20世纪90年代以来中国生态空间演化的时空格局和梯度效应

改革开放以来中国经济和城市化的快速发展促使生产和生活空间挤占大量生态空间，系统认识和评估我国生态空间演化的宏观格局和过程对于生态文明建设具有重要的理论和现实意义。为揭示全国生态空间变化的时空过程，在对生态空间内涵进行界定的基础上，结合全国尺度时序土地利用数据构建生态空间分类体系，并评估1990-2015年中国生态空间演化特征。结果表明：1990-2015年中国生态用地面积持续减少，主要向半生态用地转变，发生在重要的粮食生产区域及周边；半生态用地面积波动明显，前期主要表现为不断扩张，后期大量转换为弱生态用地，发生在主要城市群地区；弱生态用地持续扩张，与城镇化进程不断加速相关。中国生态空间演变过程表现出一定的区域差异和梯度效应，不同区域生态空间变化发生的拐点时间有所不同，呈现"自东向西、由南到北"的3级梯度特征，区域生态空间状况与经济发展战略及生态空间管控具有较强的相关性。本研究对于国家生态空间管控近远期战略方案制订具有一定启示，建议处于不同梯度的各地区应基于区域生态空间演化所处阶段和不同驱动机制，确定分区域生态空间安全红线目标和生态空间管控方案。     

多功能农业景观:内涵、进展与研究范式

多功能农业景观是景观尺度下农业多功能性的空间表征，具有生物多样性保护、田园风光留存和地域文化传承等多种重要的非经济功能。构建多功能农业景观是促进区域农业可持续发展与人类福祉提升的重要途径，同时也是多学科交叉的综合性研究。在已有景观生态学研究范式的基础上，探讨了多功能农业景观的内涵和国内外相关研究进展，并提出了"格局-功能-需求-管理"的多功能农业景观研究范式。与此同时，绘制了新研究范式的概念框架，通过划分四大研究模块具体分析了如何基于新研究范式开展多功能农业景观的构建、评价和管理等工作。本研究为实现区域农业景观的可持续发展和阐明多功能农业景观的内在运行机制奠定理论基础提供支持，为乡村生态景观营造关键问题的解决与多功能农业景观的实际构建提供帮助。     

我国三大城市群地区城市和农业用地地表热环境效应对比研究

以大中小城市协同发展为特征的城市群已成为我国城市化发展的主要形式，城市化和农业作为城市群地区最主要的土地利用活动，其气候效应是国际研究的热点。然而过去研究多关注大城市的热岛效应，对更为普遍的农业活动以及中小城市城市化的气候效应认识十分薄弱。基于MODIS地表温度数据，以自然林地为参照，提出了一种可逐像元估算土地利用地表热环境效应的新方法，进而对比分析了我国三大城市群地区（京津冀、长三角和珠三角）城市和农业用地地表热环境效应及其驱动因子差异。结果表明各城市群白天城市热岛效应明显，地级以上城市年平均热岛强度达3.2℃以上，但最强热岛均未发生在核心城市。夜晚热岛效应明显减弱，京津冀和长三角部分城市甚至出现冷岛效应。农业用地在白天亦表现出明显的增温效应，特别是在京津冀地区，而在夜晚除珠三角城市群外，降温效应明显，京津冀和长三角地区平均降温2.3℃和0.7℃。虽然城市用地平均增温强度大于农业用地，但农业用地因面积优势对区域温度变化起控制作用。白天城市和农业用地整体导致各城市群温度明显增加，京津冀增温最高（4.0℃），夜晚二者导致长三角和京津冀地区平均温度降低。研究还发现各城市群城市和农业用地地表热环境效应时空异质性极大，主要受植被、地表反照率、气候背景和人口密度控制。本文对制定缓解气候变化的土地利用策略具有重要的指导意义。     

2002-2016年华北平原植被生长状况及水文要素时空特征分析

基于MODIS增强型植被指数（EVI）资料,结合降水、GRACE重力卫星水储量（TWS）、地下水、土壤水等资料,分析华北平原植被2002-2016年间的生长状况及各水文要素时空分布特征。研究结果表明：（1）2002-2016年间华北平原植被呈好转趋势,降水、水储量、土壤水、地下水等水文要素值呈减少趋势。（2）黄淮平原区植被以农作物为主,植被覆盖度呈增加趋势,而降水、水储量、地下水、土壤水均呈减少趋势,超采地下水灌溉农作物是短期内保障粮食安全的重要措施。（3）燕山-太行山山麓平原区、冀鲁豫低洼平原区的城乡居民用地区域植被覆盖显著减少,而降水增多,水储量、土壤水、地下水减少,人类活动对植被和水文要素贡献量大。（4）山东丘陵农林区分布着林地和草地,这些区域生长季的植被指数呈减少趋势,与降水量减少呈正相关关系。在气候变化和人类活动影响的大背景下,探讨不同生态环境的植被生长特征,清楚植被对水文变化的响应机理,可以消除影响植被生长的不利因素,为制定合理用水制度提供理论依据。     

黄淮平原农业景观鸟类多样性及生境差异

农业景观中的鸟类多样性对生态系统功能和服务的形成与维持具有重要作用。黄淮平原区是我国最重要的农业景观区之一,为探讨区域内农业景观中鸟类多样性特征和不同生境间的差异,在研究区农业景观不同生境中布设样点,调查繁殖期鸟类多样性特征。结果显示:(1)共记录到32科、49属、66种的10044只个体,但优势科属明显;(2)物种丰富度、多样性和均匀度均表现出在沟渠、湖泊生境中较高,农田和村庄生境中相对较低,但物种多度呈现出村庄生境中最高,其次是沟渠和农田生境,湖泊生境中最低;(3)在区系分布上,各生境中均以广布种为主,生态类群上,鸣禽在各生境中均占绝对优势,涉禽和游禽主要分布在沟渠和湖泊生境中,从居留型来看,留鸟是各生境中的主导类群,候鸟、旅鸟和迷鸟比例很低;(4)鸟类群落异质性分析显示,各生境间的相似性总体上较高,表明区域内农业景观中鸟类组成具有较高的重叠性。研究显示农业景观中湖泊和沟渠的存在能有效的提高区域鸟类的丰富度和多样性,而沟渠的存在能有效的提高鸟类个体多度,农田和村庄有助于特定类群多度的增加,因此在未来的区域持续农业景观的构建中一方面要重视自然、半自然非农生境的作用,另一方面也不能忽视不同生物类群对景观异质性响应和对生境特征需求的差异。     

黄河下游平原不同非农生境中植物多样性

自然、半自然等非农生境是区域农业景观的重要组成部分,对区域生物多样性保护具有重要意义。黄河下游平原区是典型的农业景观,农田是最主要的景观类型,林地、树篱等景观要素散布其中,为研究区内非农生境中生物多样性及其生态效应,采用典型样地法对区内典型农业景观中林地、树篱、田间道路和沟渠等主要非农生境中的植物群落进行调查研究。结果显示:区内植物组成以菊科、禾本科等为主;区内植物科的地理成分以世界分布和泛热带分布为主,各生境间有一定的差异,属的地理成分复杂,具有中国15个种子植物属分布型中的13个,以温带分布、世界分布和泛热带分布为主,总体上区内的植物组成以广布种为主,优势科属明显,特有种缺乏;各非农生境中的植物多样性存在一定的差异,林地和树篱生境具有较高的物种丰富度和多样性,显著高于田间道路,沟渠、林地和树篱生境中的物种均匀度和群落盖度均显著高于田间道路;β多样性分析表明田间道路生境中的群落组成分化程度在各样点间最大(β多样性指数最高);树篱、林地和田间道路等生境间群落相似性均较高,但其群落结构和优势种组成方面却存在显著的差异,沟渠作为一种特殊生境与其它生境间的群落相似性相对较低。研究表明,在黄河下游平原典型农业景观中,作为非农生境存在的林地和树篱在物种多样性维持中具有重要地位,沟渠为水生和湿生植物提供了庇护所,意义重大;各生境间高的群落相似性仅是物种组成名录相似性的反映,其空间格局和优势种群间差异明显,各生境植物群落的生态功能差异巨大。未来区内生物多样性的保护应重在生态系统过程、功能的加强以及生态系统服务的维持和提高,且需进一步在景观水平上探讨各非农景观要素的空间构型对其生态效益的影响机制及其调控和管理策略。     

基于中高分辨率遥感的植被覆盖度时相变换方法

植被覆盖度是衡量地表植被状况、指示生态环境变化的一个重要指标,也是许多学科的重要参数。传统的测量方法难以获取时间连续的面状数据,且耗时、耗力,很难大范围推广。遥感估算方法虽然可以弥补传统方法的不足,但由于云覆盖等天气条件的影响,获得同一时相覆盖整个研究区的遥感影像非常困难,时相的差异必然导致研究结果产生误差。针对植被覆盖度这一重要生态参数,结合低分辨率遥感数据的时间优势和中高分辨率遥感数据的空间优势,提出一种时相变换方法,将源于中高分辨率影像的植被覆盖度变换到研究需要的时相上。首先,利用像元二分模型计算MODIS尺度的时间序列植被覆盖度,并利用已经获得的SPOT影像计算其获取时相上的植被覆盖度;其次,利用土地利用图划分植被覆盖类型,并利用MODIS数据和土地利用数据之间的空间对应关系制作MODIS像元内各类植被覆盖的面积百分比数据;再次,利用面积百分比数据提取各类植被覆盖的纯像元,结合MODIS植被覆盖度时间序列,从而提取各类植被覆盖纯像元的植被覆盖度时间序列曲线;最后利用像元分解的方法提取MODIS像元内各类植被覆盖组分的植被覆盖度的变化规律,将其应用到该组分对应位置上SPOT像元的植被覆盖度上,从而将其变换到所需要的时相上。在密云水库上游进行试验,将覆盖研究区的10景SPOT5多光谱影像计算的植被覆盖度统一变换到7月上旬,结果显示:视觉效果上明显好转,且空间上连续一致;变换前后植被覆盖度的统计量对比结果也符合植被生长规律;利用外业样点数据与对应位置的植被覆盖度变换结果进行回归分析,结果发现各植被覆盖类型的R2均在0.8左右,表明变换结果与实测值非常接近,时相变换的效果较好,从而可以很好地促进相关研究精度的提高。     

人为干扰对传粉昆虫群落物种多样性及其优势类群生态位的影响

物种多样性是群落功能复杂性和稳定性的重要量度指标,不同干扰强度下物种多样性和生态位特征不同,人为干扰对传粉群落的影响可以通过群落结构和物种多样性的变化直接表现出来。在巩义市选取24个采样点,3种景观类型(农田、灌丛、林地)进行取样,共捕获传粉昆虫18576头,分属于14目,147科,双翅目、膜翅目、鞘翅目、鳞翅目、半翅目与缨翅目6个传粉功能群。为了解研究区人为干扰对传粉昆虫类群传粉类群及其生态位的影响,本研究选取双翅目、膜翅目、鞘翅目3类主要传粉昆虫作为研究对象,在景观类型分类与实际情况的基础上,依据人为干扰指数赋值表和干扰强度计算公式,分析不同干扰强度下传粉昆虫优势种群生态位特征情况,结果表明:各传粉类群在不同的干扰条件下物种多样性不同;作为优势类群的蠓科、胡蜂科,生态位宽度和生态位重叠均均值高于其他几个类群,且中度干扰强度下值最大,但其生态宽度值与生态重叠值之间没有明显的相关关系。     

甘南地区二氧化碳施肥效应对生态系统的影响

陆地生态系统是全球第二大碳库,其碳收支一直是气候变化研究的热点领域,而研究二氧化碳（CO₂）施肥效应又是全球变化碳循环领域较为关注的前沿部分。CO₂与生态系统关系复杂,当前仍无法厘清CO₂对陆地生态系统碳循环的影响作用。基于太阳辐射数据、气温数据及归一化植被指数数据等,利用光能利用率遥感模型,模拟2019年甘南地区的碳循环,选取三个指标,即GPP （陆地生态系统总初级生产力）、NPP （净初级生产力）和NEP （净生态系统生产力）来分析甘南地区植被固碳的时空变化特征及CO₂施肥效应。结果表明：（1）甘南地区2019年植被固碳总量约为2611 tC。甘南地区生态系统GPP、NPP和NEP季节性特征明显,其值均在夏季达到最高;而在空间上,GPP、NPP表现为东高西低的特征,NEP呈现出北高南低的分布特征。（2） CO₂对GPP、NPP存在正向的施肥效应,分别增加了14.4%和14.3%;而对NEP具有负向反馈效应,使其减少了0.3%,并且CO₂对NEP的影响整体也表现为北高南低的特征。研究揭示出：虽然CO₂在提升GPP和NPP时,正向的施肥效应明显,但是对甘南地区的NEP,即固碳量来说,CO₂的影响却很有限。因此在研究CO₂施肥效应时不应一概而论,生态地理环境对其的影响不可忽视。研究可以为揭示陆地生态系统碳循环的动态机制提供一定的理论依据。     

黄淮平原农业景观不同生境鸟类多样性特征及年际动态

鸟类是地球生物多样性中的重要组成部分,在生态系统功能和服务中发挥着重要作用,是生态环境变化的重要指示物种。农业景观中的食虫鸟类提供了重要的虫害控制服务。当前,农业景观中鸟类多样性丧失加剧,为探讨鸟类多样性在各生境以及年际间的变化,以黄淮平原为研究区,在河流、湖泊、农田、村庄等生境中共设置20个样点。于2016-2019年连续4年在繁殖期采用样线法对鸟类进行多样性调查。调查结果显示：（1）共发现22922只个体,分属14目,38科,53属。从区系分布来看,各生境各年间均以广布种为主;从生态类群来看,鸣禽占绝对优势;从居留型来看,留鸟所占比例最高。（2）在食性组成上,从物种丰富度看,食虫鸟类有57种,约占总物种数的77%;从个体数来看,杂食性鸟类占比超52%。（3）物种丰富度、多样性和均匀度指数最高值均出现在湖泊或河流生境中。（4）鸟类群落相似性分析显示,各生境间鸟类群落均为中等相似程度;鸟类物种丰富度波动幅度在农田和村庄中呈逐年上升趋势。（5）物种多样性加性拆分分析显示,在生境尺度上,局地的α多样性是生物多样性的最重要组成,而从整个研究区来看,生境间的差异则更为重要。造成鸟类多样性时空差异的原因复杂多样,而生境异质性的增加和水域的存在对提高鸟类多样性是具有积极作用的。调查中超过77%的物种和40%的个体均为食虫鸟类,应当充分重视鸟类为区域农业景观提供的虫害控制服务。本研究可为区域鸟类多样性保护及鸟类提供的生态系统服务的提升管理提供理论基础和科学依据。