2001-2014年中国植被净初级生产力时空变化及其与气象因素的关系

植被净初级生产力（NPP）是表征植被活动的关键变量,对于评估生态系统承载力,理解陆地生态系统碳循环有着重要意义。以全球陆表特征数据集（GLASS）为基础,对2001-2014年中国植被NPP进行了估算。在此基础上,利用一元线性回归、经验正交分解（EOF）分析了我国植被NPP时空变化,利用逐象元相关性分析、奇异值分解（SVD）两种方法分析了我国植被NPP与温度、降雨量的相关性。结果表明：（1）我国植被NPP空间上基本呈由东南向西北递减的分布趋势,主要是由于植被分布和气候条件决定的。研究期间我国植被NPP呈波动增加趋势,总量在3.02-3.49PgC/a之间,平均约为3.25 PgC/a。（2）一元线性回归与EOF分析结果较为一致,表明我国长江中下游、华北平原和东北长白山地区NPP呈减少趋势,而青藏高原、西北、内蒙古中部及东南沿海地区NPP呈增加趋势。（3） NPP与气象要素逐象元相关性分析表明,长白山、青藏高原及南方地区NPP与温度呈正相关,内蒙东部和西北地区NPP与降雨量呈正相关,东北、长江下游地区NPP与降雨量呈负相关。SVD分析结果与逐象元分析结果基本一致表明,NPP与温度、降雨量均存在明显相关性,长白山、内蒙古、青藏高原地区NPP与温度正相关,西北、内蒙中部地区NPP与降雨量呈正相关,长江下游、东北地区NPP与降雨量呈负相关。     

卫星遥感监测产品在中国森林生态系统的验证和不确定性分析——基于海量无人机激光雷达数据

准确获取森林结构参数对森林生态系统研究及其保护有着重要意义。卫星遥感数据作为获取大尺度森林结构参数的重要数据源, 已被制作成各种植被监测产品并被应用于森林质量状况变化评估、森林生物量估算以及森林干扰和生物多样性监测等研究。然而, 这些卫星遥感植被监测产品针对中国复杂多样的森林区域缺乏有效验证, 在不同林况和地形条件下的不确定性也不明确。激光雷达具备高精度三维信息采集的优势, 在国内外已被广泛用于森林生态系统监测和卫星遥感产品验证。为此, 该研究利用在中国114个样地收集的153 km²的无人机激光雷达数据, 构建了我国森林结构参数验证数据集, 并以此为基础对3套全球遥感监测产品(全球叶面积指数(GLASS LAI)、全球冠层覆盖度(GLCF TCC)、全球冠层高度(GFCH))进行了像元尺度的验证, 并分析了其在不同坡度、覆盖度和林型条件下的不确定性。研究结果表明: 与无人机激光雷达获取的叶面积指数、覆盖度以及冠层高度相比, GLASS LAI、GLCF TCC、GFCH在中国森林区域均存在一定的不确定性, 且受林况和地形因素影响的程度不一致。对GLASS LAI和GLCF TCC影响的最大因素分别为林型和覆盖度; 而GFCH则更易受地形坡度和覆盖度的影响。     

营口海岸带土地利用及景观格局35年变化

营口沿海产业基地是“兴辽计划”和振兴东北的重要支点, 其经济发展与海岸带变迁的耦合机制亟需海岸带土地利用和景观格局的变化足迹, 以便深入理解海岸城市与经济发展协同演进过程。以面向对象的分类器为主辅以人工解译, 提取营口海岸带1984—2018年间30m土地利用信息, 采用土地转移矩阵和景观格局指数分析土地利用和景观格局变化趋势, 通过主成分分析法探讨诱发变化的关键驱动因素。结果表明: (1) 土地利用类型1984—1992年以耕地和盐田变化为主发展到1993—2006年建设用地激增的趋势, 具有从农耕为主到城市化的鲜明时代特征; (2) 土地利用类型间的逐年转化程度各不相同, 其中1993—1995年、2006—2007年、2011—2015年耕地和低效盐田向建设用地的转入最为突出; (3) 景观格局总体上斑块趋于分散, 2004年后破碎化加剧, 并呈现以建设用地和耕地为区域基质, 其他景观周围分布的模式; (4) 人口和经济政策因素在营口市海岸带土地利用方式转变过程中具有明显驱动效应。尤其“以港兴市”、耕地占补平衡、沿海产业基地建设等政策驱动当地土地利用倾向性的变化方向。合理调整土地利用结构, 优化景观布局, 充分利用沿海地理优势的同时更应着眼于可持续发展, 致力经济、社会和生态效益相统一。     

中国生物多样性研究的30个核心问题

在联合国《生物多样性公约》生效30年和《生物多样性》创刊30周年之际, 我们通过问卷调查从281名中国研究人员收集到763个生物多样性相关的研究问题, 通过归纳与整理, 并参考英国生态学会提出的100个生态学基本问题, 从中筛选出30个核心问题。这些问题涉及7个方面: 演化与生态(6个问题)、种群(4个问题)、群落与多样性(7个问题)、生态系统与功能(3个问题)、人类影响与全球变化(4个问题)、方法与监测(4个问题)、生物多样性保护(2个问题)。前5个方面主要聚焦在物种形成、生物多样性维持等的关键过程与机制、生物多样性与生态功能关系、全球变化对生物多样性的影响机制等, 第6方面主要涉及生物监测与预测、数据共享等, 第7方面涉及多样性保护、自然与人类健康关系这两个与公众息息相关的重要话题。这30个问题的筛选难免存在偏颇, 希望能以此为契机, 促进我国生物多样性研究人员对本领域核心问题的深入思考与探讨。     

安徽省石塘湖过去150年来枝角类亚化石记录及环境演化

近百年来长江中下游地区普遍经历了气候变化及日益增强的人类扰动,在多重环境压力胁迫下,该区众多湖泊的环境生态功能出现了明显变化。枝角类是水生生态系统的重要组成部分,且处于湖泊食物网的中间环节,敏感地响应于湖泊及其流域的环境变化,因此湖泊沉积物中枝角类亚化石具有重要的环境指示意义。本文通过对安徽省安庆市石塘湖沉积柱中枝角类亚化石序列的建立,结合当地的历史资料和监测数据,揭示了该湖百余年来的历史环境演变过程及驱动机制。研究结果表明,石塘湖枝角类群落长期以象鼻溞(Bosmina)占优,湖泊环境在1980年左右发生明显的状态转变,枝角类属种从附生圆形盘肠溞(Chydorussphaericus)及底栖属种龟状笔纹溞(Graptoleberistestudinaria)为主的组合向尖额溞(Alonaintermedia、Alonarectangular等)及简弧象鼻溞(Bosmina coregoni)的组合转变。1980年以前,自然环境条件为影响枝角类种群动态的主控因素,此后人类活动的影响越来越明显并最终成为枝角类种群动态的决定性因素。本研究揭示出浅水湖泊中枝角类亚化石对湖泊营养富集及人类活动扰...     

中国陆地植被净初级生产力估算模型优化与分析——基于中国生态系统研究网络数据

该研究基于中国生态系统研究网络(CERN)数据对传统CASA模型进行优化,对比两叶模型与优化CASA模型在站点尺度和像元尺度对于8个典型生态站点的植被净初级生产力(NPP)估算精度,选择在像元尺度表现更好的优化CASA模型,结合中国土地覆被数据(ChinaCover)开展2000—2019年中国陆地植被NPP监测与分析。研究结果表明：(1)基于FY2D PAR的优化方案能够有效避免空间插值导致的不确定性问题,显著提高了PAR估算精度;(2)在站点尺度上,两叶模型用于估算典型森林、草地生态系统的NPP表现更好,而在像元尺度上优化CASA模型估算精度更高;(3)在全国尺度上,优化了最大光能利用率、水分胁迫系数以及光合有效辐射计算方法的CASA模型能够较好地模拟中国陆地植被NPP,近20年中国陆地植被NPP变化范围为2.703—2.882 PgC/a,在空间上呈西北低东南高的格局,在时间上呈现波动中缓慢增加的趋势。     

长三角城市群城市空间形态与碳收支时空耦合关系

区域碳收支动态监测与评估是推动城市群低碳发展和碳达峰的关键基础问题。设计和分析了长三角城市群区域碳收支与城市空间形态的时空耦合关系。基于2001、2005和2010年碳排放、净初级生产力、土地利用和土壤等数据构建了长三角城市群区域碳收支的时空分布估算模型,接着利用地理加权回归模型分析了城市空间形态景观格局指数与碳收支的相关性,最后结合地理探测器定量分析了景观格局指数因子对碳收支的影响及其交互作用。研究结果表明：（1）长三角城市群碳收支存在明显的空间异质性,总体呈现南部高,北部次之,东部低的特征;（2）同时,长三角城市群碳收支具有明显时间异质性,2001、2005和2010年呈现减少的趋势,其中2001-2005年下降幅度较大;（3）斑块类型面积、城市斑块数量、最大斑块指数、景观形状指数与碳收支具有负相关性;边缘密度、城市建成区斑块密度与碳收支具有显著正相关性;（4）2001年、2005年和2010年的建成区总面积是碳收支空间异质性的主要驱动因素;斑块类型面积与其他因子的交互作用对碳收支空间异质性影响贡献程度比其他因子间交互作用较强。一定程度揭示了城市空间形态景观格局与碳收支时空分布的相关性,可为碳达峰/碳中和、城市形态优化等提供科学参考。     

白洋淀流域湿地连通性研究

湿地在流域防洪减灾、水资源调节、缓解环境污染、保护生物多样性和维持区域生态环境方面具有重要功能和价值。作为我国北方平原湿地系统之一,白洋淀流域湿地对于保障雄安新区的水资源安全和良好生态环境等方面具有关键性作用。了解目前白洋淀流域湿地生态系统的现状对于新区建设和未来科学规划也具有重要意义。以2017年9月欧空局提供的10米分辨率的Sentinel-2B影像为主要数据源,并结合谷歌地球高分辨率卫星影像(分辨率0.23m),通过人工目视解译和机器自动分类等多种方式,绘制了白洋淀流域最新的湿地生态系统网络分布图;在此基础上,利用地理信息系统分析了白洋淀流域湿地的连通性(包括水文连通性和景观连通性)。结果显示:(1)2017年白洋淀流域湿地面积为4596.6km~2,包括沼泽、洪泛区、沟渠、湖泊、河流,主要分布在坡度为0°至2°,海拔在100m以下的平坦地区;而流域内非湿地面积约86%,以耕地和林地为主。(2)2017年白洋淀流域河道长度为2440km,面积为514 km~2,其中山区河道177 km~2,平原河道337 km~2。河道内耕地面积比例达27%,建设用地比例约为8%,河道占用明显。河道两侧1km、2km和3km距离范围内耕地比例分别占61.77%、62.53%、62.63%。随着距离的扩大,湿地面积减少,非湿地面积增加。(3)由于人类活动的直接和间接影响,河道的水文连通性下降,与河道没有受到干扰时的连通性水平相比,减少了三分之一。(4)从景观格局指数SPLIT和DIVISION指示的流域湿地连通性看,景观级别上流域内自然湿地的景观连通性最差,人工湿地次之。在类型级别上沼泽类型的连通性最差,河流、沟渠与洪泛区湿地类型的连通性较好,湖泊的景观连通性最好。为保障白洋淀流域水安全,以流域湿地网络为整体,恢复和增强流域湿地网络连通性,将有效提高雄安新区水资源安全和生态环境保护的能力。     

Forest species diversity mapping based on clustering algorithm

该研究基于机载激光雷达(LiDAR)和高光谱数据, 从森林物种叶片的生理化学源头探寻生化特征与光谱特征的内在关联, 探讨生化多样性、光谱多样性与物种多样性之间的响应机制, 选择最优植被指数并结合最优结构参数, 通过聚类方法构建森林物种多样性遥感估算模型, 在古田山自然保护区开展森林乔木物种多样性监测。研究结果表明: (1)从16种叶片生化组分中, 筛选出叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶片含水量、比叶面积、纤维素、木质素、氮、磷和碳可通过偏最小二乘法用叶片光谱有效模拟(R² = 0.60-0.79, p < 0.01), 并选择有效的植被指数: 转换型吸收反射指数/优化型土壤调整指数(TCARI/OSAVI)、类胡萝卜素反射指数(CRI)、水波段指数(WBI)、比值植被指数(RVI)、生理反射指数(PRI)和冠层叶绿素浓度指数(CCCI)表征相应的最优生化组分; (2)基于机载LiDAR数据利用结合形态学冠层控制的分水岭算法获得高精度单木分离结果(R ² = 0.77, RMSE = 16.48), 同时采用逐步回归方法从常用的森林结构参数中选取树高和偏度作为最优结构参数(R ² = 0.32, p < 0.01); (3)基于6个最优植被指数和2个最优结构参数, 以20 m × 20 m为窗口通过自适应模糊C均值方法进行聚类, 实现了研究区森林乔木物种丰富度(Richness, R ²= 0.56, RMSE = 1.81)和多样性指数Shannon-Wiener (R ² = 0.83, RMSE = 0.22)与Simpson (R ² = 0.85, RMSE = 0.09)的成图。该研究在冠层尺度上获取了与物种多样性相关的生化、光谱和结构参数, 将单木个体作为最小单元, 利用聚类算法直接估算物种类别差异, 无需判定具体的树种属性, 是利用遥感数据进行区域尺度森林物种多样性监测与成图的实践, 可为亚热带地区常绿阔叶林的物种多样性监测提供借鉴。     

黄土丘陵区表层土壤有机碳沿降水梯度的分布

沿368～591 mm降水量梯度选取7个调查地点、共63个调查样点,在每个样点选择恢复年限相近的林地、草地和农地,调查表层（0～30 cm）土壤有机碳的分布特征,分析气候、土层深度和土地利用类型等因素对土壤有机碳分布的影响.结果表明： 在黄土丘陵区368～591 mm的降水量范围内,表层土壤有机碳含量表现为草地（8.70 g·kg^-1）>林地（7.88 g·kg^-1）>农地（7.73 g·kg^-1）,土壤有机碳密度表现为草地（20.28 kg·m^-2）>农地（19.34 kg·m^-2）>林地（17.14 kg·m^-2）.林地、草地、农地的土壤有机碳含量无显著差异,综合3种土地利用类型的数据分析表明,不同降雨梯度下土壤有机碳含量差异显著（P<0.001）,土壤有机碳含量（r=0.838,P<0.001）与年均降水量间存在显著线性正相关关系;由北向南（以最北端鄂尔多斯为起点）,土壤有机碳含量沿着368～591 mm的年均降水量梯度的递增速率为0.04 g·kg^-1·mm^-1,土壤有机碳密度的递增速率为0.08 kg·m^-2·mm^-1.年均降水量、土壤黏粒含量、林下枯落物蓄积量和农作物根系密度可较好地模拟表层土壤有机碳分布.