近20年内蒙古鄂托克旗草地降水利用效率时空演变的驱动力量化

降水利用效率(PUE)是评价干旱半干旱地区草地生产力与降水关系的有效指标。为进一步探究气候变化和人类活动对草地PUE的驱动机理,本研究采用改进的CASA模型估算了2001—2020年鄂托克旗草地净初级生产力(NPP),结合同期降水量的空间插值数据获取了研究区草地PUE,利用简单线性回归和分段线性回归分析了PUE的时空演变特征及其空间格局对6类气候因子的响应,并引入基于偏导数的量化分析方法定量评估了气候变化和人类活动对PUE动态的相对贡献。结果表明: 鄂托克旗草地PUE多年均值为0.748 g C·m^-2·mm^-1,年际波动呈显著下降趋势,下降速率为0.014 g C·m^-2·mm^-1·a^-1;PUE在空间上西低东高,沿气温、降水、相对湿度、日照时数和ET₀的增长梯度呈显著的单峰分段线性模式,而沿风速梯度表现为先快后慢的持续显著增长模式;研究区94.3%的草地表现为PUE衰减态势,且有43.6%为严重衰减,这一突出问题是气候变化和人类活动共同作用导致的,二者的贡献分别为-1.162×10^-2和-0.240×10^-2 g C·m^-2·mm^-1·a^-1,而气候变化是首要驱动力,其中降水是关键气候驱动因子。     

祁连山气候变化特征及其对水资源的影响

祁连山作为我国重要的生态功能区、西北地区重要的生态安全屏障和河流产流区,是气候变化敏感区和生态环境脆弱区,其生态环境对西北地区经济发展起着重要作用。本研究利用祁连山区气温和降水观测数据、MOD10A2积雪产品以及石羊河、黑河和疏勒河流量资料,系统分析了1961—2020年祁连山区的气候变化特征,以及在气候变暖背景下,气候变化对祁连山区水资源的影响。结果表明: 1961—2020年,祁连山区平均气温呈显著上升趋势,升温速率达0.39 ℃·(10 a)^-1,西段升温速率最大,中、东段次之,冬季升温趋势最显著,春季最小;祁连山区平均气温在1997年发生突变。祁连山区年降水量总体呈波动增加趋势[10 mm·(10 a)^-1],中段增加最明显,2004年以来祁连山区处于多雨时期,气候呈暖湿化趋势;四季降水量均呈增加趋势,夏季降水增加对年降水贡献最大;年降水以年际尺度变化为主,2.8年的年际尺度贡献率高达64.3%。祁连山积雪面积受气温和降雪影响明显,与夏季气温存在负相关,与降雪量存在正相关;2016—2020年,祁连山增温趋缓、降雪增多,积雪面积呈增加趋势。2000年以来,祁连山升温加剧,降水增多,冰雪融水增加,石羊河、黑河和疏勒河出山径流均呈增加趋势。研究结果对祁连山区生态文明建设和应对气候变化具有重要意义。     

利用数值模拟重构物种多样性格局的形成过程

生命形成的过程极其漫长, 经历了地球系统复杂的沧海桑田变化。当前人类所观察到的物种分布格局的形成除了由物种本身特征决定外, 还受到环境变化、人类活动以及各种随机事件的影响。受限于实验条件、时间、经费、人力等诸多因素, 我们尚无法完整地观察并记录到物种多样性形成的全过程, 只能通过片段化数据来推测该过程。信息科学中包括数值模拟在内的仿真技术以其高效、可控及全过程记录等优势, 能从某种程度上解决物种多样性格局形成过程中的部分数据黑箱问题。本文介绍了数值模拟的概念和工作原理及在物种多样性研究中应用的特点, 列举了物种生态位、扩散模式、种间互作及物种分布应对气候变化等方面的数值模拟研究, 基于已有研究系统地介绍了如何综合上述数值模拟研究构建虚拟物种、气候和场景来解释物种多样性的形成与维持机制, 并阐述了数值模拟在物种多样性研究中的优缺点及应用前景。     

近几十年来冀西北山地白桦次生林径向生长对气候变化的响应

研究不同海拔高度天然次生林径向生长特征及其对气候变化的响应, 揭示影响山地树木径向生长的主要因子, 对于研究气候变化对温带森林生态系统适应性生长、演替和可持续经营的影响具有重要意义。该研究以冀西北山地次生林优势树种白桦(Betula platyphylla)为对象, 于研究区海拔1 350、1 550、1 750、1 950 m处分别设置样地, 采集样木树芯和圆盘, 运用树木年轮气候学方法建立白桦天然次生林标准年表, 并将年轮宽度指数与气候因子进行相关、多元逐步回归分析。主要结果: (1) 1960-2018年研究区气候呈变暖变干趋势, 其中1960-1989年为平稳期, 1989-2018年为快速期。(2)白桦次生林径向生长在1989年发生改变, 年轮宽度指数呈现“增长-下降”的“Λ”形生长趋势。(3)在气候变化平稳期, 白桦次生林径向生长在低海拔样地(B1350、B1550)与气温(平均气温、最高气温、最低气温)呈正相关关系, 在高海拔样地(B1750、B1950)与上年和当年生长季降水量呈显著正相关关系; 在气候变化快速期, 低海拔样地(B1350、B1550)白桦次生林径向生长与生长季气温、生长季潜在蒸散发(ET₀)呈负相关关系, 高海拔样地(B1750、B1950)白桦次生林径向生长与生长季及生长季末期ET₀呈负相关关系。 (4)在气候变化平稳期, 温度对B1350、B1550、B1750样地白桦次生林径向生长的贡献率分别为76%、54%、51%, 水分的贡献率为24%、46%、49%; 在气候变化快速期, 温度对B1350、B1550、B1750样地树木径向生长的贡献率分别为58%、41%、38%, 水分的贡献率为42%、59%、62%; 高海拔B1950样地树木生长始终受水分因子的控制。     

樟子松固沙林林水关系研究进展及对营林实践的指导

中国有着世界上最大面积的人工林, 如何维持人工林的可持续性已成为气候变化背景下需要面对的重大挑战。樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)以其抗旱、抗寒、耐贫瘠等优良特性成为中国北方生态治理中最主要的常绿针叶树种之一, 近70年来发挥了巨大的防风固沙与生态固碳功能。然而, 随着林分的生长与气候变化, 樟子松人工固沙林正经历着越来越严峻的环境胁迫, 部分地区出现了林分“早衰”或死亡的现象, 引起了人们对樟子松固沙林适应与应对气候变化能力的担忧。该文在回溯樟子松基本生物学特征与引种推广历史, 系统总结近年来樟子松林林水关系研究新成果的基础上, 全面分析了樟子松固沙林林水关系存在的主要矛盾, 并提出了基于林水关系相协调的林分经营措施的调整: 由倡导防护功能为主的单一目标向包含林分稳定性、生态固碳功能、可持续发展等多目标平衡方向调整; 由以沙地森林景观培育为主向以良好土壤生境培育为主的方向调整; 由倡导天然更新为主向以人工造林与天然更新相结合的世代更新方向调整。在立足于北方沙地脆弱生境与气候变化客观现实的基础背景下, 应坚持樟子松在固沙林生态系统演化过程中的先锋种与建群种地位, 基于“以水定绿”原则, 采取“隔行带伐+再造林”等方式开展林分密度动态调控, 促进林分向异龄林结构演化, 促进樟子松固沙林生态服务的优质化和生态固碳功能的最大化。     

气候变化对我国红松林地理分布影响的研究

在红松林地理分布规律研究的基础上,应用地理信息系统ＩＤＲＩＳＩ和专门计算机软件——生态信息系统ＧＲＥＥＮ,找出适宜红松林分布的地理气候参数区间,并以此确定了红松林适宜分布区,在此基础上,根据全球气候预测模型ＧＣＭｓ预测的２０３０年的气候变化结果,就气候变化对我国红松林地理分布的可能影响进行了预测。结果表明：到２０３０年,因气候变化的影响,我国适宜红松分布的面积将有所增加,但增加幅度不大,仅占当前气候条件下适宜红松分布面积的３．４％,局部地区变化的情况是：在黑龙江省的西北部适宜红松分布的面积将有所增加;在辽宁省的西南部适宜红松分布的面积将有所减少。红松林现实分布区的南界将向北移动０．１～０．６个纬度,北界将向北扩展０．３～０．５个纬度,黑龙江省境内的红松林分布区的西界将向西扩展０．１～０．５个经度。我国适宜红松分布的面积将由当前气候条件下的２．９×１０７ｈｍ２,增加到３．０×１０７ｈｍ２。就当前气候变化影响预测中存在的问题及未来研究的方向进行了讨论。     

气候变化对我国红松要地理分布影响的研究

在红松林地理分布规律研究的基础上,应用地理信息系统ＩＤＲＩＳＩ和专门计算机软件－生态信息系统ＧＲＥＥＮ,找出适宜红松林分布的地理气候参数区间,并以此确定了红松式适宜分布区,在此基础上,根据全球气候预测模型ＧＣＭ。预测的２０３０年的气候变化结果,就气候变化对我国红松林地理分布的影响进行了预测。结果表明：到２０３０年的气候变化结果,就气候变化对我国红松林地理分布的可能影响进行了预测。结果表明：到２０３     

滇西北纳帕海湖滨带优势植物茭草茎解剖结构对模拟增温的响应

高原湿地湖滨带植物对气候变暖表现出强烈的功能响应,是全球气候变化的主要现象之一。植物解剖性状直接关系到植物的生态功能,为探讨气候变暖对湿地植物茎解剖结构的影响,该研究利用开顶式生长室分析了模拟增温对滇西北纳帕海湿地湖滨带挺水植物茭草茎解剖结构的影响。结果表明:(1)茭草地上茎在增温4 ℃的范围内,主要通过增加表皮结构厚度以增加表皮失水来响应增温; 地下茎在增温2 ℃的轻度增温条件下与地上茎的响应策略相同,而在增温4 ℃时主要通过减小维管结构大小以降低气穴化风险来响应增温。(2)年最高温度和夜间积温是影响茭草茎解剖结构性状的关键因子,但该两个温度因子仅对地下茎筛管大小的影响达到显著水平(R²=0.838, P<0.01)。(3)内表皮细胞厚度是地上茎响应增温的最主要性状,并与温度因子呈显著正相关。地下茎导管和筛管大小是地下茎响应温度升高的主要性状,二者与温度变量呈负相关关系。综上表明,茭草地上茎和地下茎对增温响应策略存在差异,为揭示高原湿地植物应对气候变暖的响应规律以及生态适应策略提供了科学依据。基于当前气候变暖的背景,建议未来采用更科学的实验方法对更多高原湿地植物的生态响应过程及规律进一步深入研究。     

国家重点保护野生植物的保护现状及潜在分布区预测分析

野生植物是自然生态系统的重要组成部分,中国是野生植物种类最丰富的国家之一。研究国家重点保护野生植物的分布特征、保护现状以及潜在分布区,对于制定与支持生物多样性保护策略具有重要意义。该研究基于1 032种(隶属于129科315属)国家重点保护野生植物,利用前5%丰富度算法识别其热点地区,并与自然保护区叠加评估其保护成效、确定保护空缺,进而运用MaxEnt模型预测了国家重点保护野生植物的潜在分布区分布与变化趋势。结果表明:(1)中国南部和西南部是国家重点保护野生植物物种丰富度最高的地区,尤其是四川中部、云南南部和东南部、广西北部、广东北部与海南。(2)热点网格的保护成效分析表明,171个(85.50%)热点网格得到了有效保护(含80.50%的物种),29个(14.50%)热点网格未得到自然保护区的保护(含51.20%物种)。(3)通过比较当前与未来气候变化下国家重点保护野生植物的潜在分布区分布,发现未来潜在分布区将向西藏东南部、广西西南部、广东南部以及福建南部等地扩张,而向环四川盆地、云南南部和贵州南部等地缩减。因此,需要加强这些区域生物多样性的动态监测,持续关注气候变化对该区域国家重点保护野生植物的影响。基于该研究所确定的热点网格、保护成效以及潜在分布区的分析结果,可为国家重点保护野生植物多样性优先保护区的确定和保护政策的制定提供有力的数据支持与参考。     

近30年来青藏高原高寒草地NDVI动态变化对自然及人为因子的响应

草地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，在调节气候、水土保持、防风固沙、保护生物多样性等方面发挥着重要作用。青藏高原是全球海拔最高的独特地域单元，平均海拔超过4000 m，素有“世界第三极”之称，亦是我国重要的生态安全屏障，其对气候变化敏感且易受人类活动的影响，属于气候变化敏感区和生态脆弱带。近年来，由于气候变化和人类活动的不断加剧，青藏高原区域气候和环境发生了重大变化，气候变暖、水污染、草地退化和沙化等问题已严重阻碍了当地社会经济的可持续发展。高寒草地是青藏高原主要的植被类型，在气候变化和人类活动加剧的背景下，青藏高原高寒草地植被的动态变化受到人们的广泛关注。归一化植被指数（Normalized difference vegetation index, NDVI）因能有效地反映植被覆盖程度和生长状况而被广泛应用于植被动态的研究中。气温与降水被认为是影响青藏高原植被动态的主要气候因子，放牧强度与人口数量则是主要人为因子。因此，研究高寒草地植被对气候变化和人类活动的响应机制对预测未来草地变化有着重要的意义。基于青藏高原生长季草地的NDVI、气温、降水、放牧强度及人口数量等数据，在县区尺度上，采用趋势分析法探究了1982—2013年青藏高原143个县区生长季草地NDVI动态变化、气候变化及人类活动的变化，同时采用面板数据模型分析了32年来青藏高原143个县区气候、人为因子变化对草地NDVI变化的相对贡献。研究结果显示：（1）青藏高原高寒草地生长季NDVI总体呈增长趋势，草地植被生长状态呈现“整体改善、局部退化”趋势；（2）青藏高原生长季平均气温与降水量整体增加，气候呈现“暖湿化”趋势；（3）在长时间尺度上，气候因子主导了青藏高原高寒草地NDVI的变化，降雨和气温的增加促进草地NDVI的增加，放牧强度的持续增加则导致草地NDVI的减少。