生态系统红色名录——一种新的生物多样性保护工具

生物多样性为人类提供了生存所必需的一系列生态系统服务和功能。然而,由于人为活动的加剧,生物多样性不断丧失。传统的生物多样性保护主要关注物种多样性,存在着对生物多样性的代表性不足,不能及时反应生态系统多样性的变化等缺点。近年来,生态系统层次上的多样性保护成为研究热点,一些国家和组织相继开展了大尺度的生态系统评估工作。文章回顾了已有的生态系统评估方案,发现当前生态系统评估多采用IUCN物种红色名录的分级标准体系,主要评估生态系统的濒危程度,评估标准主要是分布范围和功能的变化,不同评估方案采用的指标和阈值有差异,需要建立统一的生态系统分类体系和评价方案。同时,结合国内生态系统评价的现状,提出了在我国开展生态系统红色名录研究的若干可行建议。     

基于随机森林模型的国家重点保护陆生脊椎动物物种优先保护区的识别

准确可靠地识别国家重点保护陆生脊椎动物物种的优先保护区,是生物多样性保护的热点问题之一。采用随机森林(random forests)模型,基于12个环境变量,对中国263种国家重点保护陆生脊椎动物建模,并预测各个物种在背景点的适生概率,迭加计算得到国家重点保护陆生脊椎动物物种的生境适宜性指数。此外,基于对生境适宜性指数的空间自相关分析,识别和确定国家重点保护陆生脊椎动物物种优先保护区,并对优先保护区目前的被保护情况进行分析。结果表明,国家重点保护陆生脊椎动物物种的优先保护区的面积为103.16万km~2,约占我国国土面积的10.90%。优先保护区主要分布在我国的西部地区,包括西南地区的秦岭-大巴山山区、云南省与印度及缅甸的交界地区、武陵山山区、喜马拉雅山-横断山脉山区、阿尔泰山脉山区、天山山脉山区、昆仑山山脉山区;东北的大、小兴安岭、东北-华南沿海地区及长江中下游地区有少量分布。优先保护区中被保护的面积为50.40万km~2,占优先保护区总面积的48.86%,保护率偏低,未被充分保护。利用系统聚类分析,将未被保护的优先保护区划分成3种优先保护顺序,以期为相关部门的决策提供科学依据,更好地保护生物多样性。     

内蒙古植被降水利用效率的时空格局及其驱动因素

植被降水利用效率(precipitation-use efficiency,PUE)是评价干旱、半干旱地区植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标。该研究利用光能利用率CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了2001–2010年内蒙古地区植被净初级生产力(net primary productivity,NPP),结合降水量的空间插值数据,分析了近10年内蒙古地区植被PUE的空间分布、主要植被类型的PUE,及其时空格局的驱动因素。结果表明:2001–2010年内蒙古地区所有植被的平均PUE为0.94 g C·m–2·mm–1,且在105–120°E地带性规律明显,PUE上升速率为每10°0.55 g C·m–2·mm–1。各植被类型间PUE差别较大,其中灌丛PUE最高,荒漠PUE最低。在不同的降水量区域,植被PUE的空间分布与气候因子的关系有较大差别,0–75 mm降水量区间内,PUE随降水量、气温的升高显著下降(R2=0.226,p0.05);175–300 mm降水量区间内,植被PUE的空间变化与降水量和气温呈极显著相关关系(R2=0.878,p0.001),且随降水量的增加显著上升(R2=0.94,p0.001),变化速率约为每100 mm降水0.57 g C·m–2·mm–1;在降水量大于475 mm的区域,植被PUE的空间分布与降水量、气温的相关性显著(R2=0.19,p0.05),且随着气温的上升、降水量的下降而增加,其中气温的贡献是降水量的8.61倍。在不同的降水量区域,植被PUE的年际波动与气候因子的关系也有较大差别,对于年降水量0–220 mm的地区,PUE的年际波动与降水量呈正相关性、与气温呈负相关性;在年降水量为220–310 mm的地区,PUE的年际波动主要受降水量的控制,受气温影响较小;在年降水量310 mm的地区,PUE的年际波动与降水量、气温均呈正相关关系,但在降水量越高的地区,PUE的年际波动与降水量的相关性越弱,与气温的相关性越强。植被覆盖度与PUE的空间分布极显著相关(R2=0.73,p0.001),且与PUE的年际波动也存在线性相关关系(R2=0.11,p0.001);叶面积指数(LAI)与PUE的年际波动呈线性相关关系(R2=0.42,p0.001),而当LAI3.15时,PUE的空间分布随LAI增加而呈线性增加。     

内蒙古典型草原不同群落净生态系统生产力的动态变化

净生态系统生产力(net ecosystem productivity,NEP)是反映生态系统碳源汇功能的重要指标。本研究选取内蒙古锡林河流域的贝加尔针茅群落、大针茅群落、克氏针茅群落和羊草群落为对象,利用BIOME-BGC模型模拟了4个草地群落年际间和年内逐日NEP动态变化,分析了4个草地群落对降水量的响应特征和可能机制,并且探讨气候变化背景下4个草地群落水分胁迫系数、降水利用率和碳转化效率的变化规律。结果表明:1954—2012年贝加尔针茅群落、大针茅群落、克氏针茅群落和羊草群落的多年平均NEP分别为11.41、-7.82、-5.03和9.30 g C·m-2·a-1。总体来看,4种草地群落多年平均日NEP的年内季节动态均呈先释放、后固碳、再释放的变化特征。4种草地群落多年平均水分胁迫系数由高到低分别为:贝加尔针茅羊草大针茅克氏针茅;多年平均降水利用效率由高到低分别为:贝加尔针茅克氏针茅大针茅羊草;多年平均碳素转化效率由高到低分别为:贝加尔针茅克氏针茅大针茅羊草。4种草地群落NEP与年降水量均存在显著的相关性,NEP为0时,4种草地群落年降水量平均值为295.76 mm,说明在年降水量大于该值时NEP多为正值,而小于该值时NEP多为负值。     

构建大尺度绿色廊道,保护区域生物多样性

生境破碎化可导致物种数量减少、死亡率增加及迁移率下降,是生物多样性降低与物种灭绝的重要影响因素。构建绿色廊道可将彼此隔离的植被斑块连接起来,有助于减少甚至消除景观破碎化对生物多样性的影响。国外的生态环境保护组织较早地意识到了建立大尺度绿色廊道对于景观连通性、生物多样性保持和恢复的重要性,已经在区域尺度、国家尺度或洲际尺度陆续构建了若干大型绿色廊道。我国于20世纪70年代起开展的"三北防护林工程",在干旱区的大部分地区已建成连片的大型防护林体系,构成了三北地区大型廊道网络体系。然而,现阶段我国的绿色廊道建设多集中在小尺度的城市绿化建设方面,而在区域、国家、洲际尺度绿色廊道的构建方面尚属空白。本文对目前国外典型大尺度绿色廊道的建设目的、发展历程和空间分布作了介绍,回顾了我国绿色廊道发展的三个主要阶段。本文提出我国绿色廊道发展的趋势应由城市尺度的点、线状向区域、国家尺度的片、面、带状过渡,并将部分地区廊道的规划建设重点引向体现其生态功能的方向,发挥其野生生物线状开放系统的潜在疏导功能,从而为景观多样性、生物多样性的保护奠定基础。在借鉴国际经验的同时结合我国实际情况,提出了我国大尺度绿色廊道可依托于现有的自然保护系统、城市绿色廊道网络及特定自然景观进行构建。     

中国西北部草地植被降水利用效率的时空格局

植被降水利用效率(PUE)是评价干旱、半干旱地区植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标。利用光能利用率CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了2001—2010年中国西北七省草地植被净初级生产力(NPP),结合降水量的空间插值数据,分析了近十年草地植被PUE的空间分布、主要植被类型的PUE,及其时空格局的驱动因素。结果表明:(1)2001—2010年西北七省草地植被的平均PUE为0.68 g C m~(-2)mm~(-1)。在温带草地各类型中,PUE的大小顺序为草甸草原灌丛典型草原荒漠草原荒漠,各类型草地PUE之间差异显著;对于高寒草地而言,高寒草原的PUE显著高于高寒草甸;(2)温带草地PUE的空间分布与年降水量的关系呈抛物线形状(R~2=0.65,P0.001),PUE峰值出现在年降水量P=472.9 mm的地区;荒漠地区植被PUE的空间分布与年降水量的关系同样呈抛物线形状(R~2=0.63,P0.001),PUE峰值出现在年降水量P=263.2mm的地区;对于高寒草地而言,年降水量100 mm以下地区植被PUE变异较大,年降水量大于100 mm的地区植被PUE的空间分布随降水量的变化呈抛物线形状(R~2=0.47,P0.001),PUE峰值出现在P=559.2 mm的地区;(3)不同降水量区域,植被PUE的年际波动与气候因子的关系也有较大差别。在年降水量为200—1000 mm的地区,草地PUE的年际波动与年降水量的变化呈正相关;在年降水量高于1050 mm的地区,草地PUE的年际波动与年均温的相关性较强,相关系数最高可达到0.4。     

2001-2010年内蒙古植被净初级生产力的时空格局及其与气候的关系

利用MODIS NDVI数据、气象数据和植被分类数据,基于改进的光能利用率模型CASA模型对2001-2010年内蒙古不同植被类型净初级生产力(NPP)进行估算,并分析其时空分布特征及对气候因子的响应.结果表明:(1)10年间内蒙古植被年NPP的平均值为340.0 gCm-2a-1,且空间分布呈明显的经度地带性,由西向东的变化速率为每10度增加200.5 gCm-2a-1;(2)不同植被类型NPP有较大差异,森林、草地、农田和荒漠植被的NPP平均值分别为521.9、270.3、405.7和85.3 gCm-2a-1;(3)10年间内蒙古植被NPP总量的平均值为322.7 TgCa-1,波动范围为276.8-354.4 TgCa-1.从NPP年际变化的空间分布来看,阿拉善沙漠、毛乌素沙地西部、河套平原以北地区、浑善达克沙地东西缘和呼伦贝尔平原西北部植被的NPP呈极显著上升,而内蒙古中部的草地植被NPP呈极显著下降;(4)不同植被类型NPP对气候因子的敏感性有较大差异.森林植被NPP主要受温度的限制,而农田、草地和荒漠植被NPP主要受降水量控制.