槟榔林冠穿透雨空间格局的时间稳定性

槟榔林是热带地区广泛种植典型经济林,独特的树冠结构改变了穿透雨的空间格局,但针对穿透雨空间格局的时间稳定性研究很少,影响对穿透雨生态效应的认识与调控。以海南岛槟榔林为研究对象,基于33场降雨数据,研究了穿透雨的空间格局及时间特性,结果显示:(1)槟榔树冠内不同位置穿透雨差异极显著(P0.01),穿透雨率分别为:树干附近(85.6%)、冠幅中央(48.3%)、冠幅边缘(59.8%),穿透雨空间格局表现为向树干附近汇集的特点;不同方位的穿透雨率仅东面显著高于南面(P0.1),表明风向对穿透雨空间格局具有一定影响。(2)槟榔树冠下各位点穿透雨时间变异程度大(65.7%),但槟榔树冠幅中央穿透雨时间稳定性较好(55.6%),而树干旁边和冠幅边缘穿透雨时间稳定性较差(25%、19.4%),各方位穿透雨的时间稳定性相差不大(约1/3)。(3)距树干距离和降雨量影响穿透雨的时间稳定性,距树干不同距离平均叶片倾斜角度的差异是造成穿透雨在时间上不稳定的关键因素,平均叶片倾斜角度与穿透雨时间不稳定程度呈现显著正相关关系(P0.05);穿透雨时间稳定性在中等降雨条件下最差,随着降雨量增加,冠层对穿透雨的"屏蔽效应"减弱,"滴水效应"增加。揭示槟榔植株个体穿透雨的空间格局及时间稳定性,可为认识乔木个体尺度穿透雨时空特征提供参考,也可为解释林地小尺度土壤水分和土壤侵蚀的空间格局及时间动态提供依据。     

20世纪90年代以来中国生态空间演化的时空格局和梯度效应

改革开放以来中国经济和城市化的快速发展促使生产和生活空间挤占大量生态空间,系统认识和评估我国生态空间演化的宏观格局和过程对于生态文明建设具有重要的理论和现实意义。为揭示全国生态空间变化的时空过程,在对生态空间内涵进行界定的基础上,结合全国尺度时序土地利用数据构建生态空间分类体系,并评估1990-2015年中国生态空间演化特征。结果表明：1990-2015年中国生态用地面积持续减少,主要向半生态用地转变,发生在重要的粮食生产区域及周边;半生态用地面积波动明显,前期主要表现为不断扩张,后期大量转换为弱生态用地,发生在主要城市群地区;弱生态用地持续扩张,与城镇化进程不断加速相关。中国生态空间演变过程表现出一定的区域差异和梯度效应,不同区域生态空间变化发生的拐点时间有所不同,呈现"自东向西、由南到北"的3级梯度特征,区域生态空间状况与经济发展战略及生态空间管控具有较强的相关性。本研究对于国家生态空间管控近远期战略方案制订具有一定启示,建议处于不同梯度的各地区应基于区域生态空间演化所处阶段和不同驱动机制,确定分区域生态空间安全红线目标和生态空间管控方案。     

城市景观生态风险评估框架与实践——以北京天坛地区为例

当前,城市景观生态风险研究缺少科学合理、方便实用的评估框架。作者基于景观生态风险评估基本范式,明确了城市景观生态服务价值的测算方法,分析了引起生态损害的自然因素和人类活动因素,形成了城市景观生态风险评估的技术框架和参数体系;继而以北京天坛地区为研究区,开展了典型城市景观生态风险的定量评估。结果表明：（1）天坛地区景观生态价值总量约为2.41亿元。区域的历史文化价值最高,教育和美学景观价值紧随其后。（2）城市景观生态受损概率呈现"北高南低"的空间分布格局。生态受损概率的高值区面积占整个区域总面积的22.2%,主要分布在珠市口、磁器口和崇文门附近区域。（3）城市景观生态风险呈现"北低南高"的空间分布格局。高风险区主要分布在天坛公园内的文物建筑周边。本研究提供了一个可参考的城市景观生态风险评估应用框架,对生态风险评估中的不确定性进行了讨论,研究针对天坛案例区的具体结论有助于城市管理者避免潜在的风险。     

西安市城市化对景观格局及生态系统服务价值的影响

我国处于城市化高度发展阶段,截止2018年全国城市化率达到59.58%。城市的快速扩张,显著改变了区域景观格局,深刻影响城市生态系统的供给、调节、文化、支持等服务功能。近30年来,西安市城市用地扩张554.23 km²,基于西安市景观格局变化分析,利用同心缓冲区探讨城乡梯度内景观指数与生态系统服务价值的特征及其相互关系,揭示城市发展对城市生态系统的影响。结果表明,1980-2015年西安市各景观类型面积发生明显变化,耕地、草地面积逐渐减少,建设用地面积波动增加,主要来源于优势景观耕地的转化。景观破碎度最高的区域主要分布在距市中心10 km左右的城乡结合部,斑块密度、边缘密度、景观分割度最高,且随城市扩张,拐点距离逐渐增加。林地和耕地是提供生态系统服务的主要土地类型,西安地区总生态服务价值减少了9.56亿元,耕地减少最多（6.83亿元）,沿城乡梯度,总生态系统服务价值均值呈现从市中心到农村递增的趋势,土壤保持的生态服务价值增长最快;沿时间梯度上,生态服务价值均值呈现逐年减少现象;从景观格局对生态服务价值影响分析得知,多样性指数与各类型生态系统服务价值之间存在显著的相关关系,最大斑块指数与不同类型的服务价值呈高度负相关。城市建设使得区域的生态系统服务价值降低,在城市发展中需要科学规划用地、合理布设景观格局,提高生态环境质量,达到城市生态宜居的目的。     

Genetic differentiation and phylogeography of rotifer Polyarthra dolichoptera and P. vulgaris populations between Southeastern China and eastern North America: High intercontinental differences

Genetic differentiations and phylogeographical patterns of small organisms may be shaped by spatial isolation, environmental gradients, and gene flow. However, knowledge about genetic differentiation of rotifers at the intercontinental scale is still limited. Polyarthra dolichoptera and P. vulgaris are cosmopolitan rotifers that are tolerant to environmental changes, offering an excellent model to address the research gap. Here, we investigated the populations in Southeastern China and eastern North America and evaluated the phylogeographical patterns from their geographical range sizes, geographic–genetic distance relationships and their responses to spatial‐environmental factors. Using the mitochondrial cytochrome c oxidase subunit I gene as the DNA marker, we analyzed a total of 170 individuals. Our results showed that some putative cryptic species, also known as entities were widely distributed, but most of them were limited to single areas. The divergence of P. dolichoptera and P. vulgaris indicated that gene flow between continents was limited while that within each continent was stronger. Oceanographic barriers do affect the phylogeographic pattern of rotifers in continental waters and serve to maintain genetic diversity in nature. The genetic distance of P. dolichoptera and P. vulgaris populations showed significant positive correlation with geographic distance. This might be due to the combined effects of habitat heterogeneity, long‐distance colonization, and oceanographic barriers. Furthermore, at the intercontinental scale, spatial distance had a stronger influence than environmental variables on the genetic differentiations of both populations. Wind‐ and animal‐mediated transport and even historical events of continental plate tectonics are potential factors for phylogeography of cosmopolitan rotifers.     

气候变化下栓皮栎潜在地理分布格局及其主导气候因子

栓皮栎(Quercus variabilis)是东亚天然分布最广泛的树种之一。利用最大熵(Maxent)模型对现实气候条件下栓皮栎在东亚地区的潜在分布及其分布的主导气候因子进行分析,同时结合全新世中期(6000年前)和未来气候(2050年)来模拟和预测气候变化背景下栓皮栎潜在分布格局的变化。结果表明:现实气候条件下东亚栓皮栎适生区(适宜生境和低适宜生境)面积占总研究区面积的21.88%,主要集中在东亚南部区域,在我国北起陕西中部、山西和河北南部边缘、山东,西起甘肃东部边缘、四川中东部、云南、西藏东部边缘,一直到东部沿海区域,同时在朝鲜半岛南部和日本中南部也有分布,其中适宜生境面积占研究区总面积的5.69%,主要集中在秦岭山脉、大巴山脉、伏牛山、云南的云贵高原、罗霄山脉、南岭山脉、武夷山和台湾岛;气候变化情景下,栓皮栎的适生区分布面积变化较小,但其适宜生境的分布范围却发生了较大的变化,随着全球气候的波动性变化,适宜生境分布范围逐渐向西部秦岭山脉、大巴山脉、四川、重庆和云贵高原等区域集中,并使该分布中心的适宜生境面积逐渐扩大;影响栓皮栎分布的主要气候因子为最冷月的最低气温(Bio6)、最冷季平均气温(Bio11)和年降水量(Bio12),三者的贡献率分别为48.6%、21.4%和14.2%。     

近30年来白洋淀湿地景观格局变化及其驱动机制

湿地是水陆相互作用形成的独特生态系统,其景观格局极易受到气候变化和人类活动的影响。利用1984—2014年的11期遥感影像数据,综合运用GIS技术和景观格局指数方法,对白洋淀湿地景观格局变化特征及其驱动力机制进行了分析。结果表明,1984—2014年期间,挺水植物和沉水植物呈减少趋势,农田和居民点持续快速增长,纯水体为"增加—减少—再增加"的趋势,林地和裸土地变化幅度不大。其中挺水植物一直是白洋淀最主要的景观类型,占研究区总面积比例达到37%—61%。农田的平均斑块面积最大,挺水植物的最大斑块指数和分维度指数最高,挺水植物和农田的聚集度指数最大,居民点、林地和裸土地空间分布离散,破碎化程度高,连通性差。1989—2004年白洋淀景观多样性指数呈减少趋势,景观格局趋于不稳定,同期聚集度指数上升,湿地连通性增加;1984—1989年和2004—2014年期间白洋淀多样性指数上涨,聚集度指数逐年下降,景观异质性增加。人口和社会经济发展是影响白洋淀景观格局变化的主要因素。     

40年岷山地区白河自然保护区川金丝猴的生境格局动态

好的生境质量是野生动物生存和繁衍的必备条件,生境质量的变化将对动物的生存产生深远影响,定量客观的评估生境变迁过程显得尤为必要。川金丝猴作为我国一级保护动物,评定其生境质量变化过程有利于制定有效的保护措施。3S技术的不断发展与广泛应用为研究川金丝猴生境格局的动态变化提供了有利的工具。以岷山白河自然保护区为例,利用陆地资源卫星的MSS/TM/OLI遥感影像,并基于专家知识的决策树分类方法对遥感影像进行分类,获取了5个时期的覆被类型空间分布图;根据NDVI与郁闭度的相关性获取了研究区郁闭度的时空变化信息。然后,通过对野外观测数据的数理统计与空间分析,获取了川金丝猴的生活习性特征,并结合AHP方法构建了川金丝猴生境质量的评价体系,对5个时期的生境质量进行了评价,最后定量分析了40年来川金丝猴的生境格局的动态变化趋势。研究表明,近40年来白河自然保护区内及周边的生境经历了由良好到不断恶化,再到逐渐恢复的过程,其中最适宜和适宜生境呈现先降低后逐渐升高的趋势,而不适宜和勉强适宜则表现为先增加后减小的趋势。1975—1982年时段内,各生境等级变化剧烈,尤以最适宜和不适宜等级变化显著,生境质量整体呈恶化趋势;1982—1994年,各生境等级变化剧烈程度较前一时期有所缓和,生境质量得到较大改善,呈良性发展趋势;1994—2003年时段内,研究区内生境质量进一步改善,环境恶化状况得到了缓解;2003—2014年时间段内整体质量改善的速度明显减缓,生境质量达到平衡状态。除1975—2014时段外,前4个时段的各综合变化指标呈现递减趋势,前期生境等级变化剧烈,后期趋缓。气候变化和人为干扰为导致生境变化的主要因素,其中20世纪80年代生境变化与气候变化关系密切,而20世纪90年代之后人为干扰因素明显增加。研究有助于理解气候变化与人为干扰背景下,川金丝猴生境格局时空变化特征,为野生濒危动物生境保护管理和政策制定提供科学依据。     

北京城市景观格局时空变化及驱动力

2004—2020年城市总体规划以来,北京经历了快速的城市化发展期,城市景观格局发生了很大变化。采用TM遥感影像为信息源,通过RS解译建立了2003、2007和2011年北京市土地利用覆盖空间数据,利用Fragstats对景观格局特征指数进行了计算和分析,分别从全市域和六环内城市化典型地区两个尺度研究了北京市城市景观格局时空变化特征,结合社会经济、城市总体规划和城市发展政策因素,分析了北京城市景观格局变化的驱动力因素。研究结果表明,过去近10年,市域景观特征发生了深刻变化,建设用地保持较快的增长速度,其比例由15.0%上升至18.0%,相反耕地面积比例由21.3%下降至18.8%。林地一直是市域的优势景观类型,比例维持在51%以上。而六环内城市化典型地区的景观变化更加明显,建设用地比例增加近10%,是六环地区的优势景观类型,耕地比例相应减少10%。建设用地的增长主要以耕地占用为主。景观格局指数的分析表明,大尺度和小尺度的景观格局变化表现出不同的特征,市域大尺度建设用地斑块破碎化程度高,景观蔓延度、聚合度下降,景观多样性增加;而小尺度六环内的建设用地斑块破碎化趋势降低,景观蔓延度和聚合度上升,但景观多样性下降迅速。大小两个尺度的景观空间形态均表现出复杂性增加的趋势。通过景观格局变化的驱动因素分析,人口规模的增加、产业结构调整、城市总体规划的实施以及城市发展政策的变化是导致景观格局变化的主要因素。     

城市生态网络空间评价及其格局优化

合理的城市生态网络空间格局对于保障城市生态环境可持续发展具有重要意义。以哈尔滨中心城区为研究区,基于景观生态学"斑块-廊道-基质"理论,识别研究区生态源、生态廊道、生态节点和生态基质,分析生态网络连接度强弱的空间分布情况,运用GIS技术和CA-Marcov模型对生态网络格局进行模拟优化。研究结果表明:(1)研究区内部生态源较外部生态源与外界联系较密切;周边地区生态源或生态节点与生态廊道连接数目较少;中北部与西南部生态廊道连接度较差,东部生态廊道连接度处于中等水平,中部个别生态廊道连接度较好;转入的大型生态用地大片集中,转入的小型生态用地零星分布。(2)优化后的生态源地在东西方向与南北方向形成集中连片态势,大型生态源地间彼此连接程度较高;大型生态源之间,以及大型生态源与小型生态源之间构成大型生态廊道,是研究区内主要生态廊道网络;研究区小型生态源之间构成小型生态廊道,是研究区内次要生态廊道网络;研究区周边及研究区中心处60%的区域为生态节点盲区,应加强生态节点盲区生态建设;新增加的大部分生态用地,主要集中分布在水域生态源地周边,还有部分分布在绿地生态源地和风景区生态源地周边,其余少量新增加的生态用地零星分布在林地生态源地周边。研究成果为中心城区尺度的生态环境保护和城市规划提供科学的依据。