生态阈值确定方法综述

生态系统在环境条件变化时表现出的剧变或阈值现象是当前生态学研究的热点,但是生态阈值定量检测的困难阻碍了这一主题的研究与应用。本文从典型案例入手,通过分析潜在生态阈值的S型曲线式、补给-压力式和跃迁式驱动-响应机理,归纳了局部加权回归散点平滑法、分段回归、高斯模型、拐点分析软件、稳态转换检测软件、指示种阈值分析和系统动力学仿真模型7种生态阈值确定方法,并评述了其优缺点和适用性,以期为生态阈值的定量分析研究提供方法借鉴。     

我国生态系统生态阈值研究基础

生态系统中广泛存在非线性变化,表现为系统状态随着压力的逐渐增加而发生骤然转变。为解释这种变化,国外生态学家提出了生态阈值和稳态转换的概念,不断完善理论和方法体系,开展机理和案例研究,深化对复杂系统演化机制的理解,并开始应用于环境管理。在我国,近几十年来在各类生态系统中开展了大量关于压力-响应的定量化研究,取得了丰富成果。这些研究在本质上与生态阈值和稳态转换理论范式紧密关联。本文以“中国生态阈值和稳态转换案例数据库”为基础,按照河流、湖泊、湿地、森林、草地、河口与海洋、农田、荒漠、城市、冻原10种生态系统类型,筛选归纳了相关生态阈值,并阐释了稳态转换机理。将研究案例与生态阈值、稳态转换理论范式进行衔接,目的是整合多领域研究成果,作为生态系统复杂性研究的基础,推动其在生态环境监测、生态安全预警以及生态标准创新发展领域中的应用。     

基于MODIS NDVI的辽河保护区成立前后植被覆盖时空动态研究

以2010年成立以自然生态恢复为主的辽河保护区为研究对象,基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)获取的500米分辨率的归一化植被指数(NDVI)数据,研究了辽河保护区成立前(2000—2009年)和成立后(2010—2015年)植被覆盖时空动态。结果表明:(1)2000—2015年NDVI呈现持续增加趋势;2000—2009年NDVI的年际增加主要发生在夏季,2010—2015年NDVI的年际增加主要发生在春季和冬季。辽河保护区成立后春季NDVI的逐年增加有利于该区域防风固沙功能的提升。(2)季节尺度上,2000—2009年春季降水量与春季和夏季NDVI显著正相关,夏季气温与夏季NDVI显著负相关;2010—2015年仅夏季NDVI动态受春季气温和夏季日照时数变化的影响。(3)月尺度上,气温是影响辽河保护区NDVI变化的主要气候因素,2000—2015年NDVI动态对气温变化的响应存在1个月的滞后期;2000—2009年NDVI动态对降水变化的响应存在1个月的滞后期,2010—2015年则无滞后效应。(4)2000—2009年影响NDVI动态的人类活动主要为农田耕作;辽河保护区成立后,河岸带封育区内的自然恢复和小型人工湿地建设促进了NDVI增加,大型人工湿地建设和人工经营牧草地对NDVI动态无显著影响。     

辽河流域河段蜿蜒度特征分析

对辽河流域河流水系进行分段, 计算河段的蜿蜒度, 分析各子流域东辽河、西辽河、浑太河、辽河干流及其支流的河段蜿蜒特征, 对4个子流域之间的河段蜿蜒度进行了差异显著性分析; 并研究了河段蜿蜒度与地貌、河流等级、坡降的关系, 结果表明: (1)辽河流域共有3158个河段, 河段蜿蜒度范围为1-4.2; (2)各子流域低度蜿蜒河段占流域总河段数的70%左右, 辽河干流属于高度蜿蜒河段, 大多数源头河流、西辽河中下游以及辽河干流东部的招苏台河、清河、柴河的上游属于低度蜿蜒河段, 东辽河和浑太河河流从源头山地区流向平原地区后河流逐渐蜿蜒;(3)东辽河、西辽河和浑太河3个子流域之间河段蜿蜒度差异不显著, 辽河干流及支流河段蜿蜒度显著高于其他个子流域; (4)不同地貌类型间河段蜿蜒度差异极显著, 河段蜿蜒度与河流等级成正相关关系, 河段蜿蜒度与坡降成负相关关系。     

美国水体功能分类管理及与我国的比较

水体功能分类是制定水体管理目标的基础, 借鉴美国水体功能分类方法对我国水环境保护管理具有重要意义。通过对美国水体功能分类的内涵、特点和确定方法进行总结, 分析了水体功能的类别和功能可达性的评估方法, 阐述其指定功能更改程序的实施步骤。在比较我国与美国水体功能分类差异管理的基础上, 指出了我国水体功能分类的不足, 对如何借鉴美国水体功能分类体系进行完善提出建议。在当前我国生态文明建设的背景下, 我国水体功能管理需在3 个方面进一步完善, 即在功能分类上要提高对水生态功能的考虑; 在功能管理体系上需增加水体功能可达性分析确定功能的步骤; 在功能管理法律上需建立水体功能保护基准来指导水体标准的制定。