柽柳灌丛关键物候参数多种植被指数遥感提取的适用性——基于CO2通量观测和Sentinel-2数据

本研究以额济纳绿洲四道桥超级站为研究区,结合2018—2019年涡度通量、气象数据和2017—2020年Sentinel-2遥感影像,分析通量塔总初级生产力(GPP)与环境因子的关系,评估12种遥感植被指数对柽柳灌丛长势模拟和关键物候参数提取的适用性。采用7参数双逻辑斯蒂函数(DL-7)+全局模型函数(GMF)拟合GPP和各植被指数生长曲线,并逐年提取生长季始期(SOS)、生长季峰期(POS)和生长季末期(EOS)3种关键物候参数。结果表明: 有效积温(GDD)和土壤含水量是影响柽柳灌丛物候动态的主要环境因子。与2018年相比,2019年由于气温较低,SOS前的积温累积速率较慢,柽柳灌丛需要更长时间的热量积累来进入生长季,从而导致2019年SOS比2018年晚。在SOS与POS之间,2018和2019年水热条件相似,但2019年POS比2018年晚8 d,可能是2019年SOS较晚所致。POS以后,2019年较高的GDD和较低的土壤含水量使柽柳灌丛遭受水分胁迫,导致其生长季后期时间缩短。标准化的Sentinel-2植被指数与10:00—14:00 GPP均值的线性回归结果表明,宽波段植被指数中的增强型植被指数和窄波段植被指数中的叶绿素红边指数、倒红边叶绿素指数、红边归一化植被指数(NDVI705)能够较好地反映与柽柳灌丛GPP具有较高的一致性。柽柳灌丛SOS和EOS的遥感提取结果表明,Sentinel-2窄波段植被指数比宽波段植被指数的准确性更高,尤其是修正叶绿素吸收反射率指数提取SOS最准确,MERIS陆地叶绿素指数提取EOS最准确;Sentinel-2宽波段植被指数提取POS的准确性更高,尤其是两波段增强型植被指数和植被近红外反射率指数最准确。综合所有物候参数来看,NDVI705综合表现最佳。     

海拔对青海湖流域群落水平植物功能性状的影响

海拔变化会引起气压、温度、降水、土壤湿度和风速等环境因子发生急剧变化, 植物功能性状-海拔的相互关系对于预测全球变化背景下山地植物的适应方式具有重要意义。该研究在青海湖流域海拔3 400-4 200 m范围内布设了5个样地(海拔间隔约200 m), 通过植物群落调查, 测定植物功能性状和土壤理化性质, 结合气象数据, 探讨了海拔对青海湖流域群落水平植物功能性状的影响。结果如下: (1)群落加权平均植株高度(H)、叶片干物质含量(LDMC)、叶片碳氮比(C:N)和叶片氮磷比(N:P)随海拔升高显著降低, 比根表面积(SRA)随海拔升高波动下降, 比叶面积(SLA)、叶片氮含量(LNC)和叶片磷含量(LPC)随海拔升高显著升高, 叶片碳含量(LCC)、比根长(SRL)和根组织密度(RTD)随海拔未发生显著变化。(2)所有性状的变异来源以物种组成变化为主, N:P和LPC的种内性状变异与物种组成变化呈现正的协变效应, 其余性状为负的协变效应。(3)降水和0- 10 cm土层土壤养分含量对SLA变化的解释率较高, 温度和10-20 cm土层土壤养分含量对其余性状随海拔变化的解释率较高。以上结果表明青海湖流域植物群落主要通过物种更替来适应随海拔升高而剧烈变化的环境, 且各群落中的非优势种倾向于占据与优势种相反的性状空间来提高资源利用率, 随海拔变化的热量和深层土壤养分含量是群落水平植物功能性状变化的主要影响因子。     

草地利用方式对温性典型草原优势种植物功能性状的影响

当外界环境发生变化后植物能够改变自身功能性状及时调整适应策略, 因此植物功能性状能够有效地反映植物对草地利用变化的响应, 然而在内蒙古草原从植物功能性状角度开展草地利用方式影响的研究略少。该研究以内蒙古典型草原大针茅(Stipa grandis)、羊草(Leymus chinensis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和冷蒿(Artemisia frigida) 4种主要优势种为研究对象, 探讨在长期自由放牧、割草、短期围封和长期无干扰的影响下优势种植物功能性状的差异, 以期从功能性状视角, 揭示植物在受到外界干扰后的适应策略, 旨为天然草地的可持续管理提供基础数据支持和科学依据。结果表明: 1)除糙隐子草外, 在长期放牧后内蒙古典型草原优势植物植株高度、根长和植物碳氮含量降低, 这些性状的变化能够使植物个体小型化, 适口性降低, 表明植物通过逃避放牧的策略适应长期自由放牧的干扰; 在割草管理方式下, 优势种的高度和比叶面积有增加的趋势, 其中冷蒿的氮含量对割草响应最敏感, 其根、茎、叶中的氮含量均在割草样地最低; 围封和长期无干扰处理下植物的碳氮含量增加, 表明在干扰强度降低后, 植物通过功能性状的改变从资源获取策略向资源储藏策略转变。2)对优势种功能性状集合分析表明, 糙隐子草具有较低的植株高度和较高的比叶面积, 冷蒿具有较高的木质素含量和氮含量, 这些性状能够使两种植物被家畜采食量减少, 并保证其具有较强的再生能力, 这可能是糙隐子草和冷蒿耐牧的原因; 大针茅具有最高的植株高度、最大的叶片干物质含量, 以及最高的茎、叶纤维素含量, 说明大针茅是非常典型的竞争物种, 在干扰较低的条件下, 大针茅采取竞争策略对其他物种产生较大的竞争压力可能是其占优势的重要原因。     

库布齐沙漠南缘风沙-植被相互作用及其景观效应

干旱区尤其沙漠边缘地区的风沙与植被相互作用对塑造地表景观具有重要意义。选择库布齐沙漠南缘的油蒿灌丛地为研究区,开展了植被调查、风沙流观测和表层沉积物粒度采样测试,分析了顺风向植被盖度、风沙流结构与沉积物特征的沿程变化,探讨了风沙-植被相互作用及其对地表景观格局的影响。结果表明,风沙流与植被相互作用方式的改变使植物生长状况与地表蚀积模式发生变化,进而导致顺风向景观表现出明显的空间异质性。自上风向裸地过渡到均匀分布的新生油蒿和油蒿灌丛再至斑块状分布的灌丛沙堆,植被盖度与覆沙厚度先增大后减小,空气动力学粗糙度沿程不断增加且在过渡时其增幅最大,输沙率与沉积物粒度呈先减小后增大趋势,并在植被盖度与覆沙厚度最大处出现最小值。在沙漠边缘剥蚀高原上,起初适量风沙堆积促进油蒿定植与生长,均匀分布的油蒿灌丛进一步促进沙物质堆积,但当堆积厚度超过油蒿耐沙埋深度时发生退化,灌丛出现斑块状分布且风沙流在丘间地处侵蚀。据此,可理解为剥蚀高原风沙区景观异质性是风沙与植被相互协同与抑制作用的结果。     

基于土地利用/覆被变化的伊河流域生态系统服务供需风险时空演变

生态系统服务的供需矛盾造成土地利用方式不合理,引发各种生态环境问题,制约和影响流域可持续发展和居民福祉提升,加强生态系统服务供需关系的研究具有重大意义。以具有“山地—丘陵—平原”景观的河南省伊河流域为研究区,首先利用基于土地利用的生态系统服务矩阵对生态系统服务的供给与需求进行制图,分析生态系统服务供需的时空变化;其次,结合供给动态趋势、需求动态趋势、供需比及供需比趋势比4个指标对伊河流域生态系统服务供需风险时空演变特征分析。结果表明：(1)1980—2018年伊河流域生态系统服务需求水平持续增加,供给水平持续降低,上游调节服务供给水平较强,中下游的供给服务提供水平较高,下游生态系统服务需求远大于上游。(2)栅格尺度下,1980—2018年流域生态系统服务供需高、低风险区占比分别为3.57%、96.43%,2000—2018年高风险等级面积较1980—2000年有所增加。(3)1980—2018年伊河流域7.69%的子流域高风险等级面积大于10%,7号和26号子流域风险等级相对本流域而言处于较高风险程度,2000—2018年的子流域这一比例达15.38%,且都分布于下游,整体上看,近20...     

基于FORCCHN模型的中国典型森林生态系统碳通量模拟

森林生态系统是陆地碳循环的重要组成部分,其固碳能力显著高于其他陆地生态系统,研究森林生态系统碳通量是认识和理解全球变化对碳循环影响的关键。碳循环模型是研究森林生态系统碳通量有效工具。以长白山温带落叶阔叶林、千烟洲亚热带常绿针叶林、鼎湖山亚热带常绿阔叶林和西双版纳热带雨林等4种中国典型森林生态系统为研究对象,利用涡度相关2003-2012年观测数据,评估FORCCHN模型对生态系统呼吸（ER）,总初级生产力（GPP）,净生态系统生产力（NEP）的模型效果。结果表明：（1） FORCCHN模型能够较好的模拟中国4种典型森林生态系统不同时间尺度的碳通量。落叶阔叶林和常绿针叶林ER和GPP的逐日变化模拟效果较好（ER的相关系数分别为0.94和0.92,GPP的相关系数分别为0.86和0.74）;（2）4种森林生态系统碳通量季节动态模拟值和观测值显著相关（P<0.01）,ER、GPP、NEP的观测值和模拟值的R²分别为0.77-0.93、0.54-0.88和0.15-0.38;模型可以很好地模拟森林生态系统不同季节碳汇（NEP>0）,碳源（NEP<0）的变化规律;（3）4种森林生态系统碳通量模拟值与观测值的年际变化有很好的吻合度,但在数值大小上存在差异,模型高估了常绿阔叶林的ER和GPP,略微低估了其他3种森林生态系统ER和GPP。     

结合生态系统服务供需和人类福祉的区域规划

生态系统服务与人类福祉的和谐关系是区域规划的基石。现有的区域规划较少同时考虑生态系统服务的供需和流域居民的福祉差异。以城市化流域——官厅水库流域为例,应用改进后的CASA模型、IPCC清单法、SolVES模型和问卷调查量化食物供给、碳固持和文化服务以及人类福祉,再结合服务的供需关系及人类福祉水平开展聚类分区,并针对各区情况提出规划建议。结果显示,官厅水库流域内食物供给和文化服务供大于求,而碳固持服务供不应求。流域福祉位于中等水平,分值为3.44(满分5分)。其中,居民的基本物质需求分值最高(3.64),收入分值(3.00)明显低于流域整体水平。除此之外,居民认为供水、医疗条件和收入这些福祉要素仍有待改善。流域可分为城市发展区、城郊休闲区、生态涵养区和文化建设区。在各区需采用因地制宜的方式,通过增大植被覆盖面、开展文旅产业和推动冰雪项目等形式,提高居民生活质量和维持区域可持续性。     

城市扩张导致京津冀区域生境质量下降

城镇化发展极大地改变了区域生境分布格局和功能,从而影响区域生态安全。因此,开展生境质量的评估,对于城市生态安全保障具有重要作用。基于In VEST生境质量模型,评估了京津冀区域2005—2015年生境质量时空变化格局。研究结论如下:1)2005—2015年,京津冀生境面积减少7134.2 km~2,占2005年生境面积的3.7%。耕地、草地和水域生境面积分别减少5081.0、1695.1、421.6 km~2,占对应类型生境面积的4.7%,4.9%和7.2%。2)京津冀生境质量从0.88降至0.83,下降幅度达5.69%。其中,耕地生境质量下降最为严重,其次为水域生境质量。3)生境质量下降区域主要沿北京-保定-石家庄-邢台-邯郸等经济发展迅速的区域分布,表现为城市扩张侵占原有生境。4)京津冀高生境质量斑块破碎度增加,低生境质量斑块集聚度增加。整体上看,京津冀区域生境斑块破碎度增加。     

陆地生态系统水分利用效率对气候变化的响应研究进展

气候变化显著影响陆地生态系统生产力以及水分利用格局,而水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)是衡量生态系统碳水耦合关系的重要指标之一。研究陆地生态系统水分利用效率对气候变化的响应,有助于深入理解生态系统的变化规律,模拟和预测生态系统碳水过程的发展状况,从而为应对全球气候变化提供新的依据。为了更好地掌握生态系统水分利用效率研究现状以及其对温度、CO2等关键气候因子的响应情况,本文总结了陆地生态系统水分利用效率对气候变化响应的最新研究进展。首先介绍了相关的定义并归纳了两种不同计算方式的差异和特点;接着重点总结了陆地生态系统水分利用效率对大气温度、CO2、水分、干旱以及太阳辐射等影响因素的响应;最后文章总结了目前3个相关的研究态势,主要包括:(1)长时间序列水分利用效率与气候要素的关系研究;(2)土地利用/覆被变化对水分利用效率的影响及其对气候的反馈研究;(3)多尺度水分利用效率综合研究。本研究可为深入研究生态系统过程对气候变化的响应提供参考。     

中国城市鸟类学研究进展

我国的城市鸟类学起步于20世纪80年代,随着城市化过程的加速,城市鸟类学也有了较快发展。为了全面系统地了解中国城市鸟类学研究的历史、现状与发展趋势,在中国期刊全文数据库中以"城市"和"鸟类"为主题词检索了1950—2015年间发表的文章,筛选获得128篇文章,并对检索结果进行综述。结果显示,城市鸟类学发表文章数量自20世纪80年代起逐渐增加,由1981—1990的年均0.7篇跃升至2011—2015年的年均11.6篇。研究地涉及全国29个省级行政区的57个城市。研究的主要议题包括:城市鸟类的群落结构和分布、影响城市鸟类的主要环境因素和城市鸟类的保护实践。综述发现,不同城市环带位置,城市中不同生境组合会影响城市的鸟类群落结构;不同尺度上的环境因素会对鸟类的分布、繁殖、觅食和生理情况产生多种影响,而城市化是影响这些环境因素的主要驱动力;鸟类栖息地规划以保护城市中自然栖息地,增加其景观连通性促进鸟类保护,鸟类招引技术主要通过补充巢资源和食物资源促进鸟类保护。然而,由于资源限制,有关城市鸟类的长期研究相对较少。并且,已有研究中城市鸟类的生态系统服务也鲜有涉及。为此,对我国城市鸟类学的发展提出了三点展望,城市鸟类学研究应加强城市绿地鸟类招引措施的生态影响研究,进一步发掘城市鸟类的自然体验与环境教育价值,并促进民间爱好者参与长期系统性城市鸟类学调查。