欧亚大陆植被生态系统平均中心时空偏移的情景模拟

欧亚大陆复杂多样的植被生态系统在全球气候变化的驱动下,其时空分布格局将发生系列的偏移变化,进而对欧亚大陆"一带一路"沿线国家和地区的生态环境产生重要影响。如何从全球气候变化驱动的角度来实现欧亚大陆植被生态系统时空偏移趋势的模拟分析,已成为"一带一路"沿线国家和地区生态环境研究的热点科学问题之一。在对HLZ生态系统模型进行改进和构建植被生态系统平均中心时空偏移分析模型的基础上,基于欧亚大陆的气候观测数据(1981—2010年)和CMIP5 RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种情景数据(2011—2100年),实现欧亚大陆植被生态系统平均中心时空偏移趋势的模拟分析。结果表明:欧亚大陆植被生态系统平均中心主要分布在欧亚大陆的中部和南部地区;3种气候情景下,欧亚大陆的亚热带干旱森林、暖温带湿润森林、亚热带有刺疏林、亚热带潮湿森林、冷温带潮湿森林、寒温带湿润森林、冷温带湿润森林、亚热带湿润森林、暖温带干旱森林、亚极地/高山湿润苔原和极地/冰原等植被生态系统的平均中心偏移幅度大于其他植被生态系统类型;欧亚大陆植被生态系统在RCP8.5情景下的植被生态系统平均中心偏移幅度大于其他两种情景;在2011—2100年期间,3种气候变化情景下,欧亚大陆植被生态系统平均中心整体上将呈向北偏移的变化趋势。     

耕地占补面积时空变化对碳储量的影响测度——以湖北省为例

基于InVEST模型定量评估湖北省2000-2020年耕地占补面积时空变化对陆地生态系统碳储量的影响,在县级行政单元尺度探究由耕地占补导致的碳储量变化量在空间上的集聚程度,并运用PLUS模型模拟区域未来四种发展情景下的土地利用格局及碳储量变化趋势。结果表明：（1）2000年至2020年,湖北省耕地面积净变化率为-3.89%,耕地面积略微下降,基本实现耕地占补数量平衡。（2）2000-2005年、2005-2010年、2010-2015年、2015-2020年耕地占用和补偿导致的碳储量变化值占该时段碳储量变化值的比例分别为68.45%、59.45%、57.86%、55.46%,二十年整体占比为61.38%。耕地碳储量的变化对陆地生态系统碳储量的影响巨大。碳固持的地块面积为1.29×10⁵ hm²,碳损失的地块面积为3.88×10⁵ hm²。（3）2000-2020年,湖北省耕地占补导致的碳储量变化值具有明显的空间集聚性,"高高聚集"区主要分布在西部和西南部山区,"低低聚集"区分布在中南部的江汉平原。（4）2020-2030年,湖北省陆地生态系统碳储量在自然发展情景下减少5.50×10⁶ t,在耕地保护情景下减少1.22×10⁶ t,在城镇开发情景下减少8.89×10⁶ t,在生态保护情景下增加2.43×10⁶ t。与其他三种情景相比,生态保护情景是未来发展的最优情景。研究通过定量评估耕地占补平衡背景下湖北省耕地面积时空变化对区域碳储量的影响为未来的国土空间规划以及增汇政策的制定提供决策依据和科学参考,对于实现土地资源的可持续利用和生态环境保护具有重要意义。     

气候变化对丹顶鹤秋季迁徙路线潜在生境适宜性的影响

目前全球变暖趋势的加剧对丹顶鹤等大型濒危水禽的栖息地造成了严重的威胁。由于监测方法和技术手段的限制,丹顶鹤在迁徙路线上潜在生境的分布范围尚不清楚,气候变化对丹顶鹤迁徙路线生境适宜性的影响机理有待进一步研究。基于138个丹顶鹤样本分布信息和19种环境变量数据,利用 BIOMOD2 软件包构建了丹顶鹤潜在生境评价的组合模型,对丹顶鹤在亚洲东部秋季迁徙路线上的生境适宜性进行数值模拟,并预测SSP1.2-6气候背景下2021-2040年、2041-2060年、2061-2080年、2081-2100年四个不同阶段的丹顶鹤潜在生境范围的变化趋势。研究结果表明:与单模型的模拟结果相比,集成9种单模型的BIOMOD2组合模型预测精度更高。集成模型的重要性分析表明,气温日较差是丹顶鹤生境适宜性变化的最重要的影响因子。受气候变化的影响2021-2040年、2041-2060年、2061-2080年、2081-2100年丹顶鹤潜在生境的面积将分别减少到2.60×10⁵km²、2.58×10⁵km²、2.75×10⁵km²、2.56×10⁵km²,迁徙路线上胶东半岛和环渤海地区适栖生境面积减少的最为显著。本研究对于迁徙路线上珍稀水禽潜在适宜生境的模拟及全球变化背景下珍稀水禽栖息地的保育和修复具有重要意义。     

基于InVEST模型的疏勒河流域碳储量时空变化研究

研究区域土地利用方式与生态系统服务碳储量的关系,对于区域生态系统保护及经济社会可持续发展具有重要意义。利用InVEST模型碳储量模块和CA-Markov模型,探究并预测疏勒河流域1990-2015及2015-2040年流域生态系统碳储量时空变化特征及其与土地利用方式之间的关系。结果表明：疏勒河流域1990、1995、2000、2005、2010、2015年碳储量分别为7.994×10⁸、7.996×10⁸、7.998×10⁸、8.038×10⁸、8.064×10⁸、8.071×10⁸t,呈逐年增加趋势,累计增加7.7×10⁶t。土地利用类型变化是导致生态系统碳储量变化的主要因素,未利用地向耕地和草地转化有利于碳储量增加,而草地向耕地和未利用地的转化则导致碳储量减少。疏勒河流域碳储量存在显著的空间格局,碳储量较高区域呈现"北部点状-中部带状-南部点状片状"特征,这种分布格局与流域土地利用类型紧密联系。预测表明至2040年疏勒河流域碳储量为9.128×10⁸t,较2015年增加13.1%,主要原因是草地、耕地和林地面积较大幅度增长,提高了流域内的碳储量。     

西南高山地区土壤异养呼吸时空动态

土壤异养呼吸是陆地和大气之间的重要通量,是决定陆地生态系统碳源汇的关键因素之一,与气候变化紧密相关。西南高山地区是响应气候变化的重点区域,研究西南高山地区土壤异养呼吸动态及其对气候变化的响应,对于评估区域碳循环对全球气候变化的贡献具有重要意义。应用生态系统模型(CEVSA)模型估算了1954-2010年西南高山地区土壤异养呼吸(HR)的时空变化,分析了其对气候变化的响应。结果表明:(1)西南高山地区1954-2010年平均异养呼吸量为422 g C·m^-2·a^-1,在空间分布上,HR自东南向西北递减,与年平均温度(r=0.721,P<0.01)、年降水量(r=0.564,P<0.01)均显著正相关;(2)在时间尺度上,西南高山地区1954-2010年 HR总量增加趋势显著(P<0.05),变化范围为197-251 Tg C/a,平均每年增加0.710 Tg C,其中主要植被类型草地、常绿针叶林和常绿阔叶林均增加趋势显著(P<0.01),增加速度分别为1.621、1.496和1.055 g C·m^-2·a^-2。(3)土壤HR的年际变化主要受温度影响,且西北部高海拔地区较东南部低海拔对温度变化更为敏感,主要植被类型温度敏感系数Q₁₀从大到小依次为草地(2.35)、常绿针叶林(2.34)、常绿阔叶林(1.93)。     

基于供需关系的西南喀斯特区生态系统服务空间流动研究

生态系统服务的持续供给是社会和自然可持续发展的基础,人类通过对生态系统服务的消费来满足需求和提高福祉。科学理解生态系统服务从产生、传递到使用的全过程,明确区域生态系统服务供给与需求的平衡状况,对于实现区域可持续发展与提高人类福祉具有重要意义。基于RUSLE、InVEST、CASA等多种模型和方法,量化西南喀斯特区2000-2015年土壤保持服务、产水和碳固定服务的供给量和需求量,探讨供需空间盈余变化特征,确定服务流传输路径和流量。结果表明：（1）研究区土壤保持、产水和碳固定服务供给量和需求量均呈增加趋势,供给量分别增长679.52 t/hm²、2.2×10⁵ m³/km²、72.91 t/km²,需求量分别增加298.6 t/hm²、0.04×10⁵ m³/km²、168.36 t/km²。（2）整个研究区上三种生态系统服务供给尚能满足需求,土壤保持和碳固定服务供需比均呈减少趋势,而产水服务的供需比呈增加趋势。（3）土壤保持高服务流主要分布在云南的黑水河流域、四川的雅砻江流域、广东的北江和东江流域;广西的红水河流域在2000年为产水服务需求区,而到2015年转变为高服务流;碳高服务流主要分布在云南的西南部,方向由西南至东北。     

中国陆地生态系统分类识别及其近20年的时空变化

生态系统分类制图是理解生态系统时空格局和支撑生态系统分类管理的基础。研究以反映生态系统主导服务功能和人类干预强度为主线,构建了包括9个一级和25个二级类的生态系统分类体系,集成土地利用、气候、地形、植被、土壤、居民点分布等多源数据,开展了2000和2020年中国陆地生态系统的分类制图,并对其类型、结构、格局及时空变化特征进行了分析。结果表明：近20年,我国城镇生态系统扩张1.1倍,64.51%来自耕种生态系统。耕种生态系统缩减0.88万km²,其中水田和旱田分别减少0.60万km²和2.09万km²,但绿洲扩张1.81万km²。受退耕还林还草影响,农牧和农林混合生态系统分别减少2.88万km²和0.92万km²,林地生态系统增加1.61万km²。水域湿地生态系统增加0.31万km²,70%源自沼泽生态系统的扩张,尤其是青藏高原水域湿地,受气候变暖影响扩张明显。气候暖湿化促使部分干旱荒漠和冰冻寒漠生态系统的盖度增加,使牧草地生态系统增加9.97万km²,而干旱荒漠和冰冻寒漠生态系统分别减少14.98万km²和0.92万km²。我国生态系统变化导致整体景观的连接性下降、破碎度增加、类型多样性增加,斑块间生态过程的阻碍增强。我国生态状况明显改善,92.06%的区域NDVI增加,平均NDVI增幅为0.74%/a,其中农牧和农林混合生态系统NDVI增幅最显著,分别为1.26%/a和0.85%/a。该分类方案与制图结果突出了生态系统结构、生态环境风险和生产力的差异,可为宏观尺度的生态系统管理提供科学支撑。     

北京市4种城市功能区森林植被涵养水源功能评价及价值估算

本研究对北京市首都功能核心区、城市功能拓展区、城市发展新区和生态涵养发展区进行林分涵养水源功能评价及价值估算,旨在探究提升城市功能区森林水源涵养功能较优林分配置模式。结果表明：（1）北京市森林植被面积2009年为4.00×10⁵ hm²,2014年为4.59×10⁵ hm²,北京市NDVI平均值2009年为0.331,2014年为0.708,北京市森林植被面积总体呈增加趋势。北京市2014年林地绿化调节水量较2009年降低了近1/3,2014年水源涵养功能价值量较2009年分别减少了22.08%和8.24%。（2）生态涵养发展区水源涵养功能年平均能力最强（2.88×10⁸ m³/a）,城市发展新区水源涵养功能年平均能力次之（1.72×10⁸ m³/a）,而首都功能核心区水源涵养功能年平均能力相对最弱,仅1.05×10⁶ m³/a。在针叶林、阔叶林和混交林三种林分类型中,2014年混交林水源涵养功能价值量较2009年增加5.13%,而阔叶林和针叶林分别减少34.93%和55.55%。（3）培育纯林,提高森林覆盖率,对于调节水土资源和保护生态环境具有非常重要的生态意义,而从森林水源涵养功能实物量和价值量考虑,认为混交林比纯林具有更强的水源涵养功能和较优的经济价值。在城市特定的条件下,建立生态与景观相协调的人工植物群落使城市土地资源的利用达到生态、社会、经济三大效益的最佳结合,是提高城市绿地质量的关键所在。     

基于供需视角的黄河流域甘肃段生态安全格局识别与优化

利用多源空间数据,计算生态系统服务的高值区,识别生态源地,在计算土地利用程度、地均GDP和人口密度确定生态系统高需求区的基础上,通过夜间灯光数据修正生态阻力面系数,利用最小累积阻力模型提取源地与高需求区之间的生态廊道,以此构建并优化区域生态安全格局。结果表明：(1)黄河流域甘肃段生态源地总面积4.59×10⁴ km²,占研究区总面积的32.1%,集中分布于甘南和陇东中部地区。(2)生态系统服务高需求区总面积2.18×10⁴ km²,占研究区总面积的15.2%,主要集中于陇中及陇东的城市建成区,生态系统服务供应和需求空间匹配度差。(3)生态廊道总长度2908.3 km,整体格局上形成了东西向与南北向两大主要廊道轴线。生态廊道的识别中重点考虑了生态需求空间,提出了基于"两带-三区"的流域生态安全格局优化建议。     

青藏高原生态屏障生态系统时空演变及驱动机制

青藏高原生态屏障是我国生态安全战略格局的重要组成部分,对我国乃至亚洲生态安全具有重要的屏障作用。研究青藏高原生态屏障生态格局的演变规律,探究影响生态系统变化的驱动机制,对青藏高原生态屏障建设和保障国家生态安全具有重要的意义。利用多源遥感数据,分析了2000-2015年国家屏障区生态格局演变规律,选取了自然和社会经济等驱动要素,采用冗余分析等方法解析了青藏高原生态屏障生态系统演变机制。结果表明：（1）2000-2015年间,青藏高原生态屏障生态系统格局发生明显变化,草地生态系统减少了1792 km²,主要转化为荒漠生态系统和河流生态系统,转换面积分别为1088 km²和832 km²;河流生态系统增加了1600 km²,主要由荒漠生态系统和草地生态系统转换而来,分别转换了1152 km²和832 km²。（2）2000-2015年青藏高原生态屏障生态系统格局演变驱动机制中以社会经济因子为主。冗余分析结果显示国内生产总值（83%）和人口数量（72%）贡献率最大;方差分析结果中国内生产总值和人口数量的共同贡献率达到了77%;地理加权回归结果显示生态系统演变受社会经济因子主导的区域面积比例为60.41%。（3）青藏高原生态屏障内人口数量的总贡献率达到了72%,在人口数量作用下生态系统呈正向转换的面积占比达到了86.24%,且人口数量与河流、森林生态系统的相关程度较高,综合说明了青藏高原生态屏障内生态保护政策的实施、生态工程的建设卓有成效。     

不同气候变化情景下2070-2099年中国潜在植被及其敏感性

潜在植被作为当前气候条件、无人类干扰下,所能发育演替形成的最稳定、最成熟的一种顶极植被类型,能够反映立地植被发展的趋势。潜在植被的研究有助于人类了解植被与气候系统的作用机制,可为区域植被恢复工程和生态建设提供参考依据。基于综合顺序分类系统,利用A1B、A2及B1情景下2070-2099年气象数据对中国潜在植被进行了模拟,在不同气候变化情景下分析了未来中国潜在植被的空间分布和潜在植被对不同气候变化的敏感性。结果表明:(1)不同气候变化背景下中国潜在植被分布的规律具有相似性,但潜在植被类在总数和各情景下分布的面积存在差异性;(2)比较发现,中国的气候条件在20世纪和21世纪均不适宜炎热极干热带荒漠类(ⅦA)的发育;(3)中国潜在植被在3种气候变化情景下表现为敏感性的区域占到国土总面积的64.10%,在西北地区、北方地区、南方地区及青藏地区不同自然区敏感性地区所占各区的比例不同,分别为68.20%、70.82%、49.94%及66.59%。     

美味猕猴桃地理分布模拟与气候变化影响分析

为了解气候变化对美味猕猴桃(Actinidia deliciosa)地理分布的影响,结合气候情景,采用Maxent预测美味猕猴桃的适生区的变化趋势。结果表明,基准气候和未来情景下构建的美味猕猴桃分布模型的AUC值均达到极好的标准。基准气候条件下,美味猕猴桃在中国的适生区为22°~38°N,96°~122°E,总面积为3.367 9×106 km2,高适生区位于秦岭-巴山、四川盆地东部、云贵高原东部、武陵山-巫山、武夷山脉。RCP4.5和RCP8.5情景下,美味猕猴桃在中国的高适生区面积将显著减少,中适生区面积则呈增加趋势,两种情景下高、中质心均向偏南或低纬度方向移动,RCP8.5情景下质心的迁移轨迹最长,变动范围最大。Maxent模型的准确预测对于优化猕猴桃产业结构具有重要指导意义。     

2003-2020年青藏高原冻融侵蚀时空变化特征

全球气候变暖导致青藏高原永久冻土逐渐退化,并增加了季节性冻土的面积,但对冻融侵蚀时空变化还缺乏系统的认识。通过权重法对年冻融日循环天数、日冻融相变水量、植被覆盖度、年均降雨量、坡度和坡向6个冻融侵蚀因子进行赋权,分析青藏高原2003—2020年不同强度的冻融侵蚀时空变化和主导驱动因素。结果表明：(1)2003—2020年青藏高原平均冻融侵蚀面积为(161.37±0.42)×10⁴km²,占青藏高原面积的64.55%,中度及以上侵蚀占冻融侵蚀面积的63.0%,强烈、极强烈和剧烈侵蚀主要分布在雅鲁藏布江流域、昆仑山-祁连山、帕米尔高原地区;(2)2003—2020年青藏高原冻融侵蚀表现为加剧趋势,加剧的区域达到29.79×10⁴km²,占青藏高原面积的11.6%;2003—2010年中度及以上平均侵蚀面积为(95.71±3.33)×10⁴ km²,2013—2020年为(107.60±3.20)×10⁴ km²,其面...     

Climate‐induced increase in terrestrial carbon storage in the Yangtze River Economic Belt

Predicting the change in carbon storage in regions of high carbon uptake and those under highly intensive human disturbance is crucial for regional ecosystem management to promote sustainable development of the economy and ecology in the future. We use a process‐based model to estimate the terrestrial carbon storage in Yangtze River Economic Belt (YREB) and to predict the change of carbon storage over the next 100 years. The results show that the vegetation carbon (VC) and soil organic carbon (SOC) storage were 8.97 and 28.85 Pg C in the YREB from 1981 to 2005, respectively. The highest VC density is distributed in the southern region of the YREB, and the highest SOC density distributes in subalpine and alpine area of the western region of the YREB. Carbon storage in the YREB continued to increase from 1981 to 2005 and in future projections, under both the representative concentration pathway 4.5 (RCP4.5) and the RCP8.5 scenarios. The increased rate of carbon storage in the YREB under the RCP8.5 scenario is higher than that under the RCP4.5 scenario. Under the RCP4.5 scenario, the increasing trend of VC storage tends to be reduced after the 2060s; conversely, the increase of both VC and SOC is accelerated after the 2050s under the RCP8.5 scenario. The SOC density in Western Sichuan will decrease in the future, especially under the RCP8.5 scenario. Western Sichuan has the highest SOC density in the YREB; therefore, it is important to manage the ecosystems there in order to cope with significant warming. The positive impact of warming and the CO₂ fertilization effect on vegetation growth and carbon uptake will be predominantly attributed to the increase of terrestrial carbon storage in the YREB. However, warming will stimulate the decomposition of soil organic carbon, contributing directly to reducing SOC storage in high‐altitude regions (e.g., alpine and subalpine regions of Western Sichuan).     

青藏高原各主要植被类型特征及环境差异

青藏高原高海拔引起的地形、气候和土壤空间差异造就了其独特的植被类型及其空间变化,当前研究缺乏针对青藏高原全域范围内各植被类型特征和环境差异的定量与系统性分析。针对青藏高原特殊的地理环境和植被类型,选用植被、地形、土壤、气候4个维度共计58个空间化指标,采用频数分布统计方法对这些指标开展了定量分析,系统揭示了青藏高原全域范围内各主要植被类型的特征及环境差异。通过定量分析发现,大部分的环境及植被特征指标对青藏高原各主要植被类型的区分度较高,其中,遥感归一化植被指数、植被净初级生产力、裸地覆盖度、海拔、土壤温度、年最低温度、年总蒸散发7个指标对青藏高原各主要植被类型的区分度较高。揭示的青藏高原各主要植被类型的特征及环境差异,可提高灌丛和草地之间、各草地类型之间、高山苔原-垫状-稀疏植被与其他植被类型之间的可区分性,有助于解决青藏高原植被精细分类中广泛存在的灌丛和草地区分、草地类型细分、高山苔原-垫状-稀疏植被识别和山地垂直地带植被识别四个难点问题。研究结果一方面可服务于青藏高原的植被精细分类,另一方面也可服务于青藏高原的自然地带划分、生物多样性和生态系统功能评估、地表物质循环研究等。     

2000-2021年青藏高原生长季植被敏感性的时空变异

为揭示青藏高原陆地生态系统对气候变化敏感性的时空变异性,基于植被敏感性指数(Vegetation Sensitivity Index, VSI),使用2000—2021年青藏高原6—8月生长季MODIS EVI和ERA5再分析资料的温度、降水和太阳辐射数据,首先探究了22年里青藏高原陆地生态系统敏感性的空间变异性及其主要气候驱动因素,其次探究了青藏高原VSI在P₁(2000—2006年)、P₂(2007—2013年)和P₃(2014—2021年)时期内VSI的时间变异性,研究表明：(1)2000—2021年青藏高原生长季VSI的空间异质性较强,其中东南部灌木和森林的VSI较高,而西北部高山荒漠、高山草原和高山草甸的VSI较低;(2)22年里温度、降水和太阳辐射分别主导着青藏高原55.89%、19.24%和24.87%地区的VSI变化,其中温度主导着东南部灌木和森林的VSI,降水主导着东北大部分地区高山草甸的VSI,而太阳辐射主导着西南大部分地区高山草原的VSI。时间变异性结果表明：(3)P₁—P     

全球气候变化下贵州省青冈林的潜在生境动态

为了解贵州省青冈林在全球气候变化下的潜在分布特征,基于现状分布数据,结合当前气候数据和未来气候变化情景(RCP8.5情景,2070-2099年)构建Maxent潜在分布模型,预测贵州省青冈林的潜在分布变化。结果表明,最冷季均温(bio11)、最冷月最低温度(bio6)和年均降水量(bio12)为控制贵州省青冈林潜在生境的主导气候因子;RCP8.5情景下贵州省青冈林的潜在分布面积相较当前气候条件增加,中度适宜生境增加19 419 km2,高度适宜生境增加9 944 km2;中度适宜生境平均海拔较当前气候条件上升126 m,高度适宜生境平均上升85 m。总的来说,贵州省青冈林对全球气候变化的响应不十分敏感。     

Common montane birds are declining in northern Europe

Large‐scale multi‐species data on population changes of alpine or arctic species are largely lacking. At the same time, climate change has been argued to cause poleward and uphill range shifts and the concomitant predicted loss of habitat may have drastic effects on alpine and arctic species. Here we present a multi‐national bird indicator for the Fennoscandian mountain range in northern Europe (Finland, Sweden and Norway), based on 14 common species of montane tundra and subalpine birch forest. The data were collected at 262 alpine survey plots, mainly as a part of geographically representative national breeding bird monitoring schemes. The area sampled covers around 1/4 million km², spanning 10 degrees of latitude and 1600 km in a northeast–southwest direction. During 2002–2012, nine of the 14 bird species declined significantly in numbers, in parallel to higher summer temperatures and precipitation during this period compared to the preceding 40 yr. The population trends were largely parallel in the three countries and similar among montane tundra and subalpine birch forest species. Long‐distance migrants declined less on average than residents and short‐distance migrants. Some potential causes of the current decline of alpine birds are discussed, but since montane bird population sizes may show strong natural annual variation due to several factors, longer time series are needed to verify the observed population trends. The present Fennoscandian monitoring systems, which from 2010 onwards include more than 400 montane survey plots, have the capacity to deliver a robust bird indicator in the climate‐sensitive mountainous regions of northernmost Europe for conservation purposes.