基于InVEST模型的三江源区生态系统水源供给服务时空变化

三江源是我国最大的水源供给和涵养生态功能区.近年来,受多种驱动因素的影响,三江源区生态系统退化严重,水源供给能力受到一定影响.本文探讨了1981-2010年三江源区降水和径流系数的变化规律,基于InVEST模型定量估算了1980-2005年三江源区生态系统的水源供给量,分析了不同时期水源供给量的时空变化特征及其成因.结果表明:1981-2010年,三江源区的降水量整体呈先降低后增加的趋势,降水径流系数的递减趋势比较显著,表明区域地表产流能力下降;潜在蒸散发有减少趋势,但并不明显,其变化趋势为-0.226mm·a-1.1980-2005年,三江源区水源供给量整体呈下降趋势,且黄河源区的下降趋势最明显.三江源区水源供给量的时空变化是气候变化和土地利用共同作用的结果,气候因子主要通过改变降水和潜在蒸散来影响水源供给量;气候变化和土地利用导致的生态系统退化及下垫面改变可能是三江源区水源供给量下降的主要驱动力.     

中国森林生态系统地表径流调节特征

径流调节是森林生态系统重要生态服务功能之一,包含着大气、水分、植被和土壤等生物物理过程,其变化将直接影响区域气候水文、植被和土壤等状况,是区域生态系统状况的重要指示器。在区域尺度上评估森林生态系统地表径流特征,对于科学认识和合理保护森林生态系统水源涵养功能具有重要意义。以森林生态系统定位监测数据为基础,探讨地表径流与降水,径流系数与植被的关系,建立径流系数与植被的回归方程,分析全国森林生态系统地表径流调节特征。结果表明:(1)各森林类型地表径流与降水相关性显著,其对地表径流的影响为37%—76%。此外,径流系数与植被也显著相关,其对径流系数的解释能力为27%—47%。(2)基于植被覆盖数据,通过植被与径流系数回归方程估算全国森林生态系统的地表径流调节特征。全国各森林生态系统径流调节能力存在差异,强弱顺序为:落叶针叶林落叶阔叶林针阔混交林常绿针叶林常绿阔叶林。     

基于水源涵养参照系的中国生态系统水源涵养功能优劣评估

为解决水源涵养优劣评估结果空间可比性差的问题,在拟合1990—2018年中国生态系统水源涵养动态数据基础上,构建基于参照系的水源涵养功能优劣等级评估方法体系,从全国和分区尺度揭示中国生态系统水源涵养功能优劣格局与演变规律,阐明该方法的优越性。结果表明：(1)2015年中国全国生态系统水源涵养功能以差级别占主导,约占总面积的44.8%,主要分布于西北、青藏高原、华北平原和东北平原。1990—2018年中国生态系统水源涵养功能中等级面积极显著降低,差等级面积显著增加,其余类型呈波动变化。(2)各气候区生态系统水源涵养优劣等级构成因气候、生态系统构成等差异而不同,一般为气候区愈湿润,其优良等级比重愈高。1990—2018年,共有10个气候区的优、良、中、低或差等级面积发生了显著变化,主要为优、良、中等级以显著降低为主,差等级全显著增加。(3)与其他方法相比,基于参照系的生态系统水源涵养功能优劣评估法因引入分区分类评估思想,评估结果更科学,空间可比性显著提高。     

三江源区湿地生态系统功能分析及保育

根据多次科考调查的成果和资料,对三江源区湿地生态系统的结构和功能进行了分析。结果表明:湿地生态系统服务价值为2.10×10¹¹Yuan·a^-1,占三江源区生态系统服务功能总价值的62.07%;其中废物处理、水源涵养、气候调节的价值较大,分别为6.40×10¹⁰Yuan·a^-1、5.79×10¹⁰Yuan·a^-1、4.90×10¹⁰Yuan·a^-1,分别占湿地生态系统总价值的30.55%、27.61%、23.39%。其次为生物多样性保护、土壤形成与保护、气体调节、食物生产和原材料、娱乐文化等服务功能。此外针对三江源区湿地生态系统退化机制和存在的主要问题,提出了合理利用与保护对策。     

基于参照系的中国陆地生态系统质量变化研究

提升生态系统质量(ESQ)是国家生态文明建设的重大需求和生态治理工程的最终目标。目前有关生态系统功能、健康和质量的评估以受气候主导的现实值为主,不同地区之间评价结果的可比性较低,难以满足国家生态系统管理的需求。采用基于参照系的生态系统质量评估框架,按照由中国生态地理分区和植被类型划分出的168个评估单元,以国家自然保护区核心区、中国生态系统研究网络(CERN)永久观测样地以及生产力主要受气候影响的区域等较少受人类活动干扰且生态系统结构和功能优良的生态系统作为参照系,评估了1990—2015年基于参照系的中国陆地生态系统质量(ESQ′)及其变化情况。结果表明:与参照生态系统相比,中国陆地生态系统质量指数平均值总体偏低28%。1990—2000年和2000—2015年ESQ′全国平均值分别下降1.2%和上升3.69%。ESQ′转变比较明显的区域集中分布在"陕-甘-宁"的黄土高原丘陵沟壑水土保持生态功能区、长白山地区和西南石漠化治理工程县域。在这些区域实施的退耕还林还草、防护林和石漠化治理工程等措施对提升生态系统结构、功能和稳定性发挥了重要作用,从而促使生态系统质量的改善。基于参照系的生态系...     

三江源区基于生态系统服务价值的生态补偿额度

以青海三江源区为例,探讨了基于生态系统服务价值的生态补偿额度测算方法。以分析和筛选生态补偿需求下的生态系统服务价值评估指标为前提,估算了生态保护和建设活动实施前(2005年)三江源区草地生态系统服务价值,并采用专家咨询法提出的不同退化程度草地的生态功能系数对其进行修正,得到未退化、轻度退化、中度退化和重度及重度以上退化草地的单位面积生态价值分别为74.70×104、59.76×104、37.35×104元/km2和14.94×104元/km2。根据三江源区草地退化现状和生态恢复的目标,确定该区基于退化草地完全恢复的生态补偿总量为911.62×108元。     

基于“参照系-现状-变化量”的生态系统评估方法

生态系统评估是开展生态系统管理的重要手段,其评估结果已成为衡量区域生态系统状况优劣的重要依据。由于没有充分考虑生态系统禀赋的区域差异性,缺乏有效区分气候变化和人类活动影响的手段,导致生态系统评估结果的实用性与区域可比性一直存有争议。在生态大数据背景下,基于生态完整性理论,结合长期地面监测数据、野外调查数据、遥感数据等海量数据,耦合生态系统过程模型,构建了基于“参照系-现状-变化量”(RSD)的生态系统评估体系,以受干扰较少接近原生、完整的地带性植被生态系统(完整的生态系统)作为参照系,其表现出来的组成、结构、功能等特征为参照条件,生态系统状况现状与参照条件的偏离程度作为评估生态系统优劣程度的依据,从而将现状评估转变为变化量评估,增强评估结果的时空可比性。并以生态系统过程模型为工具,利用RSD评估方法评估了中国陆地生态系统生产力功能,验证了该方法体系的可行性。评估结果显示,2000—2018年我国植被净初级生产力(NPP)参照值、现实值和变化量均表现为上升趋势,而NPP现实值与变化量的空间分布存在显著差异,基于RSD的评估方法较好地解决了评估结果区域不可比的问题。研究对完善我国生态系统评...     

基于SWAT模型的白马河流域土地利用变化的径流响应

以3S技术为依托,在对白马河流域土地利用变化进行分析和预测的基础上,建立了流域SWAT模型,分析了不同土地利用情景下流域径流的响应,并计算了流域主要土地利用类型对径流深的贡献系数.结果表明:1987-2017年,耕地、居民点及建设用地、有林地、灌木林地和疏林地为流域主要的土地利用类型,共占流域总面积的96％以上,草地、水域和未利用地所占比例则较小;在4种主要土地利用类型中,有林地、灌木林地和疏林地、居民点及建设用地对径流深的贡献系数分别为2.61、0.38和0.34 mm·km-2,说明三者有促进产流的作用,而耕地的贡献系数为-0.11 mm·km-2,说明耕地对径流的产生起到一定抑制作用.     

LUCC及气候变化对澜沧江流域径流的影响

运用SWAT模型,通过设置不同情景,定量分析了澜沧江流域土地利用与土地覆被变化(Land Use and Land Cover Change,LUCC)和气候变化对径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5两种排放情景对流域未来径流的变化进行预估。结果表明:SWAT模型在澜沧江流域径流模拟中具有很好的适用性,率定期和验证期的模型参数R~2分别达到0.80、0.74,Ens分别达到0.80、0.73;从土地利用变化方面考虑,流域内的农业用地转化为林地或草地,均会导致径流量的减少,而林地转化为草地则会引起径流量的增加,农业用地、林地、草地三者对径流增加贡献顺序为农业用地草地林地,从气候变化方面考虑,流域内的径流量与降雨量成正比,与气温成反比;2006—2015年间澜沧江流域气候变化引起的月均径流减少幅度强于LUCC引起的月均径流增加幅度,径流变化由气候变化主导;在RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下,2021—2050年间澜沧江流域的径流均呈增加趋势,这与1971—2015年间流域实测径流的变化趋势相反。     

基于理想参照系-关键指标的赤水河流域生态系统质量变化趋势分析

赤水河流域是长江上游重要的生态安全屏障,针对赤水河流域经济开发与生态环境保护的突出矛盾,基于MODIS数据产品提取赤水河流域2000—2018年归一化植被指数（NDVI）、叶面积指数（LAI）、表层水分含量指数（SWCI）和陆地表面温度（LST）生态系统质量关键指标,利用ENVI主成分分析构建遥感生态指数（RSEI）,计算赤水河流域2000—2018年生态系统质量,进行Sen+Mann-Kendall趋势分析,并与贵州习水自然保护区林地最优状态下RSEI值进行比较,进而量化区域生态系统质量恢复潜力,为赤水河流域生态恢复、绿水青山就是金山银山重要理论实现提供科学参考。结果表明：RSEI能够很好地反映赤水河流域生态系统质量时空分布特征,且绿度和湿度对赤水河流域生态系统质量起关键作用。赤水河流域RSEI平均值为0.613,高值区域主要分布在下游湿润常绿阔叶林区,中游河谷中山阔叶林林、常绿针叶林区,上游镇雄县、威信县和叙永县交界处的高山常绿针叶林、落叶阔叶林区。赤水河流域近20年生态系统质量以整体以改善为主,但局部仍出现退化现象,其中生态系统质量显著改善面积占总面积的6.12%,轻微改善面积占59.51%,轻微退化面积占23.17%,显著退化面积占1.49%。赤水河流域林地RSEI值与理想参照系RESI值差距在10%以上面积占林地总面积的49.82%,主要分布在大方县、桐梓县、播州区及怀仁市、习水县部分地区。     

基于三江源高寒草甸群落结构变化评估围栏封育对草地恢复的影响

围栏封育是三江源生态保护与修复主要措施之一,目前缺少基于多样地长时间序列监测数据和从植物群落结构变化角度来评估草地生态保护与修复成效的相关研究。基于多样地各经济类型群2005—2017年的地上生物量及其占总生物量比例数据,对比分析三江源草原围栏封育与放牧区植物群落结构变化差异,评价围栏封育对草地恢复的影响。研究结果表明围栏封育显著提高了地上生物量,在围栏封育期间地上生物量稳定,但群落结构出现恶化趋势,研究时段内禾本科和莎草科优良牧草生物量占比分别减少48.2%和23.9%,毒草增加了230.2%。同期放牧区禾莎草生物量占比先减少后增加,毒草杂草生物量占比先增加后减少,群落的种群结构改善可能与草畜平衡措施的实施有关。现有的持续围栏封育措施不可能但降低了草地的经济价值,也带来了一定的生态风险。因此基于草地实际产草量以及生态保护要求,确定更为合理的载畜量,实施更为精准的草畜平衡管理,应该比切断牲畜与草地关系的长期禁牧封育更为有效。     

三峡水库河流生境评价指标体系构建及应用

三峡水库建成蓄水后,库区支流因水位调度导致河流生境发生了剧烈的变化,消落带的形成使库区河流具有同自然河流截然不同的河流生境,新形势下库区河流生境评价十分必要。国内外现有的评价指标体系及评价方法不能够很好地适应这种特殊生境状况,急需建立或改进并形成新的评价指标体系和评价方法。基于此,分析了大量国内外河流生境评价方法,根据大型水库影响下的库区河流的生态环境特点,构建了包括水文情势、河流形态和河岸带生境3个方面18个指标的库区河流生境评价指标体系,并利用层次分析法(主观赋权法)和熵值法(客观赋权法)结合组合赋权法计算得到了各指标权重。使用新建立的指标体系和方法,以三峡库区支流东溪河、黄金河、汝溪河为例,进行河流生境质量评价发现,52.6%的样点河流生境质量处于优等或良好等级;42.1%为一般等级;5.3%为较差等级;没有最差等级的样点。结果表明,该评价指标体系适合库区支流河流生境状况的特殊性,得到的评价结果能较直观的反应河流生境状况,且操作便捷,数据易获得,具有较强的科学性和可操作性。     

基于SWAT模型的乌鲁木齐河上游土地利用和气候变化对径流的影响

选用SWAT分布式水文模型,定量分析了乌鲁木齐河流域土地利用与气候变化对径流的影响,采用情景分析方法设置3类情景,对变化环境下的流域径流进行了预测。以R~2、NSE和PBIAS等3个参数评价了模拟的拟合度,不确定性。结果表明:1)在模型校准期和验证期R~2分别为0.89和0.75,NSE分别为0.84和0.74,PBIAS在18%—23%范围内,说明SWAT模型在乌鲁木齐河上游径流模拟中具有较好的适用性;2)综合型情景模拟分析得出,研究区气候变化对径流的影响强度大于土地利用变化的影响强度。土地利用和气候共同引起流域年均径流量减少1.41 m~3/s,土地利用变化引起年均径流量减少0.04 m~3/s,气候变化引起年均径流量减少1.37 m~3/s;3)极端土地利用情景模拟分析得出,草地情景的年均径流增加0.1 m~3/s,林地情景的年均径流量减少0.58 m~3/s;4)气候变化情景模拟分析得出,流域径流量与降水变化呈正相关关系,与气温变化呈负相关关系。降水量增加10%和20%时,年均径流量增加3.05 m~3/s和4.02 m~3/s。当降水量减少10%和20%时,年均径流量减少0.93 m~3/s和2.25 m~3/s。气温升高1℃和2℃时,年均径流量减少2.71 m~3/s和3.02 m~3/s。在气候变化环境下,需要重视降水和气温的预测,应通过优化土地结构来减缓气候变化的水文效应。     

SWAT模型参数对土地利用变化的响应及其对不同时间尺度径流模拟的影响

SWAT模型广泛应用于土地利用变化的水文效应评估研究,但土地利用变化是否对模型参数产生影响,进而影响径流模拟效果还有待于进一步分析。以东南沿海福建省山美水库流域为研究区,基于SWAT模型,分别模拟1995年、2005年、2015年土地利用条件下的年、月、日尺度径流过程,采用SWAT-CUP进行参数敏感性分析与自动率定,分别获取1995年、2005年、2015年3种土地利用条件下径流过程模拟的最优参数集,比较参数差异;将3组参数集分别应用到不同土地利用条件,分析参数变化对不同时间尺度径流模拟的影响。结果表明：（1）1995-2015年间,研究区土地利用格局发生了较大变化,主要表现为林地转向园地和建设用地;3期土地利用条件下率定的SWAT模型都能较好地模拟山美水库流域年、月、日尺度径流,其效率系数NS和决定系数R²分别大于0.62和0.78。（2）不同土地利用条件下敏感参数基本一致,敏感参数分别为CN2、SOL_AWC、SOL_K、CANMX、ESCO、GW_DELAY、OV_N,但敏感参数取值随着土地利用变化而变化,其变化规律符合敏感参数的物理意义,变化率基本与土地利用变化强度正相关。（3）由土地利用变化引起的参数变化,对年、月径流模拟的影响较小,对日径流影响显著,且随着土地利用变化强度的增加而增加。     

“三江并流”区游憩文化生态系统服务评价研究

游憩是一项重要的文化生态系统服务类型。以"三江并流"区为研究区,选择景观多样性、自然度、河流湖泊元素、景点等级、可达性和服务设施等6项指标,从游憩潜力和游憩机会两方面进行评估,得到该地区现有和潜在的游憩文化生态系统服务量,并划分为5个等级。结果表明:游憩潜力与机会共同影响游憩服务量,"三江并流"区游憩潜力与机会在空间分布上并不匹配,游憩潜力较高的地区占17.09%,主要分布于怒江州、大理州、德钦县、丽江古城区及玉龙县的部分区域;10.06%的地区游憩机会极低,主要包括贡山县、德钦县以及香格里拉北部地区;具有高等级潜在游憩服务量的地区,集中分布于大理州、丽江古城区、玉龙县和香格里拉的部分地区,占研究总面积的17.64%。具有较高游憩潜力的景点,大多数现有服务量也比较高。服务量为4级以上的景点数量占44.68%,集中分布在大理州、玉龙县、香格里拉、德钦等地,与高等级潜在游憩服务量的地理分布十分相似,说明现有游憩服务的开发在一定程度上符合自然规律。     

基于复合生态系统理论的海洋生态监控区区划指标框架研究

海岸带是海陆生态系统的交错带,其生态系统对社会经济发展和全球变化敏感、脆弱。随着沿海各省市新一轮开发规划的实施,近岸海域生态环境面临巨大压力,海洋生态管理面临着新的经济、环境问题,海洋生态监控区需要进行适应性调整。海洋生态监控区,指依据海洋生态特征和问题冲突特点而确定的、通过生态监测和评价而提出的用于保护管理和开发利用调控的海洋区域。海洋生态监控区是基于生态系统的海洋管理的重要手段,是海洋生态系统管理的重要基础。基于复合生态系统理论,从自然视角、经济视角和社会视角3个方面深入分析了海洋生态重要性区域的内涵,并结合生态社会与生态系统服务描述了海洋生态监控区内涵;结合沿海社会经济发展新趋势和海洋生态系统管理需要,从管理学、生态学、管理对象及管理实施等方面探讨了海洋生态监控区区划的原则;分析了影响海洋生态监控区的主要因素,结合近岸海域生态系统主要服务功能,构建了区划指标体系,包括自然环境、生态系统和社会经济和三大方面14个指标。     

细菌Ⅵ型分泌系统的调控与功能研究进展

Ⅵ型分泌系统(Type Ⅵ Secretion System,T6SS)是近年来研究较多的一种细菌分泌系统,广泛存在于革兰氏阴性菌中,在细菌的毒力、定殖、扩散及竞争遗传中发挥着重要的作用.本文综述了细菌T6SS的结构、调控以及生物学功能的最新研究进展,以期为基于T6SS的抗菌药物研制及细菌感染的诊断与防控提供新思路.     

基于SolVES模型的关中-天水经济区生态系统文化服务评估

随着人类对于生态系统服务的需求持续增加,生态系统服务的评估逐渐成为研究热点。其中文化服务因其自身的无形性常在研究中被忽视且难以衡量。选取关中-天水经济区为研究区域,应用Sol VES模型并生成5种价值指数地图和价值总和地图来评估该区域生态系统的文化服务。结果表明:审美价值在秦岭山脉和城市公园等区域较高;娱乐价值在娱乐机会较多、交通便利的城市和秦岭北麓区域更高;文化与历史价值集中在历史文化底蕴深厚的城市地区;精神价值在与城市距离较近、有山川分布的森林公园更高。Sol VES模型在大范围区域的应用取得了较好的效果同时为政府进行生态建设和规划提供了科学依据。