Shrub encroachment effect on the evapotranspiration and its component—A numerical simulation study of a shrub encroachment grassland in Nei Mongol,China

Aims Shrub encroachment is a common global change phenomenon occurring in arid and semi-arid regions. Due to the difficulty of partitioning evapotranspiration into shrub plants, grass plants and soil in the field, there are few studies focusing on shrub encroachment effect on the evapotranspiration and its component in China. This study aims to illustrate shrub encroachment effect on evapotranspiration by the numerical modeling method. Methods A two-source model was applied and calibrated with the measured evapotranspiration (ET) by the Bowen ratio system to simulate evapotranspiration and its component in a shrub encroachment grassland in Nei Mongol, China. Based on the calibrated model and previous shrub encroachment investigation, we set three scenarios of shrub encroachment characterized by relative shrub coverage of 5%, 15% and 30%, respectively, and quantified their effects caused by shrub encroachment through localized and calibrated two-source model.Important findings The two-source model can well reconstruct the evapotranspiration characteristics of a shrub encroachment grassland. Sensitivity analysis of the model shows that errors for the input variables and parameters have small influence on the result of partitioning evapotranspiration. The result shows that shrub encroachment has relatively small influence on the total amount of ET, but it has clear influence on the proportion of the components of evapotranspiration (E/ET). With shrub coverage increasing from 5% to 15% and then 30%, the evapotranspiration decreased from 182.97 to 180.38 and 176.72 W·m^-2, decreasing amplitude values of 0.34% and 0.44%, respectively. On average, E/ET rises from 52.9% to 53.9% and 55.5%, increasing amplitude values to 2.04% and 3.25%. Data analysis indicates that shrub encroachment results in smaller soil moisture changes, but clear changes of ecosystem structure (decreasing ecosystem leaf area index while increasing vegetation height) which lead to the decrease of transpiration fraction through decreasing canopy conductance. The research highlights that, with the shrub encroachment, more water will be consumed as soil evaporation which is often regarded as invalid part of evapotranspiration and thus resulting in the decrease of water use efficiency.     

“一带一路”地区生态系统服务关系的时空分异与区域响应

"一带一路"沿线多数发展中国家地处生态脆弱区,土地资源空间配置亟待优化。研究生态系统服务间的相互关系可以为土地利用决策提供定量化支持,但该关系在不同地域的表现形式有较大的差异性。基于InVEST模型,评估"一带一路"区域2000、2005、2010和2015年土壤保持、产水量、碳固定和生境质量4种生态系统服务时空变化,通过相关性分析和局部空间自相关分析等方法识别生态系统服务相互关系,以及其对不同地域特征变量的响应。就区域整体而言,土壤保持、产水量、碳固定和生境质量呈现中亚和西亚为一致低值区,而高值区分布不一致的空间格局;生态系统服务之间均呈显著协同关系,但冷热点格局的区域异质性显著。在生态区单元中,泰加林、温带草原和灌木的多种生态系统服务间为权衡关系;在国家单元中,生态系统服务间协同与权衡关系并存。产水量与碳固定间的协同关系对人口分布有良好的响应,而土壤保持与碳固定对人口分布的响应不明显。定量化评估生态系统服务及权衡关系,为区域土地资源优化配置提供依据,研究结果也为"一带一路"地区沿线国家间生态保护合作提供空间指引。     

多重压力下生态系统可持续发展探究——IGU-GFE地理学与可持续研讨会简述

2020年11月30日至12月1日， "面向未来地球的地理学：人地系统耦合与可持续发展委员会" （IGU-GFE）主办的2020年地理学与可持续研讨会以视频会议的方式召开。研讨会以"多重压力下生态系统可持续发展探究"为主题开展热烈讨论。研讨会针对5个专题展开，分别是：（1）生态系统压力和驱动力；（2）生态系统状态评估；（3）多重压力对生态系统功能和生物多样性的影响；（4）多重压力对生态系统服务的综合影响；（5）生态系统可持续管理策略。IGU-GFE地理学与可持续研讨会为全球生态系统功能和可持续发展的实现提出了以下建议：（1）合理、科学、多维度提高生态系统质量；（2）有效恢复和提升生物多样性-生态系统功能；（3）优化生态系统的可持续发展管理策略。     

中国内陆河流域城市景观过程对涉水生态系统服务的影响评价研究进展

掌握我国内陆河流域城市景观过程对涉水生态系统服务的影响评价研究现状，对于提高内陆河流域人类福祉和促进区域城市可持续发展具有重要意义。系统综述了我国内陆河流域城市景观过程对涉水生态系统服务的影响评价。结果表明：相关中英文论文数量与被引频次整体呈上升趋势，研究对象侧重于水源涵养、水质净化和淡水供给服务，研究方法主要包括价值量评价法和物质量评价法，研究结果则表明城市景观过程已造成涉水生态系统服务总量下降和空间异质性增加，同时还加剧了服务间的权衡关系。相关研究为深入理解内陆河城市景观过程对涉水生态系统服务的影响奠定了良好基础，但在揭示影响机理、模拟未来影响、分析服务权衡、协同与供需流关系以及探索可持续的内陆河流域综合优化管理等方面还存在不足。因此，未来应基于"机理-过程-可持续性"的思路建立内陆河流域城市景观过程对涉水生态系统服务影响评价框架，开展综合评价研究，为我国内陆河流域城市与山水林田湖草综合优化管理提供帮助。     

社会-生态网络方法研究进展

社会-生态系统是由一个或多个社会和生态子系统交互作用形成的复杂的、非线性的、动态耦合系统。理解社会与生态子系统之间的复杂交互关系对于实现有效、可持续的环境治理至关重要。社会-生态网络方法是网络理论在社会-生态交互作用研究中应用与发展的产物，在定量刻画社会-生态系统结构、分析系统动态变化、推动系统适应性治理等方面具有重大的应用潜力。系统梳理了国内外现有的社会-生态网络研究，首先从网络的类型、构建模式、分析方法3个方面介绍社会-生态网络方法，并阐述其在资源管理、社会-生态匹配、社会-生态适应性治理领域中的应用，探讨社会-生态网络方法在研究社会-生态交互作用中的优势和挑战，最后提出未来社会-生态网络研究的重点方向，即社会-生态网络的动态变化过程以及社会-生态网络结构与功能关系。研究旨在深化网络分析可用于描述人—自然关系的认识，为社会-生态系统的网络研究提供实践指导，以期促进社会-生态网络方法在我国社会-生态系统研究中的应用。     

面向大气环境影响的城市景观分类系统——以北京为例

研究城市景观格局的大气环境影响必须建立在科学、实用的景观分类系统基础上,目前尚没有普适性的景观分类体系,针对大气环境影响的景观分类的详细探讨更是缺乏。本文借鉴景观分类理论和气象学下垫面分类方法,从城市景观的自然属性和物理结构特点出发,提出一种面向大气环境影响的景观分类系统,即采用景观类、景观亚类和景观型三级分类体系,以土地利用和城市地表参数为划分指标依据的分类系统。在此基础上,以城市化发展对大气环境影响较为明显的北京为例,采用3S技术进行景观制图,并以此为基础分析北京市景观格局对区域大气环境的潜在影响。结果表明:1级景观类中,受人为干扰的景观类型面积处于较高水平; 2级景观亚类中,林地景观面积最大,占比54.73%,城镇景观面积占比15.09%; 3级景观型中,C7类景观是城镇景观亚类的"基质",C3、C2和C6类景观在城镇景观亚类中占比均不足0.1%,说明高地表粗糙度类型的景观在北京主城区域尚分布稀少,对大气的流通性有利。该分类系统能够反映实际存在的对大气环境产生影响的各种景观类型的特点,有助于深化对城市景观格局的大气环境效应规律的认识,可为城市规划和大气环境治理提供参考。     

多年放牧对不同类型草原植被及土壤碳同位素的影响

放牧是草原牧区常见的人类活动,多年放牧对草原植被及土壤的碳过程产生较大的影响.本研究采集不同类型草原多年放牧前后植被及土壤样品,对室内碳同位素进行分析,研究了不同草原生态系统Δ¹³C(碳同位素分馏值)差异及其影响因素.结果表明: 放牧强度对植被Δ¹³C值的影响显著,0～5 cm表层土壤Δ¹³C值在放牧前后变化显著,而对深层土壤(>5 cm)影响不显著.多年放牧后大部分植被Δ¹³C值显著升高,高海拔地区升高的幅度较大.可见,放牧行为对不同草地生态系统类型、不同土壤深度以及不同海拔生态系统碳过程产生的影响差异显著.针对不同类型的草原,放牧应采取多样化的管理方式.     

城市绿地格局与居民社会经济特征关系研究进展

城市绿地为居民提供重要的生态系统服务,是居民接触自然、放松身心的重要场所.居民能否便捷地使用绿地,与其社会经济特征存在一定关联,该关联性是研究者和城市管理者关注的议题.以往的研究多针对单个城市,分析其绿地格局与居民特征的空间关系.本文对国内外相关的案例研究进行梳理,通过整合分析,归纳其主要研究结果,并探讨研究区、指标和分析方法的选择对研究结果的可能影响;其次,汇总以往研究所提出的城市绿地格局与居民特征间关系的主要影响因素,并结合案例进行分析.整合分析结果表明: 超过一半的案例(58.2%)认为绿地格局更有利于优势居民群体,但也有约四分之一的研究(25.4%)得到了相反的结果,发现弱势居民群体能够更便捷地使用绿地,余下(16.4%)的研究认为绿地格局与居民社会经济特征并不存在显著关联.研究者采用的分析单元、指标和分析方法多样,整体而言,没有发现研究方案的选择与研究结论存在明显联系.已有的案例以西方国家的城市为主,其研究地的发展历程和城市特点与我国城市存在很大差异.我国迫切需要依据自身城市的发展特点和时代需要开展本土研究,并分析影响我国城市绿地与居民特征间关系的主要因素.在城市化迅速发展时期,为建设人居和谐的可持续城市提供科学依据.     

中国北方5种栎属树木多度分布及其对未来气候变化的响应

植物分布与气候之间的关系是预估未来气候变化对生态系统影响的实现基础。以往的物种分布模型通常以物种的分布区或者分布点的物种存在数据作为物种分布的响应变量。相较于物种存在数据, 多度反映了一个物种占用资源并把资源分配给个体的能力, 更能衡量物种对区域生态系统的影响。该研究通过野外调查获取了华北及周边地区1 045个样方的栎属树木多度, 利用广义线性模型、广义加性模型和随机森林模型模拟栓皮栎(Quercus variabilis)、麻栎(Q. acutissima)、槲栎(Q. aliena)、锐齿槲栎(Q. aliena var. acuteserrata)和蒙古栎(Q. mongolica) 5个树种多度的地理分布及未来2个不同时期(2050年和2070年)的潜在分布。结果表明: 随机森林模型对5个栎属树种的多度的拟合结果要优于广义线性模型和广义加性模型; 典型浓度路径(RCP) 8.5下的5个栎属树种在未来两个时期的多度变化幅度都要大于RCP 2.6下的变化, 在超过一半面积的区域中麻栎、槲栎、锐齿槲栎和蒙古栎的多度减少, 其中内蒙古东北部和黑龙江北部地区是5种栎属植物多度减少的集中分布地区。未来气候变化背景下, 需要加强对这几个区域的监测与物种保护。     

Distribution and species diversity patterns of Vitex negundo var. heterophylla shrublands in North China

生境差异是影响植物群落及其物种多样性分布格局的重要因素。该研究基于370个荆条(Vitex negundo var. heterophylla)灌丛的野外调查样方, 结合多元回归树(MRT)、显著性分析、Pearson相关分析等技术手段, 分析了华北地区荆条灌丛及其物种多样性的空间分布格局。结果表明: 荆条灌丛的经纬度均跨越10°以上, 可分为高、中、低纬度分布区; 分布海拔则从117 m至1 248 m跨越了1 000 m以上, 也可分为高、中、低海拔分布区。所有分布区中荆条灌丛草本层的Shannon-Wiener指数、Simpson指数和均匀度指数均高于灌木层。灌木层物种多样性随着纬度的降低而降低, 随着海拔的升高而降低; 草本层相反, 物种多样性随着纬度降低而升高, 随着海拔升高而升高。灌木层和草本层的物种丰富度(Shannon-Wiener指数)与水、热、地形等环境因子显著相关, 其中灌木层物种多样性随着气温、坡位升高而显著减少, 随着降水的增加而显著增加;草本层则相反。