大尺度区域生态环境治理及国家生态安全格局构建的技术途径和战略布局

陆地生态系统是地球生物圈系统的核心组分,是人类生活、生产及社会经济活动的场所。然而,人类文明发展和科学技术进步在不断地扩大对资源的利用规模和强度,也导致了严重威胁社会可持续发展的全球气候变化、生物多样性丧失、环境污染、资源枯竭、生态系统退化等环境问题。社会公众期望生态学研究能够为区域、大陆及全球尺度的生态系统的利用和保护、维持人类社会可持续发展提供科学理论及系统性的解决方案。本研究以服务中国生态文明建设、生态安全格局构建、区域生态环境治理,以及宏观生态系统科学发展为目标,回顾了中国的区域生态环境治理成效及经验;分析了我国生态文明建设对大尺度生态系统科学研究的科技需求与时代特征,提出了利用基于自然的宏生态系统途径的新思路提升区域生态环境治理及安全格局构建的设想。在此基础上,讨论了中国的大尺度区域安全格局构建及生态环境治理的新思路、战略布局、技术途径与科技支撑体系,为中国安全、健康和美丽的国土空间利用及生态文明建设进步提供理论参考。     

甘肃省大豆品种生育期组的划分及地理分布研究

甘肃省地域广大,地形复杂,气候多样,大豆品种资源丰富,但甘肃各地大豆品种生育期生态类型并不明确。本试验以25份MG 0~Ⅴ的北美大豆生育期组标准品种为对照,将从甘肃各地收集到的151个大豆品种在甘肃境内5个生态区进行生育期性状鉴定和生育期组划分。结果表明,甘肃地区种植的大豆品种的生育期组在MG 00和MGⅥ之间。在所鉴定的品种中,属MGⅣ的比例(44.37%)最高,其次为MGⅤ(29.14%)、MGⅢ(11.26%)、MGⅡ(4.64%)、MG 0(3.31%)、MGⅥ(3.31%)、MG 00(2.65%)和MGⅠ(1.32%)。归属于MGⅢ的品种主要分布在河西灌区,占该区域参试品种总数的47.62%;归属于MGⅣ的品种主要分布在中部地区和陇东旱塬区,占中部地区参试品种总数的56.67%,占陇东旱塬区的63.83%;归属于MGⅤ的品种主要分布在陇南地区,占该区域参试品种总数的61.40%。根据甘肃不同地区可成熟的最晚熟大豆品种的生育期组与当地经度、无霜期建立回归方程,推断甘肃省大豆各生育期组的地理分布区间,提出了基于生育期组的甘肃省大豆品种引种方案,以期为甘肃地区大豆育种和品种布局提供科学依据。     

宝天曼国家级自然保护区三种林型土壤的亮孢黏菌多样性

黏菌是土壤原生生物的重要组成部分,但其群落组成与多样性格局信息目前还不全面。本研究采用18S rRNA基因高通量测序的方法,研究了宝天曼自然保护区内落叶阔叶林、针叶林和针阔混交林土壤中的亮孢黏菌多样性,并通过多元统计方法分析了其群落结构与土壤环境因子之间的关系。结果表明,30份土壤样品中共获得26个亮孢黏菌的可操作分类单元（OTUs）,隶属团毛菌目Trichiales下的7个属。4个OTUs可注释到种,分别为球圆团网菌Arcyria globosa、蛇形半网菌Hemitrichia serpula、刺丝团毛菌Trichia scabra和高山团毛菌Trichia alpina。亮孢黏菌群落α多样性在不同林型间有显著差异,其中在针叶林最高,落叶阔叶林最低。不同林型土壤的亮孢黏菌群落结构也显著不同,冗余分析显示,不同林型间黏菌群落结构差异与土壤含水量、碳氮比、有效钾和有机碳显著相关,但总体土壤环境因子对群落结构差异的解释量有限,占比10.18%。本研究丰富了土壤黏菌多样性信息和生态分布理论。     

Effects of pulse precipitation on soil organic matter mineralization in forests: spatial variation and controlling factors

脉冲降水对森林中土壤有机物矿化的影响：空间变化和控制因素 降水脉冲效应使土壤有机物在短时间内迅速分解并释放大量CO₂到大气中。降水脉冲效应对生态系统的碳循环和土壤碳平衡的研究具有十分重要的意义,但它在森林土壤中的空间变化和基本机制仍不清楚。我们采集中国东部22个典型森林生态系统的土壤样品(0–10cm),研究模拟脉冲降水对土壤微生物呼吸速率的影响。模拟降水脉冲使土壤样品达到65%饱和含水量,以分钟为单位测量R_s,持续48 小时。研究结果显示,降水脉冲可以使微生物呼吸速率迅速增加1.70–38.12倍。微生物最大呼吸速率 (R_s-soil-max)、碳释放总量R_s (A_Rs-soil)和达到呼吸峰值的时间(T_Rs-soil-max)在不同的土壤中存在显著差异。此外,不同 气候区的脉冲效应也有明显不同。中温带的R_s-soil-max (11.701 µg C g⁻¹ soil h⁻¹)和A_Rs-soil (300.712 µg C g⁻¹ soil)最高。土壤化学特性(总碳和总氮、pH值和氧化还原电位)和土壤粒径与森林土壤的脉冲效应密切相关,但土壤微生物的贡献较小。我们的研究结果表明,在大尺度范围内,脉冲变化短期内增加森林土壤中CO₂的排放,并揭示了对这种变化影响最大的因素。这些发现为未来对森林生态系统的碳循环和调节全球生态系统碳循环的研究提供科学数据支持。     

贵州花溪大学城破碎化林地鸟类多样性与嵌套分布格局

为揭示城镇化进程中生境破碎化对鸟类多样性及分布格局的影响, 本研究于2017-2019年每年的4-8月使用样线法对贵州花溪大学城26块破碎化林地(面积介于0.3-290.4 ha)中的鸟类群落进行了10次调查。共记录到鸟类78种, 隶属于11目37科。其中, 东洋界物种数占56.4%, 古北界物种数占32.1%, 广布种占11.5%; 有中国特有种1种。剔除高空飞行、非森林鸟类及偶然出现物种后, 不同斑块中的鸟类物种数介于12-55之间, 平均每个斑块有23.2 ± 10.5种。线性回归分析显示, 鸟类物种丰富度与林地斑块的面积有显著相关性, 斑块面积越小, 鸟类物种丰富度越低; 斑块隔离度对物种丰富度没有显著影响。基于物种多度分布矩阵的WNODF (weighted nestedness metric based on overlap and decreasing fill)嵌套分析显示, 不同斑块中鸟类群落呈现出反嵌套结构。小斑块中鸟类物种丰富度较低可能与植物丰富度较低、食物资源稀缺和繁育条件不足有关, 但短距离的隔离对鸟类迁入或扩散影响有限。环境过滤效应、种间竞争或优先效应可能导致不同斑块间存在较大的物种组成差异, 从而导致反嵌套格局。因此, 本研究建议在城市规划建设中应注重维持栖息地的完整性, 对不同面积大小的破碎化斑块都应加以保护。     

黄河首曲玛曲县高寒湿地景观格局演变

高寒湿地是青藏高原地区最重要的生态水源涵养区之一, 也是局部气候的有效调节者, 其动态变化与成因亟待深入研究。该研究基于遥感图像分析、地理信息系统空间分析和景观生态指数分析结合的方法, 以黄河首曲玛曲县高寒湿地为研究对象, 对1995-2018年6期湿地的动态变化进行研究。结果表明, 研究区湿地在1995-2010年间不断退化, 1995-2010年湿地面积总共减少了18 680.31 hm²。在2010-2018年间黄河首曲高寒湿地面积有所增加, 但与20世纪90年代相比, 21世纪初开始湿地的面积普遍呈现下降趋势; 1995-2010年湿地斑块数不断增加, 斑块密度不断增大, 平均斑块面积下降, 景观的破碎度升高; 2010-2015年湿地斑块数和斑块密度减少, 2015-2018年湿地斑块数和斑块密度增加, 平均斑块面积先增大后减小, 景观的破碎度先降低后升高。1995-2010年研究区高寒湿地景观Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数均呈现下降的趋势, 湿地的景观结构趋于简单, 景观类型分布更加集中。2010-2018年湿地景观Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数均呈现上升趋势, 湿地的景观结构趋于复杂, 景观类型增加且分布更加分散。进一步的驱动力分析表明, 引起黄河首曲高寒湿地景观格局演变的主要因素是蒸发量和降水量, 其次是人口数量和大牲畜数量等人类活动影响。气候因子是影响黄河首曲高寒湿地面积变化的主要原因, 过度的人类经济活动在一定程度上加剧了湿地的变化。     

环境因子对海南岛野生兰科植物物种组成与分布格局的影响

海南岛是中国兰科植物物种丰富度较高的地区, 了解环境因子对海南岛野生兰科植物物种组成和分布格局的影响, 对于该地区野生兰科植物的保护管理和相关研究具有重要指导意义。基于海南岛野生兰科植物调查分布样方的植被类型、海拔、坡向、坡度、年平均气温、年降水量的数据, 采用典范相关分析探索了环境因子对物种组成的影响, 并计算各个环境因子对物种组成的总效应与净效应, 同时分析了6个环境因子对野生兰科植物分布格局的影响。结果表明, 所选的6个环境因子共解释了海南岛野生兰科植物组成变异的3.7%; 植被类型、海拔、年平均气温、年降水量、坡向、坡度这6个环境因子的总效应与净效应均达显著水平, 但其解释率依次减小。所选的6个环境因子对海南岛野生兰科植物的分布均有影响, 野生兰科植物在海南岛主要分布在中海拔段、5°-35°的坡度范围、阴坡与半阴坡、年平均气温较低且年降水量较高的环境, 并且于原生植被中分布最多。     

北京市主城区不透水面时空演变及其热环境效应研究

城市不透水面是表征城市化进程的重要指标,开展城市不透水面研究对生态环境监测及城市建设规划具有重要意义。以北京市主城区为研究区,基于Landsat影像采用支持向量机(SVM)和线性光谱混合分解模型(LSMM)相结合的方法提取研究区2002年、2009年和2017年三期不透水面;同时采用辐射传输方程法反演研究区地表温度,分析北京市主城区不透水面时空格局演变及其与城市热环境的相关性。研究结果表明:2002—2017年,北京市主城区近15年不透水面聚集度较高且呈持续增长趋势,东、西城区不透水面面积占比最高,朝阳区和海淀区不透水面增长速率和增长强度相对较大。北京市主城区不透水面呈放射状扩张趋势且增长集中在四环以外的区域,不透水面盖度高值区面积不断增加。研究区近15年地表温度持续升高,热岛效应加剧,地表温度高值区与城市建筑区空间分布存在一致性。不透水面空间格局与热环境高度相关,不透水面的斑块密度和破碎度与地表温度呈负相关,斑块所占景观比例及最大斑块指数与地表温度呈正相关,可通过合理控制相关景观指标、优化不透水面空间格局控制地表温度。在此基础上提出了缓解城市热岛效应的建议:增加树木、草地等用地类型;将不透水面分割成许多小斑块,减少大面积不透水面区域分布;使用透水性材料等。     

中国外来动物物种组成及跨境风险

[目的] 明确全球变化背景下我国外来动物物种的发生规律,进一步掌握我国生物入侵现状及发生动态。[方法] 利用公开数据库等系统收集和整理我国外来动物的物种组成、可利用性、原产地及国内分布地等信息。[结果] 截至2020年,我国已有外来动物844种,隶属8门22纲87目291科591属,脊索动物门、节肢动物门、软体动物门是我国外来动物物种组成数量最多的3大类群。我国外来动物中,有益物种的数量多于有害物种的数量,还有少部分中性物种。不同分类阶元外来动物的可利用性不同,脊索动物门中有益物种的数量更多,节肢动物门中有害物种的数量更多。我国外来动物主要来源于亚洲、北美洲、欧洲,外来动物的国内分布与区域经济发展水平及对外交流程度相关,东南沿海地区数量多,西北内陆地区数量少,与他国相邻的广西和云南也有数量较多的外来动物。2010—2020年间记录的典型外来动物也符合此分布模式。[结论] 我国外来动物数量众多,组成多样,表现出不同的可利用性,其来源及分布表现出明显的空间格局,在全球变化背景下,应警惕外来物种的跨境入侵风险。     

新疆芦荟藓属的分类及分布

以采自新疆各地的350余份芦荟藓属植物为材料,对新疆芦荟藓属植物的分类及其分布进行研究。结果显示,新疆产芦荟藓属植物3种：短喙芦荟藓（Aloina brevirostris（Hook.&Grev.）Kindb.）、斜叶芦荟藓（A.obliquifolia（Müll.Hal.）Broth.）和钝叶芦荟藓（A.rigida（Hedw.）Limpr.）。其中斜叶芦荟藓为新疆新记录种。对它们的形态特征进行了描述,明确了各种的识别特征,并提供了生境、产地与分布地等信息及显微照片,编制了新疆芦荟藓属植物分种检索表。