城市公园绿地水、热与CO2通量观测与分析

水、热和CO2通量是评价城市绿地生态效益的重要指标。在北京海淀公园中部和边缘架设涡度相关系统,连续观测和定量研究城市公园绿地影响下的通量变化特征。结果表明,公园绿地所获得的净辐射在植被生长季节大部分用于植被的蒸散作用,潜热大于显热;而在植被非生长季节大部分用于显热,潜热数值非常小。晴天显热与潜热的比值在春季随着植被枝叶的生长逐渐减少,到夏季达到最小值约1/3,在秋季随着植被叶片枯黄逐渐变大,冬季达到数倍。公园绿地能量平衡率在52%～83%,普遍存在能量不平衡。公园中部的潜热观测值大于公园边缘,而显热小于公园边缘;公园中部CO2通量日均值为负,公园绿地是CO2汇。公园绿地在植被生长季节具有明显的降温增湿、吸收CO2等生态效应。     

基于乡镇尺度的土地生态安全时空格局评价研究——以博尔塔拉蒙古自治州为例

近年来,国内外学者已做了大量区域土地生态安全评价的研究,但大多针对流域或县级以上行政单元,乡镇尺度的土地生态安全评价研究甚少。因此,选择地处我国西北干旱生态脆弱区的博尔塔拉蒙古自治州为研究区,以"3S"技术和数学统计方法为支撑,结合研究区自然地理特征和社会经济状况,构建博尔塔拉蒙古自治州乡镇级压力-状态-响应(Pressure-StateResponses,P-S-R)土地生态安全评价模型,并对其土地生态安全空间格局特征及成因进行诊断性分析。结果表明:(1)2014年博州土地生态安全较2011年有所恶化,Ⅲ级向Ⅳ级转化的面积最大,高达2555.33 km~2,主要在温泉县境内,其次是Ⅴ级区域向Ⅳ级转化1356.53 km~2,主要发生在精河县的茫丁乡和托托乡;(2)博州大部分乡镇的土地生态安全状况处于Ⅲ级水平,区域生态结构不稳定,亟待调整;(3)博州土地生态安全状况具有明显地域性分布的特征,低值区多集中于博州东部荒漠地区,高值区多集中在博州中部绿洲区域和湖区。研究结果可为乡镇级土地生态安全评价提供参考,为区域生态保护协调推进与乡镇可持续发展提供理论指导。     

渭干河-库车河绿洲景观生态安全时空分异及格局优化

渭干河-库车河绿洲(以下简称渭-库绿洲)是我国西北干旱区典型的荒漠绿洲区,维护其生态安全,是实现绿洲可持续发展的重要保障。以1997年、2006年及2016年3期Landsat TM影像数据为主要数据来源,构建渭-库绿洲景观生态安全评价模型,对近20年来研究区的景观生态安全时空特征进行分析。利用最小阻力模型,以水域、林草地为生态源地,将生态安全水平、海拔和坡度作为阻力因子生成最小累计阻力面,划分生态功能区,识别生态廊道和生态节点,从点、线、面综合视角进行景观格局优化。结果表明:(1)1997—2016年渭-库绿洲生态安全区域面积呈波动变化,相对安全区域面积在不断增加,临界安全、敏感和风险区域面积呈减小趋势,景观生态安全度在空间分布上由高到低呈内向外扩展的态势。(2)研究区景观生态安全的Moran′s I值分别为0.6479、0.7049、0.6587,景观生态安全值的空间集聚性呈先增加后降低的趋势;局部空间自相关主要以高-高聚集和低-低聚集类型为主,呈现出"同质聚集、异质分离"的特点。(3)景观格局优化中选取的生态源地占绿洲总面积的12.76%,构建的绿洲生态廊道基本贯穿整个研究区,关键廊道连接了绝大多数的绿洲生态源地,辅助廊道是连接没有与关键廊道连接的源地之间的通道,识别的生态节点主要分布在绿洲生态廊道的薄弱环节处,共计36个。将划分的生态缓冲区、生态连通区、生态过渡区、生态边缘区5个功能区和生态源地、生态廊道及生态节点景观组分相结合,并提出优化建议,以期为维持及进一步改善该绿洲生态环境提供科学依据。     

喀斯特峡谷区土壤水分特征及其影响因素研究

土壤水分是喀斯特峡谷区植被建设的限制性因子。分析喀斯特峡谷区土壤水分特征及其影响因素, 对该地区的植被建设有重要意义。以贵州花江喀斯特峡谷区为研究区, 运用原位监测和冗余分析法, 研究喀斯特峡谷区土壤水分特征并揭示其影响因素。结果表明: (1)监测期间, 喀斯特峡谷区土壤水分特征表现为南坡较北坡低, 表层较深层低, 乔木较灌木低。(2)喀斯特峡谷区土壤水分主要受海拔、坡向、坡度等地形因子影响, 其次为枯落物厚度、叶面积等植被因子。(3)0—5 cm、20—40 cm土层土壤水分的主控因素为气温, 5—10 cm土层土壤水分的主控因素为坡度, 10—20 cm土层土壤水分的主控因素为海拔。喀斯特峡谷区土壤水分主要受地形、气温、降雨影响。根据地形、土壤厚度、枯落物特征选择不同的灌溉方式, 以及依据不同土层土壤水分的主控因素种植根系深度不同的植物, 制定对应的农业水资源管理策略, 是后续提升喀斯特峡谷区植被建设效果的重要途径。     

基于核密度估计的动物生境适宜度制图方法

生境适宜度制图能提供动物适宜生境的空间分布信息,对野生动物种群管理、保护地规划等非常重要。生境适宜度制图的关键是构建生境适宜度模型(habitat suitability model, HSM),只基于动物出现位置数据构建HSM的方法在实践中得到了非常广泛的应用。然而现有的只基于动物出现位置数据构建HSM的方法还不能很好地直接表达动物生境适宜度和环境因子之间具有生态学意义的数量关系,因此也就不能很好地体现环境因子对动物生境利用的生态学作用。 本文提出了一种基于核密度估计构建HSM的方法,在地理信息系统技术支持下,通过运用核密度估计从代表性的动物出现位置数据中估计出动物出现对各个环境因子的概率密度函数来直接表达生境适宜度与各个环境因子之间的数量关系,以体现环境因子对动物生境利用的生态学作用,在此基础上对生境适宜度与各个环境因子之间的数量关系进行综合构建了具有明确生态学意义的HSM用于动物生境适宜度制图。以美国Voyageures国家公园的白尾鹿(Odocoileus virginianus)生境适宜度制图为例,基于365个出现位置点位数据并结合积雪深度、地表覆被类型、森林边界长度和坡度等环境因子数据,开展了该方法的案例研究。通过交叉验证计算连续Boyce指数对制图结果进行评价,结果表明：基于核密度估计方法构建的HSM预测能力强,所得出的生境适宜度图经10次交叉验证,连续Boyce指数平均值为0.75,标准差为0.11,达到了较高精度。此外,由于基于核密度估计的方法能以“生境适宜度和环境因子之间具有生态学意义的数量关系”的形式来直接体现环境因子对动物生境利用的生态学作用,就模型的可解释性而言,该方法要优于现有的其他构建HSM的方法。     

干热河谷区不同坡位土壤水分对降雨的响应特征

研究干热河谷地区土壤水分在降雨过程中的短时动态变化,有助于揭示该地区的土壤水文功能。本研究选取贵州花江干热河谷作为研究区,运用原位监测法,获取不同坡位的高频土壤水分监测数据,分析土壤水分对降雨的短时动态响应特征。结果表明: 在整个监测期间,无论是坡上还是坡中,研究区各层土壤水分均为中等变异水平(15.2%≤变异系数CV≤29.7%),坡上土壤水分的波动幅度(CV=21.1%)大于坡中(CV=19.1%),0～5 cm土层(CV=26.2%)大于20～40 cm土层(CV=16.5%)。与坡中相比,坡上土壤水分对降雨的响应速度更快,降雨对土壤水分的补给量大、补给速率快;坡上的土壤水分补给速率与消退速率之差(2.3%·h^-1)大于坡中(1.8%·h^-1)。随土层深度增加,下层土壤水分对降雨的响应早于或同步于上层,降雨对土壤水分的补给量减少、补给速率减慢,土壤水分的消退速率也减慢。与坡中相比,坡上土壤水分入渗能力更强,保水能力更优。干热河谷的微观环境和小气候影响土壤水分对降雨的响应特征,而岩-土界面优先流的快速补给则会加快下层土壤水分对降雨的响应速度,使得该地区的坡面更容易形成混合产流机制。     

极端干旱区绿洲生态用地规划

从保障极端干旱区生态安全、生物多样性以及土地资源的合理配置的目的出发,采用最小累积阻力模型,分析于田县生态源地空间扩张的最小阻力分布,在此基础上对生态用地保护的重要性进行分级,进而设置生态用地规划情景,同时对影响于田县生态用地空间分布的驱动因素进行了探讨。结果表明:(1)于田县生态用地分为生态核心区、生态控制区、生态过渡区、生态保护区4种类型,其面积分别为9622.20、1078.45、10846.70、8322.65 km~2,其中生态核心区和生态控制区主要分布在研究区南部昆仑山谷地和克里雅河及相关支流水域等沿岸;生态过渡区和生态保护区主要分布在东部和北部广大的荒漠戈壁区域。(2)于田县生态用地规划受到自然和社会经济因素多方面的制约,具体表现在受绿洲经济的发展、环境绿化建设、城镇化以及人口和收入等主要因子的影响。于田县生态用地规划以期为极端干旱区绿洲生态用地合理开发和保护提供了重要科学依据。     

全球不同气候带陆地植被净初级生产力变化趋势与可持续性

分析全球不同气候带陆地植被净初级生产力(NPP)的变化趋势与可持续性,对于估算全球陆地生态系统的结构、功能和碳源(汇)具有重要意义。运用Mann-Kendall突变检验、Theil-Sen斜率估计、Hurst指数分析全球不同气候带陆地NPP的变化趋势与可持续性。结果表明：(1)全球陆地NPP有明显的地域分异规律,呈现低纬高、高纬低,沿海高、内陆低的特点。约48.79%陆地生态系统的植被NPP得到了改善,其中显著改善的面积占全球陆地生态系统的8.45%,主要分布在北美洲北部和中部、亚马逊河流域西部、刚果盆地、欧洲南部、印度半岛西北部、中国黄土高原;轻微改善的面积占全球陆地生态系统的40.34%,主要分布在南美洲中南部、亚洲东部和澳大利亚大陆东部。(2)各气候带NPP变化趋势和突变点表现为：热带、亚热带、极地带的NPP呈不显著下降趋势(R²=0.111,P=0.176;R²=0.144,P=0.120;R²=0.002,P=0.854),热带无明显突变点,亚热带突变点为2015年,极地带突变点为2005年;干旱气候带的NPP...     

基于分数阶微分优化光谱指数的土壤电导率高光谱估算

土壤电导率与含盐量具有高度相关性,精准的土壤电导率监测有助于了解区域土壤的盐渍化程度,对区域盐渍化防治与调控,农业可持续发展以及生态文明建设具有重要意义。为寻求预测土壤电导率的最佳高光谱参数,实现土壤盐分信息的高效监测,本研究对土壤样品进行室内高光谱和电导率测定,利用两波段优化算法对简化光谱指数(nitrogen planar domain index, NPDI)进行波段优化,筛选不同高光谱数据(原始高光谱反射率及其对应的5种数学变换)运算下的最敏感高光谱参数,从而建立土壤电导率高光谱估算模型。结果表明:1)NPDIs与土壤电导率之间的相关性显著,在原数据及其平方根、倒数、对数倒数、1.6阶微分变换形式下,优化光谱指数对土壤电导率的敏感程度更强,相关系数绝对值均超过0.80,且基于1.6阶微分变换的(R_(2020nm)+R_(1893 nm))/R_(1893 nm)波段组合相关系数绝对值最高,达到0.888。2)基于1.6阶微分波段优化的预测模型效果最佳,预测精度为R■=0.84,RMSE_(Pre)=2.07mS/cm,RPD=2.94,AIC=158.11。因此,对高光谱数据的适当数学变换有利于优化光谱指数更好地估算土壤电导率,进一步实现土壤盐渍化高精度动态监测。     

基于生境质量和生态安全格局的阿勒泰地区生态保护关键区域识别

随着生态文明建设上升为国家战略,生态安全与保护修复格局的识别成为国土空间规划战略中关于生态空间保护的重要内容。为了促进区域生态系统的保护修复及有效管理,从空间尺度上对区域生态安全和修复区域的识别必不可少。利用InVEST模型的Habitat Quality模块分析了阿勒泰地区1995年、2005年和2018年的生境质量变化状况,从生态环境保护的角度出发构建区域生态安全格局,结果发现：（1）1995-2018年阿勒泰地区生境质量处于中等水平,总体呈下降趋势,说明当地生态系统有不断退化趋势;（2）以生态结构系统性和生态过程完整性为目标,通过MSPA分析结合景观连通性识别出15块生态源地,处于阿勒泰北部的山间林地和乌伦古湖区域;利用ArcGIS软件的Cost Distance工具识别出阿勒泰地区有效生态廊道38条,长约2466km,总面积约80.08km²,其中草地和林地是生态廊道穿越的重点区域;识别出最小阻力路径与生态廊道交叉处的生态节点52个,主要分布在草地和林地区域;（3）通过生境质量与最小累积阻力值识别出三类生态保护关键区域,分别为生态涵养区、生态维护区和生态保育区,结合各类生态保护关键区域的存在的生态问题提出不同的生态保护方向。研究结果为阿勒泰地区生态保护修复按照三类生态保护分区分别提出了不同的保护方向,可为阿勒泰地区国土空间生态保护修复关键区域识别和为保障区域生态系统整体保护及可持续发展政策制定提供参考。