基于混合演化算法的乌梁素海芦苇凋落物分解模拟及预测

以乌梁素海湖滨植被带建群植物—芦苇(Phragmites australis)的凋落物为研究对象,基于野外分解袋法对芦苇凋落物进行分解实验,通过混合演化算法(HEA)建模。旨在揭示和预测芦苇凋落物在湖水中的分解过程,并结合阈值和敏感性分析,探讨凋落物分解释放的氮、磷元素与环境影响因子之间的关系。研究结果表明:(1)混合演化算法的最佳模型预测值与实际测量值之间拟合度高(r²=0.90—0.99),质量损失模型(ML-model)的拟合效果最好(r²=0.99)。(2)芦苇凋落物的质量损失(ML)随水温(WT)增高而增加;凋落物中的N元素先累积后释放,且pH较低(pH<8.326)时,促进N元素释放;凋落物中的P元素在整个过程中以释放为主,且WT较高(WT>=16.978℃)时,凋落物中P元素与溶解氧(DO)呈负相关; WT较低时, P元素与WT呈负相关。进一步证明,混合演化算法模型能够模拟和预测湖泊芦苇凋落物水中分解过程,识别和量化凋落物分解与环境因子的生态关系和阈值数据,可为浅水草型湖泊内源污染防治提供理论支撑。     

植被退化对温带典型草原根系-土壤系统碳氮分配的影响

以3种不同退化程度的温带典型草原(大针茅轻度退化、中度退化和重度退化)为研究对象,研究植被退化对温带典型草原土壤及根系碳氮含量及储量的影响。结果显示:(1)植被退化对地下根系碳含量影响不显著(P0.05),而对地下根系氮含量的影响显著(P0.05),中度退化样地根系氮含量显著高于轻度退化和重度退化样地(P0.05)。(2)植被退化对根系碳氮储量影响显著(P0.05),根系碳氮储量随着土层深度增加而减少,总根系碳氮储量随退化程度加剧而降低。(3)土壤有机碳、总碳和总氮含量及储量均受退化程度和采样深度的影响显著(P0.05),其含量随着土壤深度的增加而显著减少,随退化程度加剧而显著降低(P0.05)。(4)土壤是根系-土壤系统碳氮储存的最主要场所,储量占比90%以上。虽然土壤碳氮储量均存在表层聚集现象,但表层储量所占比例在各样地间差异显著(P0.05)。     

内蒙古生态安全时空演变特征及驱动力

生态安全是平衡社会经济与自然环境协调发展的重要保障，评价生态安全时空演变及驱动因素，对区域生态安全格局构建及可持续发展意义重大。基于本土化参数的生态足迹模型对1990-2018年内蒙古地区各盟市生态足迹、生态盈亏及生态压力指数进行测算，采用熵权法构建综合指标体系，计算生态安全指数，评价区域生态安全及可持续发展状况，结合空间分析揭示其时空演化规律，并解析驱动因素。结果表明：1）研究期间内蒙古总体上呈"供不应求"的生态赤字状态，但生态承载增速大于生态足迹增速，2018年较1990年人均生态足迹和人均生态承载力分别提高了0.9-5.8倍和1.5-10.8倍，生态安全指数由大于5.0的不安全状态转变为小于4.0的安全状态，生态系统总体呈向好趋势发展。2）研究期间内蒙古地区生态足迹呈"东高西低"分布，生态承载力呈"中间高，两翼低"分布，生态安全重心向东北方向转移。3）经济水平、消费支出、产业结构是内蒙古地区生态安全及可持续发展的驱动因素，地理位置和气候因素是导致其空间差异的主导因子。     

内蒙古高原湖滨湿地优势植物功能性状特征及其适应性

受人类活动和气候变化的影响,湖泊湖滨带退化速度显著加快。植物功能性状的方法可以量化植物特征,预测植物对外界环境干扰的反应,有助于理解退化湖滨带湿地植物应对环境变化所表现出的适应机制,对湖泊湖滨湿地生态系统植被的恢复与重建具有重要意义。在内蒙古高原典型湖泊湖滨湿地选取芦苇（Phragmites australis）、赖草（Leymus secalinus）、毛茛（Ranunculus japonicus）、鹅绒委陵菜（Potentilla anserina）、碱蓬（Suaeda glauca）、盐角草（Salicornia europaea）和拂子茅（Calamagrostis epigeios）7种优势植物的叶片和根系作为研究对象,对不同湿地植物的11种功能性状变化规律及其与环境因子的关系进行研究。旨在探究环境变化影响下湖滨带湿地植物的物种分布和功能性状的差异,以及湿地植物在不同湖滨带湿地生境下的适应策略。在评估植物功能性状差异基础上,采用环境矩阵连接性状矩阵（RLQ）结合第四角分析（Fourth-Corner）的方法分析环境因子对植物功能性状的影响。结果表明,内蒙古湖滨带湿地中7种优势植物为了适应不同的环境的影响,植物的功能性状均产生不同程度的种间与种内变异,在湖滨带湿地中植物的植株高度、叶片碳含量、叶片氮含量、叶片碳氮比、比根长、根组织密度、根氮含量对环境变化的响应比较敏感,土壤pH与叶片干物质含量呈显著负相关;土壤盐分与植株高度、叶片碳含量和叶碳氮比显著负相关,与叶片氮含量、根组织密度显著正相关;土壤的总氮含量与植株高度显著正相关,与比根长显著负相关;土壤碳氮比与植株高度和叶片碳含量显著负相关,与植物比根长显著正相关;土壤容重与根氮含量显著负相关。研究表明内蒙古高原湖滨带湿地植物的功能性状受环境的作用强烈,植物采取了不同的性状策略来适应环境。     

基于混合演化算法模型的岱海湖泊叶绿素a模拟及预测

基于2013—2017年岱海水质监测数据,分析岱海湖泊叶绿素a浓度时空分布特征,进而通过混合演化算法(HEA)建立湖泊叶绿素a浓度模拟和预测模型,结合生态阈值和敏感性分析,定量揭示和模拟预测湖泊叶绿素a浓度变化及其与环境因子之间的关系。研究表明:(1)岱海富营养化程度的季节变化呈显著性差异,表现为春季显著高于夏季和秋季,但空间变化不具有显著性差异。(2)基于混合演化算法模型的岱海湖泊叶绿素a浓度预测值与实际监测值之间拟合度高(R²=0.95)。(3)混合演化算法的最佳规则集表明,当水体化学需氧量大于172.049 mg·L^–1,且水温在13.97—20.36℃的范围内时,岱海湖泊叶绿素a浓度随水温增高而降低,随pH和水深的增高而增高;反之,叶绿素a浓度与总氮和水深均是负相关关系。混合演化算法模型能够模拟和预测湖泊叶绿素a浓度变化,识别和量化湖泊富营养化与环境因子的生态关系和阈值数据,可为干旱半干旱区内陆湖泊藻类水华的预测预警提供一定的理论依据和技术支撑。     

基于生态足迹的阿拉善地区生态安全评价

生态安全关系到一个地区的资源利用以及社会经济发展的可持续程度。基于生态足迹法核算阿拉善地区1990—2017年生态足迹和生态承载力, 运用区域生态赤字、生态压力和万元GDP生态足迹指数评价阿拉善地区生态安全及可持续发展状态。结果表明: 研究期间阿拉善地区生态足迹与生态承载力均显著上升, 生态足迹和生态承载力分别提高4倍和8.5倍; 虽然研究区在研究期间生态承载力增速远高于生态足迹, 但总体上区域生态足迹仍大于生态承载力, 表现为生态赤字; 近30年阿拉善地区生态压力呈下降趋势, 生态压力指数由1.57下降到0.81, 下降了48.40%; 研究期内阿拉善地区万元GDP生态足迹指数显著下降, 由0.72下降到0.02, 下降95%, 表明研究期间该区域资源利用效率显著提高。相关分析结果表明城镇化的推进以及居民的收入水平通过影响生态足迹及生态承载力驱动生态安全。从生态足迹与生态承载力核算角度分析, 阿拉善地区社会经济发展目前尚处于非可持续状态, 而区域生态承载力以及区域资源利用效率已有大幅提升, 可更新资源的生态承载力仍低于区域生态足迹, 区域生态安全问题仍需高度重视。