Vegetation Components of a Subtropical Rural Landscape in China

To assess the overall vegetation changes and their ecological significance, following landscape evolution, plant composition and physical structures of the homegardens (woodlots and vegetation patches with hedgerow fence) and field boundaries were examined in the rural landscape of subtropical China in order to determine their ecological significance. Field surveys on landscape changes and plant composition were carried out in two typical villages in the Yangtze river plain. Analysis of landscape changes and plant composition showed that the rural landscape is diverse both in terms of types of elements and plant species. The vegetation types in the area have undergone frequent alterations by human beings following major changes of landscape management due to economic and social reforms. The plant diversity of the various vegetation types in the area is related to the duration of colonization of the vegetation type, the extent of disturbance by human beings, and the physical structure diversity of the vegetation type. In the discussion, the plant diversity and heterogeneity of the physical environment in any vegetation type is of importance for the ecological sustainability of the landscape.     

中国不同植被类型归一化植被指数对气候变化和人类活动的响应

不同植被类型对外界干扰和环境变化的敏感性不同。为厘清中国不同类型植被的动态变化特征及其对外界环境变化的响应,综合利用趋势分析、残差分析和情景模拟方法,在明确2000-2015年间我国不同植被类型归一化植被指数(NDVI)时空变化基础上,对气候变化和人类活动两大驱动要素在不同植被类型NDVI变化中的相对贡献进行了定量评估和归因。研究结果表明:(1)2000-2015年,我国植被NDVI整体呈增加趋势,且其空间占比高达84.1%。其中,森林植被的改善状况最佳,显著增加的面积占到了森林总面积的82.4%;而荒漠植被的改善状况相对较差,仅有22.3%的区域呈显著增加趋势。(2)人类活动在我国植被变化中占主导地位。植被改善区和植被退化区人类活动的相对贡献分别为76.4%和60.0%,且人类活动对植被的影响更多与管理方式而非土地利用类型转变有关。(3)不同类型植被对气候变化和人类活动的响应差异显著。对于植被改善区,除沼泽外,人类活动对各类型植被NDVI变化的贡献率均在70%以上,尤其是对农作物的贡献率最高,达到80.7%;对于植被退化区,人类活动影响较大的植被类型为沼泽和农作物,表明2000-2015年间我国沼泽受到了更强烈人类活动的负面影响。研究有助于增强对不同植被类型对全球变化响应机制的理解,并为促进生态建设和植被恢复工作的有效实施提供科学参考。     

青藏高原区退化高寒草甸植被和土壤特征

高寒草甸约占青藏高原草地的46.7%,是我国草地生态系统重要的组成部分。近年来,在气候变化和人为活动的影响下,高寒草甸生态系统退化严重,植被和土壤均呈现出不同的退化趋势。在大空间尺度上表现为草地覆盖度下降,杂草类植被增加,土壤退化甚至沙化;在微观尺度上,退化高寒草甸的土壤粒径、土壤微生物和土壤酶也发生改变。本研究从高寒草甸物种多样性、植物群落结构、植被生物量、土壤物理性质、土壤微生物、土壤酶和土壤养分等方面,分析了高寒草甸生态系统退化过程中植被和土壤的变化特征,提出当前研究中存在的一些不确定性和有待深入研究的问题,为全面了解高寒草甸的退化机制和规律、有效干预高寒草甸生态系统和恢复生态功能提供科学依据。     

1982-2015年黄土高原植被变化特征及归因

黄土高原植被对于黄河中下游泥沙量减少以及区域生态安全维持发挥着重要作用。气候变化和人类活动是驱动黄土高原植被覆盖度变化的两大因素,然而先前研究多基于统计方法建立植被覆盖度与气候变化的线性关系,忽略了植被覆盖度与气候变化之间复杂的非线性关系,限制了对黄土高原植被变化驱动机制的理解。基于1982-2015年黄土高原植被覆盖度(GIMMS NDVI)数据,以1999年退耕还林工程开始实施为界限,采用随机森林和残差阈值法等手段量化并分析了1982-2015年植被变化特征及气候变化和人类活动对植被变化的影响。结果表明:(1)1982-2015年黄土高原植被覆盖度整体上呈现增长趋势,1999年之后植被覆盖度增加的面积大于1999年之前, 1999年以前显著增长的区域只占总面积的54.68%,1999年以后显著增长的区域面积占比增长至85.11%;(2)在考虑时滞效应的基础上,1982-1998年黄土高原超过80%的区域的逐月温度、降水、日照时数与植被覆盖度存在显著的正相关关系,表明1999年以前植被覆盖度变化主要与气候变化有关。随机森林算法能较好地模拟植被覆盖度与气候因子之间的关系,99.71%的区域拟合的决定系数R²达到0.5以上;(3)2000-2015年,气候因素和人类活动对植被覆盖度的影响具有空间异质性。人类活动对植被覆盖度产生积极影响的面积增加了55.94%,气候消极影响的面积减少了42.58%,气候积极影响的面积减少了12.86%。研究提出的量化气候变化与人类活动对植被覆盖度影响的方法能够更好的区分黄土高原植被覆盖度变化的驱动因素,为黄土高原生态建设以及黄河流域的生态安全和高质量发展提供数据支撑。     

中国重要生态系统保护和修复工程区域植被覆盖时空变化研究

植被覆盖变化是气候变化和生态环境变化的双重指示器,如何量化全国尺度植被变化、评估生态修复成效,成为当前陆地表层生态系统研究领域共同的科学问题。利用2000—2020年的植被覆盖度(FVC)数据,采用增幅变化分析、Theil-Sen Median趋势分析、稳定性分析方法,对中国六大重要生态系统保护和修复工程区域的自然植被覆盖度本底和时空变化特征进行了研究,并对不同区域植被覆盖度变化与气温、降水的相关性进行了分析,以期掌握我国生态系统保护和修复“家底”。结果表明：(1)2020年,六大区域平均植被覆盖度为27.66%,2000—2020年,黄河重点生态区、北方防沙带和青藏高原生态屏障区增幅分别为54.4%、34.6%和21.8%,是全国范围平均植被覆盖度增幅的1.04—2.59倍;长江重点生态区、东北森林带和南方丘陵山地带增幅分别为18.0%、13.7%和12.9%,均低于全国增幅,我国西北方较南方改善更明显。(2)2000—2020年,六大区域植被覆盖度变化总体呈增加趋势。黄河重点生态区、东北森林带、南方丘陵山地带和长江重点生态区增加区域面积占比均超过60%,北方防沙带和青藏高原生态屏障...     

新疆焉耆盆地人类活动与气候变化的效应机制

通过对新疆焉耆盆地及其周边近40a(1973—2014)的气候变化趋势检测、LUCC和生物量估算,探讨气候变化和人类活动的生态效应机制,研究区域陆地生态系统演变及其归因。分析结果表明:(1)焉耆盆地山区和平原区降水变化都有明显的突变点,并呈现增加趋势,蒸发量在山区减少,在平原区波动性减少趋势;(2)LUCC分析表明,山区裸地面积减少5.40%,冰川面积减少3.36%,高地植被面积增加8.76%;同时平原区天然绿洲面积增加1.96%,沙漠面积减少1.62%,水域面积减少1.30%,人工绿洲面积增加15.41%,湿地面积增加1.27%;(3)山区陆地生态系统对区域气候变化非常敏感,其中降水变化是决定山区地表植被生存状态和分布的重要因素;(4)人类活动的推动作用和有益气候变化的支撑是绿洲平原区生态系统好转的原因,其中人口急剧增加和社会经济快速发展,导致绿洲平原区生态系统结构及其时空分布的主要因素。焉耆盆地及其周围区域陆地生态系统的演变对气候变化和人类活动有明显的时空尺度效应,其反应程度各不相同。     

Negative responses of highland pines to anthropogenic activities in inland Spain: a palaeoecological perspective

Palaeoecological evidence indicates that highland pines were dominant in extensive areas of the mountains of Central and Northern Iberia during the first half of the Holocene. However, following several millennia of anthropogenic pressure, their natural ranges are now severely reduced. Although pines have been frequently viewed as first-stage successional species responding positively to human disturbance, some recent palaeobotanical work has proposed fire disturbance and human deforestation as the main drivers of this vegetation turnover. To assess the strength of the evidence for this hypothesis and to identify other possible explanations for this scenario, we review the available information on past vegetation change in the mountains of northern inland Iberia. We have chosen data from several sites that offer good chronological control, including palynological records with microscopic charcoal data and sites with plant macro- and megafossil occurrence. We conclude that although the available long-term data are still fragmentary and that new methods are needed for a better understanding of the ecological history of Iberia, fire events and human activities (probably modulated by climate) have triggered the pine demise at different locations and different temporal scales. In addition, all palaeoxylological, palynological and charcoal results obtained so far are fully compatible with a rapid human-induced ecological change that could have caused a range contraction of highland pines in western Iberia.     

我国西南喀斯特植物生态适应性与石漠化治理

我国西南喀斯特地区生态脆弱, 石漠化问题严重, 植被恢复/重建的难度极大。为此, 近年来开展了许多基础性研究, 以求为石漠化治理提供科技支撑。该文概略介绍了该地区喀斯特生境的特点, 回顾和评述了喀斯特生境中植物适应性、植物种群、植物群落和生态系统生态学方面取得的主要研究进展, 并结合石漠化综合治理的现状, 提出了喀斯特植物生态学研究的几点期望。     

气候变化和人类活动对祁连山国家公园植被净初级生产力的定量影响

祁连山国家公园作为西北地区重要的生态安全屏障和水源涵养地,研究其植被变化对西北地区的生态安全具有重要意义。基于2000—2019年祁连山国家公园的MOD17A3遥感数据,利用一元线性回归、偏相关分析、多元线性回归和残差分析等方法,分析了祁连山国家公园植被净初级生产力(NPP)的时空态势及其与降水、气温和人类活动的相关性,在此基础上量化气候变化和人类活动对植被NPP的影响。结果表明：(1)2000—2019年祁连山国家公园植被NPP整体呈波动上升趋势,且空间上呈东高西低的分布格局,其多年平均值为113.14 g C m^-2 a^-1,年均增长量达1.41 g C m^-2 a^-1;(2)植被NPP与降水、气温均呈正相关,其中降水对植被NPP影响更为显著;(3)人类活动区植被NPP总体呈增加趋势,与2016年相比,2019年人类活动区植被NPP增加的面积占87%,植被NPP降低的面积占13%;(4)在植被恢复区,气候变化和人类活动对植被恢复分别解释了92%和8%;在植被退化区,气候变化和人类活动对植被退化分...     

内蒙古典型草原放牧压力评价及土壤N储量响应

放牧是草原生态系统的重要干扰,是草原氮循环的重要影响因素。为了揭示放牧对土壤N储量的影响,在内蒙古典型草原,基于单位草原面积草原载畜量和单位草原生产力,建立了放牧压力评价模型,并利用1990—2011年以县为单位统计的放牧牲畜数据和2001—2011每年合成的MODIS-NDVI_(max)影像数据评估了放牧压力的空间分布。基于2011年野外调查的95个样点和2010年调查的41个样点数据,对处于低放牧压力(LG),中放牧压力(MG)和高放牧压力(HG)的样点数据进行了统计分析。结果表明:放牧压力对土壤容重(BD),土壤全碳(TC)含量和土壤全氮(TN)含量具有显著影响,特别在土壤表层(0—10cm),土壤容重、TC含量和TN含量在LG,MG和HG之间存在显著差异。TC含量和TN含量随放牧压力增加而降低,BD随放牧压力增加而增加;黏粒含量(CC)在3个放牧压力梯度上不存在显著差异;土壤N储量表现出和TN含量相似的变化特征,随土壤深度增加而降低,随放牧压力增加而减少,在0—50cm范围内,土壤N储量在LG、MG和HG之间存在显著差异(2011,P0.05;2010,P0.1)。重度放牧是草原生态系统氮损失的主要因素之一,降低放牧压力有助于降低草原氮损失和恢复植被生产力。     

孢粉记录的重庆岩溶槽谷区700年来植被演替与喀斯特石漠化

在精确AMS¹⁴C测年的基础上,对采自重庆中梁山岩溶洼地的剖面样品进行了孢粉分析,并结合详细的历史文献资料,获取了该地区近700年以来的植被变迁与石漠化演化记录。结果显示：（1）1274-1553 cal a AD研究区周围主要分布以松属、柏科/杉科占优势的亚热带常绿针叶林,伴人植物花粉少量出现,人类活动相对较弱。（2）1553-1780 cal a AD,针叶树松属、柏科/杉科花粉含量下降,伴人植物花粉增多,指示研究区人类活动开始加强。（3）1780-1840 cal a AD,松属花粉含量急剧下降,灌木和伴人植物花粉急剧增加,指示该地区人类活动加剧,石漠化现象出现。（4）1840-2000 cal a AD,玉米花粉含量大幅度增加,表明人类活动更加强烈,石漠化现象进一步加剧。近700年来不断增加的人类活动是重庆地区植被退化、石漠化现象严重的重要因素。该研究结果对重庆岩溶地区的全面治理,恢复和重建自然生态环境具有重要的指示意义。     

不同人为干扰下纳帕海湖滨湿地植被及土壤退化特征

以滇西北高原纳帕海湖滨退化湿地为研究对象,对比分析了人为隔断水源补给、牛羊过度放牧和家猪拱地三种人为干扰下湿地植被和土壤退化特征。结果表明：三种干扰方式下,纳帕海湖滨湿地植物群落类型多样性、物种丰富度、物种数、Shannon-Wiener指数、沼生植物重要值以及土壤有机质、全氮、速效氮、含水率、毛管孔隙度变化规律为：人为隔断水源补给＞牛羊过度放牧＞家猪拱地,而土壤容重和全钾含量变化规律完全相反。Pearson相关性分析表明,不同人为干扰下相同土壤指标之间相关性质和相关强度不同;CCA分析表明植物群落种类组成和分布与土壤含水率和全磷含量显著相关。以原生湿地样点为对照,人为隔断水源补给、牛羊过度放牧和家猪拱地样带土壤退化指数分别为-7.40%、-14.53%、-45.01%。认为纳帕海湖滨湿地退化是三种干扰协同作用结果,但作用程度不同,其顺序为家猪拱地＞牛羊过度放牧＞人为隔断水源补给。     

人类活动对西南山地植被覆盖变化的影响——以重庆市为例

植被覆盖变化是生态环境变化的重要指标,定量解析其中的人类活动作用一直是生态领域研究的热点。以重庆市为例,基于遥感、气象以及统计数据,利用GIS技术和残差法,从归一化植被指数(NDVI)和土地利用/覆盖(LUCC)整合分析视角,探究西南山地2000-2020年植被覆盖变化的时空特征,深入解析人类活动影响。 研究表明：(1)近20年间研究区植被覆盖呈整体上升趋势且空间异质性强,渝东南和渝东北地区植被覆盖以及恢复趋势明显优于渝中地区。(2)残差分析表明人类活动对植被覆盖变化同时存在正向和负向两个方面的影响,以正向影响为主导。(3)林地未变区和耕地未变区对植被覆盖变化的贡献程度最大(两者共达到84.18%),退耕还林贡献率仅为1.24%。(4)封禁育林面积与林地未变区植被覆盖变化存在极显著正相关关系(R²=0.82),同时封禁育林生态工程能够较好地解释林地未变区残差变化。研究建立了LUCC对植被覆盖变化影响的贡献率清单,定量揭示封禁育林生态工程对植被覆盖恢复的重要作用,对丰富区域植被覆盖变化驱动研究具有一定参考价值。     

煤炭井工开采对干旱荒漠区植被动态变化的影响

我国西北干旱荒漠区生态环境脆弱,煤炭开采活动严重地破坏植被和影响生态环境,而煤炭井工开采对干旱荒漠区植被动态变化的影响尚不明确。以灵武市为例,采用遥感技术和野外实地调查相结合的方法,分析2000-2019年间煤炭井工开采对植被动态变化的影响。结果表明：灵武市的植被主要以沙蒿（Artemisia salsoloides）、柠条（Caragana korshinskii）和芨芨草（Achnatherum splendens）等荒漠植物为主;2000-2019年间,植被覆盖度（FVC）和绿度变化率（GRC）表明灵武市植被整体呈现改善趋势;归一化植被指数（NDVI）与年降水量（P）和年平均风速（S）等气象因子显著相关,表明气候因子对区域植被动态变化起主要作用;煤炭开采区侵占草地和灌丛面积,使得土地利用类型发生变化,生态环保政策的实施对于区域土地利用类型的变化和植被改善具有重要作用。实地调查分析表明煤炭开采改变了矿区植物群落结构,植被盖度和物种多样性指数均在煤炭开采后1-4a呈下降趋势,5-9a为上升趋势,10a自然恢复后与对照区的变化趋势一致,说明在自然条件下煤炭开采区植被恢复经历了退化期、改善期和初步恢复期等过程。这些研究结果为西北干旱荒漠区煤炭井工开采矿区植被恢复和生态环境建设提供了理论基础。     

近40年科尔沁沙地植被时空变化及其驱动力

科尔沁沙地是我国沙漠化土地防治的重点工程区。近些年来,受气候变化、生态工程建设和人类活动的影响,该区的植被生长发生了一定的变化。研究区域植被的动态变化,可为后期沙地的综合治理和工程的合理建设提供科学依据。基于此,以1981-2015年NOAA-NDVI、MODIS-NDVI数据及同期气象和社会经济数据为依托,采用一元线性回归和相关分析的方法,对科尔沁沙地NDVI的时空变化及驱动因素进行了研究。结果表明:(1)1981-2015年NDVI整体呈波动的增长趋势(增速为0.00114 a-1);空间上NDVI呈增长趋势的区域(面积占68.8%)主要位于东南缘及中部部分地区,而研究区的西北缘呈降低趋势。(2)不同程度沙漠化区的NDVI均表现为先降低(1981-2000年)后上升(2001-2015年)的变化过程,说明前期遭受破坏的植被在后期得以恢复。(3)驱动力分析表明,降水和温度是驱动科尔沁沙地部分区域NDVI变化的影响因素;人口变化和生态工程的实施均驱动了区域内植被的时空变化;而经济的发展并不是该区植被变化的主要驱动因素。     

延安市生态修复双赢模式实证研究

"越穷越垦、越垦越穷"的贫困陷阱是困扰全球可持续发展的学术难题之一,探索摆脱贫困陷阱的有效途径,是生态修复的核心目标。因此,生态修复不仅要依据当地气候与地理条件开展生态治理,同时要改变当地居民的生产生活行为,发展有利于生态修复的绿色产业,使当地居民的生产生活行为既可以提高收入、改善生活,又有利于生态修复。从而摆脱"越穷越垦、越垦越穷"的被动局面,实现生态修复与居民生计改善的双赢目标。为了验证这一模式的可行性,该研究在退耕还林项目实施的基础上,通过补短板的方式,在延安市开展了生态修复双赢模式实证研究。结果表明,新方案实施前,延安市NDVI增长速度是陕西省平均水平的41%;新方案实施后,是陕西省平均水平的195%,新方案的贡献率为74.0%。双赢模式较好解决了环境保护与社会经济发展彼此分离的这一矛盾,提高了生态修复的治理效果,为我国生态脆弱区精准扶贫和生态文明建设提供了理论依据和治理样板。     

Where has all the fire gone? Quantifying the spatial and temporal extent of fire exclusion in Byron Shire,Australia

Fire is a major determinant of vegetation structure worldwide, and structural vegetation change following fire exclusion is well documented throughout Australia. Such changes include the displacement of treeless ecosystems by forest and the transition of open forest to rainforest. These changes displace essential habitat for myriad plant and animal species and are likely drivers of localised species extinctions. Despite these potential consequences, research identifying the spatial extent of fire‐excluded ecosystems is largely absent from the ecological literature. This study identifies the spatial and temporal extent of fire exclusion in Byron Shire in north‐east New South Wales. GIS analysis compared modern fire history with recommended fire intervals for the maintenance of fire‐dependent vegetation types. Fire exclusion (low‐frequency fire) vastly exceeded high‐frequency fire, comprising 99.1% of areas affected by inappropriate fire frequency. Most fire‐dependent vegetation was fire‐excluded, with less than 10% within recommended fire interval thresholds. Most affected areas were fire‐excluded for multiple recommended fire‐return cycles, increasing the likelihood of vegetation change and localised extinctions. These findings demonstrate the operation of a major threatening process affecting Byron Shire's biodiversity that has previously been little recognised. A growing body of ecological literature suggests that irreversible change to fire‐excluded vegetation is likely wherever plant growth resources are sufficient to enable transition. Irreversible vegetation change and rapid species declines have been reported for several communities in Byron Shire, and there is compelling evidence that further change may be widespread. With increasing time since fire, efforts to restore these sites may be complicated by encroaching trees resistant to removal by fire alone and the difficulties of reintroducing low‐intensity understorey fires where the flammable understorey has been lost through shading. Further research into the impacts of fire exclusion is urgently required, as is the reinstatement of fire to fire‐excluded vegetation to prevent ongoing displacement of fire‐dependent biodiversity values.     

Herbaceous vegetation change in variable rangeland environments: The relative contribution of grazing and climatic variability

Abstract. A 44‐yr record of herbaceous vegetation change was analysed for three contrasting grazing regimes within a semi‐arid savanna to evaluate the relative contribution of confined livestock grazing and climatic variability as agents of vegetation change. Grazing intensity had a significant, directional effect on the relative composition of short‐ and mid‐grass response groups; their composition was significantly correlated with time since the grazing regimes were established. Interannual precipitation was not significantly correlated with response group composition. However, interannual precipitation was significantly correlated with total plant basal area while time since imposition of grazing regimes was not, but both interannual precipitation and time since the grazing regimes were established were significantly correlated with total plant density. Vegetation change was reversible even though the herbaceous community had been maintained in an altered state for ca. 60 yr by intensive livestock grazing. However, ca. 25 yr were required for the mid‐grass response group to recover following the elimination of grazing and recovery occurred intermittently. The increase in mid‐grass composition was associated with a significant decrease in total plant density and an increase in mean individual plant basal area. Therefore, we failed to reject the hypotheses based on the proportional change in relative response group composition with grazing intensity and the distinct effects of grazing and climatic variability on response group composition, total basal area and plant density. Long‐term vegetation change indicates that grazing intensity established the long‐term directional change in response group composition, but that episodic climate events defined the short‐term rate and trajectory of this change and determines the upper limit on total basal area. The occurrence of both directional and non‐directional vegetation responses were largely a function of (1) the unique responses of the various community attributes monitored and (2) the distinct temporal responses of these community attributes to grazing and climatic variation. This interpretation supports previous conclusions that individual ecosystems may exist in equilibrial and non‐equilibrial states at various temporal and spatial scales.     

生态公益林补偿政策对植被覆盖时空格局的影响——以杭州市临安区为例

生态补偿政策绩效评价对完善政策调控和促进植被恢复具有重要意义。分析了临安2001—2015年植被覆盖的时空格局和变化,建立了植被退化地区土地利用变化矩阵。在Arc GIS软件中建立了临安地区归一化植被指数(NDVI)、国家级和省级公益林覆盖边界(重点生态公益林补偿边界)、道路、海拔、中心城镇用地边界、重点森林保护区、河流边界和地形湿度指数的多要素地理空间数据集。采用多元回归模型量化了重点生态公益林补偿政策、自然因素、城市化和其他人类活动对植被覆盖变化的影响。结果表明,2001—2015年间,临安大约有97%的林地呈现出不同程度的退化,其中中等退化程度的林地所占比例最高。多元线性回归模型的结果表明重点生态公益林补偿政策、海拔、河流距离、重点森林保护区距离和中心城镇距离对植被退化有抑制作用,道路和地形湿度指数对植被退化有促进作用。海拔在所有的外部影响因素中对植被退化的影响最大。政策覆盖地区的植被退化面积在每一个退化等级上都小于无政策覆盖地区。生态公益林补偿政策的实施对加强植被的保护,限制不合理的林地利用和改善区域环境质量具有十分重要的积极作用。