森林碳汇研究热点与趋势——基于知识图谱分析

森林在全球碳循环中发挥着重要作用,森林碳汇是陆地碳汇的重要组成部分,其研究的知识领域在国际社会中已较为成熟。以Web of Science中1990-2021年4973篇相关的文献为研究对象,运用文献计量工具CiteSpace绘制文献共被引和关键词共现网络知识图谱,以此清楚分析森林碳汇研究的发展趋势。研究发现：（1）森林碳汇研究的发文量持续增长,文献数量的变化趋势证明森林碳汇仍是国内外的研究热点。（2）森林碳汇研究主线变化从运用大量方法测量森林碳平衡,到对森林碳汇稳定区域估计的理论归纳,再到将理论用于实践并全面实现对全球碳汇规模的监控。阶段的热点问题从森林是否为碳汇到森林碳汇的形成机制,再到实现监控管理下的可持续森林碳汇。（3）国内森林碳汇研究主线变化从研究测量碳储量的方法,到运用大量方法测量中国森林碳平衡,再到中国森林碳汇稳定区域估计的理论归纳。阶段的热点问题从中国森林碳储量的变化,转变为中国森林是否为碳汇,最后聚焦到中国森林碳汇的形成机制。如今国内研究趋势逐渐与国际接轨,中国在国际森林碳汇研究领域中的学术地位日益提升。在未来,中国需要增加对森林生态系统调查和监测强度,构建"天-空-地"一体化的碳汇计算体系,进而实现对碳汇规模的准确监控。并且需要准确且全面评估森林碳汇对我国实现"碳中和"目标的贡献,推动我国"碳中和"目标的实现。     

1985-2015年中国不同生态系统NDVI时空变化及其对气候因子的响应

植被是陆地生态系统不可或缺的部分,气候是影响其动态变化的重要驱动因素。因此,探究植被的时空变化及其与气候因子的响应关系,有助于理解陆地生态系统的内在演化机制。目前,不同生态系统尺度下的植被动态变化与气候因子的时间响应关系仍未被完整剖析。因此,为了厘清过去30年不同生态系统植被生长对气候因子的响应关系,利用GIMMS NDVI3g数据和气候资料数据,通过Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验分析了1985—2015年中国陆地NDVI的时空变化特征,结合时间序列相关分析探究了NDVI变化与降水、温度和饱和水汽压差的内部关联,探讨了中国不同生态系统植被与气候因子间的时间响应机制。结果表明：(1) 1985—2015年中国陆地植被呈现改善趋势,年均NDVI先减小后增加,拐点时间在1995年左右,整体变化率为0.5×10^-3/a。农田、森林和草地生态系统的植被显著改善的程度最高,湿地生态系统的植被退化趋势最显著。(2)中国陆地植被NDVI与气候因子的相关性存在明显的空间异质性,且受不同生态系统分区影响。内蒙古高原中部草地生态系统NDVI与降水...     

基于随机森林法的山核桃林地土壤速效养分含量空间分布特征研究

土壤氮磷钾是土壤肥力管理的重要元素,是植物生长的必要养分元素。对土壤氮磷钾的空间分布进行特征解译,可为精准管理临安山核桃产区林地土壤肥力,促进山核桃林产业可持续发展提供理论依据。研究以临安山核桃主产区为研究区域,利用随机森林（RF）、普通克里格（OK）和Shapley加性解释（SHAP）方法,结合地形因子、气候因子、土壤因子、遥感因子等环境变量,对山核桃林地土壤碱解氮（AN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）的空间分布特征进行分析。研究结果表明：相比于OK模型,基于环境协变量所构建的RF模型对AN、AP和AK含量空间分布预测表现最佳,R²分别为0.68、0.60和0.64,均方根误差（RMSE）分别为20.005、10.287和22.426,平均绝对误差（MAE）分别为15.425、7.709 和21.628。RF模型SHAP分析显示,AN和AK含量分布主要受土壤有机质（SOM）的影响,并且SOM与AN和AK存在正相关性;AP主要受pH的影响,其次为色调指数,AP与pH和色调指数均具有负相关性;AK和AP同时受到海拔和坡向的影响。两种模型预测的氮磷钾空间分布趋势总体相似,不同速效养分存在明显的空间异质性。碱解氮高值区域主要分布于研究区东部;有效磷高值区域主要分布于研究区西部,但分散度高;速效钾高值区域则主要分布于研究区中部。总体而言,基于随机森林模型可以高精度模拟山核桃林地土壤氮磷钾含量空间分布特征,并依据主要环境协变量对土壤氮磷钾的影响关系,提出相应改良措施。在有效磷含量低值区域可以施用石灰来缓解土壤酸化,同时补追磷肥;碱解氮含量高值区域可以合理减少氮肥施用;速效钾含量低值区域合理施加钾肥;对于海拔较高及迎风坡多降雨的区域,可以构建林下高效水土保持植被,减轻水土流失;在林地施用有机肥料,改善土壤理化性质,增加土壤养分含量。     

钱江源国家公园森林物种组成和群落结构

全面了解以国家公园为主体的自然保护地体系木本植物物种组成,特别是珍稀濒危物种,分析其区系特征及不同植被类型群落结构现状,对国家公园物种保护和不同植被类型恢复具有重要指导意义。基于对钱江源国家公园全域的木本植物调查,详细分析了不同胸径大小级森林植被类型的物种组成、区系特征、种-个体曲线分析和结构特征。调查涵盖313个木本物种,温带分布的科多于热带分布的科(22/35),热带分布的属略少于温带分布的属(28/31);中国特有属7个,特有种101个,中国珍稀保护物种10个,世界自然保护联盟(IUCN)红色名录的近危、易危和濒危物种17个。在同等取样水平下,物种多样性在常绿阔叶林最高,天然针叶林次之,杉木林最低;全域所有个体及各林型的径级分布总体呈现明显的倒"J"形,群落总体上更新良好。研究发现钱江源国家公园物种丰富,但由于包含较多次生林等植被类型,整体温带多于热带区系成分,亟待采取措施恢复至典型中亚热带常绿阔叶林植被;研究对钱江源国家公园木本植物物种的多样性及其更新情况等科学和保护实践急需解决的基本问题做出了回答,也为未来钱江源国家公园生物多样性保护和恢复提供了科学依据。     

陕北黄土高原气象要素对植被覆盖的空间分异影响及风险探测

陕北黄土高原地处我国西北生态环境脆弱区,近年来受退耕还林（草）影响,区域植被覆盖变化显著,与气象要素的响应关系也呈现出了复杂的空间分异性和不确定性,亟待厘清。以不同地貌分区为响应单元,探究了陕北黄土高原变绿前后（1982-1992年与2005-2015年）NDVI指数的时空演化特征,分析了植被覆盖变化与气象要素之间的分异性响应关系,并透过最优参数的地理探测器模型（OPGD）探测了气象要素变化对植被覆盖演变的交互影响及风险。研究结果表明：（1）陕北黄土高原及各地貌分区在研究期内NDVI指数均呈显著上升趋势,且阶段化分异明显;各地貌区气温和实际蒸散发量在高原变绿前后趋势变化差异明显,1982-1992年主要呈不显著增加趋势,而2005-2015年则表现为不显著减少趋势;两个时期降水量的空间异质性较为显著,其中北部地区为持续增加趋势,而南部地区则由减少逆转为增加趋势。（2）不同地貌区NDVI指数与气温和蒸散发均呈正相关,且蒸散发与NDVI的相关性强于气温;相对高原变绿前,2005-2015年NDVI指数对各气象要素的响应强度均有所增大。（3）OPGD因子检测结果显示5km空间网格是评价气候变化对陕北黄土高原植被覆盖变化影响的最佳空间尺度,各地貌分区对NDVI指数变化影响最大的气象因子依次为：气温（黄土塬）、降水（盖沙黄土丘陵）、蒸散发（黄土峁状丘陵）、降水（黄土梁状丘陵）、降水（黄土宽谷丘陵）、蒸散发（风沙丘陵）、降水（土石丘陵）;交互探测表明气象因子间的交互作用对NDVI指数的空间分异具有协同增强性,但不同时期各地貌区的主导交互因子略有差异。（4）风险探测发现不同实际蒸散发量对NDVI指数的影响有显著空间差异。（5）陕北黄土高原的植被覆盖变化并不能简单归因于退耕还林（草）等生态修复措施,而应是多要素耦合驱动的结果,气象要素在其中扮演了不可忽视的作用。     

中国森林生态系统林冠层降雨截留特征

森林生态系统作为陆地生态系统的主体,其发达的林冠层通过调节降水量、改变降水强度等深刻影响着流域全过程水文通量及水分输出。以中国广泛开展的典型森林降雨再分配过程的年尺度监测数据为基础,揭示中国不同类型森林生态系统的降雨再分配及林冠层降雨截留特征,阐明森林生态系统林冠层截留特征与降雨、植被要素的关系。结果表明:我国不同森林生态系统年穿透雨量处于141.4-2450.0 mm之间,年穿透雨率为36.3%-92.3%。5种典型森林生态系统多年平均穿透雨量((445.3±252.9)-(1230.6±479.6) mm)占同期多年平均降雨量的(72.6±9.2)%-(77.4±8.9)%。不同森林生态系统年树干茎流量介于0-508.2 mm之间,占同期年降雨量的0-25.8%。5种典型森林生态系统树干茎流量多年平均值((9.8±17.3)-(87.8±81.6) mm)占同期多年平均降雨量的(1.4±1.9)%-(5.4±4.6)%。不同森林生态系统林冠层年降雨截留范围在25.7-812.9 mm之间,占年降雨量的4.2%-55.6%。5种典型森林生态系统多年平均林冠截留量((154.2±81.6)-(392.2±203.5) mm)占同期年平均降雨量的(18.7±7.4)%-(25.9±8.3)%。进一步分析表明,我国森林生态系统穿透雨量、树干茎流量和林冠层截留量随观测区年降雨量的增加而呈显著增大(P<0.05),年穿透雨率、年树干茎流率随年降雨量的增加呈显著线性上升趋势(P<0.05),而年林冠截留率与年降雨量呈显著的负相关关系(P<0.01),降雨量、叶面积指数是深刻影响森林生态系统林冠层降雨截留率等特征的重要因素。整体上,不同类型森林生态系统林冠截留降雨能力存在明显差异,林冠层截留率突出表现为:落叶林大于常绿林、针叶林大于阔叶林。     

邻体竞争对城市森林微景观中针叶树视觉形态性状的影响

树木视觉形态性状是城市绿地微景观美学质量的重要影响因素之一,树木视觉形态性状的变化与其周围邻体木的竞争作用息息相关,但邻体竞争对树木视觉性状的作用机制尚不明确。研究于2022年8-10月对北京市城市公园中常见的针叶树种白皮松、侧柏、油松、圆柏展开调查,从树冠形态、干冠协调、树干形态3个方面构建了9个树木视觉形态性状指标,采用3个不同的竞争指标分析邻体竞争对针叶树种视觉形态性状的影响。结果表明,针叶树的树冠形态对邻体竞争的响应比较敏感,竞争中的白皮松、侧柏、油松、圆柏偏冠指数与孤立木相比分别提高了16.95%、28.95%、22.76%、17.67%;树冠缺失率分别提高了3.92%、6.09%、4.87%、4.95%。与孤立木相比,部分针叶树种高径比、分枝角变异度在多侧竞争环境中显著提高,而树冠舒展度则显著降低。邻体竞争强度越大,针叶树树冠的偏移与缺失程度越大。当针叶树受到强烈的侧方竞争时,对象木树冠和树干的径向生长显著受阻,表现为树冠舒展度大幅度下降、高径比显著提高,使树冠向细高方向发展。当针叶树上方的生长空间被占据时,其轴向生长同样受到严重阻碍,树木的冠径比和高径比维持较稳定状态。总体而言,四种针叶树种在视觉形态上对竞争胁迫的响应具有一定差异性,其中油松最为敏感,圆柏次之。综上,在城市森林微景观中,邻体竞争会导致针叶树种的树冠及树形发生明显变化,这种变化主要受综合资源竞争的影响,与其周围潜在生长空间的大小及对称性有关。在城市森林景观营建时,建议将针叶树栽植在对称的竞争环境中,但是其邻体木不宜过高,通过四周邻体木的适度竞争,能够促进针叶树的轴向生长,同时降低树冠偏移或变形的风险,提高其视觉美学效果。     

亚热带森林转换对土壤无脊椎动物群落结构的影响

受人类活动干扰的增加,亚热带森林频繁转换为次生林和人工林,可能显著影响土壤无脊椎动物群落结构及其生态功能,但当前的认识并不一致。因此,于2022年7月调查了亚热带天然常绿阔叶林转换为次生林、米槠人工林、杉木人工林后土壤无脊椎动物群落结构特征。共捕获土壤无脊椎动物659只,丰度为26540只/m²,隶属1门6纲13目59科,其中蚁科和球角 虫 兆 科为优势类群。森林转换改变了土壤无脊椎动物群落组成和多样性。天然林向米槠人工林和杉木人工林转换后,土壤无脊椎动物丰度和类群均明显降低,其中大型土壤无脊椎动物丰度的响应更为敏感,在2种林型中分别显著降低了33.58%和36.53%。尽管林型转换对土壤无脊椎动物群落多样性指数无显著影响,但改变了土壤无脊椎动物群落组成,其中天然林与杉木人工林群落组成极不相似(J ＜ 0.25),等节 虫 兆 科为杉木人工林优势类群,占比达到59.84%。冗余分析显示,土壤湿度、凋落物现存量和凋落物磷含量是影响土壤无脊椎动物群落的主要因子,对土壤无脊椎动物群落的解释率为69.30%。可见,林型转换可能通过改变土壤理化性质和凋落物质量,调控土壤无脊椎动物群落结构。     

长白山温带森林生态系统关键要素耦合及演替过程动态模拟

认识生态系统内和生态系统间耦合机制,揭示复合生态系统功能规律,对促进我国山水林田湖草沙项目一体化修复和保护实践具有重要的意义。针对目前修复和保护工程中出现的缺乏系统性、连续性等问题,以拥有丰富生态资源的长白山温带森林生态系统为研究区域,对其关键要素"水土气生"进行耦合建模。通过分析模型的运行机理,探究重要子模块之间的相互作用以及子模块内部生态关键要素的耦合机制,并以长白山温带落叶阔叶林的组成树种和环境因素为对象构建模型参数,通过运行林窗模型1000次,得出长白山温带森林的动态演替过程。结果表明:在森林生态系统的演替过程中,"水土气生"体现为模型中有效积温、干旱天数(低于土壤凋萎点的天数)、土壤可利用氮以及可利用光,这些关键要素之间相互影响,综合决定着每棵树木的更新、生长、死亡过程。模拟结果显示在长白山温带针阔混交林的动态演替过程中0-70 a,70-170 a,170-280 a,280-400 a四个阶段分别有不同的树种组成特征,与真实演替过程比较发现模拟林具有明显的阶段性。白桦、山杨为演替先锋树种,0-70 a期间生物量共占比为55%,70 a后生物量减少最后消失;紫椴、蒙古栎、水曲柳等为过渡树种,这些树种进一步改变了生长环境。红松在170 a前生物量占比仅为3%左右,随演替的发展生物量持续增加,170-280 a期间生物量占比15%,280 a之后红松生物量占总林分的50%。该结果模拟森林动态过程符合演替规律,充分说明多关键要素"水土气生"耦合机制的合理性,对于促进生态系统尺度上多生态要素耦合的相关研究提供了科学理论基础以及方法技术。     

沿海拔梯度的表型可塑性影响银胶菊叶甲的取食效率和发育（英文）

【目的】本研究旨在弄清楚生态气候因子是否影响尼泊尔银胶菊Parthenium hysterophorus盛产区中银胶菊叶甲Zygogramma bicolorata成虫后代的形态学测量参数和基础生物学。【方法】从尼泊尔Kathmandu (24℃,海拔1 400 m,温带气候),Chitwan (25℃,海拔415 m,热带或亚热带气候)和Mahendranagar (34℃,海拔229 m,湿润-亚热带气候)地区采集银胶菊叶甲成虫,在最适室内条件下评估各生态气候区中其F₁代4龄幼虫和雌成虫的取食特征。我们假定在自由取食和最适非生物条件下饲养的后代将不会受到食物和气温的间接影响,不管亲本属于哪一生态气候区,后代利用食物的能力一致。【结果】然而,我们发现,尽管在最适条件下饲养,银胶菊叶甲后代的体型和取食特征与其亲本相似。体型大的亲本(来自Kathmandu地区),其后代体型也大,但是其食物利用效率比体型小的亲本(来自Chitwan和Mahendranagar地区)所产后代小。这3个生态气候区中,与幼虫相比正在发育的雌成虫均表现出体重增加而食物利用效率降低。【结论】这...