生态系统游憩服务功能维度及其形成——以三江源国家公园为例

已有研究主要从规模角度分析生态系统游憩服务,较少分析其结构。结合生态系统服务理论与旅游体验理论,基于旅游者的生态体验提出生态系统游憩服务功能维度的理论模型,并以三江源国家公园为案例区,采用问卷调查搜集数据,运用因子分析与结构方程模型分析数据、验证假设。研究表明,生态系统游憩服务包括美感体验、游憩机会与适宜环境3个功能维度,其形成受到地形、地表覆被、独特景观、景观格局、植被、保护地空间类型、天气与海拔等要素的影响。在不同区域,由于生态要素条件、旅游者对生态要素与各功能维度的感知和态度存在区别,生态系统游憩服务结构呈现出功能和结构差异性。研究解析了生态系统游憩服务的功能维度,深化了生态系统游憩服务研究,有助于完善生态系统游憩服务理论,优化生态要素管理方式。     

青藏高原国家公园群游憩功能的自然基础与实现路径

研究青藏高原国家公园群游憩功能有助于发挥其生态系统服务价值,促进青藏高原可持续发展,并为中国国家公园建设提供参考。阐述游憩功能的理论基础,分析游憩功能的定义与特征,探讨青藏高原国家公园群游憩功能的自然基础并提出实现路径。主要结论有：（1）游憩功能是生态地理要素形成的对人类游憩活动的支撑或保障程度,具有属性依赖性、潜在性、可实现性3个特征;（2）生态地理要素是形成游憩功能的自然基础。青藏高原国家公园群游憩功能的自然基础包括地形地貌、地表覆被、独特景观、生态区系、气候条件等方面,这些条件共同影响青藏高原国家公园群的游憩利用适宜性与游憩利用承载力;（3）青藏高原国家公园群游憩功能的实现路径包括合理形式、生态设施、影响控制、特许经营与协作共享。     

三江源区生态系统和土壤保持服务对未来气候变化的响应特征

气候变化条件下的生态系统响应特征对生态系统服务的提升和生态环境保护具有重要意义。现有气候变化评估多以全球或区域大尺度研究为主,不适合局地小尺度。以2015年为基准,根据局地特征改进了综合顺序分类系统（CSCS）,模拟了未来不同温室气体排放模式下三江源地区自然植被分布,同时分析了植被覆盖度及土壤保持功能的时空变化。研究结果表明：①在2080年的不同排放情境下,三江源地区的降水和气温增长主要发生在生长季（5—9月）和半湿润地区,其中,高排放情境的增幅最大（42.21 mm和4.93℃）;②三江源地区潜在自然植被主要由草地转化为森林,植被覆盖度和土壤保持服务在不同排放情境下均呈现由西北向东南增加的趋势,与水热规律一致,其中高排放情境的增幅最大,低排放最小;③ 利用三江源地区原生裸地演替特点和多年NPP改进的CSCS模型,模拟精度提高了24%。研究成果为局地小尺度生态系统气候响应特征提供了必要的手段和规律认识。     

气候变化背景下青藏高原藏羚羊生境时空格局演变

气候变化可能导致物种分布范围变化甚至导致物种灭绝。为了解气候变化对青藏高原旗舰种和濒危种-藏羚羊（Pantholops hodgsonii）的潜在分布区影响,收集了316个藏羚羊实际点位分布数据和70个文献点位分布数据与温度季节性变化（Bio4）,海拔,最干月降雨（Bio14）等9个影响因子,采用最大熵模型（MaxEnt）进行建模,预测SSP126、SSP585极端压迫情景和SSP245中间压迫情景下的T1（2001-2018年）,T2（2021-2040年）,T3（2041-2060年）,T4（2061-2080年）,T5（2081-2100年）5个时期的潜在分布区。研究结果表明：（1）在不同气候变化情景下,藏羚羊核心生境主要分布在可可西里、羌塘、阿尔金国家级自然保护区和三江源国家公园;（2）温度季节性变化（Bio4）和海拔被认为是最关键的两个环境因子;（3）随着温室气体排放强度的增强,藏羚羊的核心区生境向高海拔和高纬度地区扩张;（4）有43.18%的保护空缺区在保护区外,未受到有效保护。总之,研究藏羚羊的地理分布对于气候变化的响应与适应,根据适宜生境演变规律做出有效的保护措施,对藏羚羊种群的长期监测、保护、有效管理甚至重建具有重要现实意义。     

高寒草甸植物群落功能多样性对不同生长期干旱的响应机制

植物对干旱胁迫的响应表现为各功能性状的差异化表达。全球气候变化下,青藏高原地区降水格局发生改变,高寒草甸群落功能性状及功能多样性在不同生长期干旱事件下的响应机制对加深高寒草甸适应气候变化认知具有重要意义。以藏北高寒草甸为研究对象,设置截雨棚模拟生长季前期（ED）、中期（MD）和非生长季时期（ND）干旱事件,通过观测群落物种功能性状,分析高寒草甸群落功能多样性对不同生长期干旱的响应机制。结果表明：（1）叶片功能性状对干旱存在差异响应,表现为叶片小而厚且寿命长,同化速率降低,并受氮元素限制加剧;（2）生长季前期干旱对高寒草甸群落功能性状的影响最强,生长季中期干旱次之,非生长季干旱的影响最弱;（3）生长季干旱处理显著改变了群落的功能多样性,ED处理下功能分散度指数（FDiv）和功能分异度指数（FDis）显著降低（P<0.05）,而Rao二次熵指数（RaoQ）显著升高（P<0.05）,MD处理下功能均匀度指数（FEve）显著降低（P<0.05）;（4）相关性分析得出,群落功能性状与功能多样性对干旱的响应之间存在着联系。本研究发现高寒草甸植物功能性状与群落功能多样性对生长季前期和中期干旱存在差异化响应,指示着高寒草甸植物群落在响应不同时期干旱时可能采取不同的生存策略,即对生长季前期干旱采用耐旱策略、对生长季中期干旱采用避旱策略。探讨了高寒草甸植物群落功能多样性对不同生长时期干旱胁迫的响应机制,为预测未来季节性干旱事件对青藏高原高寒草甸植物功能性状、群落特征和功能多样性的影响提供科学依据。     

高山林线形成机理及植物相关生理生态学特性研究进展

高山林线作为极端环境条件下树木生存的界限,由于其对气候变化的敏感性,在全球变化研究中得到了广泛关注。研究高山林线形成机理以及林线地带植物相关生理生态学特性成为预测未来气候变化条件下植被动态变化的出发点。对于高山林线形成机理研究主要关注两方面问题：（1）林线地带外界环境如何限制乔木生长和分布,其内在机理如何;（2）灌木及草本相对于乔木在林线地区有哪些生存优势,从乔木到灌木及草本生活型演变的功能及意义如何。综述了当前高山林线形成机理及相关生理生态特性的国内外最新研究成果,指出尽管温度（尤其是生长季低温）在全球尺度上能解释大部分高山区域林线的分布,但树木生长和生存受限的内在机理并没有弄清楚,目前主要存在“碳受限”以及“生长受限”假说两大争论焦点。另外,理论上受温度控制的高山林线对气候变化的响应表现出不同的模式,表明全球变化对林线分布和植被生长影响的复杂性和不确定性。因此,未来的研究应该关注影响林线地区植被生长的多种生理生态学过程,比如水分及养分利用过程,以及从乔木到灌木及草本生活型演变的功能意义,从而为林线形成机理以及对气候变化的响应提供更好的解释。     

三江源区干湿变化特征及其影响

受全球气候变化影响,过去的几十年里,位于青藏高原东部的三江源区气象、水文特征发生了显著变化。干湿状况反映了区域水分和气候特征,研究气候变暖背景下的干湿变化特征,对揭示区域环境对气候变化的响应以及水文-生态演变问题有重要价值。利用近58 a的水文气象数据,采用霍尔德里奇(Holdridge)潜在蒸散率(Potential Evapotranspiration Rate,PER)代表干燥度,用累计距平、Pettitt突变点检测及逆距离加权法研究基于PER的三江源区干湿变化特征和分布,探讨气候变化背景下各气象要素变化对干湿变化带来的可能影响。结果表明:(1)时间序列上,三江源区整体PER值表现出上升趋势(P0.05),且在1997年发生突变(P0.1),干旱化有增加趋势;(2)空间分布上,PER呈现自东南向西北递增的变化格局,大部分站点的PER增加趋势显著;(3)通过相关性分析,PER与降水及相对湿度呈显著地负相关,与气温和日照显著正相关;气温是三江源暖干化的主要因素。     

水菜花种群潜在生境选择与空间格局预测

国家二级保护野生植物水菜花(Ottelia cordata)，喜生于清洁的水环境中，对环境变化极为敏感，是检验湿地环境及气候变化的关键指示物种之一，在我国仅零星分布于海南北部的火山熔岩湿地区，生存状况不容乐观。研究水菜花种群潜在生境选择及其空间格局演变，有利于加强濒危物种保护保育及湿地生态系统修复、管理。该研究基于GIS平台和MaxEnt模型，结合气候、地形和土壤因子，探究水菜花种群环境限制因子及其在气候变化背景下潜在适宜生境的演变格局。结果表明，水菜花种群对温差与降水量变化敏感，等温性、最冷季度降水量、土壤类型和年均降水量对水菜花种群分布影响显著；全新世中期-当前-2070年气候变化背景下，水菜花适宜生境面积先减小后增大，分布重心呈西南-东北-西南转移格局；未来气候情景下，水菜花种群高度和中度适宜生境缩减，低适宜生境增加，南部地区将出现新增适宜生境，东北、西北及西南部适宜生境将发生消减。该研究从气候环境角度论证了水菜花种群的潜在生境选择及空间变化特征，可为濒危物种保护保育、湿地管理及其生物多样性维护工作提供参考和指导。     

昌岭山两个优势树种径向生长对气候变化的响应

在气候变暖背景下,树木径向生长对气候变化的响应存在不稳定性。利用采自祁连山东部余脉昌岭山两个优势树种油松和青海云杉的树轮样芯,建立树轮宽度标准年表,通过分析树轮宽度年表与气候要素的相关关系,探讨两个树种径向生长对气候变化的响应。结果表明：（1）油松年表比青海云杉年表包含更多的气候信息,其平均敏感度、标准差、信噪比和样本对总体的代表性等统计量均高于青海云杉标准年表。（2）气候要素对不同树种径向生长限制程度不同,油松径向生长主要与降水（前一年9月和当年3-8月）和气温（前一年9月）有关,但对降水的响应更为敏感,而青海云杉径向生长则受到气温（当年9月）和降水（前一年9月、当年3月和7月）的共同作用。（3）气温突变后,油松和青海云杉年表与各气温要素的相关性显著增强,而青海云杉年表与气温要素的相关性变化更明显,指示了青海云杉径向生长对气温的响应更不稳定。（4）生长季平均最低气温的升高诱导的干旱胁迫是油松和青海云杉树木径向生长-气温响应变化的主要原因。     

气候变化对7种保护植物分布的潜在影响

利用CART（classification and regression tree,分类和回归树）模型,采用A2和B2气候变化情景,模拟分析了气候变化对桫椤（Alsophila spinulosa（wall.ex hook.）Tryon）、水青树（Tetracentron sinenseOliv）、十齿花（Dipentondon sinicus Dunn）、青檀（Pteroceltis tatarinowii Maxim）、桃儿七（Sinopodophyllum emodi（Wall.）Ying）、太白红杉（Larix chinensis Beissn）和山白树（Sinowilsonia henryi Hemsl）的分布范围及空间格局的可能影响。结果显示：在气候变化下,这些植物目前适宜分布范围将缩小,其中太白红杉、山白树和水青树减少幅度较大,十齿花和青檀次之,桫椤和桃儿七较小。就植物新适宜及总适宜分布范围,太白红杉和山白树从1991～2020年到2081～2100年时段呈现减少趋势,其它植物却呈现增加趋势。气候变化下,这些植物空间分布格局将发生较大改变,太白红杉将失去适宜分布范围,其它植物目前适宜分布区的西部、南部、西南、东部和东南部一些区域将不再适宜,新适宜分布区将主要向北部、东北部、西部、西南或西北部一些区域扩展。气候变化下,这些植物适宜分布范围与年均气温和降水量变化的相关性并不一致,一些植物适宜分布范围与年均气温和降水量变化相关系数并不显著（p〉0.05）;除了桫椤新适宜及总适宜、十齿花和桃儿七目前适宜分布范围与年均气温和年降水量变化回归关系较密切外,其它植物适宜分布范围与年均气温和年降水量变化的多元线性回归关系都较弱。这说明,在气候变化情况下,这些植物空间分布格局将发生改变,目前适宜分布范围缩小,除太白红杉和山白树外,其他几种植物新适宜范围扩大。     

Normalized difference vegetation index prediction based on the delta downscaling method and back-propagation artificial neural network under climate change in the Sanjiangyuan region,China

Predicting the response of vegetation to climate change through mathematical methods is an important way to understand ecosystem condition changes in ecologically vulnerable regions. We took the Sanjiangyuan region, one of the most sensitive areas to climate change, as the study area to construct a simpler calculation and higher resolution (suitable for regional scale study) nonlinear method to predict the normalized difference vegetation index (NDVI) under climate change by combining the delta downscaling method and backpropagation artificial neural network. We first used the delta downscaling method to downscale the coarse-resolution climate element data of the Coupled Model Intercomparison Project (Phase 6) (CMIP6) to 0.08333° (regional scale). By analysing the relationship between NDVI and climate elements, we found that NDVI has the highest correlation with annual total precipitation, annual mean temperature, variation range of precipitation and temperature, etc. Then, we used these impact factors to train the back propagation artificial neural network (BP-ANN) and predict the NDVI in 2030 and 2060 under the SSP1–2.6 scenario and SSP5–8.5 scenario. The simulated results show that the BP-ANN can be used to construct the nonlinear relationship between NDVI and the impact factors on different scales. In the future, NDVI will increase under both the SSP1–2.6 scenario and the SSP5–8.5 scenario. The western part of the study area has the highest altitude, the ecosystem is more vulnerable, and the changes will be the most intense. This study is expected to provide a reference for understanding the impact of climate change on vegetation in national parks in plateaus and to provide a simpler NDVI prediction method for the evaluation of environmental quality under the impact of climate change with NDVI as one of the parameters.     

三江源区湿地生态系统功能分析及保育

根据多次科考调查的成果和资料,对三江源区湿地生态系统的结构和功能进行了分析。结果表明:湿地生态系统服务价值为2.10×10¹¹Yuan·a^-1,占三江源区生态系统服务功能总价值的62.07%;其中废物处理、水源涵养、气候调节的价值较大,分别为6.40×10¹⁰Yuan·a^-1、5.79×10¹⁰Yuan·a^-1、4.90×10¹⁰Yuan·a^-1,分别占湿地生态系统总价值的30.55%、27.61%、23.39%。其次为生物多样性保护、土壤形成与保护、气体调节、食物生产和原材料、娱乐文化等服务功能。此外针对三江源区湿地生态系统退化机制和存在的主要问题,提出了合理利用与保护对策。     

三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响

三江源区是我国重要的水源涵养区,研究草地退化对土壤水源涵养功能的影响,可为三江源区水源涵养功能的科学评估与合理监测提供科学依据。以实地采样与室内测试分析相结合的方法研究了三江源区内不同土壤类型高寒草甸生物量特征、土壤水文物理性质及土壤水源涵养量。结果表明:高寒草甸在重度退化阶段地上生物量、地下生物量、毛管孔隙度、总孔隙度、自然含水量、最大持水量、土壤水源涵养量显著低于未退化和中度退化阶段(P<0.05)。随着高寒草甸退化程度加剧,土壤容重逐渐增大,且非毛管孔隙度规律不显著。未退化、中度退化、重度退化草甸的土壤水源涵养量范围分别为1884.32—1897.44t/hm2、1360.04—1707.79t/hm2、1082.38—1550.10t/hm2。中度退化草甸土壤水源涵养量比未退化草甸低9.37%—10.35%,重度退化草甸低18.31%—27.82%。草甸退化进程中土壤总孔隙度与毛管孔隙度的降低是影响土壤水源涵养量下降的直接原因,而草甸退化进程中地上生物量与地下生物量的减少则是间接原因。度量三江源区高寒草甸土壤水源涵养功能时应着重考虑毛管孔隙度的蓄水作用。研究表明高寒草甸地上生物量与土壤水源涵养量之间存在显著的正相关关系(P<0.05),该结果能够推动水源涵养功能评估向空间化、精细化发展,为探索利用遥感技术监测三江源区水源涵养功能提供参考依据。     

三江源地区高寒草原土壤微生物活性和微生物量

为了揭示青藏高原高寒草地土壤微生物活性和微生物量碳、氮情况,同时探讨气候变化对土壤微生物的影响,以青藏高原腹地三江源自然保护区高寒草原土壤为研究对象,选择土壤质地、植被类型基本一致,海拔高度不同（3400—4200m）的4个样地,分析测定了土壤微生物（细菌、真菌、放线菌和部分生理功能微生物群）数量、土壤微生物量（碳、氮）、土壤酶（纤维素酶、蛋白酶、脲酶用、蔗糖酶）活性。结果表明：研究区域均含有较丰富的土壤有机碳和养分,微生物数量多少为细菌>放线菌>真菌,主要功能微生物菌群数量为氨化细菌>好气性固氮菌>硝化细菌>亚硝化细菌,样地间的微生物生物量碳、氮含量差异显著。相关性分析表明,除与亚硝酸细菌具有弱正相关性外,海拔高度与其它因子均具有负相关性,其中与细菌和氨化细菌具有极显著负相关性,与好气性固氮菌和硝酸细菌具有显著负相关性。因此,温度的升高可能明显的影响了三江源地区高寒草原的土壤微生物活性。     

基于土地利用变化的贵州坝子土地利用功能演变研究

贵州省为典型喀斯特山区,强烈的人类活动主要分布在坝地地区,研究坝子土地利用功能演变对土地可持续利用具有重要价值。基于土地利用变化,根据三生功能理论构建土地利用功能分类体系,以贵州省1990年、2000年、2010年和2016年四期遥感影像为数据源,借助ArcGIS10.2软件平台构建土地利用功能转移矩阵和坝子功能冷热点分布图。研究表明:(1)贵州省坝子土地利用功能已由以传统农业生产功能为主转为以传统农业生产功能-农村居住生活功能为主,坝子土地利用由单一功能向多功能转变;(2)1990—2016年,坝子的功能类型增加10种类型,其中8类是复合类型,坝子功能向多样性转变;(3)单一功能与复合功能坝子比例变化曲线呈"X"型,到2016年,复合功能坝子比例大于单一功能坝子;(4)1990—2000年,坝子土地利用功能变化缓慢,2000年以后坝子土地利用功能变化强烈;(5)传统农业生产功能转移最为强烈,主要转移为城镇居住生活功能、农村居住生活功能、工业生产功能及与之相关的复合功能和自然生态功能;(6)各种功能类型坝子冷热点的空间分布变化复杂,从总体上看各功能的空间分布由集聚变为分散。     

基于MaxEnt模型西南地区高山植被对气候变化的响应评估

采用1∶100万的中国植被类型图以及19个气候环境变量数据,基于最大熵(MaxEnt)算法和ArcGIS空间分析模块构建西南地区高山植被地理分布的气候适宜性预测模型,模拟其在基准期(1960—2000年)和不同气候情景下(A2、A1B和B1)的气候适宜性分布格局,并评价其对气候变化的适应性。结果表明:MaxEnt模型分析研究区高山植被地理分布气候适宜性的适用性非常高(AUC=0.93);最暖月均温、最湿季均温、最冷月均温等温度变量是限制其地理分布的主要气候因子;研究区高山植被地理分布的气候适宜区主要集中在西藏自治区、青海省、四川省西部及云南省西北部的部分地区;完全适宜、中度适宜、轻度适宜、不适宜的面积所占总面积比例约为1∶1∶2∶5;1960—2050年研究区高山植被潜在地理分布的气候适宜性面积有不同定程度的减少;未来3种气候变化情景下高山植被地理分布对气候变化的适应性分布格局基本一致,均为不适应区所占总面积比例较大;伴随气候变化,研究区高山植被的适应性减弱,体现在其潜在地理分布对气候变化的适应区分布范围减少;海拔5000—5500m适应性较强,适应区所占面积比例最大(53%左右);3500—4500m适应性最弱,适应区所占面积比例最小(5%左右)。     

基于MaxEnt模型的三江源区草地濒危保护植物热点区识别

三江源地处全球生物多样性热点之一的青藏高原腹地, 是高寒草地生物多样性的集中分布区。但过去几十年中, 人为干扰和气候变化等因素导致高寒草地严重退化, 草地生物多样性受到极大威胁。本研究利用最大熵(MaxEnt)模型模拟了三江源区40种濒危保护植物当前及未来气候变化情景下的热点分布区。根据最大熵模型估计结果统计, 目前三江源濒危保护植物的热点区面积89,438 km², 主要分布于三江源东部和南部, 其中濒危物种大于30种的最热点地区面积485 km², 主要分布于囊谦县、玉树市、班玛县、久治县和河南县。未来在增温增湿的气候变化情景下, 最大熵模型模拟的三江源区草地濒危保护植物的热点区将向西北部扩大, 有利于植物多样性的维持和提升。然而, 模型模拟还发现, 在囊谦县、玉树市、班玛县、久治县和河南县等县市, 均有濒危保护植物大于25种以上的热点区域未被重点保护区覆盖, 总面积为4,423 km²。这一区域被划分为可开展畜牧生产活动的一般保护区, 受到人为干扰的可能性较大, 应予以更多关注与保护。     

Identifying climate refugia and its potential impact on Tibetan brown bear (Ursus arctos pruinosus) in Sanjiangyuan National Park,China

Climate change has direct impacts on wildlife and future biodiversity protection efforts. Vulnerability assessment and habitat connectivity analyses are necessary for drafting effective conservation strategies for threatened species such as the Tibetan brown bear (Ursus arctos pruinosus). We used the maximum entropy (MaxEnt) model to assess the current (1950–2000) and future (2041–2060) habitat suitability by combining bioclimatic and environmental variables, and identified potential climate refugia for Tibetan brown bears in Sanjiangyuan National Park, China. Next, we selected Circuit model to simulate potential migration paths based on current and future climatically suitable habitat. Results indicate a total area of potential suitable habitat under the current climate scenario of approximately 31,649.46 km², of which 28,778.29 km² would be unsuitable by the 2050s. Potentially suitable habitat under the future climate scenario was projected to cover an area of 23,738.6 km². Climate refugia occupied 2,871.17 km², primarily in the midwestern and northeastern regions of Yangtze River Zone, as well as the northern region of Yellow River Zone. The altitude of climate refugia ranged from 4,307 to 5,524 m, with 52.93% lying at altitudes between 4,300 and 4,600 m. Refugia were mainly distributed on bare rock, alpine steppe, and alpine meadow. Corridors linking areas of potentially suitable brown bear habitat and a substantial portion of paths with low‐resistance value were distributed in climate refugia. We recommend various actions to ameliorate the impact of climate change on brown bears, such as protecting climatically suitable habitat, establishing habitat corridors, restructuring conservation areas, and strengthening monitoring efforts.