太行山区水资源供需关系的垂直梯度特征

太行山区具有水少土薄的生态劣势,却承担着华北平原水源供应的重要作用.开展太行山区水资源供需关系垂直特征研究,有助于指导山区生态系统的可持续管理.本研究基于遥感数据以及InVEST模型,定量评估太行山区产水量,并根据不同地区人均综合用水指标计算耗水量,通过不同海拔的水资源产耗比科学划定太行山区水资源的供给区和受益区.结果表明: 2005—2014年,太行山区年均产水总量为65.94亿m³,耗水总量为45.32亿m³,水资源盈余20.62亿m³;从县域和集水区尺度看,太行山区边缘低海拔地区存在一定程度的水资源短缺问题,整个太行山区的产耗比为1.53;根据产耗比随海拔的变化,可将太行山区划分为3个垂直带,0～300 m为水资源补给区,建议发展为农林复合型过渡带,300～950 m为水资源过渡平衡区,建议维持当前自产自耗的现状,950 m以上为水资源外溢区,建议划为水源涵养保护区,严禁一切开发破坏行为.     

天山中部云杉天然林水源涵养功能定量评估——以乌鲁木齐河流域为例

为定量分析天山中部流域尺度云杉天然林水源涵养功能,以乌鲁木齐河流域为研究区,使用In VEST模型,研究云杉林及其它主要地类水源涵养量的大小,并对云杉林在不同分布面积、不同地形因子条件下的水源涵养量变化进行定量分析。结果表明:(1)In VEST模型可较好的确定研究区流域尺度水源涵养量。基于In VEST模型的模拟,乌鲁木齐河流域云杉林区水源涵养总量为4.93×10~6m~3,占研究区水源涵养总量(2.41×10~7m~3)的20.46%,林区平均水源涵养深度为54.25 mm;(2)云杉林区水源涵养量的大小在海拔、坡度、坡向上的变化与云杉林空间分布格局一致,每公顷水源涵养量随海拔升高先增大后降低、随坡度增大而降低;阴坡水源涵养能力最强;(3)研究区各地类中以林地水源涵养量最大(水源涵养量544.78 m~3/hm~2),随着云杉林覆盖率的不断增加,水源涵养总量、平均水源涵养深度及单位面积涵养量均呈增加趋势;(4)研究区水源涵养量的贡献率与森林面积密切相关,云杉林面积每增加1%,研究区与云杉林区水源涵养总量分别增加0.437×10~6m~3、0.522×10~6m~3;加强对研究区云杉林的保护与抚育管理,才能使森林发挥持续稳定的水源涵养生态服务功能。     

东江湖流域水供给服务时空格局分析

与水相关的生态系统服务是生态学研究的热点问题。水供给服务对区域水循环和水量平衡具有至关重要的作用。东江湖流域是国家重点流域和水资源生态补偿试点,水供给服务是该流域生态系统服务保护的重中之重。基于In VEST模型,从流域、子流域两个尺度分析1995—2010年东江湖流域的水供给服务时空格局,并比较了不同土地覆被类型的水供给服务能力。结果表明:(1)1995—2010年,东江湖流域水供给量整体呈现先增加后减少的趋势,年均水供给量在1100—1600 mm之间,2000年的平均水供给量最多。(2)各年水供给量的空间分布格局相似,由湖区向四周递增。(3)平均水供给量较高的土地覆被类型为城镇建设用地、典型草地、灌丛、灌丛草地,在1600 mm左右。平均水供给量较低的土地覆被类型为河湖滩地、内陆水体、水田,在800 mm以下。(4)各个子流域平均水供给量大致在750—1700 mm之间。东北部子流域为水供给服务的高值地区。从水量平衡的角度而言,降水和实际蒸散发是决定生态系统水供给量的两个关键环节。东江湖流域水供给量的时空格局差异是气候和土地覆被共同作用的结果。研究能够为东江湖流域的水资源管理提供科学的参考依据,对东江湖流域生态系统服务功能的提升、生态环境质量的改善、社会经济的可持续发展具有重要的现实意义。     

林地资源变化对森林生态系统服务功能的影响——以南水北调核心水源地淅川县为例

森林生态系统是人类生存与发展的基础,其服务功能不可替代。以南水北调中线工程渠首所在地淅川县为研究区,使用2004年TM、2009年TM、2014年GF1号影像等数据,在PIC、Arcgis10.0等软件支持下,分析其2004—2014年的林地资源变化,并利用InVEST模型对森林生态系统服务功能(水源涵养、水质净化和土壤保持)进行定量评估。结果表明:(1)2004—2014年县域林地资源以有林地为主,面积增长迅速,灌木林地和苗圃地面积增长缓慢,疏林地和未成林造林地面积均呈现先增后减趋势;(2)伴随林地资源变化,森林生态系统服务功能产生相应显著变化,10年间县域水源涵养量功能减少19%,森林水质净化功能提高29%,土壤保持功能增加6%;(3)同一森林类型,其生态服务功能在不同年际之间的差异表现为平均水源涵养功能逐年下降,平均水质净化能力不断提升,平均土壤保持能力先增后减;(4)对比5种森林类型的生态服务功能,有林地的服务功能最强,其次为灌木林地和疏林地;(5)10年间县域森林生态系统的水源涵养、水质净化和土壤保持服务功能的高低与森林覆被的高低程度呈正相关,呈现出北高南低的空间分布格局;(6)科学管理森林生态系统服务的关键在于合理配置林地与其他用地的分布格局,提高林地与其它用地镶嵌构成的复合土地利用的可持续性。同时加强服务功能重要区域的保护,避免对对服务功能较差区域的破坏。此外,未来森林经营需要从单纯的森林面积扩张,转变为提高森林质量和生产力,从而加强森林生态系统对气候变化影响的适应能力。     

基于土地利用变化的福建省生境质量时空变化研究

地利用变化引起的生态效应已经成为生态学研究的核心问题,分析土地利用变化引起生境质量时空变化可以为生态保护和土地规划提供科学依据。以福建省为例,利用In VEST模型对福建省生境质量进行评估,根据生境质量指数将其生境划分为低、中、良好、优等。同时分析了福建省土地利用变化对其生境质量时空格局的影响。研究结果表明:2000—2010年,福建省景观破碎度指数逐渐降低,斑块之间连通性好,生境破碎化程度降低,整体生境得分值在0.9以上。林地是福建省的优势景观,其覆盖面积达到了福建省的86%以上,并且林地的破碎化程度低,人类活动对它的干扰较小,所以福建省大部分地区生境质量处于良好、优质等级。但是福建省东南沿海地区生境值低于0.6,处于中、低等级之间,主要因为建设用地的急剧扩张增加了对生境质量的破坏强度。东南沿海地区的GDP占到福建省的65%以上,形成了以二、三产业为主导的产业格局,对基础设施建设、工业、居住用地等的需求急剧增加。所以,福建省的57%以上的建设用地主要集中于东南沿海地区。东南沿海地区高度聚集的建设用地,侵占了大量的裸地和耕地,严重干扰了该地区整体生态格局,破坏了生境质量,导致其生境质量低于福建省其他地区。     

自然资本科学和决策实践:宜居城市和可持续发展——2018年自然资本项目年会述评

2018年自然资本项目年会(Natural Capital Project Symposium)于3月19日至22日在美国斯坦福大学举行。自然资本项目由美国斯坦福大学、世界自然基金会和大自然保护协会发起,旨在推进将科学和融入自然多元价值的实践纳入管理决策过程。本次会议正式邀请并宣布中国科学院生态环境研究中心为项目伙伴。会议吸引了来自33个国家363名政府工作人员、非政府组织成员、企业家和专家学者参加。本届年会的两大主题是宜居城市和可持续发展。会议包含9个大会主题报告和3个平行分会场,平行分会场归纳为宜居城市、可持续发展、淡水和流域管理、海岸带恢复力、投资标准化制定、模型培训和探索等六个方面;会议同时设有专题讨论和小组研讨、InVEST模型培训和讨论、墙报展示等。会议推进了生态系统服务的科学发展和实践应用,将自然资本纳入科学决策体系,在全球范围内推动科学和决策的融合、促进可持续发展。     

基于栖息地风险评价模型的海岸带滩涂湿地风险评价——以闽三角为例

海岸带湿地是生物多样性最丰富、生产力最高、最具价值的生态系统之一。然而近年来,随着城市化和工业化进程的加快,我国海岸带地区的土地利用正发生深刻变化,生态风险凸显。利用2000、2005、2010和2015年的Landsat TM/ETM+和Landsat 8 OLI遥感影像,融合行政区划图与地形图,并引入一个评价多元海洋、海岸带利用对栖息地造成风险的模型,即Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs(In VEST)模型中的栖息地风险评价(Habitat Risk Assessment,HRA),模型评价闽三角海岸带滩涂湿地的生态风险。结果表明:(1)闽三角海岸带滩涂湿地风险以低风险为主;(2)泉州地区的风险面积最大(约4389.91 hm~2),漳州地区最小(约4630.73 hm~2);(3)修正面积影响的情况下,其他建设用地造成的暴露和影响较大,耕地造成的暴露和影响最小。不同区域滩涂湿地风险程度的可视化表达,可以揭示滩涂湿地高风险地区以及高风险的产生原因,便于管理者对滩涂湿地采取精准的保育措施。     

石羊河流域水源涵养功能定量评估及空间差异

水源涵养功能是流域生态系统的重要服务功能之一和可持续发展的关键因素。采用In VEST模型,通过参数本地化,定量评估了石羊河流域产水量及水源涵养功能,在此基础上对水源涵养功能重要性进行分级,通过模拟不同退耕情景,分析其产水量及水源涵养功能的差异。结果表明:(1)In VEST模型中的Zhang系数为2.1时,研究区产水量模拟效果最佳;研究区2015年单元平均产水深度值为60.90 mm,产水总量为24.71×10~8m~3;单元平均水源涵养量为23.97 mm,水源涵养总量为1.35×10~8m~3;单元产水深度与单元平均水源涵养量空间分布均呈现出南高北低的趋势;研究区不同地类单元水源涵养能力以林地最强,草地的水源涵养总量最大。(2)研究区内水源涵养功能一般重要级别区域占总面积的53.94%,极重要和高度重要级别共占总面积的22.40%。(3)根据不同退耕模式情景模拟结果,研究区林地面积最大时,单元水源涵养量及水源涵养总量均最高;随着林地、草地面积的增加,产水量有所减少,且林地面积最大时,产水量最少;基于最小模糊度法,确定了研究区合理退耕还林还草模式。     

内蒙古乌审旗有机碳库变化及其增汇调控途径

干旱区面积占陆地总面的积30%—40%,在全球碳循环过程中占有十分重要的地位。以乌审旗陆地生态系统为研究对象,通过对该区域1977—2012年间半灌木及草本植被、草甸与沼泽、盐生植被等几种主要植被和土壤有机碳密度进行调查,在InVEST碳储与吸收模块支持下,结合5期植被类型图,估算了该旗有机碳储量;并以2012年为基准年,采用8种不同的土地利用情景,对其生态系统碳增汇潜力进行估算,并提出适应该旗地域特点的碳增汇调控途径。结果表明:在1977—2012年35 a中,乌审旗陆地生态系统有机碳储量呈"V"型变化,平均碳库为47.38 TgC,1977—1997年为有机碳库储量减少阶段,减少1.68TgC,1997—2012年为有机碳库储量增加阶段,增加0.80 TgC;通过情景分析表明,乌审旗沙地生态系统存在较大的碳增汇潜力,增加森林植被覆盖度、转变土地利用方式、湿地保育等措施是适宜该地区有效的碳增汇途径。通过该研究,以期为权衡生态环境保护和社会经济发展、为形成适合该地区的碳增汇调控途径和措施提供科学依据。     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合作用的影响

通过测定小麦拔节期叶片的光合气体交换参数和光强-光合速率（P_n）响应曲线,研究了氮素对长期高大气CO₂浓度（760 μmol·mol^-1）下小麦叶片光合作用的影响.结果表明：在长期高大气CO₂浓度下,增施氮肥能提高小麦叶片P_n、蒸腾速率（T_r）和瞬时水分利用效率（WUE_i）;与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i增加,气孔导度（G_s）和胞间CO₂浓度(C_i）降低.随光合有效辐射的增强,高大气CO₂浓度下小麦叶片的P_n和WUE_i均高于正常大气CO₂浓度处理,G_s则较低,而C_i和T_r无显著变化.高氮水平下小麦叶片G_s与P_n、T_r、WUE_i呈线性正相关,G_s与C_i在正常大气CO₂浓度下呈线性负相关,但高大气CO₂浓度下二者无相关性;低氮水平下小麦叶片的G_s与P_n、WUE_i无相关性,而与C_i和T_r呈线性正相关,表明高大气CO₂浓度下低氮水平的小麦叶片P_n由非气孔因素限制.