基于个体的空间显性模型和遥感技术模拟入侵植物扩张机制

基于个体的空间显性模型和遥感技术,以互花米草为例,模拟了自1997到2010年的种群扩张动态,揭示了土地利用变化与潮间带高程的影响;并通过全局敏感性分析揭示了种子扩散、成体存活率、有性和无性繁殖等种群统计学特征对互花米草种群扩张的相对重要性。研究结果发现:1)有性繁殖与无性繁殖共同决定互花米草种群快速扩张;2)潮间带高程和土地利用变化显著影响模型预测的精度,对互花米草种群扩张有非常重要的影响;3)成体存活率与种子长距离扩散是影响互花米草种群扩张速度最重要的因素;无性繁殖比有性繁殖对种群扩张的影响更大;种子长距离扩散比本地扩散更为重要,同时,小概率的种子长距离扩散事件对种群扩张有非常重要的影响。为了经济有效地控制外来入侵植物的扩张,应该抑制种子的长距离扩散和移除种子长距离扩散形成的位于入侵前沿的小斑块。     

内陆湖泊主要藻种散射特性

通过室内培养4种主要淡水藻种--铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、普通小球藻(Chlorella vulgaris)、梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)以及卵形隐藻(Cryptomonas ovata), 测定其散射和后向散射特征参数、用单位叶绿素a浓度的散射值和后向散射值来表征4种藻的散射和后向散射能力。结果表明, 铜绿微囊藻散射和后向散射能力最强, 其次为梅尼小环藻, 普通小球藻的能力最弱。通过计算后向散射概率, 显示铜绿微囊藻和梅尼小环藻的后向散射概率值较高, 普通小球藻和卵形隐藻的后向散射概率值较低。后向散射特性影响因子分析显示, 影响后向散射值的主要因素有叶绿素a浓度及藻蓝蛋白色素比例。当叶绿素a浓度不断增加时, 其后向散射值不断增大; 当藻类所含叶绿素a比重不断上升时, 其后向散射值也不断增大。而细胞粒径与后向散射值之间未表现出很好的相关性。因此, 通过单位叶绿素a散射和后向散射概率特征可以辨别出藻细胞形态较为接近的铜绿微囊藻和普通小球藻。     

基于不同需求层次的中国城镇居民消费隐含碳排放时空演变机制

正确认识不同需求水平下人均隐含碳排放量的变化,对实现低碳经济及低碳生活具有重要的参考价值。基于居民消费需求层次建立不同需求层次与隐含碳排放的对应关系,将人均隐含碳排放分解为生存型、发展型、奢侈型三类,并运用投入产出法进行核算,在对不同需求层次人均隐含碳排放的空间格局演变分析的基础上采用空间面板方法对其驱动机制进行甄别。结果显示,在全国层面,各需求层次人均隐含碳排放均呈现上升趋势,空间分布不均衡性主要体现在南北差异上,北部地区始终是各需求层次人均隐含碳排放的主要空间载体,其中多数省分生存型人均隐含碳排放上升势头较强,发展型和奢侈型的高值区在省份数量上分别呈现先减后增与逐渐增加的变化趋势;不同需求层次人均隐含碳排放水平相似的地区在空间上呈集聚分布,具有较强的"马太效应";空间面板模型结果显示技术减排是降低不同需求层次人均隐含碳排放的重要举措,而人口规模在各需求层次上的负向减排作用远小于正向的人口结构效应,宏观经济因素主要表现为增排效应,而居民消费因素的作用通道存在差异。此外,部分因素在各需求层次上存在显著空间外溢效应,应重视区域间的横向联动减排效应,做好隐含碳减排的统筹协调工作。     

产业集聚对雾霾污染与生态效率的非线性影响及溢出效应

新常态背景下，"降霾增效"是促进城市协调可持续发展的重要保障。基于2008-2017年我国269个地级市面板数据，利用ArcGIS空间分析、EBM-DEA、空间杜宾等模型，探究雾霾污染与生态效率的时空演化格局及产业集聚对其非线性影响及空间溢出效应。结果显示：（1）我国城市雾霾污染具有"块状"与"集群分布"特征，并呈现以京津冀城市群为中心的"核心-边缘"扩散模式；城市生态效率呈东部 > 中部 > 西部依次递减态势，其H-H型城市主要分布在东部沿海地区；（2）产业集聚是"双刃剑"，其对雾霾污染与生态效率的影响存在显著的"U"型关系，即产业集聚每提升1%，雾霾污染和生态效率相应降低0.1388%和0.1409%，产业集聚平方项每提升1%则相应提升0.0188%和0.0113%；（3）产业集聚进一步提升对本地与邻近城市的雾霾污染具有较强的正向空间溢出效应，地方政府应采取联防联控的污染治理策略，构建长效环境治理合作机制；（4）产业集聚规模对雾霾污染和生态效率的影响表现出一定的区域异质性，应设计差异化的产业发展策略，为城市"降霾增效"提供支撑；通过重构权重矩阵、替换核心解释变量与设置滞后变量，证明了上述主要结论的稳健性。当前我国正处于工业文明向生态文明转换的关键阶段，期望本研究能为区域可持续发展提供参考。     

黑河流域植被垂直分布对气候变化的响应

黑河流域作为我国典型的生态系统过渡带,深入分析该区域内植被垂直分布变化对气候变化的响应,对于开展区域尺度植被分布对气候变化的响应研究极具代表性。近30年来,黑河流域的植被分布随着平均生物温度和降水分布变化,在空间分布上,尤其是垂直分布上发生了系列变化。基于黑河流域植被类型的410个野外调研采样数据、1980s年代的植被数据、遥感影像、气候观测数据、DEM等多源数据,分别构建了黑河流域气候要素和植被类型垂直分布变化的空间分析模型,定量揭示了黑河流域绿洲农田荒漠带（≤1700 m）、荒漠草原植被带（1700-2100 m）、干性灌丛草原植被带（2100-2500 m）、山地森林草原植被带（2500-3300 m）、高山灌丛草甸植被带（3300-3800 m）和高山寒漠草甸植被带（≥3800 m）6个植被垂直带的植被变化及其对气候变化的响应差异。研究结果表明：在1980s-2010s期间,整个黑河流域植被空间分布的动态变化率为25.75%,发生变化的总面积为203.12万hm²;绿洲农田荒漠植被带的变化面积最大（72.24万hm²）,山地森林草原植被带的植被动态变化率最高（56.93%）;6个垂直带内的年平均生物温度和平均降水整体上均呈增加趋势,其中降水的增长率随海拔升高呈下降趋势,而平均生物温度的增长率则随海拔升高呈持续上升趋势;黑河流域中低海拔植被带内的植被动态变化与年平均生物温度和平均降水的相关性整体上高于其他植被带;荒漠草原植被带和干性灌丛草原植被带的植被动态变化对气候变化的敏感性高于其他植被带内植被变化对气候变化的敏感性。     

陆栖哺乳动物的地理隔离研究进展

地理隔离是驱动物种分布格局形成的主要因素之一。本文回顾和总结了近几十年来地理隔离影响陆栖哺乳动物空间分布的研究成果, 从自然因素和人为因素两方面就地理隔离对物种分布的影响研究进展进行了综述。自然因素包括山脉、水体、沙漠和其他极端环境、气候变化等, 这些要素通常是在陆栖哺乳动物的缓慢演化进程中发挥作用; 人为因素侧重于因人类活动参与导致的物种分布变化, 包括景观结构变化、交通设施建设等, 在短短几百年甚至几十年内, 可以使物种分布特征发生显著变化。地理隔离对陆栖哺乳动物分布的作用是普遍而相对的, 长期存在且处于动态变化中。多种地理隔离因素之间的尺度效应不同, 哺乳动物在适应地理隔离的过程中表现出了生物个体和种群的响应过程。最后, 建议今后重点开展以下几方面的研究: (1)基于历史动物地理学与生态动物地理学, 深入研究地理隔离与动物地理边界形成的原因; (2)微观尺度下, 借助分子生物学和各种组学技术探讨地理隔离对物种遗传和适应机制的影响; (3)借鉴其他动物类群的研究经验, 加强对我国陆生哺乳动物的跟踪监测; (4)以数据驱动为导向, 将动物地理学与数据科学相结合, 以更好地分析动物分布的变迁史。     

基于GOCI影像的湖泊悬浮物浓度分类反演

悬浮物直接影响到光在水体中的传播,进而影响着水生生态环境,最终决定了湖泊的初级生产力。传统的遥感反演估算模型大多是针对某一湖区进行统一建模,忽视了不同区域水体光学性质的复杂差异性,并且传统的传感器时间分辨率和空间分辨率受到一定限制。针对太湖、巢湖、滇池、洞庭湖4个湖区利用两步聚类法将高光谱模拟到GOCI影像上的波段进行分类,将水体类型分为三类,第一类水体为悬浮物主导的水体,第二类水体为悬浮物和叶绿素a共同主导的水体,第三类水体为叶绿素a主导的水体。针对不同类型水体的光学特征,分别构建了悬浮物浓度反演模型,结果表明第一类水体可以利用B7/B4,第二和第三类水体可以利用B7/(B8+B4)作为波段组合因子对悬浮物浓度进行模型构建。精度验证结果表明,分类建模后第一类和第三类水体悬浮物浓度估算精度都得到了较明显提高,第一类水体RMSE降低了9.19mg/L,MAPE降低了3%,第三类水体RMSE降低了5.63 mg/L,MAPE降低了13.97%,第二类水体精度稍有降低。最后将反演模型应用于2013年5月13日的GOCI影像,可知整体而言太湖西南部地区悬浮物浓度较高,东北部地区悬浮物浓度较低,并且从9:00到15:00,太湖南部悬浮物浓度较高的区域在逐渐缩小。     

1997-2016年中国农业碳排放率的时空动态与驱动因素

研究农业碳排放率时空格局演变及驱动因素对指导农业碳减排和实现农业低碳化发展具有重要意义。对1997-2016年中国31个省域的农业碳排放率进行测度,在此基础上采用ESTDA框架和GWR模型从时空关联视角对其时空动态演变特征及驱动因素进行分析。研究结果表明：（1）中国农业碳排放率空间正相关性呈减弱趋势,农业碳排放率空间差异逐渐扩大。（2）中国农业碳排放率的时空格局动态变迁路径差异明显,局部空间结构和空间依赖方向上都具有较强的稳定性。（3）协同增长型省域数量呈现减少趋势,表明中国农业碳排放率的空间格局整合性下降且由协同增长主导型向协同与竞争并存的格局转变。（4）农业碳排放率具有较强的局部空间关联模式和空间转移惰性,表现为一定的路径依赖或空间锁定特征。（5）农业碳排放率驱动因素的空间非均衡联动局域性特征显著,农村经济发展水平的影响程度从南向北依次递减,居民收入状况和种植结构的分布趋势为从东向西依次递增,耕地面积构成状况对东北地区农业碳排放率的提升作用高于中西部地区,耕地规模对农业碳排放率具有负向作用,回归系数从东南向西北依次递增。     

中蒙俄经济走廊荒漠化时空格局变化及其驱动因子

针对如何定量揭示中蒙俄经济走廊荒漠化的时空变化规律及其驱动因子的影响作用,在构建荒漠化程度判别标准和指标体系的基础上,基于Google Earth Engine云计算平台,在对分类回归树(CART)、支持向量机(SVM)、随机森林(RF)和Albedo-NDVI 4个模型精度进行对比分析的基础上,选取精度最高的CART模型实现中蒙俄经济走廊区域2000—2015年的荒漠化的时空变化分析。另外,在拓展线性趋势法的基础上,构建荒漠化驱动因子定量评估模型,实现气候变化和人类活动对荒漠化驱动效应的定量测度。结果表明:1)CART模型在中蒙俄经济走廊区域荒漠化信息提取精度最高,总体精度和Kappa系数分别85%和0.754;2)极重度荒漠化区域主要分布在中国内蒙古自治区西部,蒙古国的南戈壁盟、东戈壁盟和中戈壁盟;3)2000—2015年间,中蒙俄经济走廊荒漠化总体呈扩张趋势,但极重度、重度和中度荒漠化面积呈缩减趋势。其中,中国的荒漠化面积呈明显缩减趋势,荒漠化程度净改善面积为15.18万km~2,而蒙古国和俄罗斯的荒漠化现象在加重。另外,中蒙俄经济走廊荒漠化恢复区域的气候变化驱动贡献率为68.8%;而荒漠化退化区域的人类活动驱动贡献率为69.68%,表明中蒙俄经济走廊荒漠化程度加重区域的驱动作用主要来自于人类活动。     

农村多水塘系统水环境过程研究进展

农村多水塘系统由于其不可替代的水资源蓄积和营养物去除功能,广泛分布于我国东部和南部地区。在分析多水塘系统水环境过程研究进展的基础上,指出了目前多水塘系统水环境过程研究中的不足及未来发展趋势。关于多水塘系统的研究主要从两个尺度展开,分别是生态系统尺度和景观尺度。(1)基于生态系统尺度的多水塘系统水环境过程研究主要表现在两方面。首先,多水塘系统在改变区域水文情势上发挥着重大作用。多水塘系统能有效降低流速,且增加地表径流的滞留时间;其次是对多水塘系统水质的研究,主要包括水塘对污染物截留降解能力的研究、水塘底泥和水体之间营养物形态转化和输移机制的研究。(2)基于景观尺度的多水塘系统水环境过程模型研究主要包括构建经验模型和机制模型两方面。经验模型主要是利用统计分析方法分析景观格局与水环境之间关系;适用于农村多水塘系统的水环境机制模型主要包括国外的SWAT、HSPF、DRAINWAT和TOPMODEL模型。农村多水塘系统的研究可以为建设生态新农村提供科学依据。