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中国退化草地生态修复措施综述与展望
古琛, 贾志清, 杜波波, 何凌仙子, 李清雪
2022, 31 (7): 1465-1475. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.07.020
摘要535)   HTML47)    PDF (2339KB)(1316)   

草地是面积最大的陆地生态系统,具有极其重要的生产和生态功能,但长期的过度利用和气候变化导致草地生态系统在全球范围内出现不同程度的退化。退化草地的自然恢复需要相当长的时间,人为的修复措施是加快草地恢复必不可少的手段。中国草地生态修复的研究已经进行了几十年,但一直以来对生态功能的重视程度不够,导致先退化—后治理—再退化—再治理的现象普遍,草地退化状况仍未得到全面改善。近年来,在强调生态优先、绿色发展的大背景下,中国对草地保护和生态修复的重视程度不断提高,退化草地生态修复是中国当前亟待解决的重大难题和艰巨任务。通过综述草地生态修复的研究进展以及主要的技术和政策措施,分析了国内外草地生态修复主要技术措施(免耕补播、合理放牧、人工草地建植、围栏封育、耕翻和施肥)的恢复效果、限制因素和存在的不足,旨在为退化草地生态修复提供理论参考。论文在以上分析的基础上提出中国草地生态系统修复未来的研究方向和发展建议:(1)建立健全现代草牧业体系和管理模式,从根本上解决草畜矛盾,是解决草地退化和生态修复问题的根本途径;(2)完善草地退化分类分级体系,进一步为生态修复提供理论依据;(3)加强乡土种质资源和土壤微生物的挖掘利用,为生态修复提供物质保障;(4)突破毒草化草地恢复的理论与技术瓶颈;(5)建立分区—分类—分级的生态修复理论技术体系和评价体系。草地生态修复是一项复杂的跨学科的系统工程,加强多领域协作是解决问题的关键。

基于InVEST模型的太行山沿线地区生态系统碳储量时空分异驱动力分析
王成武, 罗俊杰, 唐鸿湖
2023, 32 (2): 215-225. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.02.001
摘要320)   HTML42)    PDF (3501KB)(491)   

提升区域的碳汇能力是中国生态文明建设的重点战略方向,是促进经济社会发展绿色转型的重要举措。太行山区是中国华北地区重要的生态屏障,其生态系统拥有良好的碳汇能力。研究太行山区生态系统碳储量时空分异特征及其影响驱动机制,对华北地区落实国家“双碳”工程建设,提升区域释氧固碳能力,乃至全面提升区域生态环境质量具有重要的意义。以太行山区为例,基于2005、2010、2015、2020年太行山区四期土地覆盖及碳密度数据,使用InVEST模型估算研究区碳储量,使用地理探测器探索驱动碳储量空间分异的主要因子,分析驱动机制。研究结果表明,(1)在2005-2020年期间,太行山区的土地利用类型发生明显变化。林地、建设用地土地利用面积增加,耕地、草地土地利用面积减少。耕地和草地主要转化为建设用地,同时也有一部分耕地转化为林地。(2)太行山区碳储总量在1.48×109-1.50×109 t之间,整体逐渐增加。从土地类型来看,碳储量占比由大到小依次为:林地、耕地、草地、建设用地、水域、未利用地。林地增加是太行山区碳储量增加的主要原因;(3)太行山区碳储量空间分异主要受地形、环境和土壤因素的影响。根据地理探测器分析,NDVI(0.214-0.280)和土壤类型(0.151-0.160)的解释力明显大于其他因素,是驱动太行山区碳储量空间分异的主导因子。各驱动因子间的交互作用强度均强于单一因子,其中协同作用最强的是DEM与NDVI协同影响类型(0.368-0.406),这说明在“双碳”建设时需要综合考虑驱动因子对生态系统碳储量空间分异的作用。该研究使用了地理探测器方法来探索生态系统碳储量空间分异驱动因子的作用机制,为生态系统碳汇领域的研究提供了一种新的思路。

珠三角河网鱼类微塑料污染特征研究
樊珂宇, 高原, 赖子尼, 曾艳艺, 刘乾甫, 李海燕, 麦永湛, 杨婉玲, 魏敬欣, 孙金辉, 王超
2022, 31 (8): 1590-1598. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.08.011
摘要179)   HTML2)    PDF (1139KB)(489)   

近年来,微塑料作为一种新型污染物在水环境中的污染受到越来越多的关注,已经成为一个新兴的全球性环境问题。为了解珠三角河网水域常见野生鱼类中微塑料的污染特征,选取8种野生淡水鱼为研究对象,分析其鳃部和肠道中微塑料的丰度、粒径、形态、颜色和组成成分。结果表明,在所有鱼体中共检测出60个微塑料,平均每条鱼摄入了1.6个微塑料,鳃部的平均丰度为 (0.638±1.276) items∙g-1,肠道的平均丰度为 (0.256±0.326) items∙g-1,鳃部的平均丰度大于肠道的平均丰度。通过对鱼类微塑料的丰度与鱼的体长、体质量的相关性分析表明,鱼类微塑料的丰度与鱼的体长、体质量相关性较弱。本次实验检测出的微塑料粒径多大于100 μm,主要为碎片状,颜色主要为黑色和灰色,检测的聚合物类型主要为聚乙烯和聚丙烯。中上层鱼类摄入的微塑料大多为颗粒状,分析其来源可能为个人护理及化妆品内添加的塑料微珠,通过生活污水排入到环境中,从而被摄食。底层鱼类摄入的多为碎片状,分析其来源可能是固体废物,经过风化和光解沉入水底,从而被底层鱼类所摄食。泥鳅(Misgurnus anguillicaudatus)的平均微塑料摄入量最高,鳃和肠道中微塑料含量最高的鱼类均来自左滩采样点。上述研究结果有助于了解珠三角河网野生淡水鱼类群体的微塑料污染现状,可为水生态风险评估提供参考。

基于机器学习算法的干旱区绿洲地上生物量估算
王雪梅, 杨雪峰, 赵枫, 安柏耸, 黄晓宇
2023, 32 (6): 1007-1015. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.06.001
摘要231)   HTML429)    PDF (3163KB)(407)   

植被地上生物量是反映陆地生态系统固碳能力的重要指标,利用遥感技术开展干旱区植被地上生物量估算与空间反演,可为荒漠绿洲生态系统的健康评价与碳储量估算提供重要依据。以野外调查和实地采样数据为基础,利用Landsat 8 OLI多光谱影像提取的7个植被指数和13个波段变量构成4种建模变量组合,采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)、极端梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)和随机森林(Random Forest,RF)这4种机器学习算法对新疆渭干河-库车河三角洲绿洲地上生物量进行遥感估算和空间反演。结果表明,(1)由波段变量和随机蛙跳算法优选变量构建的植被地上生物量反演模型,其估测精度明显优于全变量和指数变量,预测能力更为稳定。与SVM和BPNN算法相比,XGBoost和RF算法构建的模型具有更好的估测效果,能更准确地估算研究区植被地上生物量。(2)在构建的估测模型中,波段变量结合RF算法模型的精度最高,稳定性最强,其建模集和验证集的决定系数分别为0.898和0.742,平均绝对误差分别为82.1 g·m-2和79.2 g·m-2,均方根误差为110.8 g·m-2和132.1 g·m-2,相对分析误差均大于1.8,模型拟合效果最佳。(3)研究区植被地上生物量的空间分异较为明显,整体呈现出绿洲区高,荒漠区低,由绿洲内部向绿洲外围逐渐降低的变化趋势。与其他3种机器学习算法相比,随机森林算法构建的估测模型具有良好的估测能力和稳定性,可准确估算干旱区绿洲地上生物量。同时,基于最优变量组合的机器学习算法模型为地上生物量反演提供了科学依据。

青海湖流域生态风险评价及生态功能分区研究
李惠梅, 李荣杰, 晏旭昇, 武非非, 高泽兵, 谭永忠
2023, 32 (7): 1185-1195. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.07.002
摘要181)   HTML34)    PDF (2287KB)(394)   

将生态风险结合生态重要性区域进行生态功能分区,是缓解人类活动与生态保护矛盾的重要手段。气候变化和旅游对青海湖流域产生了生态风险的威胁,借助GIS空间技术,在生态系统服务的重要性和敏感性评价基础上,遵循压力点-暴露框架,基于压力-状态-响应模型评估了青海湖流域的生态风险,进行生态功能分区并提出管控建议。结果表明:(1)流域生态风险空间分布格局两级分化明显,高风险面积为7.77×103 km2,占流域面积的26.4%,集中在环青海湖地区及刚察县城;低风险区面积为12.7×103 km2,占流域面积的43.1%,主要是流域的水体及草地覆盖区;(2)流域生态系统服务重要性空间格局具有异质性,高值区面积为7.77×103 km2,占流域面积的26.4%,主要包括水体、湖泊、山林和高寒草地覆盖度高的生态区;低值区主要是环湖地区、高海拔地区和城镇扩张明显地区;(3)国家公园的功能区划不仅要考虑生态保护,还要考虑居民的生产生活需求和社区发展的需要,采用功能分区优化以充分体现“生态保护优先和高质量发展”。将高度重要区和高风险区整合为生态红线区,以最大程度保持区域内生态系统的原真性和完整性;将低/中风险区和轻度/中等重要区化为优先开发区,高风险区和较重要区的叠加为生态开发区,是未来国家公园运营过程中的生态畜牧业和生态旅游业发展区;剩余区域规划为保护发展过渡区,是未来的缓冲空间。该分区方案旨在尝试缓解生态保护与发展的矛盾,以有助于推动青海湖国家公园建设,为自然保护地的生态功能区规划提供了新思路,也为区域可持续发展提供科学参考。

黄河流域净生态系统生产力的时空分异特征及其驱动因子分析
曹云, 孙应龙, 姜月清, 万君
2022, 31 (11): 2101-2110. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.11.001
摘要400)   HTML55)    PDF (5674KB)(391)   

净生态系统初级生产力(Net Ecosystem Productivity,NEP)及影响因素的定量评估研究,有助于深入理解区域碳循环及其驱动机制。作为气候变化敏感区域,黄河流域净生态系统生产力的时空变化特征及其气候驱动因子的研究,对阐明中国北方陆地碳汇格局特征具有重要意义。因此,该研究基于NEP的估算模型,采用趋势分析、相关分析、聚类分析等分析方法,对2000-2020年黄河流域NEP时空演变特征及其驱动机制进行分析。结果表明,(1)黄河流域年均NEP为92.7 g·m-2,总体上表现为碳汇。在空间分布上,NEP呈现从西向东逐步递增的分布特征,并存在明显的空间聚集效应,高值和低值聚集区域分别占流域面积的32.6%、41.7%。(2)2000年以来黄河流域NEP总体呈增加趋势,平均每年增加4.7 g·m-2,其中有62.4%的地区NEP增加趋势达到显著水平,植被固碳能力提升明显。在不同分区中,黄河中游地区NEP增加速率最大,平均每年增加7.8 g·m-2;在不同植被类型中,常绿林NEP提升最为显著,具有显著增加趋势的面积占比最高,达到82.8%。(3)从未来变化特征看,黄河流域NEP的Hurst指数平均为0.74,未来变化趋势具有强可持续性特征。其中NEP呈显著增加趋势,且未来保持强持续性的区域面积占比达到56.2%,说明未来黄河流域大部地区固碳能力仍将保持提升趋势。(4)从气候相关分析看,流域NEP多与降水呈正相关性,与日照时数呈负相关性,而气温影响不显著。在关键气候因子的影响范围方面,降水影响面积最大,占比达到70%;日照时数次之(19.3%);气温影响范围最小(10.7%)。因此,降水是影响黄河流域NEP空间分布的最主要气候因子。

土壤中微塑料复合污染研究进展与展望
谢洁芬, 章家恩, 危晖, 刘自强, 陈璇
2022, 31 (12): 2431-2440. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.12.018
摘要269)   HTML28)    PDF (1005KB)(390)   

微塑料污染作为新型的生态环境问题,是全球共同面临的严峻挑战,其对生态系统的威胁及潜在风险已成为当前环境领域的研究热点。自然界中的微塑料与多种污染物共存所产生的复合污染,比微塑料单一污染造成的后果更严重,因此,对微塑料复合污染的内在机制研究及所采取的防控对策将更加复杂。该文按照土壤环境中与微塑料产生复合污染的污染物的不同来源,将微塑料复合污染划分为两种类型:污染物来自土壤环境中的重金属、持久性有机污染物和抗生素等,称为外源性复合污染;污染物来自微塑料自身所释放的有毒添加剂等,则称为内源性复合污染。综述了土壤中微塑料复合污染的3种主要路径:一是微塑料与土壤环境中常见的主要污染物,如重金属、持久性有机污染物、抗生素等发生吸附作用;二是微塑料与土壤微生物等形成生物膜;三是微塑料与自身释放的有毒添加剂形成共同污染。同时,分析了微塑料与以上不同污染物和自身释放的添加剂共同作用的过程、相关影响因素,以及微塑料复合污染所引发的生态毒性效应。在此基础上,对土壤微塑料复合污染研究一些未来发展方向进行了展望。该文旨在为深入探究土壤中微塑料复合污染的互作机理、风险评估和综合治理提供参考。

2001-2020年中国植被净初级生产力时空变化及其驱动机制分析
石智宇, 王雅婷, 赵清, 张连蓬, 朱长明
2022, 31 (11): 2111-2123. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.11.002
摘要414)   HTML40)    PDF (5124KB)(384)   

植被净初级生产力(NPP)是表征生态系统物质和能量循环的基础,也是区域和全球碳循环的重要组成部分。为揭示2001-2020年中国净初级生产力时空变化特征及其驱动机制,基于MOD17A3HGF数据产品,运用Sen趋势分析、Mann-Kendall检验以及Hurst指数等方法分析了中国植被NPP时空变化与未来发展趋势,并通过相关性、残差分析等方法定量分析了气候变化和人类活动在植被NPP变化过程中的相对作用。研究结果表明,(1)中国植被NPP空间上呈现东南高西北低的分布格局,时间上呈波动增加趋势,变化速率为2.86 g·m-2·a-1;空间变化以基本不变为主,NPP呈显著增加的面积明显大于显著减少的面积,未来中国84.38%的地区植被NPP将持续增加或由减少转为增加。(2)植被NPP与降水、气温总体上均呈正相关,其中降水对植被NPP影响更为显著;植被NPP与降水显著正相关的区域主要分布在长江以北地区,与气温显著正相关的区域主要分布在青藏高原中部和北部、云贵高原东南部、东南沿海地区以及山东南部等地。(3)气候变化和人类活动对中国植被NPP的增加均产生了重要作用,但两者在植被NPP改善区中的相对作用存在显著的空间差异性;气候变化主导的植被改善区主要集中在东北、华北、四川盆地及长江中下游平原等地区,人类活动主导植被改善区主要集中在华中、西南以及西北地区;而气候变化和人类活动对植被退化的影响在空间分布上较为一致,且气候变化对NPP退化区的影响较小,人类活动是植被NPP退化的主要因素。

2000—2020年黄河流域土地利用变化特征及影响因素分析
付乐, 迟妍妍, 于洋, 张丽苹, 刘斯洋, 王夏晖, 许开鹏, 王晶晶, 张信
2022, 31 (10): 1927-1938. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.10.001
摘要348)   HTML33)    PDF (4604KB)(381)   

土地利用变化是人类与自然相互作用的重要表征。研究黄河流域土地利用变化特征及其驱动因素,可为黄河流域生态保护和高质量发展战略的实施提供参考。根据黄河流域2000、2010和2020年3期土地利用数据,运用空间分析与数理统计方法定量分析了流域不同尺度下的土地利用变化特征,分析了影响土地利用类型变化的主要因素。结果表明,(1)黄河流域草地和农田占比多年平均值分别为47.9%±0.38%、26.5%±0.69%,草地广泛分布于中上游,农田集中分布于下游,表明黄河上中下游分别承担着保障国家生态安全和粮食安全的重任。(2)2010—2020年的土地利用变化强度远高于2000—2010年,土地利用发生转变的面积和综合土地利用动态度分别增加了约8倍和15倍。(3)2000—2020年黄河流域土地利用类型变化以城镇、草地和森林增加和农田减少为主,城镇扩张了1.08×104 km2,主要发生在黄河中下游的城市群,新增规模的58%是农田;草地和森林等生态用地增加了0.91×104 km2,主要发生在黄河源头区和上游地区的青海和甘肃,新增规模的75%是农田;农田缩减了1.30×104 km2,主要发生在黄河中、下游地区的平原地带,48%和37%的农田转换成城镇和草地。(4)气候变化、社会经济和政策实施是影响黄河流域土地利用变化的主要因素。在气候变暖变湿、生态保护修复政策和工程实施的双重驱动下,林草植被和水域湿地等面积有所增加,生态系统质量有所改善。同时,在人口规模和经济快速发展的背景下,城镇建设用地对农田的侵占非常严重,人地矛盾更加突出。

气候变化和人类活动对陕西省植被NPP影响的定量分析
李登科, 王钊
2022, 31 (6): 1071-1079. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.06.001
摘要346)   HTML43)    PDF (1758KB)(368)   

定量评估气候变化和人类活动对陆地生态系统碳循环的影响,对于深入理解植被变化驱动机制和生态建设与保护具有重要意义。基于2000—2019年生态过程模型BIOME-BGC计算的实际净初级生产力和气候模型计算的潜在净初级生产力,定量分析气候变化和人类活动对陕西植被生态系统的影响。结果表明,2000—2019年间,陕西省植被NPP的变化主要由气候驱动的区域占总面积的11.96%;叠加上人类活动影响,且后者作用更强的区域占比为86.93%。陕西省的植被NPP增加的区域占总面积的98.06%,其中有11.93%的区域是由气候因素驱动,主要分布在关中地区和汉中盆地的农作区;86.13%是由人类活动驱动,主要分布在陕北、陕南地区,说明了这两个地区退耕还林、天然林保护等生态建设工程取得了显著成效。减少的区域占总面积的0.83%,其中有0.03%的区域是由气候因素驱动,零星分布在全省各地;而0.8%的区域是由人类活动,尤其是城镇建设所致,分布在城镇周边区域。还有1.11%的面积NPP没有发生变化。陕西省植被NPP的变化受到气候和人类活动两种驱动力的作用,而主要驱动力是人类活动。

黄山土壤细菌群落及氮循环功能群的垂向分布格局
向兴, 满百膺, 张俊忠, 罗洋, 毛小涛, 张超, 孙丙华, 王希
2023, 32 (1): 56-69. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.01.007
摘要215)   HTML22)    PDF (2571KB)(359)   

山地生态系统是研究土壤微生物垂向变化规律的天然场所,受采样空间尺度、样本异质性、测序深度、变化的生态因子、环境参数及多样性度量指数等因素的制约,目前对该系统土壤细菌群落及氮循环功能群垂向分异格局的认识仍然薄弱。以植被和土壤垂直分带明显的黄山为研究对象,选取海拔926—1800 m的典型森林土壤样本,采用Illuminia HiSeq高通量测序技术获取土壤细菌群落信息,在生物信息学分析中引入谱系结构指数(MNTD和NTI),结合土壤理化参数及FAPROTAX功能预测手段,探究黄山森林土壤细菌群落多样性和氮循环功能群垂向变化的潜在规律。结果显示,(1)变形菌门(Proteobacteria,44.77%)、酸杆菌门(Acidobacteria,21.85%)和放线菌门(Actinobacteria,14.88%)为优势细菌门类,其垂向分布依次呈现递减式、“U”型式和单峰式。(2)细菌群落的物种多样性指数和谱系多样性指数的空间垂向分布呈单峰模式。(3)谱系结构指数分析揭示细菌群落的系统发育关联度随海拔升高呈单调递增模式,表明环境过滤作用显著影响细菌群落的形成过程。(4)系统发育方法和分类学方法均表明pH和温度(t)是黄山森林土壤细菌群落结构垂向分布的主控因素。(5)4个主要的氮循环功能群中,尿素降解功能群(8.14%)、好氧氨氧化功能群(2.73%)和好氧亚硝酸氧化功能群(0.99%)的相对丰度在垂向分布上呈单峰模式,其优势类群依次为中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)、Ellin6067类群和硝化螺菌属(Nitrospira);固氮功能群(21.45%)在垂向呈“U”型分布模式,其优势类群是慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)。研究结果揭示黄山森林土壤细菌群落多样性、物种组成及氮循环功能群的垂向分异格局,为认识中亚热带森林生态系统土壤微生物群落结构及功能群对环境变化的响应提供理论依据。

福岛核事故后2011-2012年舟山渔场生物样品中 137Cs的分布及剂量评估
姚志鹏, 王锦龙, 毕倩倩, 黄德坤, 于涛, 杜金洲
2023, 32 (4): 715-721. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.04.009
摘要267)   HTML8)    PDF (819KB)(354)   

2011年3月日本福岛发生核事故至今已有10余年,日本政府于近期决定将事故产生的核废水排入海洋,而海洋鱼类可以吸收和积累人工放射性核素而成为人工放射性物质的携带者与传播者,因此,对海洋鱼类中人工核素包括137Cs的监测就十分重要。为了解福岛核泄漏发生以及日后核废水稀释排入海洋后137Cs在中国东海的污染影响情况,于2011-2012年在东海舟山渔场海域采集了包括鲳属(Pampus)、小黄鱼(Pseudosciaena polyactis)、带鱼(Trichiurus haumela)、鮟鱇科(Lophiiformes)、红娘鱼属(Lepidotrigla)、舌鳎属(Cynoglossus)、日本对虾(Penaeus japonicus)、毛蚶(Scapharca subcrenata)和中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)在内的海洋生物样品,利用高纯锗伽马能谱仪对137Cs进行分析。发现137Cs的质量活度为<0.11-1.2 Bq?kg?1,略低于美国西海岸和北太平洋渔场(6-36 Bq?kg?1),明显低于福岛附近海域(5-1200 Bq?kg?1)。137Cs在研究区域生物样品中的生物浓缩系数为 (2.7-20)×102 L?kg?1,是仅次于福岛排污废水中14C的生物浓缩系数(~104 L?kg?1)。居民食用中国东海的海产品带来的辐射剂量为0.039-0.45 μSv?a?1,明显小于美国西海岸、北太平洋渔场和福岛附近海域。研究表明,137Cs在鱼类中生物浓缩系数较高,因此,需要加强海洋中不同种群的鱼类中人工核素(包括137Cs)含量的监测,以评估日本排放核废水对海洋环境、生物以及人类健康的影响。该研究是福岛核事故刚发生后对中国近海渔场海洋生物体内137Cs剂量水平的一次调查,为今后调查福岛核事故以及核废水排放的人工放射性物质对中国近海渔场的后续影响提供了基础资料。建议对中国近海和中国传统的太平洋渔场进行连续性调查,特别是处于福岛东北部海域的北太平洋渔场的调查,因黑潮延伸体可以将福岛排污水直接输送至该区域。

气候变化和人类活动对松辽流域植被覆盖的影响
贾志峰, 刘鹏程, 刘宇, 吴博博, 陈丹姿, 张向飞
2023, 32 (1): 1-10. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.01.001
摘要377)   HTML67)    PDF (3879KB)(346)   

探究植被变化及其对气候变化和人类活动的响应,对科学高效管理区域生态系统具有重要意义。基于年归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)、年降水量和年平均气温数据,采用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall趋势检验、残差分析等方法,定量分析了松辽流域1998—2018年NDVI时空变化特征及其驱动因素。结果表明,流域年均NDVI在0.72—0.82之间,呈极显著增加趋势,总体增长速率为0.0041/a;在2000—2005年和2009—2014年期间增速较快,平均增长速率分别为0.0137/a和0.0092/a。流域NDVI空间变化率在 (-0.44—0.44)/(10 a)之间,92.85%区域植被呈改善趋势,极显著改善区域面积占比达72.26%;而7.15%的区域植被呈退化趋势,极显著退化的区域面积占比仅为0.91%,退化区域主要集中在大兴安岭西部地区、渤海湾及东北各省会城市区。气候因素对流域NDVI影响在 (-1.4×10-3—1.6×10-3)/a之间,人类活动对流域NDVI影响在(-3.6×10-3—4.0×10-3)/a之间;气候驱动和人类活动驱动下流域植被呈极显著改善区域的面积占比分别为3.77%,62.84%。流域内有79.40%的区域人类活动贡献率超过了70%。气候变化对NDVI抑制的区域主要分布在海拉尔河左岸及大兴安岭西南侧区域;人类活动对NDVI抑制区域主要分布于东北城市群及大兴安岭西部区域。对于不同的土地利用类型,人类活动对NDVI的贡献率均明显高于气候变化的贡献率。在植被改善区域,人类活动对林地植被变化的贡献率最大,其次为耕地、未利用土地、草地。在植被退化区域,人类活动对草地植被变化的贡献率最大,其次为未利用土地、林地、耕地。建议在东北地区高质量发展战略规划中应更加重视对草地、未利用地的保护。

粤港澳大湾区城市生态效率时空演变及影响因素
何艳虎, 龚镇杰, 吴海彬, 蔡宴朋, 杨志峰, 陈晓宏
2023, 32 (3): 469-480. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.03.005
摘要141)   HTML11)    PDF (1473KB)(339)   

城市生态效率是反映城市发展水平和质量的重要指标,也是绿色可持续发展与生态文明建设成果的重要体现。粤港澳大湾区是中国经济最活跃地区和重要增长极,人口聚集、产业发达,拥有媲美世界一流湾区的优越条件以及成为世界一流城市群的潜力。基于粤港澳大湾区城市2006-2018年面板统计数据,运用Super-SBM模型对湾区城市生态效率值进行测算与评价,结合ArcGIS空间分析方法揭示湾区城市生态效率的时空演变特征,并通过定义空间权重矩阵和构建空间误差模型来识别湾区城市生态效率的主要影响因素。结果表明:(1)湾区城市生态效率在2006-2018年期间均值为1.557,处于中等偏下水平,仍有较大提升空间;(2)湾区城市生态效率区域差异较大,就各城市生态效率均值来看,香港、澳门与深圳大于2,广州、佛山与珠海在1-2之间,东莞、惠州、江门、肇庆与中山小于湾区平均值;(3)香港、澳门、深圳等高生态效率城市对邻接地区产生较强的辐射效应,肇庆、东莞、中山、惠州、江门等低生态效率城市邻接地区的城市生态效率也低。总体上,湾区城市生态效率整体呈现先下降、后上升的趋势,绝大部分处于中低水平,且存在显著的全局空间聚集效应;科学技术支出、人均GDP和利用外资情况是湾区城市生态效率时空演变的主要影响因素,三者对城市生态效率的作用从强到弱,科学技术支出与湾区城市生态效率呈现正相关。研究成果可为制定针对性的湾区城市生态效率提升策略提供科学依据。

2001-2020年内蒙古植被碳源/碳汇时空动态及对气候因子的响应
郝蕾, 翟涌光, 戚文超, 兰穹穹
2023, 32 (5): 825-834. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.05.001
摘要235)   HTML46)    PDF (4351KB)(339)   

掌握植被动态及其对气候变化的响应,对于提升全球变化背景下陆地生态系统的固碳能力至关重要。内蒙古作为中国北方的重要生态屏障,是气候和生态系统最为多样化的省份之一。虽然已有研究表明植被碳源/碳汇与气候变化密切相关,但这种响应在生态脆弱且包含多种生态过渡带与植被类型的内蒙古,是否存在及如何响应尚不清楚。以净生态系统生产力(NEP)为固碳评估指标,基于遥感植被指数数据、土地覆被数据和气象观测数据,采用净初级生产力和土壤呼吸模型估算了2001-2020年内蒙古植被碳源/碳汇,并通过实测数据验证,重点研究了不同植被类型NEP的时空变化及其对降水、温度和太阳辐射等3种典型气候因子的响应。结果表明,(1)内蒙古植被碳源/碳汇有明显的时空异质性,植被NEP由东北向西南逐渐降低,平均NEP为C 61.2 g·m-2;不同植被类型的NEP有显著差异,森林、草地和耕地的年均NEP分别为C 270 g·m-2、54.7 g·m-2、140 g·m-2。(2)2001-2020年,内蒙古陆地生态系统碳汇呈上升趋势,但存在一定波动,其中森林和草地NEP呈上升趋势,而耕地NEP呈下降趋势。不同植被类型按照其NEP均值由大到小排序依次为森林、耕地、草地。(3)不同植被类型NEP对气候因子的响应存在显著差异,耕地NEP主要受太阳辐射的影响,草地NEP受降水和太阳辐射的共同控制,森林NEP受3种气候因子的共同影响。该研究对于评估内蒙古陆地生态系统碳平衡,以及对评价生态系统的固碳能力和研究其碳循环机制具有重要的意义。

基于SSPs多情景目标的2030年成渝经济圈土地利用碳排放预测及其空间优化
李语诗, 夏志业, 张蕾
2023, 32 (3): 535-544. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.03.011
摘要225)   HTML10)    PDF (3136KB)(314)   

快速城市化及人类活动增强,使得土地利用剧变并带来了一系列生态环境及气候问题。中国碳达峰、碳中和战略的提出,对未来土地利用的数量结构及空间分布提出了新的更高要求。碳中和战略下,通过多目标情景模拟土地利用结构和空间优化,预测未来土地利用变化及其碳排放特征,对土地维度碳中和具有重要意义。结合SSPs未来气候情景、历史情景和政策情景,基于PLUS模型模拟了2010-2030年成渝经济圈土地利用变化,包括数量和空间结构特征。并进一步基于经济效益、碳排放量、碳储量、生态系统服务价值四目标函数约束,对2030年不同情景下成渝经济圈土地利用结构进行了空间优化。深入分析了2030年的土地利用变化碳排放特征。结果表明,(1)2010-2020年,成渝经济圈主要表现为耕地、草地面积减少,建设用地、林地、水域和未利用地面积增加。(2)基于5种未来情景预测的成渝经济圈2030年土地利用变化各不相同。SSP126情景、SSP245与历史情景下,整体变化模式类似,但SSP126情景下林地扩张更快;SSP585情景下,建设用地、林地迅速向耕地扩张;政策情景兼顾建设用地与生态用地的发展,耕地减少最多,但耕地面积仍然高于耕地红线。(3)5种情景预测的2030年成渝经济圈土地利用碳排放量均低于2020年,且SSP126情景碳排放最低,最大为政策情景,研究结果证实了,成渝经济圈双碳目标的实现依赖于能源结构清洁化转型、产业结构低碳化调整、巩固提升植被生态碳汇等途径,从中长期来看,成渝经济圈的未来国土资源规划应趋向SSP245情景或介于SSP245与SSP126情景之间,以更好衔接碳中和战略。

城市水体中微塑料的来源、赋存及其生态风险研究进展
李海燕, 杨小琴, 简美鹏, 张晓然
2023, 32 (2): 407-420. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.02.021
摘要157)   HTML20)    PDF (1305KB)(307)   

微塑料是一种高度多样化的污染物,形态各异、组成复杂且具有生物难降解性,导致的环境污染问题引起了广泛关注。已有的文献主要总结了海洋和淡水系统中微塑料的赋存特征和危害,城市水体是内陆淡水环境的重要组成部分,和人类生产和生活息息相关。目前缺乏对城市水体中微塑料来源、赋存特征和生态风险的系统归纳。该文概括了这几方面的研究,得出如下的若干结果。城市水体中的微塑料可通过污水处理厂排水、地表径流、合流制溢流、塑料设施老化释放、大气沉降等进入水环境。主要赋存类型为PP(聚丙烯)和PE(聚乙烯),其丰度、类型、尺寸和颜色的赋存受叠加的人为因素影响,包括降雨季节变化、土地利用类型和城市化工业化程度。微塑料可对水生生物造成危害,并与众多污染物发生协同效应,最终通过食物链危害人体健康,具有一定的生态风险。目前主要采用生态风险指数法对城市水体中微塑料进行评价,评价结果多为低风险。此外,国内外为减少城市水环境微塑料提出的许多管理措施,在一定程度上缓解了微塑料污染。最后,该文对城市水体中微塑料研究进行了展望,其内容包括建立源解析方法,阐明各污染源对水体微塑料污染的贡献;加强微塑料和其它污染物的协同赋存与污染特征以及纳米塑料检测方法的研究;建立科学系统的方法评价影响城市水体微塑料赋存的因素,如城市土地使用量、下水道网络的扩充、排水系统容量增加等;深入研究微塑料对水生态系统功能的影响,包括碳/氮循环等生物地球化学循环。此外,该文认为,全面评价城市水体中微塑料的生态风险应重视微塑料进入食物链后的放大和累积效应。

中国生态用地碳汇时空演进及综合分区研究
高威, 李强, 蒲雨池, 吕军骁, 江婉婷
2023, 32 (9): 1537-1551. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.09.001
摘要222)   HTML30)    PDF (4421KB)(301)   

生态用地碳汇为从增汇角度实现“双碳”目标提供重要途径,综合分区优化对促进生态保护与经济高质量发展融合具有重要指导意义。在测算中国31省(市、区)各类生态用地碳汇总量及单位面积碳汇量的基础上,运用探索性空间数据分析、核密度估计,探究2000-2020年生态用地碳汇空间集聚特征和时空演进趋势,并基于碳汇与绿色GDP的脱钩关系和协调状态构建综合分区,结合重要生态功能区分布开展优化治理。研究表明,1)研究期内生态用地碳汇总量呈波动上升态势,年均增速为0.077%;在空间上呈显著的集聚效应,湖南、贵州、广西属于高-高集聚区,形成高值辐射中心,山东属于低-低类型,为低值塌陷区。2)生态用地碳汇总量空间差异明显,高碳汇区碳汇能力强于其他地区;核密度估计显示高碳汇区和低碳汇区碳汇呈增加趋势,中碳汇区保持相对稳定,且三者均存在区内集聚特征。3)单位国土面积生态用地碳汇与单位生态用地面积碳汇均以高-高集聚类型和低-低集聚类型为主,呈现出较强的空间集聚特征,尤其南部地区的省(市、区)具有单位面积生态用地碳汇优势和潜力。4)生态用地碳汇与绿色GDP两者以脱钩和多元协调状态为主,大部分省(市、区)单位面积生态用地碳汇处于多元协调区,重要生态功能区的碳汇积极作用显现。研究结果为改善生态用地碳汇能力和潜力,推进生态领域实现“双碳”目标提供有益参考。

中国不同气候类型森林土壤微生物群落结构及其影响因素
姜懿珊, 孙迎韬, 张干, 罗春玲
2023, 32 (8): 1355-1364. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.08.001
摘要267)   HTML53)    PDF (1769KB)(294)   

森林土壤微生物决定了森林生态系统的能量流动和物质循环,研究其群落结构和影响因素对于维持生态系统稳定性和应对全球气候变化具有重要意义。磷脂脂肪酸(PLFAs)因其仅在活体微生物中存在的特性,可以作为生物标志物直观反映土壤中不同种类微生物群落的生物量和群落结构。以土壤微生物为对象,采用PLFA方法,分析了中国全部6种气候类型中天然森林土壤中微生物的群落结构、生物量和理化性质,并采用相关分析和冗余分析方法分析了影响微生物群落结构的主要因素。结果表明,6种气候类型中,土壤容重、土壤pH、土壤凋落物碳质量分数、土壤有机碳质量分数、土壤总氮质量分数、土壤碳氮比和土壤总磷质量分数存在显著差异。真菌群落生物量在6种气候类型中存在显著差异,随气候类型从寒带-温带-热带变化中呈现先升后降的趋势。暖温带土壤真菌与细菌比值最高(0.7),显著高于亚热带、热带土壤(0.4-0.5)。热带土壤和高原土壤的革兰氏阳性与阴性菌比显著高于其他气候类型(1.3-1.5),亚热带土壤最低(0.7)。气候(年均温、年降水量)和土壤理化性质(土壤pH、土壤容重、土壤总氮质量分数和土壤有机碳质量分数)与PLFAs质量分数所代表的土壤微生物生物量和群落结构呈现显著相关关系(P<0.01)。综上,在中国6种气候类型中,森林土壤中总PLFAs所代表的生物量差异不大,但土壤的理化性质和微生物群落结构差异显著。森林土壤微生物群落结构最主要影响因素是年均温、年降水量和土壤pH值。

基于地理探测器的宁夏植被覆盖度时空变化特征及其驱动因子分析
李梦华, 韩颖娟, 赵慧, 王云霞
2022, 31 (7): 1317-1325. DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.07.004
摘要281)   HTML28)    PDF (2313KB)(291)   

植被是联结大气圈、土壤圈、水圈和生物圈的重要纽带,分析植被覆盖度(Fractional Vegetation Cover,FVC)时空变化特征及其驱动因子在区域生态环境变化研究中具有重要意义。基于宁夏MOD13Q1 NDVI数据和同时期12个驱动因子数据,运用趋势分析法和地理探测器,分析宁夏2000—2020年植被覆盖度时空变化特征及驱动因子,并研究不同因子的交互作用。结果表明,21年来,宁夏植被覆盖度整体上呈增加趋势,其中植被覆盖度增加区域占比为81.79%,低、中低植被覆盖区面积占比减少,中、中高、高植被覆盖区面积占比增加,植被状况明显改善;在空间分布上呈现南北高、中部低的特征。地理探测器探测结果表明,宁夏植被覆盖度空间分布主要是气候、地形地貌和人类活动三大类因素共同作用的结果,其中年降水量、生长季均温、生长季降水量和海拔解释力较强;在年际变化中,气候因素对宁夏植被覆盖度的影响越来越大,而地形地貌因素的影响减弱。交互探测显示,各因子对宁夏植被覆盖度的影响呈现相互增强和非线性增强关系,其中,地形地貌和人类活动因素在与气候因素相互作用之后,解释力普遍提升;土地利用与生长季均温的交互作用对植被覆盖度空间分布的解释力最强,达到0.635。该研究有助于进一步认识宁夏植被覆盖情况,尤其是植被空间分布的影响机制。