。本研究以滇东南典型喀斯特区域广南县为例,从自然和人为因素角度构建喀斯特区域生态脆弱性评价指标体系,运用SPCA对2000、2010和2018年的生态脆弱性进行反演,分析其时空演变特征,并利用地理探测器探究其影响因素。结果表明: 2000—2018年,广南县整体脆弱性变化较小,但脆弱程度在不断加剧。在脆弱等级方面,该县以微度脆弱为主,但轻度、中度和重度脆弱在逐渐增加。广南县沿“者兔-莲城-杨柳井-板蚌”以南地区的生态脆弱性较高,以北地区的脆弱性较低;脆弱性空间集聚效应强烈,北部处于脆弱性低-低集聚区,而西南部和东南部处于脆弱性高-高集聚区;生态工程的实施有利于区域生态脆弱性的改善,而人类活动的干扰使生态脆弱性进一步恶化。岩性和石漠化面积比重对喀斯特区域生态脆弱性的影响较为显著,导致喀斯特生态脆弱的基础是喀斯特碳酸盐岩的发育。     

2000—2019年长江流域植被覆盖时空演化及其驱动因素

长江流域作为中国重要的生态屏障，科学认识长江流域植被覆盖时空变化及其驱动因素，对有效开展长江流域生态工程建设具有重要的指导意义与应用价值。基于2000—2019年间MODIS-NDVI与相关气象等数据，采用Theil-Sen median趋势分析、Mann-Kendall检验、变异系数、偏相关分析、残差分析等方法，研究了近20年来长江流域植被覆盖的时空分布与变化特征，并探究了研究区植被覆盖的驱动因素。结果表明：(1)时间变化上，长江流域生长季NDVI呈现波动增长趋势，显著改善面积大于退化面积；(2)空间分布上，流域植被覆盖空间分布格局大致呈现为“中部高，东西低”,生长季NDVI多年均值为0.6164,呈较高植被覆盖状态；(3)变化趋势上，植被增长区域大于减少区域，具体表现为“中部强于东部、东部强于西部”;(4)变化稳定性上，流域植被变异系数介于0.0104—1.3199之间，呈现出“中间低，东西高，东西部局部区域高低波动并存，地域性差异明显”的空间变化稳定性特征；(5)影响因素上，流域植被覆盖变化受气温和降水的共同影响，大部分区域生长季NDVI变化以气候驱动为主，局部区域表现自然因素叠...     

锡林郭勒植被NDVI时空变化及其驱动力定量分析

定量评价归一化植被指数(NDVI)变化特征及其驱动机制, 对了解区域生态变化特征, 促进区域生态与社会经济的可持续发展具有重要作用。该文利用MODIS-NDVI数据, 采用趋势分析法探讨了锡林郭勒2000-2015年生长季植被NDVI时空格局; 然后, 将各驱动因子的空间影响面积与植被显著增加/减少区域进行空间叠加分析, 二者比例即为贡献率大小。结果表明: 研究区植被NDVI整体缓慢增加, 呈现“东北高西南低”的分布格局。NDVI显著增加面积大约是显著减少面积的2倍, 且在气候和人类活动的双重作用下, 植被NDVI表现出显著的空间异质性。在NDVI显著增加区域, 气候影响比例为47.79%, 且降水和气温影响比例相当; 禁牧及草畜平衡政策是最主要的人为影响因素, 占比69.55%。在NDVI显著减少区域, 气候因素占比52.55%, 且以降水影响为主; 人类活动占比24.73%。在NDVI显著增加区域, 人类活动的影响大于气候因素, 且二者耦合作用较突出。     

中国西南喀斯特地区植被变化时空特征及其成因

2000年以来,国家在中国西南喀斯特地区开展一系列生态治理工程,该地区退化生态系统得到一定程度的恢复,而2008年开展石漠化综合治理工程以来该地区的植被覆盖和生产力如何变化尚不清楚。本研究利用遥感增强型植被指数(EVI)和总初级生产力(GPP)数据,研究2000—2015年西南喀斯特地区植被EVI年均值和GPP年总量的时空变化特征,重点探讨2008年以来石漠化综合治理工程、气候变化等因素对植被覆盖及生长的影响,进而评估石漠化综合治理工程的成效。结果表明,2000—2015年西南喀斯特地区植被EVI总体显著增加,其中2008—2015年植被EVI均值和变化率分别比2000—2007年高6.9%和85.7%,EVI显著增加的区域占西南喀斯特地区的13.4%;该区域GPP年总量亦呈显著增加趋势(20.58 g C m-2a-1)。2008—2015年气温和降水对植被EVI变化趋势的贡献仅占28.3%,退耕还林还草等生态恢复措施、大气CO2浓度、大气氮沉降的增加可能是该区域植被覆盖显著增加的主要贡献因子。在100个首批石漠化综合治理试点县中,大部分试点县植被EVI的变化趋势受非气候因子的影响,其中治理面积大的县受非气候因子的影响显著高于治理面积小的县,表明石漠化综合治理工程的实施有效地促进了试点县植被覆盖的增加。     

生态修复前后祁连山地区植被覆盖变化

祁连山是我国重要的生态屏障，定量评估气候变化和人类活动对植被变化的影响对祁连山生态保护和修复具有重要意义。以祁连山地区为研究区，分析1986—2020年植被覆盖时空动态变化，计算气候变化及人类活动对植被覆盖变化的贡献率，进而评估生态修复工程对于植被覆盖变化的影响程度。结果表明：(1)1986—2020年间祁连山地区植被覆盖度呈现显著增加趋势，变化趋势为0.022/10a;中高覆盖度主要分布在东南地区，西北地区仍然是以低覆盖度为主，且1999年的退耕还林还草工程施行后，中低覆盖度向中高覆盖度方向转化。(2)祁连山地区植被覆盖变化是气候因素和人类活动共同作用的结果。气候因素对植被覆盖的贡献率为93.40%,人类活动贡献率为6.60%,气候因素是祁连山区植被变化的主导因素，但人类活动在植被变化中的影响程度逐年增加。祁连山地区植被覆盖呈转好趋势，这主要是因为退耕还林还草等生态工程极大地改善了祁连山地区的植被覆盖状况，为后续植被的恢复和生态系统的稳定奠定了良好的基础。     

近40年科尔沁沙地植被时空变化及其驱动力

科尔沁沙地是我国沙漠化土地防治的重点工程区。近些年来,受气候变化、生态工程建设和人类活动的影响,该区的植被生长发生了一定的变化。研究区域植被的动态变化,可为后期沙地的综合治理和工程的合理建设提供科学依据。基于此,以1981—2015年NOAA-NDVI、MODIS-NDVI数据及同期气象和社会经济数据为依托,采用一元线性回归和相关分析的方法,对科尔沁沙地NDVI的时空变化及驱动因素进行了研究。结果表明:(1)1981—2015年NDVI整体呈波动的增长趋势(增速为0.00114 a~(-1));空间上NDVI呈增长趋势的区域(面积占68.8%)主要位于东南缘及中部部分地区,而研究区的西北缘呈降低趋势。(2)不同程度沙漠化区的NDVI均表现为先降低(1981—2000年)后上升(2001—2015年)的变化过程,说明前期遭受破坏的植被在后期得以恢复。(3)驱动力分析表明,降水和温度是驱动科尔沁沙地部分区域NDVI变化的影响因素;人口变化和生态工程的实施均驱动了区域内植被的时空变化;而经济的发展并不是该区植被变化的主要驱动因素。     

基于ICEEMDAN方法的黄土高原植被覆盖变化及其对气候变化的响应

地理数据和遥感数据的长期序列中包含噪声和周期性波动信息。本研究基于ICEEMDAN方法对黄土高原1982—2015年归一化植被指数(NDVI)、降雨和温度进行逐像元分解,分解后得到的残差项减少了原始数据中的噪声和周期性波动,并利用残差项研究NDVI的变化趋势以及NDVI与气候因子之间的关系。结果表明: 1982—2015年,黄土高原NDVI以上升为主,残差项NDVI变化趋势的显著性(95.9%)大于原始NDVI变化趋势的显著性(72.3%),并且存在一定的空间差异性。温度和降雨的变化可以在很大程度上解释植被覆盖的变化。其中,温度与黄土高原NDVI之间呈极显著正相关的区域占83.7%,极显著负相关区域占13.9%;降雨与黄土高原NDVI之间呈极显著正相关的区域占54.4%,极显著负相关区域占37.2%。黄土高原植被对气候变化的响应存在明显的空间差异性,不同气候因子对不同植被覆盖类型的影响程度不同。总体上,黄土高原生长季不同植被与温度之间的相关性强于降水,温度是影响黄土高原植被覆盖变化的主要因素。     

喀斯特关键带植被时空变化及其驱动因素

中国南方喀斯特地区广泛面临着生态问题,植被的保护与恢复倍受关注,对这一区域植被覆盖的进行监测和预测是非常必要的。以MODIS-NDVI为数据源,分析2000—2016年间,研究区不同地质背景,多种土地覆被类型的NDVI时空变化特征及驱动因素。结果表明:(1)从2000—2016年间,研究区植被覆盖整体呈增长趋势;其中喀斯特区域增长情况略优于非喀斯特区域。植被覆盖在空间上呈现东高西低;其中林地的NDVI值最高,耕地次之,依次草地,居民用地,水域,未利用地最低;在林地和耕地中,非喀斯特区域的NDVI值比喀斯特高,其余的土地覆被类型中都比喀斯特区域低。(2)研究区植被覆盖改善的地区占60.19%,退化地区占17.06%;草地,耕地区改善明显,退化主要在水域和建设用地; Hurst指数显示在研究区持续性改善的NDVI大于持续性退化;相比非喀斯特区域,喀斯特区域改善及持续性改善情况更佳。(3)整体而言,海拔对NDVI的空间分布影响力最大,温度次之,依次为降雨,夜间灯光指数;相比而言,非喀斯特区域NDVI空间分布更易受地形因子影响;喀斯特区域NDVI空间分布更易受气候差异及人类活动影响。(4)研究区分别有49%,45%,61%的NDVI与气温,降雨,日照的相关系数通过a=0.05的显著性检验;相比非喀斯特而言,喀斯特区域植被生长更易受气候变化的影响。     

基于半变异函数的环渤海地区NDVI空间格局特征研究

基于环渤海地区1999-2009期间年尺度的NDVI序列数据和半变异函数分析方法, 定量研究植被覆盖分布的空间格局特征及其时间变化特征, 结论如下: 1)辽宁省地形对植被分布的影响强于气候, 植被分布整体的连续性最好; 而在山东和京津冀区域, 温度对植被覆盖空间格局的影响强于水分, 且山东植被分布的斑块化最为显著; 2)结构性因子对辽宁、京津冀、山东三个分区植被覆盖的影响作用占主导, 但均呈减弱趋势; 3)辽宁、京津冀、山东三个分区植被覆盖空间变异最小、空间连续性最大的方向分别为东北－西南(30°)、西北－东南(150°)和西北－东南(135°), 该方向的差异体现了影响因子类型及其作用的差异性。     

恢复力视角下生态型城市植被恢复空间分异及其影响因素——以陕南商洛市为例

植被恢复是建设生态型城市的重要途径,通过明晰植被恢复空间分异与潜在的植被恢复力,有助于指导可持续性生态城市的建设。以商洛市为例,基于MODIS归一化植被指数(NDVI)数据,利用Sen+Mann-Kendall模型和Hurst模型研究2000—2013年商洛市植被恢复趋势及未来持续能力,并采用地理加权回归模型(GWR)分析市域尺度内植被恢复空间分布的影响因素。结果表明:(1)2000—2013年商洛市的植被恢复效果明显,植被覆盖增大的区域占总面积的82.5%,减小的区域占总面积的9.4%;(2)2000—2013年,受城镇的距离及土地集约程度等人文因素的影响,西北部植被恢复略好于东南部。(3)Hurst指数显示,商洛市未来植被恢复的持续性不强。48.0%的区域未来植被覆盖可能会呈现由改善变退化的现象,而持续增大的区域仅占36.7%,植被恢复力仍有待加强。(4)市域尺度上,植被恢复趋势空间差异形成的自然因素包括高程、坡度、坡向、与水体的距离,而人文因素则由距离城镇的距离和土地利用集约度所主导。地理加权回归显示各区县植被恢复趋势的空间影响因素及其强度并不一致,充分说明人地关系变化对植被恢复作用机理的复杂性。     

西南喀斯特地区耕地撂荒生态环境效应研究进展

耕地撂荒是多驱动力综合作用的结果,不同地域下的撂荒地生态环境影响具有其特殊性。针对当前西南喀斯特地区耕地撂荒现象,综述了目前在西南喀斯特地区撂荒地生态环境影响方面取得的研究进展及未来的研究展望。综合现有研究结果发现：(1)务农机会成本增加,以粗放经营为主要特点的隐性撂荒可能是现代石漠化发展的潜在动力;(2)喀斯特地区的土壤异质性决定了耕地撂荒后地块尺度的景观均质性或者区域尺度的景观异质性;(3)喀斯特地区耕地撂荒后植被恢复能在一定程度上改善土壤结构、维持土壤水分、促进土壤养分恢复;(4)撂荒初期土壤侵蚀加剧,撂荒后期植被恢复防治土壤侵蚀;(5)耕地撂荒植被恢复后增强了喀斯特地区植被碳汇、土壤碳汇和岩溶碳汇效应。未来,应明确隐性撂荒对喀斯特地区生态环境的具体影响,创新技术手段动态监测优等地和石漠化耕地的撂荒面积及趋势变化,定量显性撂荒在水土流失防治和石漠化生态恢复中的贡献,综合评估撂荒地的碳汇效应,从而为合理配置喀斯特地区耕地的社会、生态功能建言献策。     

植被恢复对西南喀斯特地区土壤气候韧性的提升作用

土壤质量提升是生态系统应对气候变化能力增强的关键。为探究气候变化背景下不同植被恢复方式对喀斯特地区土壤质量的影响,基于黔桂喀斯特地区气候梯度样带84个样方土壤物理、化学和生物性质综合分析,分别以耕地和次生林作为退化和顶级恢复对照,探讨了自然恢复(灌木林)和人工恢复(人工林)的土壤质量提升效应及其对气候变化的响应。结果表明:(1)植被恢复不仅显著提高了土壤细菌、真菌、放线菌等微生物丰度以及有机碳、全氮、速效氮等养分含量,也对土壤质地有一定改善;(2)自然恢复和人工恢复均提高了土壤质量,两种恢复方式之间土壤质量指数无显著差异,但与次生林依然存在差距。灌木林和人工林的土壤质量仅约为次生林土壤质量的62%-66%;(3)耕地土壤质量随年均温和年平均降雨量的增加而下降,次生林的土壤质量随年平均降雨量的增加而上升,植被恢复对土壤质量的提升率与年均温和年平均降雨量呈正相关关系。阐明了在一定范围的气候变化下进行植被恢复可以显著提升喀斯特地区土壤的气候韧性,揭示了喀斯特地区植被恢复对土壤质量的提升主要是由于提高了土壤碳氮养分含量及改善了土壤微生物群落结构,这为全球气候变化背景下喀斯特退化土地生态恢复和管理提供了理论依据。     

喀斯特峰丛洼地石漠化治理与生态服务提升技术研究

针对峰丛洼地区域石漠化面积削减较为迅速、亟需从前期治理侧重遏制面积扩张转向生态服务提升为主的新阶段后面临的治理投入与分区较为粗放、治理技术与模式缺乏针对性、综合效益亟待提升等问题,以生态服务提升为核心目标,系统研究生态工程实施以来区域石漠化演变的关键因子、水土流失/漏失关键过程与调控、植被恢复与人工诱导提升土壤生态功能机理,突破面向生态功能优化的区域生态系统监测评估、表层岩溶水生态调蓄与高效利用、有机物资源利用与退化土壤肥力提升、耐旱型植物群落构建与规模化建植、可持续性生态衍生产业培育等关键技术,形成生态服务提升与民生改善的区域石漠化治理系统性解决方案,为石漠化治理二期工程与扶贫提供科技支撑与示范样板。     

植被修复初期对贵州高原喀斯特湿地湖滨带碳元素的影响

以贵州草海保护区（海拔约为2171.7 m）为研究对象,采用时空互代法研究不同地貌环境（非喀斯特地貌、喀斯特地貌及植被修复地貌）下,保护区内土壤有机碳（SOC）、易氧化有机碳（ROC）、可溶性有机碳（DOC）含量分布规律及其影响因素,以期为准确估算保护区内碳组分储量及其固碳效益评价提供科学依据。结果表明：（1）不同地貌下有机碳（SOC）含量、易氧化有机碳（ROC）和可溶性有机碳（DOC）与土层深度存在极显著负相关关系,即随土层深度增加而降低;（2）在0-50 cm土层中喀斯特地貌与非喀斯特地貌下土壤团聚体均以>0.2 mm粒级有机碳含量相对较高,<0.125 mm粒级含量最低。（3）植被恢复过程中,土壤碳组分含量显著增加,土壤固碳能力增强提高了土壤有机碳含量,促进了土壤团聚体的形成,同时也提高了土壤团聚体的稳定性。     

干旱区包气带土壤水分运移能量关系及驱动力研究评述

包气带土壤能量和水分平衡及其驱动因子是维系地下水-土壤-植物-大气连续体(GSPAC)系统中水分运移发生的关键因素。在降水稀少、水资源短缺的干旱地区,开展包气带土壤水分形态、运移过程与能量的耦合规律研究对揭示区域水资源形成和转化机理具有极其重要的现实意义。文章总结了土壤水分运移理论研究进展,探讨了水分参与水文循环过程及干旱环境下土壤水分可能表现形态及其降雨入渗、再分布、渗漏、蒸发、毛管水上升等过程驱动机制,评述了包气带土壤水分与能量过程在不同空间尺度上生态水分效应。在一个非饱和土壤系统中,水分运移受包气带结构,土壤物理特征,植物根系和土壤生化环境的综合控制,物质和能量平衡改变是驱动水分循环的源动力,而土壤环境变化是导致水分运移形态的发生变化根本原因。因此,在气候变化背景下,研究干旱区土壤与大气界面以及包气带与饱和带界面水、汽、热耦合转化形式与能量驱动过程,能够提升我们对包气带土壤水分运移规律机理的深入理解,丰富对区域气候和水文变化认知。为干旱区生态植被恢复建设和水资源精细化管理提供理论向导。     

西南地区生态系统服务关系特征及其与植被覆盖的约束效应

西南地区是我国岩溶发育最强烈的生态脆弱区,同时也是植被恢复成效显著的生态修复区。尽管研究已证实了生态修复工程实施与生态系统服务功能提升之间的因果关系,但多个生态系统服务间的复杂关系、植被恢复对生态系统服务关系的约束效应却鲜有报道。研究在对西南地区的NPP、产水、粮食生产和土壤保持服务进行准确估算后,构建生态系统服务关系指数,对其时空变化特征及驱动因子进行剖析,并重点识别森林覆盖面积这一主导因子与生态系统服务关系的约束效应和影响阈值。结果显示：(1)2000到2018年,区域生态系统服务协同指数均值变化不明显,权衡指数呈减小趋势,综合指数略有上升,区域生态修复取得一定成效。(2)生态系统服务关系指数的空间分布差异明显,其中,协同指数的增长主要集中于研究区南部,权衡指数的减少主要位于四川中部和贵州东部,综合指数的增长主要分布在云南、贵州东部和四川南部。(3)生态系统服务关系变化受多种因素共同影响,其中森林覆盖面积的影响最突出,且各因素的作用具有明显的空间非平稳性。(4)森林覆盖面积与生态系统服务协同、权衡和综合关系间均存在一定约束关系,当影响阈值超过59%后,森林覆盖面积的扩大将不会带来生...     

中国喀斯特地区微生物群落结构和功能的研究进展

频繁的人类生产活动使植被遭到破坏,造成基岩裸露的石漠化现象,严重制约了喀斯特地区自然和社会经济的发展,随着生态修复工程的大力开展,微生物群落的结构和功能在生态修复中逐渐受到重视,因为微生物作为喀斯特生态系统的重要组成部分,不仅在物质循环过程中起着重要作用,也在喀斯特生态系统修复中占有十分重要的地位。所以微生物群落结构和功能的研究可以作为衡量生态系统稳定性的重要指标。就中国喀斯特地区的典型植被恢复的不同阶段、成土过程、不同的土地利用方式、矿山修复过程以及不同水域中的微生物群落结构及功能等方面的研究状况进行系统梳理,结合实例综合论述喀斯特地区生态修复过程中微生物作用的研究进展,以期为喀斯特地区生态修复提供参考。     

西南喀斯特区域水土流失敏感性评价及其空间分异特征

西南喀斯特地区碳酸盐岩酸不溶物含量很低,成土速率慢、土壤允许流失量小,加上地形起伏大、植被破坏严重,导致该地区水土流失敏感性及其空间分异的独特特征。选取降雨侵蚀力、地形起伏度、土壤类型、植被类型及土壤允许流失量等5个指标,应用GIS技术对西南喀斯特区水土流失敏感性进行单因子和多因子综合分析评价,结果表明西南喀斯特区水土流失敏感性普遍很高,中度敏感以上区域占西南喀斯特区总面积的82.8%,不敏感区域所占面积比例为6.4%;水土流失中度敏感以上区域主要分布于贵州全境、广西峰丛洼地区、云南东南部、重庆东北部、东南部、湖北西南部及湖南西北部等区域;随着岩石中酸不溶物含量的增加,水土流失极敏感和高度敏感区面积比例减少,中度敏感区比例增加。研究结果有助于指导西南喀斯特地区水土流失防治及退化喀斯特生态系统的恢复与重建。     

中国西南喀斯特植物群落演替特征及驱动机制

植被恢复是西南喀斯特石漠化治理和生态重建的关键步骤。通过总结已有的结果和分析中国科学院环江喀斯特试验站部分试验数据,研究了西南喀斯特植被演替过程中群落的动态特征,结果发现:西南喀斯特沿北、中、南亚热带至北热带的海拔递减、气温和降雨量升高的梯度格局下,群落的高度、盖度增加,密度、科属种数量和物种多样性呈递减趋势;不同区域沿草丛、灌丛、灌乔丛、乔丛的顺向演替方向上,群落的高度、盖度增加、密度减小,科属种数量及物种多样性除北亚热带持续增加外,其他3个区域的最大值均出现在灌乔丛,乔丛反而有所下降;西南喀斯特植被演替是生物驱动因素与环境阻力相互作用的结果,不同区域不同演替阶段植被演替的建群种和关键种不同,其植物群落的稳定性受多样性和结构性的共同控制,因地质和生态环境恶劣,植被退化容易恢复难,充分理解和认识植被演替规律对西南喀斯特植被恢复和生态重建意义重大。     

喀斯特峰丛洼地区坡地不同土地利用方式下土壤水分的时空变异特征

基于典型喀斯特峰丛洼地坡面土地利用方式试验火烧、刈割、刈割除根、封育、种植桂牧1号、种植玉米(面积分别为20m×70m)控制性试验建设,通过网格法(5 m×5 m)采样,用经典统计学和地统计学方法,分析了6种土地利用方式下(火烧、刈割、刈割除根、封育、种植桂牧1号、种植玉米)表层土壤水分在不同季节的空间变异特征。结果表明:喀斯特峰丛洼地土壤含水量均很高,雨季显著大于旱季,雨季为火烧封育、刈割除根玉米、桂牧1号刈割,旱季为刈割、火烧、刈割除根桂牧1号、封育玉米,均呈中等至强度变异,且含水量越低变异越大;不同土地利用方式土壤水分的自相关函数均呈由正向负方向发展的相同趋势,但拐点不同,且旱季大于雨季,不同土地利用方式旱季、雨季土壤水分的最佳拟合模型不同,但均呈中等或强烈的空间相关性,变程为6.8—213 m,且旱季大于雨季;同一土地利用方式旱季、雨季表层土壤水空间格局相似,不同土地利用方式空间格局则不同,因此在该区域进行植被恢复和生态重建时应采取不同的水资源利用策略。