屋顶绿化作为一种新型绿色基础设施与基于自然的解决方案,已成为提升城市生态韧性与维持生物多样性的重要生态路径.然而,目前城市生态网络研究多关注二维的地面生态空间,而顾及屋顶绿化的三维生态网络构建研究尚不多见.以南京市中心城区为例,基于LiDAR、高分辨率遥感及建筑属性等多源数据,采用多因子叠置与电路理论等方法,构建了顾及屋顶绿化的城市三维生态网络整合分析框架:即采用多因子叠置方法,从建筑高度、屋面坡度、建筑年代、历史文化属性四个方面分析了屋顶绿化建设的适宜性;其次,结合建筑与植被三维结构特征数据,采用电路理论构建了有无屋顶绿化两种情景下的生态网络;最后,通过比较生态廊道数量、长度、平均阻力等指标分析了屋顶绿化对城市三维生态网络结果的潜在影响.研究结果表明:1)研究区有 46.59%的屋顶适宜进行绿化,表明屋顶绿化具有很大的发展潜力.2)顾及屋顶绿化的生态廊道数量由 205 条增加到209 条,生态网络总长度增加,单位长度阻力值减小,表明屋顶绿化能够显著提高城市生态空间的景观连通性、增加生态廊道密度,为高流动性生物提供重要的栖息地和垫脚石.3)屋顶绿化对城市生态网络优化的作用存在显著的空间差异,在城市中心区的优化作用最大,工业区次之,在生态良好片区优化作用较小.研究结果可为实现城市高密度区域地面生态空间与屋顶绿化空间的整合分析与统筹规划提供决策参考.

生态位模型通过拟合物种分布与环境变量之间的关系提供物种空间分布预测,在生物多样性研究中有广泛应用.激光雷达(LiDAR)是一种新兴的主动遥感技术,已被大量应用于森林三维结构信息的提取,但其在物种分布模拟的应用研究比较缺乏.本研究以美国加州内华达山脉南部地区的食鱼貂(Martes pennanti)的分布模拟为例,探索LiDAR技术在物种分布模拟中的有效性.生态位模型采用5种传统多类分类器,包括神经网络、广义线性模型、广义可加模型、最大熵模型和多元自适应回归样条模型,并使用正样本-背景学习(presence and background learning,PBL)算法进行模型校正;同时对这5种模型使用加权平均进行模型集成,作为第6个模型.此外,一类最大熵模型也被用于模拟该物种的空间分布.模型的连续输出和二值输出分别使用AUC (area under the receiver operating characteristic curve)以及基于正样本-背景数据的评价指标Fpb进行评价.结果表明,仅考虑气候因子(温度和降水)时,7个模型的AUC和Fpb平均值分别为0.779和1.077;当考虑LiDAR变量(冠层容重、枝下高、叶面积指数、高程、坡度等)后,AUC和Fpb分别为0.800和1.106.该研究表明,LiDAR数据能够提高食鱼貂空间分布的预测精度,在物种分布模拟方面存在一定的应用价值.

物种分类与识别是生物多样性监测的基础,明确物种的类别及其分布是解决几乎所有生态学问题的前提.为深入了解基于多源遥感数据的植物物种分类与识别相关研究的发展现状和存在的问题,本文对2000年以来该领域的研究进行了总结分析,发现:当前大多数研究集中在欧洲和北美地区的温带或北方森林以及南非的热带稀树草原;使用最多的遥感数据是机载高光谱数据,而激光雷达作为补充数据,通过单木分割及提供单木的三维垂直结构信息,显著提高了分类精度;支持向量机和随机森林作为应用最广的非参数分类算法,平均分类精度达80％;随着计算机技术及机器学习领域的不断成熟,人工神经网络在物种识别领域得以迅速发展.基于此,本文对目前基于遥感数据的植物物种分类与识别中在分类对象复杂性、多源遥感数据整合、植物物候与纹理特征整合和分类算法技术等方面面临的挑战进行了总结,并建议通过整合多时相监测数据、高光谱和激光雷达数据、短波红外等特定波谱信息、采用深度学习等方法来提高分类精度.

基于社会生态系统仿生范式,本研究将自然生态系统健康状况评价框架下的组织结构、活力及稳定性三维度引入区域医疗联合体(医联体)共生网络健康状况综合评价指标体系中.同时,在遵循评价指标筛选方法和原则的基础上,演绎出了以组织结构、运营管理、稳定性、活力、外部环境及服务效能6个构念为核心的评价指标体系.融合组织免疫、组织适应性、生态位、信息资源共享等理论基础,结合医联体的实践与探索,赋能各项指标要素相应含义特征,以期更好地帮助解读和评价中国当下的区域医联体共生网络的健康态势.

森林生态系统结构与生态服务功能关系是森林生态学和林学的永恒研究主题.受传统森林调查方法及技术手段的限制,对复杂地形下森林生态系统结构和功能的监测及二者关系的研究面临诸多挑战.在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站在独立流域内建成了以观测塔群(三座观测塔覆盖各自子流域代表性森林类型)为主体,集激光雷达(LiDAR)、通量仪器、水文站网、固定标准地和数据中心为综合体的“次生林生态系统塔群激光雷达监测平台”(简称塔群平台).塔群平台采用激光雷达扫描获取森林点云数据,描述森林生态系统的全息三维结构;依托独立流域/子流域内的通量监测系统、水文监测站网和通量源区内的长期固定标准地,可保证碳-水过程观测的可靠性,并用于验证复杂地形下的通量监测技术与方法,揭示森林生态水文与碳交换过程,准确估算森林生态系统主体生态服务功能(水源涵养和固碳).所有“塔-站”数据通过无线网络实时汇集于数据中心,便于数据监视、管理与共享.此外,塔群平台将侧重研究森林生态系统结构量化的新方法和新指标,探索复杂地形森林生态系统中H2O/CO2/痕量气体通量观测的理论与方法,为阐明森林结构与功能的关系、服务于森林生态系统管理提供基础数据.

城市化的快速推进加剧了建设活动强度,强烈改变自然地表,破环原本稳定的地质环境,导致滑坡灾害日益频繁.本研究以深圳市为研究区,基于“危险性-脆弱性-潜在损失”三维评价框架评价深圳市街道尺度滑坡灾害生态风险、运用“三基色”原理可视化风险结构,并采用蒙特卡洛模拟进行不确定性分析,进而提出生态风险管理措施.结果 表明:(1)不确定性与街道面积呈显著的负相关关系,随着街道面积增加,生态风险源不确定性减少;(2)以风险源为不确定性主体的生态风险评价中,不确定性由生态风险源不确定性和“源外”因子大小共同主导,“源外”因子大小是生态风险评价不确定的敏感因素;(3)深圳市滑坡灾害生态风险从西到东呈现“低-高-低-高”交错结构,风险结构主要为“高脆弱-高潜在损失”型和“高危险-高潜在损失”型.分析生态风险结构,建立滑坡灾害生态风险管理体系,制定明确风险管理目标,有利于高效地进行生态风险管理.

生境破碎化导致生物多样性锐减,影响生境的生态系统服务,合理而有效的生态网络建设可以恢复城市内破碎生境斑块之间的连接.现有城市生态网络的构建与模拟多基于二维数据信息,未能很好地考虑植被三维结构信息所表征的多元生态位对生境质量的影响,致使生态网络的功能有效性有待验证.选取南京市主城区为研究区,基于高分辨率遥感影像与机载激光雷达数据,对研究区三维绿地植被结构进行了量化,在二维、三维两种情景下分别进行生态源地的提取与景观阻力面的设定,基于最小费用路径识别出两种情景下的生态廊道,并依据电路理论方法识别出廊道中需要重点保护的生态关键节点,进而分析使用二维、三维生态空间信息对生态网络构建结果产生的影响.研究结果表明:1)研究区不同情景下提取的生态源地共有11处不同,与传统二维情景下仅使用绿地面积指标作为斑块属性相比,使用三维植被参数可以更准确地识别具有丰富植被结构的生态源地;2)二维与三维情景下构建的生态廊道分别有137条与129条,平均每条廊道的单位距离阻力值分别为18.2与24.0,运用传统二维信息的模拟结果会在一定程度上高估研究区的景观连通性;3)不同情境下生态关键节点的空间分布基本一致,主要集中于研究区的西北侧、中部以及东南侧,并较多出现在距离较近的源地斑块之间.基于以上分析结果,有针对性地提出了南京市主城区生态网络格局优化的相关策略.

生态足迹是评估人类活动下生态可持续性的有效工具.基于1999-2020年CNKI中文核心期刊与1994-2020年Web of Science核心合集有关生态足迹研究文献共5104篇,运用CiteSpace可视化软件,绘制中外研究高频词时区、关键词聚类及突现词时间分布科学知识图谱,梳理中外生态足迹相关研究演进路径、基本理论框架与动态前沿.研究结果表明:(1)中外生态足迹研究演进路径均可分为三个阶段,但演进方式有所差异,且国内研究较国外相对滞后;(2)中外生态足迹研究均已形成以生态足迹模型方法为工具、以足迹测算为基础、以生态安全为落脚点、以促进人与生态协调发展为目标的基础框架体系,国外侧重基础框架构建、宏观尺度研究与微观机制分析,国内侧重模型和方法优化与外部环境分析;(3)当前国外前沿方向为环境库兹涅茨曲线假设验证研究与生态网络分析,国内为碳足迹和水资源足迹的测算、三维生态足迹模型下的自然资本评估以及生态补偿问题.