玉龙雪山及周边地区是典型的季风海洋性冰川区,是研究冰川变化、地-气能量交换、植被群落演替以及生态系统碳水耦合的最重要的区域.水分利用效率(water use efficiency,WUE)是联系生态系统水-碳循环及其与气候因子之间响应关系的重要参数.本研究利用MODIS卫星遥感总初级生产力(gross primary productivity,GPP)、蒸散发(evapotranspiration,ET)产品和 自适应帕尔默干旱指数(self-calibrating Palmer drought severity index,scPDSI)分析了2000-2020年玉龙雪山及周边地区植被WUE空间变化特征,研究了该区GPP、ET、WUE与scPDSI的相关性,探讨了该区不同地貌植被对水分利用及胁迫的适应策略.结果表明:2000-2020 年,研究区植被 WUE 平均值为 2.44 g C·m-2·mm-1,GPP 平均值为 1365.0 g C·m-2,ET 平均值为559.6 mm;WUE平均值最高区域分布在大起伏中山,为2.88 g C·m-2·mm-1;最低区域为大起伏极高山,为1.23 g C·m-2·mm-1.玉龙雪山地势起伏大,植被空间分布具有显著垂直地带性特征,植被WUE在3500 m以下区域随海拔上升而增加,3500 m以上则随海拔上升而减少.2000-2020年,研究区逐月WUE呈现增加—减少—增加趋势,不同地貌类型造就了植被WUE变化速率具有显著的差异性特征.玉龙雪山以及周边大起伏高山的植被WUE呈增长趋势,而中海拔平原呈减少趋势.研究区内植被WUE对干旱胁迫响应具有明显的季节性特征,WUE与scPDSI的多年逐月相关性呈现负相关—正相关—负相关—正相关的变化趋势.7月玉龙雪山WUE与scPDSI呈显著正相关,而5月则表现为显著负相关;玉龙雪山周边地区植被WUE与scPDSI在12月—次年6月呈负相关,在7-8月呈正相关.

晋西黄土区具有典型的残塬沟壑地貌特征,该地区植被恢复时间较长,探究植被恢复对土壤理化性质的长期影响,以及开展环境因子长期定位观测,对实现区域生态修复与保护具有重要意义.以晋西黄土区四种典型植被恢复林地(辽东栎次生林地、刺槐人工林地、油松人工林地、侧柏人工林地)为研究对象,测定 2006 年、2012 年、20017 年不同土层(0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-80 cm、80-100 cm)土壤理化性质(有机碳、全氮、全磷、全钾、酸碱度、土壤容重、砂粒、粉粒、黏粒),采用主成分分析、冗余分析、相关性分析等统计方法,探讨长期植被恢复下土壤中各因子的变化和相互作用规律,分析不同植被类型对土壤属性时空异质性的影响.结果表明:在长期植被恢复过程中,不同林分土壤有机碳和全氮含量会表现为初期增加,然后下降.土壤全钾和全磷含量则是先减少后增加,植被恢复增强了土壤有机碳和全氮的积累.土壤的酸碱度、容重、砂粒、粉粒、黏粒的变化则不明显,这些属性在植被恢复期内受到的外部影响较小.总体来说,长期植被恢复增加了土壤养分含量、土壤砂粒、土壤粉粒,降低土壤容重、土壤黏粒.相比人工林,辽东栎次生林改善土壤结构、增加土壤肥力的效果最好.冗余分析表明,不同植被类型长期恢复条件下,影响土壤养分含量最主要的属性存在差异,刺槐的土壤粉粒、侧柏的土壤容重对多年土壤养分变化的贡献度最高.本研究结果可为黄土残塬区的长期植被恢复实践工作的生态效益评估提供数据支持和理论依据.

山东省黄河三角洲离海向陆25 km左右的区域内分布着不同类型的类圆形植被斑块,其演替速度快、生物多样性高,是研究黄河三角洲水盐交互作用和植被演替的理想对象,揭示其形成过程和机制对于黄河三角洲盐碱滩地植被恢复有着重要的实践意义.基于类圆形植被斑块的盐地碱蓬(Suaeda salsa)、柽柳(Tamarix chinensis)、芦苇(Phragmites australis)生长发育的水盐阈值和生活习性,以及黄河三角洲缓平低地盐生植物群落的分布规律,对类圆形植被斑块形成过程和机制进行了解析.结果表明:缓平低地的积水地形导致的局部水盐再分配是类圆形植被斑块形成的基础.盐地碱蓬分布在类圆形植被斑块的最外缘,为局部高盐分(1.0％～2.1％)、湿润地带;向斑块中心,分布着矮小的芦苇,为局部中高盐分(0.12％～0.79％)、低水深地带;再向斑块中心,柽柳散落分布在积水线附近,为局部低水深、中等盐分(0.16％～0.70％)地带;斑块中心区分布着芦苇和白茅,为局部高水深、低盐分(0.1％～0.32％)区域.春季和冬季,灰白色的高含盐量盐斑出现在盐地碱蓬外侧,为局部高盐分(1.6％～3.4％)、干燥地带,由蒸发引起的盐分迁移积累所致.由此,形成面积相对稳定的圈层结构的类圆形植被斑块.依据该规律,可构建微地貌营造结合水盐控制的生态修复模式,促进植被的正向演替,为黄河三角洲盐碱滩地植被恢复提供一种基于自然的解决方案.

探索山区植被覆盖转型,全面评估各驱动因素对其的影响,是理解全球气候变化和碳循环等生态系统过程的重要途径.三峡库区是长江流域生态环境的重要保护区,提供多种生态系统服务.基于植被覆盖(NDVI)数据提出山区植被覆盖转型理论,并运用地理探测器分析了潜在因素对1999—2020年三峡库区腹地植被覆盖的相对贡献.结果表明:(1)近30年三峡库区腹地植被覆盖整体呈良性发展趋势,增长率为0.006/a,空间特征为"东西低,南北高;中间低,四周高";(2)不同时段植被覆盖的空间演化呈现"整体改善,局部退化",空间转型总结为稳定型、波动型、退化型和恢复型4种模式,且以稳定型分布为主,时间上经历了减少、过渡和恢复3个阶段;(3)植被覆盖主要受土壤类型0.225>地貌0.200>土地利用程度0.181>海拔0.158>岩性0.152的驱动,人为和气候因素的作用较弱,表明自然因素是影响植被覆盖的主导因子.此外,双因子的交互作用在影响植被覆盖方面比每个因子单独作用更为重要.这些发现有利于更好的解析山区植被变化的复杂机制,为脆弱生态系统植被的管理和保护提供参考.

赤水河流域是长江上游重要的生态屏障,其生态系统健康对长江流域生态安全及可持续发展具有重要作用.本研究利用RUSLE模型、SWAT模型、Fragstats软件及地理探测器等方法,构建赤水河流域生态系统健康评估理论框架,探讨了生态修复下流域2010-2020年生态系统健康时空演变及驱动因子.结果表明:2010-2020年间,赤水河流域生态系统服务呈现先降后升趋势,总体呈下降趋势,丹霞地区生态系统服务总体高于喀斯特地区.流域生态系统健康总体处于亚健康状态,其中,丹霞地区处于很健康和健康状态,喀斯特地区则处于亚健康及不健康状态.影响喀斯特/丹霞地貌区生态系统健康的主导驱动因子存在差异.喀斯特区以植被、降水及基岩裸露率为主导驱动因子,丹霞区则以植被、土地利用和降水为主导因子.交互探测后影响因子解释力增强,不同地貌类型区的主导交互因子组合呈现较大差异.其中,喀斯特区以降水∩归一化植被指数、降水∩数字高程模型和降水∩基岩裸露率为主导交互因子组合,丹霞区以归一化植被指数∩降水、归一化植被指数∩土地利用及归一化植被指数∩数字高程模型为主导交互因子组合.研究结果可为赤水河流域生态系统健康维护、治理提供理论参考.

草地沙化与植物群落演替关系对高寒草地生态系统功能和结构的维持具有重要的意义.以长江源区七渡口沙化高寒草地为研究对象,基于野外植物群落物种组成及地形因子调查数据,运用数量分类与排序等方法,探究了沙化高寒草地植物群落特征及其与微地形环境因子的关系.结果表明:60个调查样方中出现29个植物种,隶属16科,27属.赖草、细叶亚菊、绳虫实等植物种的出现指示高寒草地沙化处于进展之中,植被群落向旱生方向演替.物种标准频度分布在不同微地形表现各异,总体上优势种比例低于稀有种,植被群落处于高度演替阶段.TWINSPAN将沙化高寒草地划分为7个群丛类型:Ⅰ赖草+阿尔泰狗娃花+牛耳风毛菊Leymus secalinus+ Heteropappus altaicus+ Saussurea woodiana,Ⅱ赖草+喜马拉雅嵩草+绳虫实Leymus secalinus+Kobresia royleana+Corispermum declinatu,Ⅲ赖草+披碱草+细叶亚菊Leymus secalinus+Elymus dahuricu +Ajania tenuifolia,Ⅳ赖草+高山野决明Leymus secalinus+ Thermopsis alpina,Ⅴ老芒麦+早熟禾Elymus sibiricus+ Poa annua,Ⅵ老芒麦+批碱草Elymus sibiricus+Elymus dahuricus,Ⅶ绳虫实Corispermum declinatum.7个群丛在DCA排序图上的分布呈现一定的规律性.CCA排序结果表明,坡度和坡向是沙化高寒草地物种分布的微地貌主导因子.

喀斯特是我国南方广泛分布的地貌类型,土壤真菌对喀斯特植被演替恢复具有重要调节功能,不同石漠化程度的喀斯特区植被演替受到土壤微生物影响,因此研究不同石漠化区域植被演替阶段的土壤真菌组成及多样性,探索土壤真菌在喀斯特植被演替过程中的作用机制具有重要意义.本文采用时空替代法采集了不同石漠化程度(潜在、中度和强度)的喀斯特区植被演替乔木、灌木和草本演替阶段土壤样品,通过Illumina HiSeq第二代高通量测序分析了土壤真菌组成及多样性.结果表明,试验共获得3 871个OTUs,分属4门17纲116科174属;潜在和中度石漠化区各演替阶段土壤真菌优势门均为担子菌门,强度石漠化区各演替阶段土壤真菌无相同优势门;土壤真菌组成及多样性在潜在石漠化区表现为乔木>草本>灌木,中度石漠化区为灌木>乔木>草本,强度石漠化区为灌木>草本>乔木,且石漠化程度对真菌组成及多样性的影响大于植被演替的影响;土壤理化性质随石漠化程度及演替阶段发生变化,且显著影响真菌多样性指数,以碱解氮为主导因子显著影响土壤真菌群落.

北部湾经济区喀斯特地貌广布,生态环境脆弱,构建生态安全格局有利于保护生态环境,促进人与自然和谐发展.基于生态安全格局理论,借助ArcGIS 10.1、InVEST 2.2、Fragstats 4.2等软件操作平台创建指标识别生态源地,通过对比自然保护区边界数据验证生态源地识别精度;采用土地利用类型、植被覆盖度、到居民点距离、到主干道距离等因子构建最小累积阻力面,在此基础上划分北部湾生态用地的安全格局.结果表明:北部湾经济区的生态安全源地共计3415.04 km2,自然保护区验证源地拟合度达82.35％,识别出生态保护核心区面34390.76 km2、缓冲区11719.13 km2、过渡区15731.95 km2、限制区9882.32 km2,针对不同生态功能区提出相应的用地建议.研究可对北部湾经济区不同生态安全级别区域的城镇化建设和生态环境保护提供可靠的依据.

中国西南地区草地主要为暖性及热性草丛、灌草丛,约占全国草地面积的1/10,分析灌木植物盖度与草地碳库及其构成的关系对于准确评估尚处于次生演替阶段的南方草地碳储量具有重要意义.该研究基于野外实地调查,将西南地区不同地貌类型的41个代表性草地样地依据灌木植物盖度划分为3种类型:无灌木植物草地群落(灌木植物盖度为0)、低灌木植物盖度草地群落(灌木植物盖度0-10％)和高灌木植物盖度草地群落(灌木植物盖度10％-30％),测定了群落地上、地下生物量和凋落物生物量以及植物和土壤碳含量,计算碳密度.结果 表明:随着草地群落灌木植物盖度增大,生态系统植被碳密度从0.304 kg·m-2增加到1.574 kg·m-2,其中根系和凋落物碳库也呈增长趋势;土壤碳密度从7.215 kg·m-2增加到9.735 kg·m-2,生态系统碳密度从7.519 kg·m-2增加到11.309 kg·m-2.草地碳库构成中,低灌木植物盖度草地群落的土壤碳库占生态系统碳库比例最小.草地群落灌木植物盖度增加改变了草地生态系统碳库构成并导致生态系统碳库增加,建议在估算草地生态系统碳库时,需要统筹考虑并兼顾南方地区草地群落灌木植物盖度变化.

我国西南喀斯特峰丛洼地区脆弱的生态环境与剧烈的人类活动导致石漠化现象以及生态功能退化,制约了区域生态-福祉耦合效益的提升.首先从数值变化与空间变异综合的角度,构建了融合均方根偏差法与地理探测器的生态系统服务空间权衡度指标,进而围绕喀斯特水源涵养-土壤侵蚀关系以及植被固碳-土壤侵蚀关系,在不同环境因子梯度下和地貌形态类型区内开展生态系统服务空间权衡度计算及其分异特征研究.环境因子梯度分析表明,由于植被显著的保持水土能力,水源涵养与土壤侵蚀之间的空间权衡度随植被覆盖度的增大而逐渐减小;地形因子对地表水土过程与植被功能影响深刻,植被固碳和土壤侵蚀之间的空间权衡度随海拔和坡度的升高而逐渐增大,1000 m以上中海拔以及陡坡地区的空间权衡度是低海拔与缓坡地区的4—6倍.地貌形态类型区的统计结果显示,地貌特征对生态系统服务之间的空间权衡关系具有宏观控制作用,植被固碳-土壤侵蚀之间的空间权衡度随地形起伏度的升高而逐渐增大,具体为:中海拔平原＜中海拔台地＜中海拔丘陵＜小起伏中山＜中起伏中山,水源涵养与土壤侵蚀之间则成相反趋势.因此,今后在以生态系统服务协同提升为目标的喀斯特石漠化治理工作中,应强调环境因子作用程度的空间差异以及地貌形态特征的宏观控制作用.