2010年来黄土高原景观生态研究进展

严重的水土流失以及不合理的土地利用加剧了黄土高原土地资源的退化,导致该地区生态环境脆弱、生态系统服务不断下降。针对黄土高原地区存在的问题,我国学者基于景观生态学原理和方法,围绕"景观格局演变-驱动机制-水土流失过程-生态系统服务"的框架开展了大量研究,取得了一系列研究成果。通过梳理和总结2010年以来黄土高原地区景观生态学研究的现状和特点,指出了目前研究中存在的问题和不足,突出表现在区域比较研究、景观格局与生态过程耦合研究、生态服务权衡方法和模型构建等方面比较缺乏。建议未来黄土高原的景观生态学研究应加强区域尺度上的综合研究和不同地区之间的比较研究,深化景观格局演变的形成机理;进一步开展景观格局与过程的定量识别方法学研究,开发格局-过程耦合模型;加强生态系统过程与服务研究,同时开展相应的实证性研究,研发适宜的生态服务权衡模型,进而深入探讨区域生态系统服务的权衡机制。     

土壤可蚀性研究述评

土壤可蚀性是土壤对侵蚀营力分散和搬运作用的抵抗能力,是建立土壤流失方程和侵蚀模型的必要参数.土壤可蚀性研究是认识土壤侵蚀机理的一个重要环节.本研究基于土壤可蚀性已有成果,总结评述了土壤可蚀性的相关研究进展.其中,土壤可蚀性的相关指标有土壤抗冲抗蚀性、K因子等;土壤可蚀性包括水蚀可蚀性、风蚀可蚀性、重力可蚀性和冻融可蚀性等不同类型;其评价指标体系可以分为基于土壤内在性质和外在侵蚀营力的两类评价指标体系;土壤理化性质测定法、仪器测定法、小区测定法、数学模型和图解法、水动力学模型求解法是目前常用的5种土壤可蚀性测定和估算方法;土壤可蚀性具有明显的时空分异特征,其影响因素主要包括土壤性质、气候、植被、地形和土地利用等不同方面.在土壤可蚀性的进一步研究中,应注重土壤可蚀性概念的界定、评价指标体系的规范统一、土壤可蚀性估算模型的区域适用性、土壤可蚀性动态变化作用机理等方面.     

基于农户感知的黄河下游人-水关系结构分析

人-水关系研究是社会-生态系统研究的重要领域。识别黄河下游农户对人-水关系的感知及其影响因素,对黄河下游因人施策开展生态保护与高质量发展政策调控具有重要作用。但已有研究多从区域水资源、水环境、水文化等某一种或几种关系开展居民感知调查及归因,忽视了人-水关系之间结构化的相互影响机制。基于对黄河下游山东省10个县的农户发放的1651份问卷,经过验证性因子分析后,最终引入水资源与生态关系、水文化与旅游关系、居住地生态功能、河口湿地功能、文化旅游功能五个潜变量,建立结构方程模型发现：农户对水资源与生态关系的认识正向影响其对居住地生态功能和河口湿地功能的评估,农户对水文化与旅游关系的认识正向影响其对居住地生态功能、河口湿地功能和文化旅游功能的评估。研究结果通过基于农户感知刻画人-水关系结构,揭示人-水系统功能认知的影响机制,有助于为黄河下游地区生态保护和乡村振兴提供决策参考。     

鄱阳湖湿地灰化苔草种群生产力特征及其水文响应

淡水湖泊湿地中,水文条件是影响湿地植物分布和生长发育的关键因素,研究特定湿地植物种群与水文变化之间关系,对于认识湿地植被格局形成及进行湿地生态调控与恢复具有重要意义。选取鄱阳湖湿地洲滩优势植物——灰化苔草(Carex cinerascens)种群作为研究对象,基于野外实地观测数据,研究不同高程带灰化苔草春草种群生产力特征及其对水文变化的响应。结果表明:春草生长季内各高程带灰化苔草种群变化规律基本一致,但其生长发育过程对水文条件产生差异性反应,长期连续水淹和半水淹条件抑制灰化苔草的生长,而间歇性半水淹和未水淹条件则促进灰化苔草伸长生长和生物量积累;生长初期灰化苔草通过储水策略应对水分缺乏形成的干旱胁迫,而生长末期则通过增加干物质含量来应对淹水胁迫;灰化苔草定植与生长发育需要一定的水文条件,淹没期平均水深3.70—2.78 m、淹没频率42.08%—43.17%、平均距湖水面高度-0.23—0.77 m的水文环境更有利于灰化苔草的生长发育。研究结果可为未来鄱阳湖湿地植被保护和湖泊水位调控提供重要参考依据。     

黑河流域高寒草甸生态系统水分收支及蒸散发拆分研究

水分收支是对水循环要素降水、蒸发蒸腾、径流以及土壤贮储水量变化等的定量刻画,对水资源的可持续开发及利用至关重要。基于黑河流域阿柔观测站2014和2015年水文气象观测数据,运用水量平衡理论,定量的评估了高寒草甸生态系统的水分收支动态,并结合双源模型对高寒草甸生态系统蒸散发(植被蒸腾和土壤蒸发)进行拆分及评价。研究结果表明(1)在生长季(5—9月)植被蒸腾是高寒草甸生态系统主要的耗水形式,2014和2015年生长季平均蒸散比(T/ET)分别为0.74和0.79;(2)土壤水分的剧烈变化主要发生在0—40 cm处,且受冻融过程影响显著;(3)在降水较多的年份(2014)高寒草甸生态系统水分收支基本平衡,且不受冻融影响的月份(6—9)有地表径流产生约42 mm;在正常年份(2015),生态系统呈现水分亏缺,亏缺量约为134 mm,6—9月约亏缺26 mm;(4)模型估算蒸散发(ET)与实测蒸散发具有很好的一致性,相关系数可达0.90,敏感性分析表明模型输入变量对蒸散发(ET)及蒸散比(T/ET)产生的误差较小,双源模型可以很好地实现对高寒草甸生态系统蒸散发(ET)的拆分。     

自然科学与社会科学的交叉融合:国际科学联合会述评

具有全球影响力的国际科学理事会与国际社会科学理事会合并,并宣告成立统一的国际科学联合会,是国际科学发展史的里程碑事件,标志着自然科学与社会科学的综合研究已成为当代科学发展的潮流。国际科学联合会的战略定位是成为全球所有科学的代言人,为解决复杂全球问题的跨学科、跨地域研究服务。我国科研工作者应以此为契机,深化跨学科交流与跨学科人才培养,拓展全球变化与可持续发展等跨学科综合研究,为解决我国重大战略需求、提升我国科研国际影响力做出新的贡献。     

Responses of green-up dates of grasslands in China and woody plants in Europe to air temperature and precipitation: Empirical evidences based on survival analysis

长期以来, 气候与植物物候关系的研究大多基于线性模型, 但植被物候对气候变化的响应可能是非线性的。该文利用非线性模型——生存分析模型来分析时间序列中过去事件(气候因子)对目的变量(物候)的作用: 用生存分析模型分析了春季气温和降水量对内蒙古草地、青藏高原草甸和欧洲地区木本植物返青期的影响。其中, 内蒙古与青藏高原的物候信息来自遥感数据, 欧洲地区物候信息为实测数据。蒙特卡洛方法用于拟合模型参数。结果表明: 生存分析模型适合对上述不同研究对象的物候影响因素进行分析, 并能模拟非线性效应; 在内蒙古草地, 春季气温和降水对春季返青有很大的影响, 而青藏高原草甸和欧洲地区木本植物返青期对春季降水响应较小, 对春季气温变化的响应随Holdridge干燥度指数上升而下降; 在预测返青期时发现: 春季平均气温提高1 ℃会导致上述地区返青期提前1-6天; 而春季气温与降水的增加会导致返青期发生明显的非线性变化, 这种非线性效应无法基于线性模型模拟出来。结果说明生存分析模型既能用于分析不同尺度下植物物候与气候的关系, 也能用于模型预测, 尤其适合探讨大幅度气候变化对物候的非线性影响。     

Predicting phenology shifts of herbaceous plants on the Qinghai-Xizang Plateau under climate warming with the space-for-time method

气候变暖背景下的植物物候变化广受关注, 然而常用的植物物候变化预测模型未充分考虑植物对环境的适应性, 给预测结果带来了较大的不确定性。该文基于2002-2011年青藏高原10个站点的地面物候观测资料以及年平均气温数据, 对空间换时间模型预测车前(Plantago asiatica)和蒲公英(Taraxacum mongolicum)各主要物候事件(展叶始期、开花始期和黄枯普遍期)变化的可行性及其在升温背景下的变化规律进行了分析。首先利用不同海拔高度的气温和物候事件分别与地理因子(经度、纬度和海拔)建立多元线性回归模型, 然后在此基础上剔除经度和纬度的影响, 单独考察海拔变化所引起的气温与植物物候变化, 最后以海拔高度作为桥梁来考察物候变化与温度变化的关系。结果表明, 采用各站点对应的海拔高度来模拟年平均气温空间差异的R²均大于0.89, 表明海拔梯度可以用来反映时间尺度下的年际温度变化; 车前和蒲公英各物候事件发生日期拟合值均与海拔高度变化关系显著, R²均大于0.70, 表明海拔变化是影响它们各物候事件变化的主要地理因子; 在物候事件发生日期拟合值和年平均气温拟合值的回归方程中, R²均大于0.93, 说明基于不同海拔高度模拟得到的年平均气温变化可以对时间尺度上车前和蒲公英的物候事件变化进行预测。空间换时间预测表明, 温度每升高1 ℃, 车前展叶始期和开花始期分别提前5.1和5.4 d, 而黄枯普遍期推迟4.8 d; 蒲公英展叶始期和开花始期分别提前6.5和7.8 d, 而黄枯普遍期推迟6.7 d。     

基于临界慢化模型和长时间序列叶面积指数的植被及其恢复力遥感监测研究——以三峡库区为例

基于临界慢化模型,利用长时间序列叶面积指数(GLASS LAI)数据,进行时间序列分解后,计算了LAI及其时间自相关指数作为指标,对三峡库区植被及其恢复力进行监测,通过案例模型对临界慢化模型精度进行了验证,分析了三峡库区植被及其植被恢复力的时空分布特征,探索基于临界慢化模型的植被恢复力遥感定量估算方法的适用性。结果表明：(1)2000—2018年三峡库区LAI平均值为3.4,重庆段LAI较低,湖北段LAI较高;三峡库区LAI整体呈上升趋势,重庆段LAI呈现降低趋势,显著下降区域占重庆段面积的21.75%,湖北段LAI呈现升高趋势,显著上升区域占湖北段面积的21.22%;(2)2000—2018年三峡库区重庆市北碚区、大渡口区、渝北区植被恢复力较低,宜昌市兴山县、夷陵区、点军区植被恢复力较高;(3)模型精度方面,在两个地质灾害扰动事件中案例模型结果与临界慢化模型结果呈现较高的一致性。本文对三峡库区2000—2018年的植被恢复力进行了定量估算,同时通过案例模型对临界慢化模型在恢复力监测上的有效性进行了验证,为三峡库区制定相应生态环境管理决策提供理论基础,为保障西南地区生态安全提供决策依据...     

青藏高原典型区生态系统服务空间异质性及其影响因素——以那曲市为例

那曲市位于青藏高原生态屏障区的中心,其提供的多项生态系统服务对维持高原乃至周边地区的生态安全与可持续发展具有重要意义。借助InVEST模型与CASA模型模拟那曲市2000、2010、2018年的产水、土壤保持、固碳以及生境质量四项生态系统服务,分析它们的时空格局及相互关系,在此基础上用地理探测器揭示那曲市生态系统服务空间异质性的主要影响因子。结果表明：1）2000-2018年间,那曲市产水服务与土壤保持服务分别下降了35.1%和4.8%,生境质量趋于稳定,固碳服务增长了5.6%。2）2000-2018年间,那曲市产水、土壤保持、固碳的空间分布均呈现东南高西北低的趋势,生境质量高值区分布在湖泊河流以及植被覆盖率高的地区。那曲市生态系统服务极重要与高度重要区域占比保持在5.3%-5.4%和12.3%-13.8%之间,主要分布在那曲中部与东部水热与植被条件好的区域。3）2000-2018年间那曲市各生态系统服务之间主要为协同关系,其中土壤保持服务和产水服务间的协同性最强。4）因子探测结果表明,降水量、土壤类型、归一化植被指数因子（NDVI）对产水服务和固碳服务的空间异质性有最强的解释力,土壤保持服务的空间异质性主要受坡度因子影响,生境质量受土地利用类型因子的影响最大。交互探测结果凸显了土地利用因子的重要性,土地利用类型与NDVI以及土地利用类型与降水交互后分别对固碳服务、生境质量以及产水服务的解释力最强。研究结果可为那曲市生态保护与生态文明建设提供理论依据。