长三角城市群城市洪涝韧性与生态系统服务的耦合协调关系

厘清城市洪涝韧性与生态系统服务之间耦合协调关系,可为城市防洪减灾和生态文明建设提供重要决策参考。综合运用基于麻雀算法的投影寻踪模型、InVEST模型和耦合协调度模型,在分析2000-2020年长三角城市群的城市洪涝韧性与水源涵养、水质净化、土壤保持和气候调节四种生态系统服务时空格局基础上,尝试探索两者耦合协调关系及其时空演变特征。研究发现:(1)长三角城市群的城市洪涝韧性水平呈现"N"型增加趋势,并呈现"上海>江苏>浙江>安徽"的空间格局,表明经济水平越高的城市展现出更强的洪涝韧性,经济是影响城市洪涝韧性波动的主要因素,而自然韧性成为城市洪涝韧性提升的关键短板;(2)生态系统服务存在显著的空间异质性,高植被覆盖的南部地区提供了更高的生态系统服务,从时间维度看其空间分布是稳定的,水源涵养和水质净化服务总体呈向好趋势,土壤保持服务整体呈现倒"N"型增加,气候调节服务呈现微弱的下降趋势;(3)城市洪涝韧性与生态系统服务的耦合协调度在研究期内较为稳定,且与生态系统服务的时空变化趋于一致,呈现"南高北低、由西南向东北逐渐减弱"的趋势,生态系统服务较高的城市,表现出更好的耦合协调性,且随着生态系统服务的增加而改善。因此,长三角城市群有必要从提高生态系统服务功能的角度出发,因地制宜、分类施策,促进城市洪涝韧性与生态系统服务的协调发展。     

喀斯特11种典型生态恢复树种凋落叶分解及其对土壤碳排放的激发效应

旨在探究喀斯特地区退化生态系统植被恢复树种凋落叶分解过程及其对土壤碳排放的激发效应,为选择合适的树种进行植被恢复提供数据支持。以中国林科院热带林业实验中心大青山石山树木园11种适应性强、耐干旱贫瘠的优良石山树种为研究对象,利用¹³C自然丰度法区分凋落叶和土壤来源CO₂并量化土壤激发效应,比较不同生态恢复树种凋落叶分解及其激发效应的差异,探讨凋落物分解及其激发效应与凋落物性状之间的关联。结果表明:(1)11个生态恢复树种凋落叶在碳相关化学性质(水溶性碳、半纤维素和单宁含量等)、养分含量(磷和镁含量等)及化学计量特征(碳磷比和氮磷比)等方面均表现出较高程度变异。(2)不同生态恢复树种凋落叶分解及其诱导的土壤激发效应具有极显著差异(P<0.001);在整个培养实验期间,11个生态恢复树种凋落叶平均分解了35.3%,其中海南椴分解最快,达到50%,而青冈栎分解最慢,仅分解16.5%。(3)总体上看,凋落叶处理的土壤呼吸速率(5.1 mg C kg^-1 土壤 d^-1)是对照土壤呼吸速率(2.3 mg C kg^-1土壤d^-1)的2.2倍,凋落叶添加显著促进土壤有机碳分解,平均达到37.6%;其中海南椴、割舌树和任豆凋落叶输入则抑制土壤有机碳分解(抑制程度分别为-13.2%、-6.9%和-22.5%),产生负激发效应。(4)凋落叶分解与非结构性碳(r=0.63,P=0.04)和水溶性碳(r=0.91,P<0.001)呈显著正相关,与叶干物质含量(r=0.64,P=0.03)、纤维素(r=0.62,P=0.04)和锰含量(r=-0.63,P=0.04)呈显著负相关。多元回归分析结果表明,水溶性碳、钾和钙含量相结合可以解释生态恢复树种凋落叶分解变异的98%;然而,凋落叶性状与土壤激发效应强度之间并没有显著相关性。从土壤养分归还角度考虑,喀斯特退化生态系统恢复树种可以选择光皮梾木、海南椴、顶果木和降香黄檀等凋落叶分解较快的树种,以促进土壤养分循环和植被恢复;另一方面,从土壤碳固持角度来看,海南椴、任豆和割舌树等凋落叶输入会抑制土壤有机碳分解,从而有利于提高退化生态系统土壤碳封存能力。     

基于Meta分析的土壤呼吸对降水改变的非对称响应

气候变暖已经引起全球降水格局改变。土壤呼吸作为陆地生态系统向大气释放CO₂最大的碳库,对降水变化的响应将进一步影响碳循环,从而对全球气候变化产生反馈。尽管以往已有大量关于土壤呼吸与降水变化关系的相关研究,但存在较大争议。因此,亟待进一步深入探究土壤呼吸对降水改变的响应。基于此,研究Meta分析方法,整合了来自Web of Science 英文数据库和中国知网文献数据库(CNKI)的284篇已发表的论文和367组数据,进而分析全球中低纬度地区土壤呼吸对降水改变的响应。研究结果表明,土壤呼吸对降水改变的响应呈现出非对称特征,降水量增加能够提高16.7%的土壤呼吸,而降水量减少则会抑制17.88%的土壤呼吸。研究还发现,不同生态系统和气候区域的土壤呼吸对降水改变的响应存在较大差别。其中,降水量增加能够提高草地生态系统22%的土壤呼吸,比森林生态系统土壤呼吸高出12%;而降水量减少则会削弱草地生态系统28%的土壤呼吸,这要比森林生态系统土壤呼吸还高16%。与湿润地区相比,降水量的增加对干旱地区土壤呼吸的促进作用更加明显。而降水量的减少对干旱地区和湿润地区土壤呼吸的影响均无显著差异。此外,本研究也证实了土壤呼吸对不同降水强度和年限的响应也存在差异。在不同降水强度上,无论增加降水还是减少降水,重度增减雨的土壤呼吸均改变最大,即:重度增减雨(＞75%)＞中度增减雨(25% -75%) ＞轻度增减雨(＜25%);在不同降水年限上,长期增雨对土壤呼吸的促进作用尤为突出,但长期减雨对土壤呼吸影响无显著差异。研究结果可为未来气候情景下陆地生态系统土壤呼吸变化的准确预测以及模型模拟和改进提供重要的科学依据和理论基础。     

临海东矶海域人工鱼礁大型底栖动物群落的早期发育

为养护渔业资源和修复受损海岸带生态系统,人工鱼礁通常被投放至沿岸海域的海底,为海洋生物提供新的栖息地。于2022年5月(投放后10个月)和10月(投放后15个月)调查了临海东矶人工鱼礁大型底栖动物群落,分析了不同礁龄间大型底栖动物种类组成、密度、生物量和群落结构的差异。两次调查共记录到5类17种大型底栖动物,优势种为猫爪牡蛎Talonostrea talonata和侧花海葵Anthopleura sp.。礁体投放10个月后大型底栖动物群落的平均密度和平均生物量分别为(3519±289)个/m²和(3657±273)g/m²,15个月后平均密度和平均生物量分别为(10056±1858)个/m²和(8300±2045)g/m²,15个月的密度和生物量均显著高于10个月的(P>0.05)。不同礁龄间大型底栖动物群落结构具有显著性差异(Globe R=0.573, P=0.029),导致群落结构差异的物种主要是曲膝薮枝螅Obelia genicutata、侧花海葵、褐蚶Didimarca tenebricum、丽核螺Tritonoharpa leali、双纹须蚶Barbatia bistrigata和疣荔枝螺Thais clavigera。礁体投放10个月后和15个月后人工鱼礁附着猫爪牡蛎的平均密度分别为(2075±37)个/m²和(2194±397)个/m²,不同礁龄间没有显著性差异(P>0.05)。发现临海东矶人工鱼礁表面分布有低物种丰度和高密度的大型底栖动物群落,并发育成为以猫爪牡蛎为造礁种的人工牡蛎礁。     

2000-2020年青海湖流域植被降水利用效率时空变化

植被降水利用效率(PUE)是评价植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标。以年净初级生产力(NPP)数据、年降水量数据为基础,利用地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术,计算并研究了2000-2020年青海湖流域植被降水利用效率时空分布格局及其地形效应,结合年均气温、年均地表温湿度、年生长季光合有效辐射吸收系数和年植被覆盖度等数据,探讨了PUE与各因子间的相关关系。结果表明:(1)青海湖流域单位像元(1 km²)PUE平均值在0.4-0.7 gC m^-2 mm^-1间变化,平均为0.54 gC m^-2 mm^-1,且在年际间无显著变化趋势(R²=0.05, P≥0.05)。在空间上,青海湖流域多年PUE平均值环湖呈现不均匀分布,除青海湖东岸外,PUE值随湖面距离增大呈减小趋势;其高值区主要集中分布在青海湖西岸和南岸的半环区;年PUE变化趋势的斜率值为-0.05-0.04 gC m^-2 mm^-1 a^-1,其中显著变化的区域占流域面积的29.63%。(2)青海湖流域多年PUE平均值在海拔效应和坡度坡向两种不同微地形效应下表现出明显的差异。海拔每升高50 m,PUE值将减少0.02 gC m^-2 mm^-1;随坡度增加,PUE值呈降低趋势,平坡至险坡(>45°)的变化范围为0.3-0.61 gC m^-2 mm^-1;不同坡向PUE值表现为由东北坡向西南坡递减,范围为0.52-0.56 gC m^-2 mm^-1。(3)在空间上,青海湖流域PUE值与地表温度、光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数相关性较为明显。沿海拔梯度,空气温度和地表温度与PUE呈极显著正相关(R²=0.94, P<0.01; R²=0.98, P<0.01),光合有效辐射吸收系数、植被覆盖度和叶面积指数与PUE显著正相关(R²=0.89, P<0.05; R²=0.90, P<0.05; R²=0.86, P<0.05),地表土壤湿度与PUE无显著相关性(R²=0.16, P≥0.05)。评估了青海湖流域植被降水利用效率的特征及其与各因子间的相关关系,明确了植被对降水的利用能力及其耗水特性,可为青海湖流域植被保护和国家公园建设提供理论参考。     

3年高氮添加对黄山松土壤真菌网络稳定性的影响

土壤真菌群落对维持生态系统功能至关重要,然而氮沉降等环境变化如何影响其稳定性尚不清楚。利用高通量测序和网络分析,探究了连续三年不同氮添加水平对土壤真菌群落特征的影响,并通过计算"内聚力"量化连通性以预测真菌网络的稳定性。结果表明,真菌多样性及其群落稳定性对氮添加的响应存在明显的时间效应。相比于前2年,第3年氮添加改变了真菌β多样性,且低氮添加显著提高了0-10 cm土层真菌Chao1和Shannon指数。网络分析发现,随着氮添加量的增加真菌网络正连接比例增加,平均聚类系数和模块性降低。内聚力分析表明,第3年高氮添加显著降低了两个土层的真菌负:正内聚力的绝对值,而低氮添加提高或不改变两者的比值。这说明高剂量氮添加将通过破坏真菌群落的稳定性影响其生态系统服务功能。研究为评价不同水平氮添加下森林土壤真菌群落稳定性提供了新的见解,对评价氮沉降的生态效应具有科学意义。     

基于改进遥感生态指数的吐鲁番-哈密地区生态环境质量评价及驱动机制分析

吐鲁番市和哈密市是我国盐渍化危害最严重的地区之一,明晰其生态环境变化趋势和驱动机制对吐鲁番-哈密地区生态文明建设具有重要意义。基于Google earth engine(GEE)平台,筛选2005-2020年6-9月Landsat影像,选取绿度(SVAI)、湿度(Wet)、热度(LST)、干度(NDBSI)和盐度(NDSI)构建改进型遥感生态指数(SRSEI)对吐鲁番-哈密地区生态环境进行评估。结果表明:(1) SRSEI使用SAVI代替NDVI并加入盐度指标(NDSI),与RSEI相比有着更高的第一主成分贡献率,能更全面客观地评价吐鲁番-哈密地区生态环境质量。(2) 时间尺度上,2005-2020年吐鲁番-哈密地区SRSEI先下降后上升,均值0.49,并在2020年均值达到0.5575,较差和良的面积占比变化显著,较差占比减少了11.54%,良占比增加了30.15%。且未来生态环境变化趋势还将以改善为主; 空间尺度上,北部西山台原和中部莫钦乌拉山生态质量多为优和良,较差区域主要集中在南部噶顺戈壁。(3) 年均降水量、年均气温和经济生产总值是驱动SRSEI变化的主要控制因子,q值均大于0.092;与单因子对生态环境影响力相比,双因子交互产生的影响力更强,年均降水量∩经济生产总值是驱动吐鲁番-哈密地区生态环境发生变化的最强交互因子。     

中国粮食种植业碳效应时空演化及碳排放公平性

农业低碳转型背景下,准确把握粮食种植业碳效应时空演化及碳排放公平性特征对实现地区生态正义具有重要意义。基于2000-2021年省域面板数据,采用碳排放因子法测算中国30个省区的粮食种植业碳效应,利用核密度估计方法探析时空演化,运用Dagum基尼系数法刻画并解构全国粮食种植业碳排放公平性。研究表明:(1) 从时空特征看,粮食种植业碳效应呈现波动上升的净碳汇特征,具体表现为"东强西弱,北高南低"的空间格局,且伴随明显的"马太效应"。在碳效应结构上,秸秆燃烧与玉米种植分别是粮食种植业最主要的碳源与碳汇。(2) 从演化趋势来看,全国粮食种植业碳效应的非均衡性呈扩大趋势;在三大主粮中,水稻碳效应非均衡性有所减弱,小麦与玉米碳效应非均衡性均持续上升。(3) 从碳排放公平性来看,区域间碳排放差异已成为影响公平性的最主要因素,基尼系数呈"快速上升-波动震荡-缓慢回落"特征,全国粮食种植业碳排放始终处于较公平区间,整体公平性呈改善态势;在三大主粮中,水稻碳排放公平性最低,玉米碳排放公平性最高。最后,提出了采取差异化固碳减排策略、构建低碳发展跨区协作机制、完善碳排放责任分摊机制、探索粮食碳汇交易试点等建议,以期推动我国粮食种植业实现低碳转型发展。     

水源供给服务供需流空间不匹配特征识别及优化

如何识别水源供给服务在自然-人类社会系统中的空间流动过程和匹配特征,对于区域水资源管理和可持续利用具有重要意义。以重庆市为研究区域,基于InVEST模型和社会经济发展视角定量评估流域尺度下的水源供给量和需水量,结合水资源安全指数和热点分析构建水源供给服务流模型,揭示水源供给服务供需空间匹配关系,依据水源供给服务流空间属性特征划分供需匹配关系的区域类型,借助地理探测器从自然、社会和生态三个角度讨论影响各区域类型水源供给服务供需匹配关系的影响因素。结果表明:(1) 2000、2010、2020年重庆市流域水源供给量与需水量均先减少后上升,供需比平均值分别为1.17、1.08、0.9,整体供需不匹配的问题逐渐得到缓解,但局部仍有供需不匹配现象。空间上中高度赤字区域集中在主城区内,向外辐射为轻度赤字区域,盈余区域分布在东北和东南方向。(2) 2000、2010、2020年重庆市水源供需比冷、热点范围均在缩小,流域面积分别相对减少了25.34%、9.2%。水源供给服务流空间上整体呈现出自东北、东南方向向西流动的路径,同时冷点区内部呈边缘向中心流动。(3) 汇流区集中在西北部,经流区位于中部,外流区集中在东南和与东北部。影响汇流区供需匹配关系的主导因素是蒸散发,解释力为74.08%;影响经流区的主导因素是第三产业GDP,解释力为51.44%;外流区各影响因子的解释力均较低。不同影响因子之间蒸散发与其它因素的交互作用显著增强。研究可以为重庆市自然资源的管理与流域生态补偿机制的建立提供科学依据。     

航道整治期间长江江豚临时庇护所建设及效果评估

航道整治期间为受扰动江豚提供临时庇护所,是在就地保护和迁地保护之外的一种尝试。2020年1月至2021年12月,在长江干线武汉至安庆段6 m水深航道整治过程中,选取马当圆水道建设长江江豚临时庇护所,通过禁止渔业捕捞,增殖放流和通航引导等措施来提升庇护所质量。监测结果表明,庇护所设立后其作为长江江豚栖息地的质量得到提高:夏季鱼类密度从(3361.2±1991.7)条/hm²上升到(12439.1±10734.5)条/hm²,冬季鱼类密度从(501.3±381.8)条/hm²上升至(1684.4±3770.9)条/hm²。通航船舶显著减少,水下噪声低于长江干流的平均水平。长江江豚临时庇护所建立后,枯水期庇护所水域内长江江豚的平均目击次数(4.3±0.6)、观察头次(6)和群体大小(1.4±0.5)都要显著高于庇护所建设前(P<0.05),丰水期则无显著性差异(P>0.05),说明庇护所在枯水期发挥了对长江江豚的保护作用。但长江江豚对庇护所的利用主要集中在进出水道两端,可能是枯水期部分水域过浅限制了江豚对庇护所的利用。分析认为,航道整治等涉水工程施工期间为江豚提供临时庇护所是一项可行措施,但要充分发挥庇护所对江豚的保护作用,必须全面考虑江豚对各项生态因子的需求,防止因关键因子带来的"木桶效应"制约庇护所的整体适合度。