1980-2018年浑善达克地区防风固沙服务时空变化及其驱动因素

防风固沙服务是干旱半干旱地区生态系统提供的最重要的防护型服务,对风蚀地区及周边区域的生态环境安全具有重要意义。基于修正的土壤风蚀方程（RWEQ）模型模拟了1980-2018年浑善达克地区防风固沙服务的时空变化,利用地理探测器分析了包括数值和类型变量的自然与社会经济因素对该区防风固沙服务空间格局的影响及交互作用。研究结果显示：（1）1980-2018年,单位面积防风固沙量波动下降,2015年单位面积防风固沙量最小,为13.01 kg/m²。同时,防风固沙保有率波动增加,2018年保有率达到最大值,为94.28%;（2）土壤类型、年末牲畜数量、年降水量与人工造林面积是影响防风固沙服务空间变化的主要因素,其中,土壤类型对防风固沙服务空间变化的影响最大,q值为75.15%;（3）各驱动因素间的交互作用都会放大单因子对浑善达克地区防风固沙服务空间分布的影响。其中,年均温对防风固沙服务空间分布变化具有较强的间接影响。因此,在土壤类型、年均温的间接作用下,1980-2018年浑善达克重点生态功能区防风固沙能力整体提高、风蚀程度有所缓解与年均风速、年降水量变化,以及2000年之后京津风沙源工程引起的人工造林面积、年末牲畜数量的空间分布格局变化有密切关系。     

基于土地利用变化的广东省生境质量时空演变特征

生境质量的高低成为测度地区生态健康及可持续状态的关键因子。广东省生态质量及退化过程复杂,目前对该领域的研究较为薄弱。利用FLUS-InVEST耦合模型,对广东省1980-2020年生境质量变化及未来2020-2035年生境质量趋势进行研究。得出以下主要结果：(1)林地、耕地为广东省的主要土地利用类型,构成了地表覆盖景观基质;建设用地增加迅速,40年间面积翻了1.2倍;耕地锐减,面积比由27.1%减到22.8%;如果继续保持历史变化趋势,未来15年间建设用地面积将继续增加,耕地面积则减少至不足22%。(2)林地集中连片区域主要在北部生态发展区,耕地集聚分布于东西两翼,除几个大的水库图斑外,湿地在整个研究区都有分布;北部生态发展区域内的林地表现出破碎化特征,部分区域耕地、湿地都有减小和破碎化趋势。(3)过去的40年,生境质量变好的区域面积占比最大(44%),其次是未变化(29%)和减小的区域(27%),其中,约79%的区域指数值增减在-0.1-0.1之间;未来15年里,质量指数继续增大的区域面积比例将减少到39%,继续减小的比例将增大到31%;粤港澳大湾区局部低级别生境有连片的趋向。(4)即使没有土地利用类型转换变化,部分区域的生境质量也有增加或减小的变化;但存在土地利用类型变化的区域,生境质量变化的强度更大。以上结果说明,广东省生境质量总体较好,但局部有变差的态势,土地利用类型变化与生境质量的响应关系较为复杂。认知区域生态环境的特征,加强土地利用变化与生境质量响应关系及其机理的探究,可为目前正在实施的生态修复工作提供研究支持。     

基于MODIS-归一化植被指数的广东省植被覆盖与土地利用变化研究

基于MODIS-NDVI遥感植被指数,利用像元二分模型进行植被覆盖度提取,结合趋势分析和显著性检验等方法,对2000—2020年间广东省的植被覆盖时空变化特征进行分析,并结合土地利用变化图谱,探究土地利用类型对植被覆盖时空变化的驱动作用。结果表明：(1)2000—2020年,广东省植被覆盖度整体以0.23%/a的变化率呈波动增长趋势,但空间异质性显著,呈现出以珠三角地区为中心向外辐射递增的趋势;(2)广东省多年平均植被覆盖度介于0.7—0.76,以中高和高植被覆盖度为主,低植被覆盖区约占研究区总面积的4.37%。全省以植被改善为主(78.18%),显著和极显著退化区域占全区面积的5.84%,主要集中分布在珠三角、粤东沿海以及粤西沿海等地区;(3)研究区以耕地与林地的图谱单元互换为主要土地利用变化特征,而城乡、工矿、居民用地在耕地和林地的占用和补充过程中起了重要的作用,反映出城乡建设过程中对耕地和林地的大量占用;植被覆盖变化与土地利用变化存在响应联系,且各土地利用类型对植被覆盖度的贡献各异;向城乡、工矿、居民用地转化的图谱与植被显著和极显著退化区高度重合,说明耕地和林地向城乡、工矿、居民...     

柴达木盆地蒸散发遥感估算与耗水有效性评价

陆面蒸散发(ET)是自然生态系统水分耗散的主要方式,准确把握其时空变化特征,对于区域水资源合理利用与生态环境保护具有重要意义。针对我国西北干旱内陆区实测资料匮乏的现状,基于MODIS产品,构建了具有时空二维属性的地表温度-植被指数特征空间,实现了柴达木盆地陆面蒸散发的时空连续估算;在此基础上,进一步分离土壤蒸发与植被蒸腾,开展研究区自然生态系统耗水有效性评价。结果表明:(1)柴达木盆地近九年多年平均ET为188.75 mm,受降水空间分布格局影响,ET具有明显的从东南向西北减少趋势;(2)土壤蒸发与植被蒸腾多年平均值为171.06 mm和14.26 mm,后者年内峰值出现时间总体比前者晚1个月,具有滞后效应;(3)盆地陆地生态系统多年平均耗水总量为430.94亿m³,其中高效、中效和低效耗水的占比分别为6.55%、52.57%和40.88%。在区域尺度以时空连续的方式揭示了ET水分消耗的有效性,可为基于ET水资源管理目标的实现提供重要科学支撑。     

内蒙古大青山国家级自然保护区植被归一化指数时空变化及其与环境因子的关系

选取2000—2020年MODIS影像的归一化指数(NDVI)数据及同期的气象数据,采用趋势分析、变异系数、相关分析等方法,从海拔、坡度和坡向的角度分析了内蒙古大青山国家级自然保护区生长季NDVI的时空变化特征,并进一步探讨了NDVI时空变化与气候因子的相关性。结果表明：(1)2000—2020年,内蒙古大青山国家级自然保护区植被总体覆盖状况良好且呈增长趋势,增长速率为0.058/10a;(2)保护区NDVI空间分布呈现出西部低、东部高的从西到东逐渐增加的特征。保护区生长季NDVI均值随着海拔的升高而明显增加,随着坡度的增加呈缓慢增加趋势,在不同坡向上,生长季NDVI均值大小依次为阴坡>半阴坡>半阳坡>阳坡;(3)从NDVI变化趋势分析来看,2000—2020年大青山自然保护区植被覆盖改善的面积占总面积的61.75%,其中,显著改善、极显著改善面积分别占总面积的41.13%、20.62%,基本保持不变的面积占总面积的38.17%,退化面积占总面积的0.07%。在空间分布上,NDVI显著、极显著增加的区域主要分布在保护区西部和东部,中部以变化不显著为主。保护区各功能区N...     

土地利用变化模拟研究进展

土地利用变化研究经历了近30年的快速发展,学者基于不同建模目标构建出多种土地利用变化模型,实现了从数量模拟到时空格局模拟,从单一模型向多种模型耦合的跨越。当前研究主要在元胞自动机(Cellular Automata,CA)模型和CLUE-S (Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent)模型的基础上进行改进,马尔科夫模型、系统动力学(System Dynamics,SD)模型、Logistic回归和随机森林等均可计算CA模型和CLUE-S模型中所需的土地利用需求,多标准评价、地理加权回归、多主体模型以及人工神经网络等方法也多被用于CA模型的扩展,而CLUE-S的改进则存在模型本身系列的升级。这些模型广泛应用于各种区域和尺度土地利用变化预测实例研究并研发软件系统和数据集。驱动力分析主要从自然因素与人文因素两方面进行,人文因素是引发土地利用变化的主要因素。在目前的研究中,由于技术手段的限制,仍然存在时空尺度、数据误差、数据整合的不确定性等问题。未来土地利用变化模拟研究应进一步发挥大数据技术优势,推动土地利用变化模拟研究朝向精细化、多元化方向发展。结合生态环境领域实际问题,深挖土地利用变化与其生态环境效应之间的互馈机制,将研究视角从探究人类活动对土地利用变化的影响逐渐转向二者相互作用,最终促进人地关系协调发展。     

中华蜜蜂OBP19的克隆与时空表达分析

本研究克隆获得了中华蜜蜂Apis cerana cerana（简称中蜂）的气味结合蛋白（odor-binding proteins,OBPs）基因AcerOBP19的cDNA序列,预测其蛋白结构,明确该基因在不同发育时期各组织的表达水平。PCR扩增AcerOBP19基因的开放阅读框序列,应用生物信息学软件对其编码蛋白的理化特性、结构特征和系统进化进行分析;用qRT-PCR技术对AcerOBP19在中蜂不同发育时期（1、5、10、15、20、25日龄）各组织（触角、足、口器、毒腺和中肠）中mRNA的表达情况进行分析。获得了AcerOBP19的完整ORF序列,序列长为420 bp,共编码139个氨基酸;含有4个保守的半胱氨酸位点,属于Mins-C OBP亚家族;N-末端有一段含16个氨基酸的信号肽,无跨膜结构。该蛋白包含6个α螺旋和2个二硫键。系统进化树分析表明,AcerOBP19与大蜜蜂Apis dorsata OBPs、小蜜蜂Apis florea OBPs和西方蜜蜂Apis melifera OBPs的氨基酸序列一致性较高,表明它们之间在进化关系上更加同源,且AcerOBP19具有PBP-GOBP superfamily家族的保守结构域,是一种分泌蛋白。qRT-PCR结果表明AcerOBP19在中蜂不同发育时期的各组织中均有表达,其中,15日龄触角中的表达量极显著高于其它组织（P<0.01）,在其它日龄中足的表达量极显著高于其它组织（P<0.01）;在各个时期中口器和毒腺中有较高表达,中肠中呈微量表达。通过AcerOBP19组织表达谱结果,推测AcerOBP19不仅参与嗅觉识别机制,在味觉识别过程中也可能发挥作用。     

黄土高原流域水沙变化研究进展

人类活动和气候变化是影响流域水文过程的两大驱动因素,径流输沙是流域水文过程的总体反映,变化环境下径流输沙的变化规律与成因分析是水文学和全球变化研究的热点问题。黄土高原是我国水土流失最严重的地区。20世纪50年代以来,黄土高原地区开展了大规模的生态环境建设和水土流失综合治理,显著改变了流域土地利用和植被覆盖。下垫面条件改变与气候变化综合作用,使得流域水沙情势发生剧变。围绕黄土高原流域水沙变化的时空尺度特征与驱动机制,总结了径流输沙和水沙关系变化特征的研究结果,归纳了径流输沙变化的归因分析方法与人类活动和气候变化影响的贡献分割结果,探讨了气候变化、植被恢复、水土保持工程措施以及流域景观格局对水沙变化的影响机制。未来应加强流域水沙演变的时空尺度特征特别是水沙关系非线性特征的定量研究,阐明极端事件对水沙动态的影响与贡献;开展水沙变化影响机制的多要素综合解析,发展耦合地表覆被动态特征和气候变化的降雨-径流-输沙模型,揭示生态恢复与水沙演变过程互馈机制;开展未来气候变化、社会经济发展和生态建设工程情景下水沙动态的趋势预测,为黄土高原生态综合治理和水资源管理与黄河水沙调控提供策略建议。     

基于土地利用变化的玛纳斯河流域景观生态风险评价

摘要：随着人类活动范围日益扩张和强度增加,景观生态风险评价已经成为预测和衡量生态环境质量和动态演化的重要手段。本文以玛纳斯河流域（简称玛河流域）为研究区,选取2000、2005、2010和2015年4期Landsat TM/ETM遥感影像,运用ENVI软件对研究区土地利用类型进行解译,定量分析流域近15年来土地利用动态变化特征,基于景观格局指数,采用地统计学方法,探究玛河流域景观生态风险程度及时空分异特征。结果表明：（1）2000—2015年,玛河流域景观格局发生了较大变化,耕地景观面积增加最多（2638.31 km^2）,主要由草地和未利用地转入;未利用地景观面积减少最多（2559.99 km^2）,主要转化成了草地、耕地和林地;（2）将流域景观生态风险划分为5个等级,研究期内流域低、中风险区面积增加而较高、高风险区面积减少,整体景观生态风险指数减小,所以研究区生态环境在整体上呈现好转;（3）2000—2005年、2010—2015年玛河流域在景观风险分布格局上发生较小变化,但2005—2010年流域景观风险分布格局发生较大变化,主要是中、较高和高风险区向流域南北方向分散并转移,低风险区向流域北部转移。     

基于主成分分析的广西省干旱时空格局

广西省地处喀斯特地貌区,土壤保水效率低,且年降水时空分布不均,研究干旱时空分布尤为重要。基于广西省1981—2010年20个气象站实测和2011—2100年HadGEM2-ES模型模拟数据,利用标准化降水指数(SPI, Standardized Precipitation Index)和标准化降水蒸散指数(SPEI,Standardized Precipitation Evapotranspiration Index),分析广西省干旱的时空变化。对不同时间尺度的SPI和SPEI应用主成分分析(PCA,Principal Component Analysis)确定干旱的空间模式,结果揭示了3个空间分布明确的区域:桂东北地区(PC1),桂西北地区(PC2)和桂南地区(PC3)。各区域干旱的时空变化和频率分布差异显著。PC1和PC3的SPEI-12呈负增长趋势,PC2的SPEI-12呈正增长趋势,且PC1、PC2和PC3的SPI-12均大于SPEI-12。年尺度(SPEI-12)上PC1和PC3的干旱频率大于PC2,其干旱频率分别为34.24%和35.83%。SPI和SPEI在空间和时间尺度上相关,且具有高度可比性。SPEI因子载荷的空间模式优于SPI,严重干旱年份(1988、1996和2003年)的SPI值明显小于SPEI,且SPEI检测到的干旱频率较高。研究结果可作为广西省干旱预测、评估及其风险管理和应用决策的重要科学基础,也可为广西省区域社会经济发展提供重要的科学参考。