耦合自然要素与人类活动的城市社会-生态系统正受到学者们越来越多的关注.然而,城市社会-生态系统研究主题的复杂性和研究方法的综合性使得该领域研究仍面临较大挑战,理论基础、分析框架与研究范式尚不统一.在梳理国内外已有研究基础上,对城市社会-生态系统的理论基础和分析框架进行了系统总结,并从脆弱性、韧性和适应性整合视角提出了开展城市社会-生态系统可持续性研究的分析框架和研究思路.能为我国城市社会-生态系统研究提供借鉴与启示.

伴随城市人口快速聚集及人类活动加剧,城市生态环境质量及其对人类社会经济发展的支撑能力正在受到严重挑战,城市生态系统及其变化的研究越来越受到重视,国内外涌现出大量城市生态学长期监测工作,但相关监测方法的讨论还很少.在分析城市生态学长期监测类型和实践经验基础上,从城市面临的环境胁迫和建设管理需求出发,构建了城市生态学长期监测的"胁迫+需求-生态系统响应"总体思路框架;从科学上最基本和社会上最关心的城市生态系统要素、格局和过程着眼,提出城市生态学长期监测的7项内容(土地覆盖与利用、人居环境质量、生物多样性、生物质生产、水文过程、生物地球化学循环和物质代谢);并分析了城市生态学长期监测的4种方法(遥感监测、仪器监测、调查监测、公众科学监测),分析了城市生态学长期监测单元及其空间布局及监测频率.这将为我国城市生态学长期监测工作开展提供方法论基础和实践参考.

植被光合作用是维持区域生态平衡和气候稳定的关键过程之一,对了解区域生态系统的健康状况和应对气候变化具有重要意义.基于GOSIF数据,对2001-2021年黄河流域植被光合的时空变化规律及原因进行了分析.结果表明:(1)黄河流域植被光合总体呈上升趋势,在空间上表现为西部和东南部高、北部低的分布格局.其中关中平原、阿尼玛卿山、宁夏平原以及黄河三角洲地区的植被光合呈现出显著退化的趋势.(2)归因分析结果表明,不同气候要素对植被光合动态的影响具有显著差异,总体上降水和太阳辐射与黄河流域的植被光合动态呈现出正相关,而温度与植被光合动态呈现出负相关.气候变化和人类活动对黄河流域植被光合动态具有不同程度的影响.人类活动(76.24％)对植被改善区域的贡献远大于气候变化(23.76％).在退化区域中,稀树草原和农田中的气候变化贡献大于人类活动,灌木、草地和湿地中的人类活动贡献大于气候变化,林地中的气候变化贡献与人类活动相当.研究结果有助于更好理解黄河流域植被光合作用的变化机制,为黄河流域生态保护和高质量发展以及气候变化研究提供了重要的参考依据.

为更好地了解嵊泗列岛海域在人类活动和气候变暖影响下的生态现状以及变化特征,于2020年秋季和2021年春季在该海域进行了浮游植物的拖网与水样采集及环境要素分析.水采样品中共检出浮游植物6门54属105种.其中,硅藻33属68种,甲藻14属30种,蓝藻、金藻和隐藻各2属2种,绿藻1属1种.春、秋季浮游植物主要优势种为骨条藻(Skeletonema spp.),并在秋季占据绝对优势(Y=0.975).春季平均细胞丰度[(7.17±7.78)个/mL]明显低于秋季[(77.23±73.44)个/mL].春季Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均高于秋季.Spearman相关分析表明,浮游植物丰度与水温和透明度呈显著正相关,与盐度呈显著负相关.冗余分析显示,浮游植物群落组成与水温、营养盐密切相关.网采样品中共检出浮游植物4门46属94种,硅藻占比最大;春、秋季平均细胞丰度分别为838.17×103和19406.43×103个/m3.与水样相比,骨条藻仍为主要优势种,且优势度更高;网采获得的秋季多样性指数和均匀度指数(分别为0.23和0.05)低于水采(分别为0.38和0.10).将本次网采结果与1990年、2007年调查资料对比发现,嵊泗列岛春、秋季浮游植物群落组成发生了明显改变:丰度明显升高,硅甲藻占比无明显变化,暖水种种类数明显增加,骨条藻优势地位增强,多样性指数和均匀度指数下降.这可能与变暖与富营养化加剧相关.近30年来,溶解无机氮在春季无显著变化,但在秋季显著升高;活性磷酸盐浓度在春、秋季均显著降低;氮磷比在春、秋季均显著升高.浮游植物的变化特征较好地指示了嵊泗列岛海域在富营养化和气候变暖下的生态环境变化.

随着人类活动逐渐增加,自然生境向人工基质的转换已成为全球野生动物生存的严重威胁,准确识别荒野地的空间范围对生态治理和生物多样性保护具有重要意义.当前,利用较高精度的新型数据,考虑区域尺度上的地理特征构建指标模型,并识别国家尺度荒野地的实践还较少.从人类活动对自然影响的视角出发构建荒野地识别模型,首先考虑微观视角下人类活动对复杂地理环境的响应特征,构建多要素综合的人类非持续性活动强度计算模型;引入新型数据源,构建空间特征提取算法并建立人工环境和光污染影响指标,明确人类长期活动区;刻画可能的荒野地空间范围,并定量评价其荒野程度.对中国陆域荒野地的识别结果表明:(1)基于人类活动视角构建的荒野地识别模型可有效模拟中国陆域范围内的荒野度分布,其大致呈现"西高东低"的空间格局;(2)中国荒野地占中国陆域面积的22.47％,主要分布在大小兴安岭、青藏高原、内蒙古高原、塔里木盆地等地区;(3)结果与基于人类足迹法的荒野地数据对比,重合率超过80％,表现出良好的识别能力,且为部分区域提供了具有参考性的识别结果.

高寒湿地放牧干扰强烈,是其生态系统退化的主因.湿地植被生物量空间格局不仅能够反映自然因素的作用,也能够体现地域放牧等人类活动的主要特征,因此常作为表征放牧干扰格局的主要度量方法.但尺度效应导致的植被生物量影响要素在不同空间尺度下存在较大差异,尤其是针对面积为几十至几百km2范围的小尺度高寒湿地而言,自然因素和放牧等人为干扰对其植被地上生物量的共同作用特征仍不明确,缺乏针对该类型湿地的合理评估模式.以滇西北国际重要湿地纳帕海为例,在排除其它人为干扰的条件下,通过植被地上生物量的空间异质性特征来表征其放牧干扰格局,并以该案例为基础提出一种小尺度高寒湿地放牧干扰格局评估模式.研究尝试基于详细地面植被调查,获得潜在植被地上生物量,利用调查同时期高分定量遥感方法(法国PLEIADES卫星数据结合实测植被地上生物量建模)获得实际植被地上生物量,并使用潜在与实际植被地上生物量之差的空间异质性特征表示纳帕海湿地放牧干扰格局.该评估模式可以有效减少对于小尺度湿地放牧干扰数据的依赖,同时减少牛羊马等大牲畜散养带来的空间分布随机性.研究结果显示纳帕海湿地放牧干扰对湿地植被地上生物量的影响严重,影响比例约为93.5％.研究发现水文等自然因素和放牧等人为干扰分别决定纳帕海湿地植被地上生物量的上限和下限,并基于此提出四方面干扰调控策略.

内蒙古自治区作为中国北方重要的生态安全屏障,研究其植被变化对北方地区的生态安全意义重大.该研究基于1982-2017年内蒙古地区的涡流协方差-光利用效率模型反演的植被总初级生产力(EC-LUE GPP)等多源遥感数据,利用趋势分析和相关性分析法,分析了内蒙古地区植被GPP的时空变化特征及其与气温、降水和土壤湿度的相关性.在此基础上,采用多元线性回归和残差分析方法,分解并量化气候变化和人类活动影响下的GPP,分不同时间段开展了其对植被GPP影响的分析,探索不同植被类型GPP对驱动因素的响应.主要结果有:(1)三种气象要素与植被GPP表现出良好的相关性,其中降水和土壤湿度与GPP的相关性更高.(2)1982-1990年期间植被GPP呈现不显著波动上升,其余3个时间段(1991-2000、2001-2010、2011-2017年)呈不显著波动下降趋势.整体上呈下降趋势的区域占内蒙古植被总面积的55％,另外45％的区域呈显著上升趋势.(3)除2001-2010年期间外,其他3个时间段内(1982-1990、1991-2000、2011-2017年)气候变化对植被恢复起决定性作用,分别解释20％、16％、13％的植被恢复;人类活动在植被退化区占主导地位,分别解释13％、19％、20％的植被退化.研究结果可为内蒙古生态环境保护与管理政策的实施以及绿色可持续发展提供科学参考.

社会-生态系统(SES)耦合关系的研究可以更全面地理解人类活动对生态系统的影响,从而制定更合理的环境保护政策.将"山水林田湖草沙生命共同体理念"融入这一关系中,探究社会-生态系统间的时空耦合,可以促进社会-生态系统各要素的可持续利用和管理,并填补现有研究的空缺.赣州市拥有丰富的自然资源属于中国南方丘陵山地典型的生态区域,包涵山水林田湖草沙的各要素.以赣州市为例,分析 2005-2020 年社会-生态系统综合评估指标的演变规律,旨在深入了解社会-生态系统的复杂性,为其管理和保护提供科学依据.结果表明:(1)社会-生态系统框架中存在着系统间的耦合逻辑.主要体现在社会系统与资源系统的耦合、资源系统与生态系统的耦合、社会系统与生态系统的耦合三个方面.(2)2005-2020 年,社会-生态系统综合评估指标在赣州市的中西部和东北部较高,在南部较低.中西部区域社会-生态系统呈现中、高耦合的格局,西部表现为失调.东南部多呈现低耦合格局.(3)2005-2030 年基于SES框架的山、田、湖、治理、社会系统综合评估指数均呈现增长的变化趋势.水、林、草、行动者系统综合评估指数呈下降的变化趋势.基于社会-生态系统框架研究各系统间的耦合格局及其评估指数的模拟预测,对于深入理解社会-生态系统的内在机理、制定相关政策和管理措施、预防和应对生态灾害及推动可持续发展具有重要意义.

近几十年来,我国近海生态环境在气候变化和高强度人类活动等多重压力下发生重大变化,以赤潮和绿潮为代表的有害藻华发生次数和规模呈快速增长态势,同时海水低氧和酸化等环境问题也日渐突出,迫切需要探明海洋生态环境灾害的发生机制和防治措施.本文首次阐明"海洋生态环境灾害"概念的内涵,并从营养物质外源输入、海洋有机质矿化分解与营养盐再生、近海水体营养盐结构异常等方面系统阐释了我国近海生态环境灾害发生的生源要素驱动机制,指出 日益增强的人类活动引发的陆源营养物质输入剧增以及生源要素入海后的复杂生物地球化学循环过程共同导致近海生态环境灾害的频发.在此基础上,结合本领域最新研究进展,提出了基于海水生源要素管理的近海生态环境健康调控思路.即基于陆海一体化战略,通过技术手段,从陆源减排、海岸带缓冲和近海治理链条式降低陆源污染物特别是无机氮的排放强度,并通过人为调控技术促进近海海水营养盐结构的正常化,从而达到降低和控制近海生态环境灾害发生的目的,改善和提升近海生态环境质量.

分析延安市土地利用景观格局时空演变及驱动力因子,为区域土地利用及生态环境保护提供理论依据.基于2000-2020 年延安市三期土地利用数据,从土地利用面积变化、面积转移特征和景观指数等方面分析延安市土地利用和景观时空格局变化特征,并分析产生变化的驱动因素.研究结果表明:(1)2000-2020 年延安市土地利用以林地和草地为主,耕地、水域和未利用地面积有所减少;建设用地持续增加,变化幅度最大;建设用地的增长主要分布在河流附近及相对平坦的区域,主要流入类型为耕地、林地和草地,同时耕地、林地和草地三者之间实现互相转化.(2)各土地利用类型主要集中分布于 500-1500m海拔范围内,以及 5-25°坡度范围内.(3)草地为优势景观类型,林地、草地的破碎化程度较高,建设用地连通性增强,趋向集中分布;整体上斑块不规则程度增加,景观异质性增强,景观结构组成趋向复杂化.(4)年降水量和高程等自然要素对景观格局指数的变化具有较大的影响,同时由人类活动主导的土地利用和植被变化对景观格局指数的影响逐渐增加.