增温对青藏高原高寒草甸呼吸作用的影响

生态系统呼吸(ER)和土壤呼吸(SR)是草地生态系统碳排放的关键环节,其对气候变化极为敏感。高寒草甸是青藏高原典型的草地生态系统,其呼吸作用对气候变化的响应对区域碳排放具有重要的影响。以高寒草甸生态系统为对象,于2012—2016年采用模拟增温的方法研究呼吸作用对增温的响应。结果表明:增温对高寒草甸ER的影响存在年际差异,2013年和2014年增温对ER无显著影响,其他年份显著增加ER(P0.05),综合5年结果,平均增幅达22.3%。增温显著促进了高寒草甸SR(P0.05),较对照处理5年平均增幅高达67.1%;增温总体上提高了SR在ER中的比例(P0.05),最高增幅达到59.9%。ER和SR与土壤温度有显著的正相关关系(P0.05),与土壤水分没有显著的相关关系(P0.05)。对照样地中,土壤温度分别能解释33.0%和18.5%的ER和SR变化。在增温条件下,土壤温度可以解释20.5%和13.0%的ER和SR变化。在增温条件下,SR的温度敏感性显著增加,而ER的温度敏感性变化较小,导致SR的比重进一步增加。因此,在未来气候变暖条件下,青藏高原高寒草甸生态系统碳排放,尤其是土壤碳排放有可能进一步增加,土壤碳流失风险增加。     

基于生态系统服务的城市生态管理分区——以深圳市为例

生态系统服务是人类赖以生存和发展的基础,开展城市生态系统服务评估并对生态管理单元实行分区管控有助于人居环境的改善。针对高度城市化地区生态系统服务的功能特征,采用生态系统服务价值当量测算不同用地类型的生态系统服务价值。研究从生态功能和经济功能2个方面构建生态系统服务指标体系,对2017年深圳市666个社区单元的生态系统服务价值进行评估;运用空间自相关分析方法,依据局部空间自相关的集聚特征叠加产生的组合类型,划分不同社区生态管理单元,并提出生态分区管控策略。研究结果表明：①生态系统服务价值评估便于高度城市化地区城市生态系统服务功能的整体评价。②2017年深圳市生态系统服务价值空间差异明显,呈现东部高、中西部低的空间格局。深圳市生态系统服务总价值约583.96亿元,最高值为大鹏新区的160.25亿元,最低值为福田区的13.24亿元。③将深圳市666个社区单元划分为4类城市生态管理分区,并采用差异化的分区管控措施,表明有效的城市生态管理分区能够兼顾各项生态系统服务功能并实现功能效益的最优化。该研究结果可为区域生态系统服务精细化管理和生态治理差异化管控提供借鉴。     

三峡水库消落区不同生活史类型植物群落的空间分布格局

为探究三峡水库消落区不同生活史植物群落随海拔梯度及水库干流沿程的空间分布规律,于2017年8月至2017年9月对三峡水库干流消落区植被进行了调查。研究结果表明:(1)三峡水库消落区植被的植物物种丰富度随距大坝里程距离的缩短而呈现逐渐减小的趋势。(2)三峡水库消落区不同生活史类型植被群落盖度对水淹梯度胁迫的响应呈现相反的变化规律:随着消落区高程的升高,一年生植物对消落区植被覆盖度的贡献逐渐增加,而多年生植物对植被群落覆盖度的贡献逐渐降低。但是,在消落区的任一高程区域,多年生植物物种盖度均要大于一年生植物物种盖度。(3)采用TWINSPAN植被分类方法可对9个样地607个样方的三峡水库消落区植被划分为25个组,其中苍耳+狗牙根群落Ass.Xanthiumsibiricum+Cynodon dactylon(含213个样方)、狗牙根群落Ass.Cynodon dactylon(包含137个样方)、狗牙根+香附子群落Ass.Cynodon dactylon+Cyperus rotundus(含55个样方)、狗牙根+酸模叶蓼群落Ass.Cynodon dactylon+Polygonum lapathifolium(40个样方)、苍耳+藿香蓟群落Ass.Xanthiumsibiricum+Ageratum conyzoides(38个样方)等为消落区的优势植物群落,群落特征明显表现出对水位涨落及小生境差异的适应。     

大熊猫国家公园四川片区自然保护地空间关系对大熊猫分布的影响

理清自然保护地的空间关系与分布格局是加强空间管控、整合优化自然保护地体系的基础。以大熊猫国家公园四川片区内的自然保护地为案例,基于ArcGIS空间数据的处理、分析与可视化表达等功能,结合韦恩(Venn)图在空间层面上量化分析了公园范围内各类自然保护地的空间关系,并进一步揭示了不同保护情景下大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)的分布格局。研究结果表明:(1)研究区内含有6类自然保护地,占研究区总面积的75.13%,其中40.68%为交叉重叠区域。(2)各类自然保护地皆存在大面积的交叉重叠。自然保护区为研究区面积最大的自然保护地类型,占自然保护地总面积的72.53%,其中45.89%为交叉重叠区域;其他类自然保护地占自然保护地总面积的60.87%,其中66.48%为交叉重叠区域。(3)猫点密度与自然保护地的交叉重叠程度呈现逆向增长趋势,区域的重叠水平越高,猫点密度越低。(4)自然保护地整体非重叠区的猫点密度高于重叠区。自然保护区是整体猫点密度最高的自然保护地类型,其非重叠区密度明显高于重叠区;森林公园非重叠区与水利风景区重叠区呈现较高的猫点密度。(5)与自然保护区交叉重叠的自然保护地中,位于自然保护区的猫点密度远高于其他重叠区。由此可见,大熊猫国家公园四川片区内原有自然保护地体系体量大但空间关系复杂,不同区域间的保护效能既不平衡也不充分。建议将研究区内自然保护区的非重叠区、位于自然保护区的世界遗产地区域、森林公园的非重叠区以及水利风景区的重叠区等作为大熊猫的核心保护区,施行严格保护;将自然保护区的重叠区、世界遗产地的其他区域作为生态保育区,恢复受损退化的大熊猫栖息地及所在的自然生态系统;将其他区域作为一般控制区,在有效维护大熊猫种群及其栖息地的前提下适度开展人为活动。同时,建议对空间重叠和邻近相接的区域开展科学评估,明确自然保护地的唯一属性。另一方面,我们期待健全自然保护地管理体制,统筹自然保护地的空间布局,为以国家公园为主体的自然保护地体系建设"松体制之绑"。     

西南山地流域NDVI变化特征及降水敏感性——以贵州沅江流域为例

归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)是反映植被生长的重要指标,探究其时空变化特征,对生态保护、退耕还林和灾害防治具有重要意义。选取2000—2015年贵州沅江流域典型年份NDVI,采用重心分析、标准差椭圆、地理加权回归等方法,从干旱视角探究流域NDVI变化和降水敏感性。得出以下结论:(1)2000—2015年贵州沅江流域NDVI总体处于上升趋势,植被正在改善,期间西部植被改善最为明显,退耕还林还草取得较好成果。(2)2000—2015年贵州沅江流域干旱年与正常年NDVI空间变化趋势不一致,干旱程度对植被影响具有区域差异。(3)贵州沅江流域NDVI与降水呈负相关,空间敏感性自西向东递增,降水对流域西部喀斯特山区NDVI影响更明显。(4)2000—2015年贵州沅江流域NDVI时段变化与降水主要为负相关,降水越多NDVI时段变化敏感性越弱,退耕还林还草工程应重点放在负敏感区。研究结果可为退耕还林还草和干旱灾害防治提供科学参考。     

乌鲁木齐山地草地生态系统服务价值变化评估——基于遥感与GIS

草地生态系统服务功能是指草地生态系统及其生态过程所形成和维持的人类赖以生存的自然环境及其有效性,中国干旱半干旱地区的草地退化严重制约着生态系统服务功能的。以乌鲁木齐市山地草地为研究靶区,利用遥感图像(Landsat TM/OLI)划分出7种不同草地类型并计算其生态系统服务价值(Ecosystem Service Values, ESV)。使用空间统计方法、网格分析、空间自相关等方法进一步分析研究区山地草地退化程度和ESV变化。结果表明:21年中,乌鲁木齐市草地生态系统服务价值呈现波动性下降趋势,年均减少0.27×10~7元。生态损失主要是由山地荒漠草地(7.44%)、山地荒漠草原草地(10.71%)、山地草甸草原草地(18.32%)和高寒草甸草地(40.69%)退化造成。单项生态系统服务价值中,草地对调节服务(土壤形成)和供给服务的贡献率较高。草地ESVs Moran平均值为0.869(1994—2015年),并且草地ESV与相邻网格(2 km×2 km)具有更高的空间相关性。草地ESV具有明显的空间分布特征,高ESV区基本上分布在南山山区,低ESV区主要分布在平原草地区,博格达山草地亚区呈现随机分布格局。研究区气候变化对草地的影响十分显著,平均气温、平均地表温度、湿度、蒸散量、降水量和风速对草地ESV变化均有一定的影响,过度放牧、不合理垦荒、药用植物过度开发、城市化等人为活动仍然是驱动草地退化的主要因子,因此亟需采取措施保育乌鲁木齐市山地草原生态系统。     

增温和刈割对高寒草甸土壤呼吸及其组分的影响

评估土壤呼吸及其组分对增温等全球变化的响应对于预测陆地生态系统碳循环至关重要。本研究利用红外线辐射加热器(Infrared heater)装置在青藏高原高寒草甸生态系统设置增温和刈割野外控制实验。通过测定2018年生长季(5—9月)土壤呼吸和异养呼吸,探究增温和刈割对土壤呼吸及其组分的影响。研究结果表明：(1) 单独增温使土壤呼吸显著增加31.65% (P<0.05),异养呼吸显著增加27.12% (P<0.05),土壤自养呼吸没有显著改变(P>0.05);单独刈割对土壤呼吸和自养呼吸没有显著影响(P>0.05),单独刈割刺激异养呼吸增加32.54% (P<0.05);(2) 增温和刈割之间的交互作用对土壤呼吸和异养呼吸没有显著影响(P>0.05),但是对自养呼吸的影响是显著的(P<0.05),土壤呼吸和异养呼吸的季节效应显著(P<0.05);(3)土壤呼吸及其组分与土壤温度均成显著指数关系,与土壤湿度呈显著的正相关关系(P<0.05),处理影响它们的响应敏感性。本研究表明青藏高原东缘高寒草甸土壤碳排放与气候变暖存在正反馈。     

基于地统计学的黄土高寒区典型林地土壤水分盈亏状况研究

土壤水分是黄土高寒区水循环、地下水补给和植被恢复的关键因素,基于地统计学研究土壤水分空间分布及其盈亏状况,揭示林地土壤水分的空间分布规律、变异特征及空间结构,对于区域植被恢复具有重要价值。以大通县安门滩小流域人工林地作为研究对象,运用地统计学方法对其5月、7月和9月的土壤储水量、林地耗水量和土壤水分盈亏量进行综合分析。研究结果表明:(1)土壤储水量总体表现为9月5月7月,而林地耗水量为7月9月5月,5—7月绝大多数林地的土壤水分呈亏损状态,而7—9月所有林地土壤水分都得到了补充,总体来看,5—9月研究区多数林地的土壤水分有所盈余,土壤储水量、林地耗水量和土壤水分盈亏量均采用指数模型作为最优理论变异函数模型;(2)5月、7月和9月土壤储水量呈南高北低、西高东低的空间分异规律,且西南-东北方向变异较东南-西北方向剧烈;各月林地耗水量在西南-东北方向变异较东南-西北方向剧烈,总体表现为西南部区域低于东北部区域;在5—7月、7—9月和5—9月这三个时期内,土壤水分盈亏量的取值均呈现出东北部区域小于西南部区域的特点。综上,当地土壤水分状况与林地耗水量分布格局并不完全匹配,虽然绝大部分林分能够维持土壤水分收支平衡,但部分山脚处的青杨林地和中部区域的华北落叶松林地出现了土壤水分亏损的现象。为防止林地水分环境恶化,在之后黄土高寒区的植被建设过程中,应适当调整林分配置。     

城市尺度的城乡建设用地潜力及空间格局匹配评价——以南昌市为例

随着经济快速发展和城镇化进程不断加快,土地开发强度日益增大,导致生态环境不断恶化,分析城乡建设用地承载能力及空间格局匹配情况,对解决土地利用不合理、生态破坏等问题具有重要意义。以江西省南昌市为例,首先从生态安全、自然条件、社会经济等方面构建指标体系,采用层次分析法和限制系数评价模型,进行城乡建设用地开发适宜性评价,然后测算城乡建设用地承载力、可承载城乡建设用地丰度;最后与现状城乡建设用地进行空间匹配度分析,并探讨可承载临界值、丰度与空间匹配度的相关性。结果表明：南昌市城乡建设用地最适宜区、较适宜区、较不适宜区和不适宜区面积分别为1466.19、1346.01、353.69 km²和3770.70 km²;研究区城乡建设用地可承载临界值和可承载潜力分别为41.25%和24.05%,各县（区）值差异较大,各县（区）可承载临界值和可承载潜力范围分别为19.43%-98.71%和5.65%-49.83%,可承载城乡建设用地丰度情况良好,各县（区）值介于0.19-1.50之间;研究区各县（区）空间匹配度范围为67.41%-99.25%;相关分析显示,空间匹配度与城乡建设用地可承载临界值和可承载城乡建设用地丰度均呈正相关关系。研究可为南昌市城乡建设用地合理开发利用和国土空间优化提供依据。     

不同类型高寒草地群落结构与生产对施氮的响应及其敏感性

大气氮沉降增加被认为是目前重要的环境问题,会引起生物多样性的丧失和生态系统稳定性的降低。但作为草地改良的管理措施,养分添加被广泛应用于退化草地的恢复。但由于不同类型草地所处气候与群落组成的差异,对氮输入的响应可能不同。通过在藏北高原高寒草甸与高寒草甸草原设定长期氮添加梯度试验(对照, 25, 50, 100, 200 kg N hm~(-2) a~(-1)),来探讨氮输入对生物多样性与生产的影响,并估算不同类型高寒草地的氮饱和阈值。施氮对高寒草甸物种多样性指数无影响,而随着施氮量的提高高寒草甸草原植物物种数和多样性指数均逐渐降低。开始施肥前两年,随着施氮量提高高寒草甸地上生物量呈现逐渐增加趋势,随着施肥时间的延长地上生物量呈现先增加后降低的趋势。在高寒草甸草原随着施氮量提高地上生物量均呈现先增加后降低的趋势。随着施氮量提高,开始施氮前三年高寒草甸禾草植物地上生物量逐渐提高;随着施氮时间的延长,禾草和豆科植物地上生物量呈现先增加后降低的趋势。高寒草甸莎草植物地上生物量由施氮开始时的逐渐增加转变为先增加后降低趋势,最后变为逐渐降低的趋势,这说明施氮不利于莎草植物的生长。施氮只在施肥第四年显著提高杂草植物地上生物量。高寒草甸草原呈现不同的规律,开始施氮前三年随着施氮量提高,禾草植物地上生物量呈现先增加后降低的趋势;随着施氮时间的延长,禾草地上生物量逐渐提高。莎草和杂草植物地上生物量呈现先增加后降低趋势。利用对氮输入响应最敏感的植物功能群禾草生物量估算的高寒草甸和高寒草甸草原的氮饱和阈值分别是109.5、125.8 kg N hm~(-2) a~(-1),这说明高寒草甸氮敏感性显著高于高寒草甸草原。由此可见,未来氮沉降增加会对不同类型高寒草地产生不同的影响,在不同类型高寒草地进行施肥恢复时也应将氮饱和阈值的差异考虑在内。