北京门头沟主城区及其城郊森林大气污染物时空变化特征

由于前人对城市大气污染物时空变化特征研究结论缺乏统一性, 以及城市森林及其周边大气污染物协同变化规律研究结果的不确定性, 研究以建立在北京市门头沟的3套固定空气质量监测站为依托, 以主要大气污染物SO2和氮氧化物为研究对象, 分析典型居民区、林缘和林内主要大气污染物浓度的日、月、季及特定天气下的变化规律, 拟揭示北京门头沟主城区及其城郊森林大气污染物时空变化特征。研究结果表明, 秋季林内SO2浓度为夜间高于白天, 其余大部分为白天高于夜间; 林内氮氧化物的日变化特征为双峰型, 居民区为单峰型; 居民区、林缘空气中SO2的日变化规律表现为单峰型, 林内SO2日变化秋季为凹面型, 冬季无明显特征; 林内、林缘、居民区空气中SO2浓度均为冬季高于秋季, 林内、居民区空气中NO2为秋季高于冬季, NO、NOx冬季与秋季无显著差异; 居民区、林内SO2在2月份达到峰值, 林缘1月达到峰值, 林内氮氧化物10-11月份达到峰值, 居民区11-12月达到峰值; 居民区氮氧化物显著高于林内, SO2为林内、居民区显著高于林缘。在典型大气污染过程中, 秋季林内空气中氮氧化物浓度波动幅度较居民区小且具有明显的滞后特征, 冬季林内空气中NO、NOx浓度波动幅度较居民区小且无明显滞后特征, 秋、冬季节林内空气中SO2浓度波动幅度较林缘、居民区大且无明显滞后特征; 不同观测点大气污染物浓度显著正相关。城郊森林可以对其周边城市的大气污染物起到缓冲、抵抗和吸收作用, 但特定天气条件下, 森林中的大气污染物会向城市中扩散。     

基于多模型集合预测尖萼红山茶物种分布

气候是影响生物多样性和物种分布的一个重要因素, 近年来由于温室气体的大规模排放, 气候正在快速的发生变化, 对植物的分布影响巨大。研究采用山茶科山茶属尖萼红山茶(Camellia edithae Hance.)作为研究对象, 通过实地考察和网上查阅获取其分布数据, 从世界气候网站和兰州寒区旱区科学数据中心获取环境变量, 结合R语言、Erdas和ArcGIS等软件对其当前和将来(2070)的分布区进行模拟并得出置信度和计算其面积变化和质心变化。研究结果表明, AUC值均大于0.9, 属于非常好的预测, 影响其分布的主要因子是Bio01(年平均温度)、Bio04(温度季节变化)、Bio15(降水量变异系数)和Bio03(昼夜温差与年温差比值)。在四种二氧化碳排放情景下(RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0及RCP8.5)所进行的预测均表明尖萼红山茶的分布面积均有收缩, 且收缩面积随着碳排放程度的加剧而增加, 且最大收缩面积占总面积的80%。通过对该物种质心变化的预测中发现, 其总体呈现向北部迁移的趋势。通过本次的预测发现气候变化在未来可能对尖萼红山茶的生存威胁很大。     

北方农牧交错带多伦县生态系统服务权衡与协同关系研究

科学理解生态系统服务的权衡/协同关系,对于正确指导生态系统可持续管理实践具有重要意义。以位于北方农牧交错带的多伦县为研究区,基于土地利用/覆被、气象、土壤类型、归一化植被指数(NDVI)以及社会经济统计资料等多种数据,分析了2000年、2015年食物供给、碳固持、土壤保持、防风固沙及产水量5种生态系统服务的时空变化,识别了5种服务的供给热点区,并基于相关分析法从县域、乡镇及不同地类3种尺度上对生态系统服务间的权衡/协同关系进行分析。结果表明:(1)2000—2015年,食物供给与土壤保持量增幅较大,产水量与碳固持的供给量增幅较小,防风固沙量大幅下降,5种服务的空间格局基本保持不变;(2)多伦县1类热点区面积明显增加,3类热点区面积明显减少;面积占比超过50%的草地提供5种服务的能力强于耕地;(3)多伦县生态系统服务的权衡关系主要存在于产水量与土壤保持、产水量与碳固持、产水量与食物供给三对服务中;由于研究区生态系统环境的空间异质性较强,各乡镇和两种地类(草地和耕地)上分别只有4对和3对生态系统服务的权衡/协同关系与县域保持一致;(4)不同土地利用类型、海拔、土壤类型等因素的组合使多伦县乡镇之间及乡镇与县域之间的权衡/协同关系存在明显差异。因此,在生态环境更为复杂的整个北方农牧交错带,更需选取合适的空间尺度进行生态系统服务的权衡/协同关系分析,以指导决策者制定合理的生态系统管理措施。     

植被综合生态质量时空变化动态监测评价模型

为了能掌握全国植被综合生态质量的高低及其时空变化,构建了既能反映植被生产力又能反映植被覆盖度的植被综合生态质量指数,建立了植被综合生态质量指数年际对比和多年变化趋势评价模型。利用构建的指数和评价模型,以2017年作为监测评价的当年,以2000—2017年作为评价的多年时段,对全国植被综合生态质量时空变化进行了监测评价。结果表明：（1）2017年全国大部地区植被综合生态质量指数高于2000—2016年多年平均值,生态质量偏好;2017年福建、广西、海南、广东、云南植被综合生态质量位居全国前五位,构建的植被综合生态质量指数及其年际对比模型可以定量反映全国植被综合生态质量的空间差异和年际差异。（2）全国有90.7%的区域2000—2017年植被综合生态质量指数呈提高趋势,东北地区西部、内蒙古东部、华北大部、西北地区东部、西南地区东部、华南西部等地生态质量指数提升明显,构建的植被综合生态质量指数多年变化趋势评价模型可以定量反映植被生态质量的多年变化趋势和幅度。（3）南方大部地区2000—2017年平均年植被综合生态质量指数在50.0以上,北方大部地区在50.0以下;我国中东部大部地区在20.0以上,西部大部地区在20.0以下,表明南方大部地区年植被生态质量好于北方、中东大部好于西部。可见,构建的植被综合生态质量指数及其年际对比和多年变化趋势评价模型,能够监测评价当年和多年全国植被综合生态质量的时空变化,可为掌握全国植被生态质量动态提供模型和方法。     

福建省灰水足迹时空变化及驱动因素

灰水足迹是稀释水污染物至达标需要的淡水体积,是评价水污染程度与水环境质量的重要方法,对灰水足迹进行核算与分析,可以促进福建省提高水环境质量,构建可持续的水生态环境。借鉴Hoekstra等提出的灰水足迹核算方法,对福建省及各地市2001-2017年的灰水足迹进行核算,对其时空变化特征进行评价并使用对数平均迪式指数分解法（Logarithmic Mean Divisia Index Method,LMDI）模型对灰水足迹变动的驱动因素进行分解。结果表明：a）总氮是决定灰水足迹总量的主要污染物,非点源污染是灰水足迹的最主要来源但占比由68.25%降至63.35%;b）福建省灰水足迹总量降低了9.58%,且各项指标都呈下降趋势,在空间上,灰水足迹总量及剩余灰水足迹东南多西北少,人均灰水足迹及灰水足迹强度东少西多;c）福建省灰水足迹变动的驱动因素中,经济因素是最大正向驱动因素,产生2932.96亿m³的贡献量,技术因素是最大负向驱动因素,产生-2630.31亿m³的贡献量。最后,针对福建省水污染问题提出建议：a）开展非点源污染防治专项;b）加快速度提高城镇生活污水处理水平;c）优化产业结构,提高灰水足迹效率;d）切实落实生态补偿制度,调动各市水环境保护积极性;e）加强环境监管力度,加大技术投入。     

生境梯度影响下的天然红松种群空间格局与种内关联

为理清生境梯度下天然红松种群空间分布规律,以黑龙江省凉水国家级自然保护区内自坡底至坡顶的四种生境(生境Ⅰ,谷地平坡潮湿生境;生境Ⅱ,坡下缓坡潮湿生境;生境Ⅲ,坡上斜坡半湿润生境;生境Ⅳ,坡顶陡坡半干旱生境)类型中建群种红松种群为研究对象。分析不同林层(主林层、亚林层、演替层、更新层)红松种群的数量特征,并基于O-ring函数,在重复采样条件下评价了红松种群空间分布格局。结果表明:(1)下坡位生境(生境Ⅰ、Ⅱ)红松更新层种群数量显著大于上坡位(生境Ⅲ、Ⅳ)(P0.05),演替层中差异不显著;自坡底至坡顶的生境梯度上,主林层和亚林层中红松株数比例增加,红松种群年龄结构结构由倒J型向J型转变。(2)下坡位原始红松林更新层和演替层中红松种群聚集规模与聚集强度均高于上坡位,坡顶(生境Ⅳ)原始红松林更新层中红松种群聚集规模与聚集强度高于坡上(生境Ⅲ)。(3)四类生境的原始红松林中主林层与更新层中红松种群总体表现为空间独立,在个别尺度上表现出微弱的空间正关联或负关联;在0—5 m尺度上,下坡位红松林原始林内演替层与主林层红松种群表现为空间负关联,而上坡位生境林分对应林层间空间关系则为空间正关联;四类生境中,亚林层与主林层中红松种群在全部研究尺度上均表现为空间独立。可以认为,造成上坡位生境的原始红松林中幼树、幼苗聚集规模与强度弱于下坡位的原因是上坡位更新与演替层中种群数量较少;而随坡位上升,更现层、演替层与主林层中红松种群间的空间关系由空间负关联向空间正关联转变是生物与非生物因子共同作用的结果。研究结果为阔叶红松林的经营管理与生态修复提供了理论依据。     

甘肃兴隆山保护区野生马麝分布、数量特征及影响因素

综合采用样线法、粪堆计数法及重复调查法对甘肃省兴隆山国家级自然保护区的野生马麝（Moschus chrysogaster）进行了种群调查,结合生境分析,确定了其种群分布、数量特征及影响因素。结果表明,兴隆山保护区分布有野生马麝（1159±275）头,平均种群密度为（3.51±0.83）头/km²;各植被类型生境中的野生麝种群数量及密度存在差异,灌丛生境分布有70%的野生马麝种群,达（807±170）头,种群密度为（6.49±1.63）头/km²;针叶林种群密度最大,达（8.85±83.25）头/km²,分布有野生麝（123±45）头;针阔混交林分布最少,仅（41±15）头,种群密度为（5.00±1.84）头/km²;人工林生境无野生马麝分布。保护区各植被类型生境中的野生马麝种群分布差异反映了马麝对适宜生境功能的需求,食物、保温和隐蔽性是制约野生马麝冬季分布和种群数量的关键因素。此外,因生境及人为干扰强度的不同,保护区各区域的野生马麝种群分布存在差异。建议通过减少人为干扰、地表植被管理及人工林管理优化等措施增加生境适宜性,促进兴隆山自然保护区野生马麝种群的快速恢复和增长。     

2030年闽三角城市群土地利用变化对生态系统水源涵养服务的影响

生态系统水源涵养服务作为水资源得以持续的基础和保障,正持续遭受着人类活动的干扰和影响,土地利用变化作为主要的方式之一,对水源涵养的影响广泛而且深远。运用InVEST模型模拟了闽三角城市群2015年和2030年的水源涵养情景,发现到2030年闽三角城市群区域内水源涵养量总体会下降0.24×10⁸ m³;对比发现：土地利用变化对水源涵养的影响主要主要表现在变化面积、变化方向、作用强度以及面积补偿作用四个方面。首先面积变化方面,水源涵养量同用地类型的面积大小正相关,但二者的变化量并不正相关;其次变化方向方面,相比变化为城市生态系统和水域生态系统而言,变化为自然生态系统和农业生态系统的土地利用变化更有利于生态系统水源涵养;再次,土地利用变化对水源涵养产生作用的强度由强及弱以此为林地、其他土地、草地、农田、建设用地、水域及滩涂;最后,面积变化后的补偿作用方面,由于不同用地类型水源涵养能力和面积变化量的差异,由农田、林地、草地及其他土地面积下降导致的水源涵养量损失并不能通过建设用地、水域及滩涂用地类型面积的增加得以完全补偿。     

新疆塔什库尔干野生动物自然保护区马可波罗盘羊生境适宜性评价

马可波罗盘羊是帕米尔高原的代表性物种,开展生境适宜性评价对于该物种的保护与管理具有重要意义。综合考虑植被、地形等影响马可波罗盘羊生境选择的关键因子,以及道路和牧场等人为干扰因子,借助ArcGIS,构建生境适宜性指数模型,在不同尺度上评价分析马可波罗盘羊的生境适宜性及其季节变化特征。结果表明:15836 km~2保护区内马可波罗盘羊夏季潜在适宜生境面积为2127.19 km~2,冬季为1915.70 km~2。保护区西北部面积3767.73 km~2的马可波罗盘羊实际分布区内,夏季潜在适宜生境面积为1095.48 km~2,冬季为1072.82 km~2,马可波罗盘羊适宜生境集中分布于保护区内该物种实际分布区。受人为干扰,保护区内马可波罗盘羊夏季和冬季实际适宜生境丧失率分别为18.43%和17.78%,实际分布区内适宜生境丧失率分别为33.65%和29.73%,表明实际分布区马可波罗盘羊适宜生境受人类活动影响较大,应予以重点保护。总体而言,影响马可波罗盘羊生境适宜性的关键因素是国道314和放牧。基于上述研究结果,作者提出了4点关于马可波罗盘羊生境保护,以及保护区管理与规划的建议与思考。     

京津冀城市群土地利用变化对地表径流的影响

城市化的显著特征之一是地表景观格局被人为改变,大量硬化地表覆盖、取代了原本自然或半自然的土地覆盖类型,极大地干扰了区域水文循环过程。其中,最直接的体现是对地表径流过程的影响。城市群作为当前我国城市化的重要模式,其聚集连片的扩张模式,对区域地表径流过程的干扰尤为严重。以京津冀特大城市群为研究区域,应用长期水文影响评价模型(L-THIA),以1980、1990、2000、2010、2015年5期土地利用数据、土壤数据以及1950—2015年逐日降雨数据为输入,模拟计算了不同土地利用/覆被格局对多年平均地表径流量的影响。结果表明,(1)经过率定的L-THIA模型能够较为准确地模拟京津冀城市群地区的地表径流分布特征,模型模拟误差在±10%内;(2)1980—2015年,京津冀城市群地区不透水地表面积急剧增加,其净增长值为12690.14 km~2。北京与天津等超大城市不透水地表面积增加最明显;(3)随着土地利用格局的变化,京津冀地区地表径流量呈逐年增长趋势。1980—2015年,京津冀城市群地区地表径流量的绝对增长值为17.84亿m~3,增幅11.83%。其中,1990—2000年及2010—2015年期间地表径流年均增长率较大,分别为0.36%与0.46%。对地表径流贡献较大的土地利用类型为耕地和不透水地表,其5期土地利用情景下的平均产流占比分别为35.38%、22.71%;(4)城市尺度上,不同城市的标准化年均径流深(NAARD)存在较大差异。天津、石家庄的产流能力较强,承德、衡水等城市的产流能力较弱,北京市的标准化年均径流深处于中等水平。另一方面,不同城市标准化年均径流深增长规律也存在较大差异。1980—2015年,天津市的NAARD增长最多,承德市增长最少,北京市的NAARD增长处于中等水平。本文对于京津冀城市群水文过程的时空演变研究以及国土空间优化指导具有参考意义。