水生生态系统食物网复杂性与多样性的关系

探索食物网的复杂结构是生态学的中心问题之一。基于构建的黄河口海草床食物网并耦合实际食物网的数据集，整理了包含河口、湖泊、海洋和河流四种水生生态系统类型的48个实际食物网案例。以食物网的节点数反映食物网多样性，物种之间的营养链接数、链接密度和连通度来表示食物网的复杂性，采用营养缩尺模型描述水生生态系统食物网的复杂性特征与节点数的普适性规律。结果表明：所涉及的48个水生生态系统食物网的多样性和复杂性跨度较大，其中，节点数的分布范围为4-124，链接数为3-1830，链接密度为0.75-15.71，连通度为0.06-0.25。不同类型水生生态系统间的连通度存在显著性差异（P=0.01），节点数、链接数、链接密度不存在显著性差异。各类型生态系统的食物网链接数、链接密度均随节点数的增加而增加（R²=0.92，P<0.001和R²=0.82，P<0.001）。湖泊生态系统的连通度随节点数的变化不明显，围绕在0.20附近；而其他3种类型生态系统的食物网连通度随节点数的增加而降低（R²=0.06-0.41，P<0.001）。对全球尺度的水生食物网多样性和复杂性的定量化研究对于提升对食物网的复杂结构的科学认识，从系统尺度探究多样性和复杂性的关系提供数据支撑。     

再论可持续性科学: 新形势与新机遇

近10年来,可持续性科学蓬勃发展,已成为21世纪全球普遍关注的一个重要的新科学领域.然而,在大力提倡可持续发展和生态文明建设的中国,可持续性科学尚未引起科学家和实践者的足够重视.为促进可持续性科学在中国的发展,2014年邬建国等曾撰文介绍什么是可持续性科学.本文进一步探讨了这一问题,并补充阐述了可持续性科学与可持续发展研究的关系、可持续性科学的科学范式及其8个基本论题.基于对可持续性科学发展动态的分析,作者认为,一方面,可持续性科学已进入系统推进的成熟发展期;另一方面,虽然我国可持续发展研究、实践与教育的热情高涨,但在可持续性科学领域起步较晚,落后于主要发达国家和南非.为此,本文在文献综述的基础上,提出促进中国发展可持续性科学的“三位一体”策略:一是“请进来”以服务中国实践;二是“走出去”以贡献中国智慧;三是“中西医结合”以引领学科发展.     

以材料“创造”土地？——中国城市化进程的一个重要特征

中国快速城市化进程的一个重要特征是以土地为载体,通过大量投入钢铁、水泥等建材大规模修建城市建筑和基础设施,创造出大量的城市生产和生活空间。利用1985—2010年中国省级行政单元城市建成区总面积、城市居住用地总面积、城市住宅总面积和城市住宅建筑材料总使用量等数据,识别城市扩张模式,揭示中国城市化进程中土地、建筑面积及其构筑材料三者间的关系。研究表明2000年是中国城市扩张的重要分界点,2000年之前中国各省份的城市建成区总面积、城市住宅总面积和城市住宅建筑材料总使用量均较小且省份间差异不大,2000年之后三者迅速增长且省份间差异逐渐扩大。在地区尺度上,三者均呈现东部地区最高、中部次之、西部最低的特点,地区内部差异则表现为东部地区最大、西部次之、中部最小的特征。大多数省份的城市住宅总面积及其构筑材料总量随着城市建成区的扩张而增长,表明城市在发展初期以扩大建成区和水平扩张为主。随着城市化水平的不断提高,城市内部空间重组和用地置换导致高层建筑逐步替代了原有的单层或低矮建筑,城市扩张的方向由依赖土地的水平扩张转向以大量使用建筑材料为基础的垂直扩张,使得许多省份的城市住宅总面积逐渐超过辖区内居住用地总面积。这种以建筑材料"创造"出更多"土地"的城市垂直扩张在满足人们对城市生产和生活空间需求的同时,有利于节约土地资源和保护生态空间,但需要以消耗更多的建筑材料并承担建筑材料在开采、制造、运输、使用和废弃过程中所造成的环境影响为代价。     

泌桐高速公路生态护坡不同草灌混播10a后的植被群落特征

稳定的边坡群落是公路边坡生态防护的目标,为探究高速公路生态护坡工程10 a演替后群落特征,该研究以泌桐高速公路为依托,布设自然恢复、单一狗牙根播种和5个不同播种密度的草灌混播生态防护措施,分析不同恢复方式对边坡群落组成、生活型和物种多样性的影响。结果表明:(1)调查样方内共有52种植物,分属于17科49属。禾本科、菊科和豆科植物共26属29种,占种总数的55.77%,表明这三大科植物在边坡群落演替过程中起着重要作用。(2) 10 a演替后不同恢复方式下群落中多年生植物比例高于一年生草本植物。(3)在草灌混播样地中,群落物种多样性指数随着播种密度的增加呈先增加后降低的单峰变化趋势,在播种密度为每平方米500株时达到最大。(4)草灌混播的生态恢复效果优于纯草本种植和自然恢复方式。(5)播种密度对草灌混播群落类型,地上生物量和物种多样性指数没有显著影响。从植物的生长效果及成本方面考虑,初播密度每平方米为500~600株的草灌混播可构建较为稳定的边坡植物群落,实现最佳的边坡恢复效果,可应用于类似区域边坡生态恢复工程。     

城市代谢研究评述:内涵与方法

随着城市发展面临的生态问题日益显著,部分研究者试图通过对自然生态系统进行类比来寻求解决途径,城市代谢理论应运而生。当以系统科学来研究城市生态系统时,哲学思想的引入为探索和城市及城市代谢的内涵提供了最原始的桥梁。因此,在介绍城市代谢内涵与研究进展的基础上,融合产业、家庭、社会等多尺度代谢理论,对城市代谢的边界进行扩展,将其分为狭义与广义两类,结合亚里士多德的"四因说"对其质料因(组分)、形式因(结构)、动力因(驱动力)和目的因(功能)进行识别分析,据此将城市代谢研究方法归纳为质料、形式和混合研究方法三类,并提出未来研究的主要动向和解决手段。城市代谢"四因图"可为相关研究者提供参考。     

环境因子和干扰强度对高寒草甸植物多样性空间分异的影响

采用样带与样地结合的方法在三江源自然保护区的核心区沿海拔梯度在阴坡、阳坡分别进行草本植被调查,通过因子分析和偏相关分析研究丰富度指数、多样性指数与环境梯度（包括海拔梯度、裸斑面积、坡度、土壤总碳、总氮含量、土壤pH值、土壤总可溶性盐含量）和干扰强度（鼠类干扰强度、放牧强度）之间的关系。研究结果表明：杂类草丰富度指数（DMa杂）与总物种丰富度指数（DMa总）极显著相关（P<0.01）;阳坡DMa杂和DMa总均呈现“中海拔膨胀”现象,阴坡DMa杂和DMa总与海拔梯度呈正相关,莎草科和禾本科的丰富度指数（DMa莎和DMa禾）随海拔升高并无明显规律;通过主成分分析,及偏相关分析,第一主成分（裸斑面积、鼠类干扰和放牧强度）与除莎草科Margalef丰富度指数、禾本科Simpson指数和禾本科Pielou均匀度指数外的其他草地多样性指数均显著相关,是影响阳坡草地植物多样性的主要因子,土壤总碳、总氮含量对阳坡禾本科类群的多样性指数和均匀度指数有极显著影响,土壤pH值、TDS含量和坡度对阳坡莎草科类群的丰富度有显著影响;海拔梯度、土壤总碳、总氮以及pH值对阴坡草本植物群落的多样性影响较大。研究结论认为,植物群落生物多样性的空间分异特征是地理环境、土壤环境以及干扰强度等因素综合作用的结果。无干扰或干扰较弱时,物种多样性主要受土壤环境状况所影响;而在强干扰存在条件下,干扰强度对物种丰富度和多样性的影响比环境因子更显著;遏制高寒草甸植物多样性降低应首先控制放牧及鼠类等强干扰活动。     

白洋淀湿地水华暴发阈值分析

水体富营养化阈值分析可为控制水华暴发,确定合理的污染物控制水平提供科学依据.以白洋淀湿地为例,利用2000-2009年水质监测数据,选择表征水体富营养化的主要指标进行主成分聚类分析,划分出低溶氧高营养型和不稳定型2类水域;并针对不同水域类型,以叶绿素a为因变量,以pH值、水温、透明度(SD)、CODcr、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮、硝氮和溶解态无机磷为自变量,采用逐步回归方法,分别建立了水质指标与叶绿素a的多元线性关系式,以此确定了白洋淀湿地水体水华暴发阈值.根据叶绿素a为30μgL-1为水华暴发的临界值,白洋淀低溶氧高营养型水域CODcr应控制在37.31mg·L-1,不稳定型水域TP应控制在0.12mg·L-1.     

变异条件下淮河流域生态径流变化特征及驱动因子

基于淮河流域7个水文站点1956—2016年逐日径流量和72个雨量站点1960—2016的逐日降水量数据,利用Pettitt变异点检测、生态赤字和生态剩余等生态径流指标,定量分析淮河流域水文变异特征,根据生物多样性指标和水文变异指数间的关系,分析该流域水文变异的生态效应,利用位置、尺度、形状的广义可加模型(Generalized Additive Models for Location, Scale and Shape,GAMLSS)理论框架量化气候因子对生态径流变化的贡献。研究表明:(1)水文变异后生态剩余减少,生态赤字增多,干流流量历时曲线比支流下移更明显;年生态剩余/赤字与面降水距平变化一致,水利工程调蓄作用是夏季生态径流与降水距平相关性差的主要原因;(2)除冬季外,淮河流域年、季尺度生态赤字(生态剩余)逐年增加(减小),春季增加最为明显。尽管冬季生态剩余比其他季节高,但生态剩余整体减小,21世纪干流生态剩余达最低,香农指数表明淮河流域生物多样性逐年下降。生态径流指标与水文改变指标(Indicators of Hydrologic Alteration,IHA)指标相关达0.45,能体现IHA大部分参数信息;(3)淮河流域生态径流对北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)、太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)和Nino3.4气候因子影响最为敏感。干流生态径流对气候因子响应最敏感,而支流生态径流对气候因子响应不敏感,通过GAMLSS模型构建的生态径流对极端值和局部趋势拟合的效果更优。     

生物多样性与生态系统服务情景模拟研究进展

生物多样性和生态系统服务情景模拟是指对未来生物多样性和生态系统服务变化轨迹的定量估计,二者相互关联并为长期、稳定的保护和恢复生态系统提供了重要科学依据。梳理生物多样性以及生态系统服务预测情景的核心观点,讨论基于生物多样性和生态系统服务情景模拟的保护决策支持途径,以期服务于我国生物多样性与生态系统服务预测研究的发展和深化。研究凝练结果如下：物种分布模型需要进行更规范的评价以明晰其对具体对象的适用性,生态系统预测模型亟待在关系结构的基础上嵌入更多的生态系统过程和社会经济过程,生态系统服务评估模型有必要强化对生物多样性、生态系统服务、人类福祉级联特征的刻画;全球气候变化驱动了未来区域生物多样性的大幅改变;土地利用则是陆地生态系统服务预测中的核心驱动变量。生态区划与区域尺度情景模拟、景观尺度下的生态安全格局构建、基于社会生态网络的社区适应三点重要展望方向将对基于情景模拟的我国生态系统保护决策提供重要的理论和实践支持。     

广州市城市化过程的景观动态格局及尺度效应

城市化过程直接改变了城市区域的景观结构,引起了景观格局的变化.该文以四期Landsat TM 遥感影像为数据源,运用景观格局指数分析了1990-2005 年广州市景观格局的动态变化特征,并利用空隙度指数对广州市景观格局的尺度效应进行了研究.研究结果表明:广州市在快速城市化的进程中,城市景观结构的变化主要表现为耕地、林地、草地等自然或半自然景观向城镇、农村居民点用地等人文景观转变;耕地大面积被城镇用地和工矿建设用地侵占,斑块数量增多,空隙度指数增大;城镇用地的空隙度指数一直呈现出下降的趋势,表明城镇用地景观中较小的斑块被合并,空间分布趋向集中.因此,综合运用景观格局指数和空间尺度分析,可以获得对城市景观动态过程较为全面的认识.