黄淮平原农业景观不同生境鸟类多样性特征及年际动态

鸟类是地球生物多样性中的重要组成部分,在生态系统功能和服务中发挥着重要作用,是生态环境变化的重要指示物种。农业景观中的食虫鸟类提供了重要的虫害控制服务。当前,农业景观中鸟类多样性丧失加剧,为探讨鸟类多样性在各生境以及年际间的变化,以黄淮平原为研究区,在河流、湖泊、农田、村庄等生境中共设置20个样点。于2016-2019年连续4年在繁殖期采用样线法对鸟类进行多样性调查。调查结果显示：（1）共发现22922只个体,分属14目,38科,53属。从区系分布来看,各生境各年间均以广布种为主;从生态类群来看,鸣禽占绝对优势;从居留型来看,留鸟所占比例最高。（2）在食性组成上,从物种丰富度看,食虫鸟类有57种,约占总物种数的77%;从个体数来看,杂食性鸟类占比超52%。（3）物种丰富度、多样性和均匀度指数最高值均出现在湖泊或河流生境中。（4）鸟类群落相似性分析显示,各生境间鸟类群落均为中等相似程度;鸟类物种丰富度波动幅度在农田和村庄中呈逐年上升趋势。（5）物种多样性加性拆分分析显示,在生境尺度上,局地的α多样性是生物多样性的最重要组成,而从整个研究区来看,生境间的差异则更为重要。造成鸟类多样性时空差异的原因复杂多样,而生境异质性的增加和水域的存在对提高鸟类多样性是具有积极作用的。调查中超过77%的物种和40%的个体均为食虫鸟类,应当充分重视鸟类为区域农业景观提供的虫害控制服务。本研究可为区域鸟类多样性保护及鸟类提供的生态系统服务的提升管理提供理论基础和科学依据。     

长三角地区休闲游憩服务供需关系研究

依托生态空间的休闲游憩服务是提升人类福祉至关重要的贡献者。但由于经济发展、城市扩张、人口增长等因素,区域休闲游憩服务供需矛盾突出,且供给与需求在空间上错位、不匹配等问题严重。研究休闲游憩服务供需关系对合理规划、管理区域生态用地,促进生态文明建设等方面具有重要的理论和现实价值。以长三角为例,基于土地利用与人口数据,提出不同可达半径下区域休闲游憩服务供需关系的评价方法,研究41个地级市不同可达半径下供需关系的空间分异规律。研究结果表明：（1）2015年长三角地区休闲游憩服务的供需比为1028%,供给远大于需求,但供需关系空间异质性明显,高供给区与高需求区明显错位,空间不匹配问题严重。（2）随着可达半径由0 km扩大至50 km,区域赤字区面积占比由43.14%减少至7.83%,休闲游憩服务需求未得到满足的人口占比由65.47%下降至10.64%。（3）根据41个地级市不同可达半径下休闲游憩服务供需关系的演变规律,将其划分为5种类型区,提出相应的发展建议。研究表明,快速城市化和城市扩张过程中,应强化城区内绿色空间的分散化配置;同时,在长三角经济一体化发展过程中,休闲游憩服务供需的盈余区、赤字区可以建立生态补偿和经济合作关系,促进长三角绿色发展的一体化。     

大比例尺土壤保持服务制图分级方法研究

科学地编制生态系统服务空间分布图,有助于识别生态系统优先保护热点及空缺,能够为国土安全规划提供基础信息。但由于缺乏统一科学的生态系统服务分级方法,生态系统服务分布图的展示效果和制图效率都受到限制。不恰当的分级制图会误导决策者对生态系统服务空间分布特征的判断,增加生态保护决策的不确定性。以构建生态服务制图分级标准为目标,对我国6个典型县区的土壤保持服务数据展开1：25万比例尺制图分级案例研究。采用分级精度、面积均衡性、极差一致性、空间自相关一致性4个分级质量评价指标评价并比较了目前地图编制中常用的自然断点法、几何间隔法、累积比例法、等差法、分位数法5种分级算法的分级制图效果。结果表明,6个县区有相似的土壤保持服务分布特征：低值区覆盖面积大,高值区覆盖面积小。各县区土壤保持服务制图最优分级方法有差异：延庆区、丰满区最优分级方法为自然断点法;永靖县、天山区、安宁市最优分级方法为累积比例法;富阳区最优分级方法为几何间隔法。各分级方法中,累积比例法在6个县区综合制图效果最优或接近最优,适用性最好,能够较好的刻画各县区的土壤保持服务空间分布特征。本文提出的分级评价方法及其结果,可为生态系统土壤保持服务制图规范化和自动化提供科学依据。     

陆地生态系统环境控制实验的研究方法及技术体系

生物及生态系统与环境变化间的反馈关系及其过程机制是生态学研究的重要内容。不同类型的生物环境因素控制实验以及大尺度的联网野外控制实验被认为是认识生态系统响应和适应环境变化过程机制、精细定量表达的有效手段及认知过程的加速器。近年来发展了大型野外物理模拟实验装置网络(如ECOTRON)、生态系统分析与实验平台(AnaEE)、国际干旱实验研究网络(Drought Network)、氮沉降联合实验网络(Nutrient Network),以及基于各区域性生态观测实验站的联网控制实验(如USA-ILTER)。发展大陆尺度联网实验研究平台事业正日益受到学术界的重视,将会在认知生态系统环境响应过程机制方面发挥更重要的作用。基于以上背景,本文综述了生态系统环境控制实验的研究方法和实验体系的发展,明确指出各种类型的生物环境控制实验需要形成联合协作体系,共同解决生态系统对环境变化的响应及适应的基本科学问题。目前的控制实验包括: 1) 实验室封闭装置内的生物生理生态学控制实验;2) 野外实验场的半开放部分环境要素控制实验;3) 近自然状态的野外环境控制实验;以及4) 基于野外生态站的联网控制实验。进而,本文还深入讨论了陆地生态系统的环境响应及适应过程机制实验系统设计的发展趋势,分析了基于大尺度自然环境梯度实验及生态站尺度的要素控制实验的优势,提出了整合两种实验技术、发展新一代的野外联网实验体系的科学设想,讨论了基于野外联网控制实验的研究体系,论证了研究生态系统对环境变化短期响应和长期适应的规律和机制、生态系统环境响应定量表达的技术途径。若本文提出的控制实验体系设计方案能够得以实施,必将大大促进我国乃至全球生态系统和环境变化科学的研究水平,对我国应对气候变化和生态环境建设具有重要的科学意义。     

土壤健康的生物学表征与调控

如何有效判定土壤健康状态是实现农业绿色发展的基本问题。在现有的土壤健康评价体系中,很少考虑土壤生物在维持土壤健康方面的作用。基于此,本文论述了土壤健康的内涵,从土壤生物健康的角度,总结了土壤健康的生物学表征指标,阐述了土壤微生物、土壤酶活性、土壤微食物网及蚯蚓对土壤健康的指示作用。基于上述生物指标,从作物和土壤管理等方面探讨了不同农田管理措施对土壤健康状况的调控途径,并对土壤生物健康的未来发展趋势进行了展望。本文旨在增强科学家和决策者对维护土壤生物健康的认识,充分发挥土壤生物在生态系统服务中的重要作用。     

大尺度陆地生态系统动态变化与空间变异的过程模型及模拟系统

当代生态系统科学研究更加关注区域生态环境及生态系统状态变化的监测、评估、预测、预警及生态环境可持续管理。在深入理解陆地生态系统的要素、过程、功能、格局及其相互作用机理基础上,发展生态系统定量化描述方法和数值模拟技术,集成构建大陆尺度的“多过程耦合-多技术集成-多目标应用”的陆地生态系统数值模拟器已成为生态系统与全球变化及其资源、环境和灾害效应科学研究的重要科技任务。本研究围绕宏观生态系统模拟分析方法问题,在回顾陆地生态系统模型研究现状和发展趋势的基础上,深入讨论开发大尺度陆地生态系统动态变化和空间变异及其资源环境效应模拟系统的理念,以及模拟系统的功能定位、结构设计等基本问题,为构造中国陆地生态系统数值模拟器提供参考。     

生态系统服务供给和需求研究评述及框架体系构建

生态系统服务供给和需求联系着自然生态系统与社会经济系统,对生态系统服务供给和需求的研究有助于加强生态系统管理和实现资源优化配置,从而保障区域生态安全与社会经济可持续发展。本文在系统梳理国内外相关研究的基础上,对生态系统服务供给和需求的概念内涵、评估方法和实践应用等方面进行全面综述。从理论发展的角度看,虽然目前已取得较为丰富的研究成果,但是现有研究仍较为分散,缺乏统一的生态系统服务供需研究框架体系。鉴于此,本文在对生态系统服务供给和需求的研究范畴进行拓展的基础上,按照“理论-方法-实践”相统一的研究脉络,构建了“定性-定位-定量-定策”的生态系统服务供给和需求研究框架体系,最后提出未来研究应围绕“重点关注生态系统服务供给和需求的空间转移规律、加强生态系统服务供给和需求的定量方法研究、深化生态系统服务供给和需求应用管理实践和建立生态系统服务供给和需求应用评价机制”等方面展开,以期促进生态系统服务供给和需求的理论与实践研究。     

福州市生态系统生产总值核算

开展生态系统生产总值(GEP)核算是推进生态文明制度建设的必要措施,也是将生态效益纳入经济社会发展评价体系的重要举措。本研究以福州市为研究对象,通过构建具有“山、海、城”特色的生态系统价值核算体系,对2015和2018年福州市GEP进行核算,从时空变化角度对福州市GEP进行对比。结果表明: 2015、2018年福州市GEP分别为9205.92、10472.42亿元,人均GEP分别为13.02、14.39万元,生态产品供给服务价值分别为941.81、1102.61亿元,生态调节服务价值分别为6364.20、5988.51亿元,生态文化服务价值分别为1899.91、3381.3亿元。与2015年相比,2018年福州市GEP增加1266.50亿元,增幅为13.8%,主要得益于生态产品供给服务价值和生态文化服务价值的增加。然而,生态调节服务价值减少375.69亿元,降幅为5.9%,主要源于气候调节、水流动调节和水质净化服务价值的减少。福州率先探索建立一套具有山、海、城特色的核算体系,可以为福建省其他城市及我国其他地区的核算工作提供“福州样板”,同时助推建立生态价值实现的长效机制。     

基于Ecopath模型的千岛湖生态系统结构和功能分析

为探索千岛湖生态系统现状及其历史变化, 根据2016年千岛湖的渔业资源与生态环境调查数据, 构建了千岛湖生态系统的 Ecopath 模型, 综合分析系统的能量流动过程、营养级结构和生态系统总体特征。2016年千岛湖 Ecopath 模型由18个功能组组成, 有效营养级范围为1—3.41, 牧食食物链的能量流动占系统总能量的56%。系统杂食指数(SOI)、联结指数(CI)、Finn循环指数分别为0.13, 0.26和5.15%。千岛湖与其他湖泊和水库比较, 其生态系统的各功能组的聚合度较高, 联结程度较为紧密, 物质再循环比例较高, 系统较为成熟。但千岛湖的系统总流量较低为24698.27 t/(km2·a), 总初级生产量与总呼吸量的比值为6.51, 表明系统总体规模较小且仍处于发展阶段。根据千岛湖生态系统历年变化趋势分析: 千岛湖生态系统的总体规模有变大趋势, 稳定性和复杂性有所增强, 但营养交互关系变弱, 系统抵抗外界干扰的能力仍较低。同时, 千岛湖生态系统的初级生产者转化效率较低, 食物网趋于简单, 应采取适当的管理措施, 以保障千岛湖生态系统的健康发展。     

长期施肥对黄土高原典型草原群落稳定性的影响及机制研究

施肥是当前草地生态系统最常见的人为干扰方式之一,可导致草地生物多样性和生态系统稳定性发生显著变化。该研究以黄土高原典型草原为研究对象,通过连续8年的氮肥(尿素)野外添加试验,分析不同氮肥处理(分别为0、5、10、20、40和80 g·m^-2)对草地群落稳定性的影响,并分析检验可能影响群落稳定性的四个潜在机制(物种多样性、物种同步性、投资组合效应和优势度),以明确施肥对群落稳定性的影响及其潜在机制,为黄土高原恢复草地的合理利用提供理论依据。结果表明:(1)随着施肥水平的增加,群落稳定性(S)降低,并在施肥处理为20 g·m^-2时开始极显著下降(P<0.01)。(2)施肥极显著降低了物种的丰富度(R)和优势度指数(D)(P<0.01),但物种同步性(B)和均值-方差的比例指数(z)并没有发生显著变化(P>0.05)。(3)物种丰富度(R)与群落稳定性(S)之间呈正相关关系,而优势度指数(D)与群落稳定性(S)不相关。研究认为,在人为施肥干扰下,黄土高原典型草原的物种丰富度下降导致群落稳定性下降,表明物种多样性对维持草地群落稳定具有重要作用。