中国快速城市化干燥地区的生态系统服务权衡关系多尺度分析——以呼包鄂榆地区为例

理解生态系统服务间的权衡关系对提高干燥地区人类福祉和实现区域可持续性具有重要的意义。但是,目前人们仍然缺乏对快速城市化干燥地区中生态系统服务权衡关系的多尺度理解。以呼包鄂榆地区这一正在经历快速城市化的干燥地区为例,在城市群、区域和城市3个尺度上来探索生态系统服务间的权衡关系。对呼包鄂榆地区2010年的粮食生产、肉类生产、产水量、土壤保持和碳固持5种关键生态系统服务进行测量。利用相关分析法在3个尺度上对5种服务间的权衡关系进行分析。2010年呼包鄂榆地区产水量和土壤保持以及产水量和碳固持服务表现出显著的权衡关系。其中,产水量和碳固持服务在城市群、农业区和鄂尔多斯市呈现明显的权衡关系,产水量和土壤保持服务在城市群和农业区呈现明显的权衡关系。快速城市化干燥地区中的生态系统服务权衡关系具有明显的尺度效应,同一对生态系统服务在不同尺度上的权衡关系存在较大差异。这种差异主要是由区域人类活动和自然条件的空间异质性所致。研究结果有助于对呼包鄂榆地区生态系统服务权衡关系的认识,为该地区土地系统设计和可持续发展提供了必要的科学依据。     

宏生态尺度上景观破碎化对物种丰富度的影响

生物多样性的地理格局及其形成机制是宏生态学与生物地理学的研究热点。大量研究表明,景观尺度上的生境破碎化对物种多样性的分布格局具有重要作用,但目前尚不清楚这种作用是否足以在宏生态尺度上对生物多样性地理格局产生显著影响。利用中国大陆鸟类和哺乳动物的物种分布数据,在100 km×100 km网格的基础上生成了这两个类群生物的物种丰富度地理格局,进一步利用普通最小二乘法模型和空间自回归模型研究了物种丰富度与气候、生境异质性、景观破碎化的相关关系。结果表明,景观破碎化因子与鸟类和哺乳动物的物种丰富度都具有显著的关联关系,其方差贡献率可达约30%—50%(非空间模型)和60%—80%(空间模型),略低于或接近于气候和生境异质性因子。方差分解结果显示,景观破碎化因子与气候和生境异质性因子的方差贡献率的重叠部分达20%—40%。相对鸟类而言,景观破碎化对哺乳动物物种丰富度的地理格局具有更高的解释率。     

植物种间联结研究内容与方法评述

植物种间联结是植物群落重要的数量和结构特征之一,是植物群落结构形成和演化的基础。研究种间联结,对于植物群落的稳定与演替、植被的恢复与重建等具有重要的理论意义和应用价值。为了便于探讨种间联结的形成机制,本文评述了种间联结的研究内容、计算方法及其影响因素,同时指出了现研究存在的问题及今后的研究方向。植物种间联结受多方面因素影响,既有人为取样尺度的影响,又有环境与生物自身的因素。在群落演替的不同阶段,种间联结性往往有所不同。为此,可采用多尺度排序法分析不同尺度格局上复杂的种间联结关系,重点加强植物"利他作用"及入侵种种间联结的研究。在Fisher精确检验的基础上,结合Pearson相关系数和Spearman秩相关系数来检验种对间的相关性,并利用生态位理论或从植物生理、分子遗传的角度研究密度主导的种间联结的变化,可以准确揭示植物种间的内在关联性。     

华北地区2001-2014年植被变化对SPEI气象干旱指数多尺度的响应

近年降水量的减少以及全球气候变暖的影响导致我国华北区域干旱程度加剧,影响植被生长状况,使得区域生态环境恶化。基于华北地区2001-2014年的TRMM及MODIS数据,以归一化植被指数NDVI、净初级生产力NPP、植被状态指数VCI作为植被状况表征指数,以标准化降水蒸散指数SPEI作为气象干旱表征指数,对华北地区近年的气象干旱及植被状况时空变化进行评价,并分析植被对干旱的多尺度响应。结果表明：（1）华北地区干旱在西南部地区呈明显加重趋势,东北部地区干旱状况有所好转;针对不同时间尺度的SPEI表示干旱的变化趋势,得出月份尺度干旱呈现干湿交替特征,选取SPEI时间尺度越长,干旱化趋势越明显;（2）NDVI与NPP所反馈的植被长势空间分布略有差异,总体而言华北地区植被状况大部分地区呈好转趋势,但研究区中部部分地区及部分沿海地区植被状况转差;（3）植被状况指数与SPEI指数在大部分地区呈正相关,NPP与SPEI的相关性强于NDVI与SPEI的相关性,且相关程度在草原地区及中高海拔地区最高,林地对干旱的敏感度最弱;各植被类型在植被生长季的多数月份对SPEI-3响应最明显,且在夏季相关程度最高,夏季及其前期的季尺度干旱更易影响植被生长状况,SPEI-12对植被的影响主要表现为影响植被生长季初期的植被状态。     

植物内生固氮菌系统发育进化新进展

在植物内生固氮菌系统发育进化关系研究中,常用的方法有形态学与蛋白质水平法、数值分类和自动化鉴定法、化学分类法、分子遗传学方法等。本文简要介绍了常用方法的关键技术,并归纳了它们的优缺点。生物学的研究进入基因组时代后,随着高通量DNA测序技术在微生物学领域应用的迅速发展,全基因组测序被应用到微生物系统发育进化研究中,然而目前并未发现对已测全基因组序列的植物内生固氮菌进行系统总结。本文在对已测序植物内生固氮菌进行归纳的基础上,又详细研究了基于基因组数据的几种具有代表性的新方法(ANI分析法、最大唯一匹配指数法、核心基因组分析、组分矢量法、基因流动性分析),并结合目前系统发育进化研究常用方法,对植物内生固氮菌系统发育进化研究趋势进行总结和展望,旨在使植物内生固氮菌的系统发育进化关系研究在精确度、可靠性等方面有所突破。     

基于分层的典型中亚热带天然阔叶林分局部生物多样性

选择福建万木林保护区内两块典型中亚热带天然阔叶林样地为对象,按分层和不分层两种情形,研究了小尺度(20m)范围内各组成树种的单物种-面积关系(individual species-area relationship,ISAR),以探讨局部生物多样性格局及其维持机制。结果表明,两个群落的乔木层都可以划分出受光层和非受光层两个亚层。以受光层林木为圆心进行ISAR分析,发现在小尺度范围大多数受光层林木为局部生物多样性的中性种,只有个别树种在个别尺度上有显著的促进或排斥作用。研究途径避免了对非随机作用在维持局部生物多样性中的相对重要性的高估。不分层时,乔木层内同样以中性树种为主。研究结果支持小尺度范围内调查的典型中亚热带天然阔叶林的物种多样性由中性作用主导的结论。     

长江流域生态系统水文调节服务空间特征及影响因素:基于子流域尺度分析

水文调节服务是流域生态系统所提供的重要服务之一,认识流域生态系统水文调节服务空间变异规律及其驱动力,对于流域生态系统保护与恢复、合理开发利用水资源具有重要意义。以洪涝灾害频发的长江流域为对象,运用变异系数法和多元统计方法,在子流域尺度上研究了长江流域生态系统水文调节服务空间特征及影响因素。结果表明,长江流域子流域生态系统水文调节服务呈现出明显的空间异质性,水利工程密集、自然植被覆盖率高达71%的金沙江和汉江水系各子流域水文调节服务最强,降雨与径流变异系数差为0.477;农田和人口密集的嘉陵江水系各子流域水文调节服务最弱,降雨与径流变异系数差为-0.474,其他子流域水文调节服务作用不明显。影响水文调节服务的主要因素是:水库库容、自然植被面积比例、农田面积比例、单位面积人口数,其中:水库库容和自然植被面积比例对水文调节服务具有正向促进作用,农田面积比例和单位面积人口对水文调节服务的作用正好相反。水库库容对子流域生态系统水文调节服务空间异质性的贡献最大(58.85%)。上述结果有助于科学认识长江流域生态系统水文调节服务空间分异规律,可为制定不同子流域生态保护与恢复措施、提升子流域生态系统水文调节服务提供科学依据。     

半干旱黄土区坡面尺度柠条生长状况及影响要素分析

以半干旱黄土丘陵区典型小流域坡面大规模人工种植柠条林为例,基于坡面不同部位柠条生长状况和生境条件调查,定量分析了地形变化、土壤水分及灌木密度对柠条生长的直接、间接影响及其贡献率。结果表明:(1)东坡大株柠条生长明显好于南坡,下坡位柠条生长状况略好于中上坡位,其他各坡位之间柠条生长状况差异较小;(2)大株柠条生长与浅层土壤水分有正相关关系,而与灌木密度和深层土壤水分则呈负相关关系;大株柠条灌木高度、灌木纵截面积和冠幅体积对浅层土壤水分的响应敏感,冠幅长度对坡向和坡位的响应较为敏感,冠幅宽度对灌木密度的响应较为敏感;(3)地形和土壤水分变化解释了59.9%的大株柠条生长变异,其中坡向、坡位和浅层土壤水分是影响大株柠条生长的主导环境因子,它们分别解释了21.1%、16.0%和13.1%的柠条生长变化。研究认为半干旱黄土区人工植被恢复既要重视空间布局,也要在后期实施必要的管理措施以维持人工林地的稳定性。     

渭河底栖动物性状和功能对空间尺度环境变量响应的生态区差异性

以我国中部渭河南部流域山区和平原生态区的底栖动物为研究对象,通过计算29个生物性状类别和7个功能多样性指数,比较了不同生态区的生物性状组成和功能与性状多样性指数差异性;应用综合RLQ和fourth-corner方法探索底栖动物生物性状组成与土地利用和理化变量的关系;通过广义线性模型(GLM)比较不同空间尺度环境变量对底栖动物功能与性状多样性指数影响的生态区差异性。研究发现,共18个底栖动物性状组成在山区和平原间存在显著差异性,其中具有无庇护所和以叶片为庇护所材料、外骨骼轻微骨化和骨化良好、草食性、捕食性等生物性状的底栖动物栖息于栖境状况较好的山区,体壁呼吸、虫体柔软、集食者等生物性状更多的集中在人类活动较严重的平原区。除了功能均匀度指数外,山区的性状和功能多样性指数均显著高于平原,说明平原环境干扰显著降低了底栖动物性状和功能多样性。综合RLQ和fourth-corner方法表明底栖动物生物性状对环境胁迫的响应存在可预测性。GLM模型结果表明,山区和平原生物性状和功能多样性指数受到不同空间尺度土地利用和理化环境变量的影响:流域尺度城镇用地、水温和TN含量是影响山区功能和性状多样性指数模型的重要环境变量,但平原区河段尺度农业用地面积百分比和平均水深是影响功能和性状多样性的主要因子。     

近17年陕西榆林植被指数的时空变化及影响因素

植被指数是研究区域植被变化的重要手段。基于MODIS/Terra NDVI遥感影像数据,对陕西榆林市2000—2016年8月份NDVI进行像元尺度的时空变化及影响因素分析。结果表明,榆林有96.44%的区域植被指数是增加的,增加值在0—0.02/a区域面积占榆林的93.63%,呈显著增加趋势的面积占榆林的80.72%。复直线回归分析显示,气象因素对植被生长、演化起到了促进作用,人类活动使得植被指数等级变得更加均匀。人类活动抑制植被生长演化的区域占榆林总面积的45.04%,主要分布在榆林市最北部的府谷县、榆林市南部及西部的大部分区域;人类活动促使植被指数增加的区域占榆林总面积的54.96%,说明有一半以上的区域,人类活动对植被生长起到了促进作用,这些地区的封山育林、退耕还林、退牧还草等措施的实施效果较好。