陆地生态系统临界转换理论及其生态学机制研究进展

随着气候变化和人类活动对陆地生态系统双重扰动的不断加剧,越来越多的研究已经意识到生态系统结构和功能会发生难以预知的突变,并且恢复起来需要很长时间.开发判别典型生态系统临界转换的早期预警模型及理解其生态学机制成为生态学研究的热点.目前,基于跨越多个时空尺度的理论和实验研究,提出了多种预警陆地生态系统临界转换的理论框架和指...     

高寒草甸退化过程中群落生产力和物种多样性的非线性响应机制研究

为了阐释青藏高原高寒草甸退化的关键生态过程, 该研究依托藏北高原草地生态系统研究站(那曲站), 设置不同退化梯度实验, 即对照、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化5个梯度, 探究群落生产力和物种多样性对不同退化强度的响应机制。结果表明: 1)随着退化程度不断加剧, 地上生物量呈现线性或非线性增加趋势, 在重度退化处理下, 地上生物量显著高于对照32.3%, 其中高山嵩草(Kobresia pygmaea)地上生物量呈非线性下降趋势, 而矮火绒草(Leontopodium nanum)地上生物量呈非线性增加趋势; 2)与地上生物量的响应模式相反, 随着退化程度加剧, 地下生物量与总生物量均呈现非线性降低趋势; 3)高寒草甸退化过程中, 物种辛普森指数、丰富度指数、香农多样性指数和均匀度指数均呈现非线性上升趋势。结构等式方程结果表明, 土壤碳含量和体积含水量与地下生物量均呈现显著的正相关关系。土壤碳含量、体积含水量和砾石质量比对地上生物量无显著影响, 土壤碳、氮含量与物种多样性指数呈现显著的负相关关系。研究认为地上生产力的变化不能很好地指示草地的退化程度, 建议今后研究应以可食性牧草和毒杂草等植物功能群的变化来衡量草地退化。     

中亚热带典型人工林常见乔灌木根际效应——以江西泰和千烟洲为例

为了深入探讨人工林内不同植物根际效应的差异, 为人工林生态系统林下植被管理提供理论依据, 该研究以江西泰和千烟洲站区杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(Pinus elliottii) 3种人工林(1985年前后营造)为研究对象, 测定林内乔木及其林下常见灌木檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)和格药柃(Eurya muricata)的根际和全土土壤碳、氮、磷含量及pH值, 比较不同林分类型下优势乔灌树种的根际效应。结果发现: (1)乔木根际土壤大部分化学性质指标显著高于或低于全土(p < 0.05), 而林下灌木根际土壤与全土土壤化学性质的差异与物种有关, 如檵木根际土壤大部分化学性质显著不同于全土, 而格药柃根际土壤大部分指标与全土无显著差异。(2)除硝态氮(NO₃ ^--N)外, 林下灌木不同物种之间的根际效应有别, 具体表现为檵木pH值、铵态氮(NH₄ ⁺-N)、可溶性有机碳(DOC)、全氮(TN)、全碳(TC)、碳氮比(C/N)、有效磷(AP)和全磷(TP)的根际效应显著高于格药柃, TN、TC、C/N和AP的根际效应也显著高于杨桐, 但杨桐与格药柃间的根际效应无显著差异。(3)杉木的根际效应显著强于林下3种灌木; 马尾松和湿地松的根际效应与檵木无显著差异, 而马尾松的根际效应显著高于杨桐和格药柃, 湿地松的根际效应显著高于格药柃。该研究表明相对于林下灌木(尤其是格药柃), 乔木具有较强的根际效应, 暗示了乔木具有更高的养分捕获能力。但林下灌木与乔木根际效应的差异与灌木种类和林分类型有关。因此, 人工林林下植被管理除了考虑适量保留林下灌木外, 可依据人工林类型, 充分考虑灌木种类选择, 进而最大地发挥人工林生态系统的生产和生态功能。     

基于生态系统演变机理的生态系统脆弱性、适应性与突变理论

随着气候变化影响广度与深度的增加,生态系统脆弱性、适应性与突变理论逐渐被广泛应用到生态学研究领域中,探讨和评估各类生态系统对气候变化的敏感性、脆弱性和适应性,可谋求更好的方式来应对气候变化对区域生态系统带来的深远影响,服务于国家生态系统可持续管理及生态安全建设.虽然相关研究已获取许多进展,区分了气候敏感区和某些生态系统...     

黄土高原水蚀风蚀交错区坡地土壤剖面饱和导水率空间异质性

在黄土高原水蚀风蚀交错区坡面(40 m×350 m)尺度上进行网格(10 m×10 m)取样,用经典统计学和地统计学相结合研究了180个土壤剖面(0-200 cm)各土层扰动土饱和导水率(Ks) 的空间异质性及分布格局。结果表明: 0-20 cm土层的Ks值(5.36×10^-3 cm/s)最大,>20-200 cm各土层的Ks值均小于表层,其值介于4.32×10^-3-4.76×10^-3 cm/s之间。各土层Ks的变异程度相近,均属于中等变异。>20-200 cm各土层Ks 的Kriging 插值图分布格局也表现出一致性,因此可用>20-40 cm土层的Ks值来代表深层Ks值对土壤水分运动进行模拟。除了0-20 cm 的Ks的基台值(C +C₀)为0.154,其它各土层基台值介于0.202-0.276之间,说明0-20 cm的Ks空间异质性小于>20-200 cm各土层。从比值C/(C+C₀)来看, 0-20 cm属于中等自相关,>20-200 cm土层属于强的空间自相关性,同样也验证了黄土高原水蚀风蚀交错区土壤剖面饱和导水率具有空间变异特征。     

基于二元水循环效率提升的城市湿地修复策略

城市湿地对人地系统的水循环调节起着关键作用。随着城市的发展,水资源短缺问题日益突出,探讨湿地在缓解城市水资源危机中的作用具有重要意义。基于“自然-社会”二元水循环理论,综合分析了我国城市用水量在全国总用水量占比急剧增加的现状,以及城市水循环效率低下的重点问题;基于城市水循环途径的取水、输水、用水、排水和回水五个阶段,系统提出湿地的保护恢复有助于改善城市水资源利用状况,增强城市湿地空间优化配置和水资源可持续利用的协同效应;充分考虑城市生态空间整体优化及湿地布局,全面阐释在城市国土空间规划指导下,通过增加城市水循环中社会水回归容量和缩短社会水回归距离,提升城市水循环效率,充分发挥湿地生态工程对城市水循环优化的调控作用;最后,兼顾城市中长期规划发展的协调性、适应性,探讨了湿地保护修复以提升水循环效率的策略,包括多功能水源地建设、缩短汇水距离、多级净水、营建小微湿地以及构建自循环理念的再生系统等具体措施,为城市湿地资源空间规划的整体布局提供重要依据,对促进城市水资源可持续利用和建设人与自然和谐共生的韧性城市具有重要意义。     

陆地生态系统碳水通量贡献区评价综述

综述了通量贡献区研究的基本理论、最新进展、研究热点与难点,旨在促进中国区域碳水通量数据空间代表性的定量评价.通量贡献区是通量观测点上风向的空间代表区域,能够反映代表区域对应下垫面的源区内每一点对观测点的通量贡献权重影响,主要受观测高度、空气动力学粗糙度和大气稳定度等因素的影响.通量贡献区通常随着观测高度的增加、空气动力学粗糙度的降低和大气稳定度的增加而变大,反之则变小.通量贡献区的评价模型包括解析模型、拉格朗日随机模型、大涡模拟和闭合模型四类.通量贡献区的评价结果可以广泛应用于通量数据质量评价、实验设计的指导、与遥感技术结合的区域尺度的总初级生产力的估算、城市CO2通量变化的评估以及能量闭合的评价等研究.最新研究表明,对流边界层的通量贡献区存在负的通量贡献区域;有裸地存在的情况下解析模型通常会低估裸地对观测通量的贡献;与水平地面处的通量贡献区相比,山谷处通量贡献区变小而山脊处的通量贡献区变大.通量贡献区模型研究应进一步考虑大气中的平流效应、湍流的非高斯扩散以及建立冠层内部的通量贡献区模型.解决森林冠层内流场的不均匀性、冠层重叠问题、冠层湍流的不稳定性是建立适合冠层内部通量贡献区模型的前提条件.在理想条件的气体释放验证试验的基础上,需要开展复杂条件下的相关试验.     

鄱阳湖秋季水-气界面CH4排放通量的区域差异及影响因素

有限的观测点以及空间的异质性已经成为准确估算湖泊水-气界面CH4通量的挑战。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,为了解秋季湖区水-气界面的CH4排放通量,2010年10月利用密闭静态箱-气象色谱法对星子、都昌、南矶山和吴城4个湖区水-气界面CH4排放通量及气象、底泥、水体等因素进行了测定。研究表明,都昌湖区CH4排放通量平均值为0.26mg·m-2·h-1,显著高于星子(0.15mg·m-2·h-1)、吴城(0.13mg·m-2·h-1)和南矶山(0.10mg·m-2·h-1)湖区。鄱阳湖水-气界面秋季CH4排放通量平均为0.17mg·m-2·h-1,变异系数为58.6%。相关分析表明,风速显著影响CH4排放通量(P<0.01)。在排除风速>5m·s-1的数据后,底泥有机碳以及水体铵态氮含量与CH4排放通量显著相关,而水体DOC含量与CH4排放通量呈显著负相关(P<0.05)。对鄱阳湖CH4排放量的精确估算,依赖于较广区域和较长时间的观测。     

不同降水梯度下草地生态系统地表能量交换

通过对不同降水梯度下的蒙古中部针茅草原(KBU)、内蒙古羊草草原(NM)、海北高寒灌丛草甸(HB)和当雄高寒草甸草原(DX)4个草地生态系统的能量通量连续4-5 a的测定,分析了影响青藏高原和蒙古高原草地生态系统生长季中地表能量交换的主要因素。研究表明:相对于KBU、NM和DX,HB高寒灌丛草甸NDVI(0.58)和土壤含水量(28.3%)最大,因而地表短波反射率(αk)最低(0.12),从而获得了最大的净辐射(Rn)。KBU、NM和DX 3个草地生态系统生长季中αk随着植被的生长而降低,在生长季末期,随着植被的凋落而增加;HB的αk季节变化趋势与其它生态系统相反。从蒙古高原(KBU和NM)到青藏高原(HB和DX),随着降水量的增加,波文比(β)逐渐减小(2.25-0.53),即生态系统与大气的能量交换从显热(H)占主导转变为潜热(LE)占主导。植被状况对草地生态系统与大气之间能量交换的季节动态有重要的调控作用,在NDVI较低的时候,4个生态系统H/Rn都大于LE/Rn,LE/Rn随着NDVI的增加而增加,而H/Rn呈现出与LE/Rn相反的季节变化趋势。     

GIS和遥感技术在生态安全评价与生物多样性保护中的应用

综合近年来国内外生态安全评价和生物多样性保护领域的研究成果:简要总结了地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术在生态学热点领域的应用研究现状和特点;归纳论述了GIS和RS在生态安全评价和生物多样性保护研究中存在的不足;在此基础上,尝试性地提出了可扩展的集成研究框架——"生产线"框架;最后探讨了GIS和RS技术与生态学集成研究的未来发展趋势。