土地利用变化是导致碳储量变化的主要原因,对未来土地利用变化进行多情景预测并探究其对碳储量的影响,对于维持区域碳平衡具有重要意义.近年来,在自然和人为政策的共同作用下,渭河流域土地利用变化显著,碳储量也相应发生变化.本研究基于PLUS-InVEST模型,评估并预测了渭河流域生态系统碳储量时空变化,探究土地利用变化对碳储量的影响.结果表明:2000-2020年,渭河流域土地利用分布格局变化不大,土地利用变化呈现"耕地面积减少而其余土地利用类型面积增加"的特点,耕地向建设用地转换以及耕地、林地、草地的相互转换是渭河流域土地利用类型转换的主要方式.渭河流域碳储量呈上升趋势,共增加15.31x106t,碳储量高值区分布呈"东北片状-西部散点状-中南部带状",低值区分布在下游关中平原城市群.2030年4种情景下渭河流域碳储量较2020年均有所增加,经济发展情景增加最少,生态保护情景增加最多,不同情景的碳储量空间差异主要体现在上游耕地、林地和草地的分布交错地带.研究结果可为渭河流域土地利用管理决策以及碳储量的提升提供数据支撑.

探究风蚀区草地、林地和农田土壤有机碳物理组分及其影响机制,可为风蚀区土地的碳固定与科学利用、防风措施制定以及坡耕地农田肥力修复提供科学依据.本研究在黑龙江省齐齐哈尔市梅里斯区风沙土风蚀区选取相邻近的草地、林地和坡长约350 m、坡度约5°的坡耕地农田(自下而上每100 m分别设为下坡段、中坡段和上坡段),研究0～15cm 土层团聚体有机碳和密度分组有机碳的分异.结果表明:风蚀区草地、林地和农田土壤＞2 mm团聚体均遭到破坏,＜0.053 mm团聚体显著高于其他粒级团聚体;与草地和林地土壤相比,农田各粒级土壤团聚体、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均显著减少.农田上坡段＞2 mm团聚体被完全破坏,各粒级团聚体及密度分组有机碳含量均随坡面的上升逐渐下降,重组有机碳占比逐渐减小,轻组有机碳占比逐渐增加.土壤有机碳和速效钾是影响团聚体稳定性、团聚体有机碳含量和密度分组有机碳含量的关键因子,且团聚体有机碳的流失使团聚体稳定性下降.综上,相比草地和林地,东北风蚀区农田土壤团聚体稳定性、团聚体有机碳含量、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均降低,坡耕地随坡段的上升,团聚体有机碳含量、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均降低.在风蚀区植树、保护与扩大草原面积、增加坡耕地有机物料施用等是稳固和提高土壤碳储量、改善土壤结构、提升土壤质量的有效途径.

分解作用是农业生态系统养分循环的重要环节,也是影响农田土壤肥力和生产力的关键过程.土地利用方式不仅显著影响了农田中的土壤微生物和线虫等小型分解者群落的结构特征,还可能改变其生态功能,进而影响分解作用.但是,农业生态系统中的生境变化如何影响了分解作用速率仍不明确,不同土地利用方式下环境因子、土壤生物群落和分解作用之间的动态关系如何也不清楚.利用"茶包指数"量化了彭州市典型农区内农田、撂荒地、经济林和杂木林四种生境下的分解速率,并调查比较了各生境下的环境因子和土壤小型分解者群落结构和功能的差异.研究结果发现杂木林和撂荒地的分解速率最快,其次为经济林和农田.有乔木覆盖的生境中土壤小型分解者的丰度相对更高,食物网趋于成熟稳定.在人为管理更频繁的农田和经济林,共生和腐生真菌的丰度显著下降,地下食物网的连通性也弱于受干扰程度低的半自然生境,但病原菌的丰度也较低.土壤细菌是调控分解速率最重要的分解者类群;生境中地上植物丰富度的增加、土壤pH、容重和含碳量的升高均有助于加快分解速率.在彭州市推行农林间作模式,增加地上生境复杂度并合理进行人为管理能够更好地维持地下食物网复杂度和连通性,促进分解作用快速、彻底地进行,对维持土壤养分和健康,提高生产力具有重要意义.

近年来,受气候变化和人为活动的影响,滇西北高原湿地土地利用方式发生了改变.然而,关于土地利用方式对滇西北高原湿地土壤碳、氮储量的影响及机制尚不明确.本研究选取纳帕海的湿地、草甸和耕地为对象,分析不同土地利用方式和不同土层深度土壤有机碳(TOC)、全氮(TN)含量和储量的变化特征,阐明不同土地利用方式土壤碳、氮储量与生物量和土壤理化性质之间的耦合关系,探讨纳帕海土地利用方式对土壤碳氮储量影响的机制及主控因子.结果表明:湿地土壤的含水率、TOC、TN含量、地上生物量和地下生物量均显著高于耕地和草甸(P＜0.05),容重则显著低于耕地和草甸(P＜0.05).0～100 cm 土层深度,湿地、耕地和草甸土壤碳、氮储量总体上均随土层深度的增加而减少,湿地土壤碳、氮储量均最高,草甸碳、氮储量均最低.土壤有机碳储量与TOC、碳氮比、地上生物量均呈显著正相关(P＜0.01);土壤全氮储量与含水率、TOC、TN、地上生物量均呈显著正相关(P＜0.01),与容重、碳氮比呈显著负相关(P＜0.05).土地利用方式、含水率、容重和TOC含量直接影响土壤碳储量,土壤深度、土地利用方式、碳氮比和TN含量直接影响土壤氮储量.综上,容重、含水率、碳氮比、地上生物量和地下生物量是影响纳帕海土壤碳、氮储量的主要因素,土壤碳和氮储量均表现为湿地＞耕地＞草甸,表明湿地排水疏干变为草甸或开垦为耕地,将导致纳帕海土壤碳和氮的损失.

联合国《生物多样性公约》第十五次缔约方大会(COP15)提出"30×30"目标,呼吁到2030年保护全球30％的陆地和海洋面积.目前自然保护地覆盖率不足、拓展空间有限、与其他土地类型兼容性有限,实现生物多样性全面有效保护的目标不能仅仅依靠自然保护地.然而,国际上提倡的"其他基于区域的有效保护措施"(other effective area-based conservation measures,OECMs)尚存较多局限,与我国实际情况的适配性不足,难以直接指导我国自然保护地体系外就地保护实践.中国需要尽快建立一套与当前自然保护地相互补充的、符合中国国情的就地保护体系.基于此,本研究提出"自然保护兼用地"(conservation compatible land,CCL)的概念——"由各类主体申请、各级政府依法确认,以保护和利用相兼容的管理方式,对高生物多样性地区进行长期、有效保护的陆域或水域",作为我国自然保护地外的就地保护措施.本研究对CCL的内涵、定位、特征进行初步界定,并从法律政策和管理实践方面论述其可行性.未来我国的国土空间布局应包含自然保护专用地(自然保护地和生态保护红线)、CCL(兼有生物多样性保护以及农林渔牧、文化、生活等其他使用功能)以及可持续利用地(其他生产与生活用地)三大类.CCL有助于整合我国现有的自然保护地体系外的保护措施,全面系统认识自然保护地外的就地保护措施的作用,梳理经验、推广实践、整合资源、扩大影响.未来可进一步形成多层次、多梯度、保护与利用统筹协调的全域土地利用空间格局,使每一寸中国国土都兼顾保护与发展功能.本研究旨在为中国自然保护地外的就地保护实践提供理论依据,并为全球"30×30"生物多样性保护目标贡献中国智慧与中国方案.

土地利用变化是自然演变与人类活动共同作用的结果,大量的人口流动一定程度上将影响土地利用方式,进而对区域生态环境质量产生影响作用.因此,研究人口流动对土地利用变化的影响及生态效应,能为合理调控区域人地关系,促进区域生态环境与经济的平衡发展提供理论支持.基于长时序高空间分辨率土地利用数据,以具有典型移民现象的四川省凉山州为研究区,针对移民驱动下的土地利用时空变化特征及其诱发的生态效应进行研究分析.结果表明:(1)2000-2020年间,受人口迁移影响,凉山州土地资源的利用结构和程度都发生了相应改变,以耕地、草地、林地及不透水面的面积变化最为显著.在人口迁入较多的西昌、冕宁和德昌等县市内,供人类生活、生存所需要的耕地和建筑用地的数量显著增加;相反,对于大量人口迁出的喜德、昭觉和美姑等地区,人类活动强度的降低为生态用地的恢复和重建提供了条件,生态用地面积不断上涨.(2)受土地利用类型、地形条件、人口分布等因素的影响,凉山州整体生态环境质量呈西高东低、北高南低的空间分布格局.2000-2020年,整体生态环境质量仅下降了 0.36％,总体较为稳定.(3)生态环境质量改善区域集中于东部的越西、美姑及昭觉等县市,而生态环境质量降低的区域主要位于盐源、会里、西昌和德昌等县市.生态环境质量的改变与区域移民活动存在紧密联系,其中由移民迁入引发的耕地和不透水面对生态用地的挤占,对生态环境质量退化贡献比重达87.97％,而随着移民迁出为生态工程的实施提供条件,凉山州内生态用地面积共增加775.84 km2.

黄河三角洲作为我国暖温带最年轻、保存最完整的滨海湿地生态系统,在全球气候变化以及区域人类活动加剧的背景下,海平面上升和地面沉降加剧使得地区生态安全受到严重威胁.基于1991-2020年8期土地利用/覆被数据,使用生态系统服务和权衡的综合评估模型(InVEST)碳储量模块系统评估黄河三角洲过去30年的土地利用/覆被和碳储量时空变化特征,并进一步耦合海水淹没模型和斑块生成土地利用变化模拟软件(PLUS)预测生态保护、自然发展和经济发展三种情景下黄河三角洲2035和2050年土地利用/覆被和碳储量格局.结果表明:1991-2020年间,碳储量累计减少107.94万t,降幅为8.12％,自然湿地和非湿地碳储量分别减少386.66和18.56万t,人工湿地碳储量增加297.27万t.2035和2050年,黄河三角洲分别约有4.47％—11.58％和6.20％—17.42％的陆地会被海水淹没,导致未来黄河三角洲多情景模拟中碳储量均减少,到2035年生态保护、自然发展和经济发展情景下碳储量分别减少了 42.38万t、76.68万t和119.50万t,到2050年三种情景碳储量分别减少了59.30万t、1 19.02万t和187.01万t,同时期生态保护情景下碳储量减少速率最小.黄河三角洲应坚持可持续发展,加强高碳储量土地利用/覆被类型的生态保护,通过回填开采区等方式减少地面沉降速率,并在可能被淹没的区域建设沿海堤坝以预防海水淹没,从而减少黄河三角洲的碳储量损失.研究指出了海水淹没会导致巨大的碳储量损失,可为黄河三角洲未来提高固碳增汇作用提供数据支撑和理论基础.

崩岗是地质构造、地貌条件、气象水文、植被、人类活动等综合作用下形成的一种复合侵蚀地貌,崩岗的形成与发展已严重制约了当地农业生产和社会经济发展.通过调整土地利用结构方式、优化景观格局是防治红壤区崩岗侵蚀的重要手段.如何从斑块类型水平揭示景观格局与崩岗侵蚀的关系,对于控制崩岗侵蚀、提高生态环境效益具有重要意义.以福建省安溪县为例,运用ArcGIS水文分析工具和DEM数据将该区域划分为 53 个子流域,以崩岗面积与密度为响应变量,景观格局指数为解释变量,采用冗余分析(RDA)法和通径分析法,从斑块类型水平探讨景观格局指数与崩岗面积与密度的影响.结果表明:影响崩岗侵蚀的景观格局指数主要由土地利用类型决定,其中林地的景观格局指数对崩岗特征的解释度最高(63.82%),其次为耕地(49.19%)和建设用地(42.01%);耕地景观类型面积、林地聚集度、建设用地景观形状指数和林地斑块连接度4 个指标显著影响崩岗特征,对崩岗特征变化的贡献率分别为 51.5%、26.9%、9.2%和 6.1%,且 4 个指标对崩岗特征的累积解释度达到 66.2%;通径分析发现耕地景观类型面积、林地斑块连接度、林地边缘密度、林地斑块类型面积百分比和建设用地边缘密度的综合作用对崩岗面积变化和密度变化的解释程度分别为 71%和 85%,其中耕地景观类型面积和林地斑块类型面积百分比对崩岗面积和崩岗密度的影响最大,通径系数分别是 0.499、-0.440 和0.608、-0.342.总体而言,科学合理的规划耕地、林地和建设用地的空间布局,提升景观类型整体生态效应,对抑制崩岗侵蚀具有重要意义.研究结果对于科学规划土地利用、控制红壤区崩岗侵蚀具有重要指导意义.

植被作为陆地生态系统的主要组成部分,对区域生态系统环境变化、全球碳循环和气候调节具有非常重要的作用.怒江-萨尔温江流域是东南亚最重要的跨境河流之一,其植被变化会影响区域生态系统和气候.研究以怒江-萨尔温江流域为研究区,基于2000-2021年MODIS NDVI数据,利用BFAST模型、Hurst指数以及地理探测器研究了其植被覆盖时空演变趋势和未来可持续性以及驱动因子.结果表明:(1)2000-2021年,怒江-萨尔温江流域植被覆盖总体呈波动上升趋势,多年平均植被覆盖度FVC(Fractional Vegetation Cover)为0.73,以高植被覆盖和较高植被覆盖为主.植被分布具有明显的空间异质性,下游和中游植被覆盖明显优于上游.(2)BFAST趋势表明,近22年怒江-萨尔温江流域植被覆盖改善和退化的区域面积占比分别为71.24％、28.76％,改善的区域远大于退化的区域,说明研究区植被得到较好的保护.Hurst指数显示,未来植被将持续改善和退化的区域占比分别为94.89％、2.76％.BFAST与Hurst二者叠加共耦合了 17种植被覆盖的未来趋势情形,整体上未来植被呈持续改善为主,将持续改善和持续退化状态的面积占比分别为68.99％、29.09％.(3)基于最优参数的地理探测器结果表明,海拔对研究区植被覆盖分布具有宏观控制作用,影响最大,其次是气温、降水等气象因子.各区域植被覆盖影响因素又具有差异性,其中,海拔和土地利用方式对上游地区植被覆盖的影响比中游和下游区域显著;中游高山峡谷地区以海拔以及海拔差异带来的气温、降水差异对植被覆盖影响重大;下游地区以人口、GDP等人为因素影响为主.研究结果对了解研究区生态环境状况及未来变化提供科学数据支持.

土壤中铁元素主要以氧化物形态存在,土地利用方式的变化会导致其形态发生转变.本研究选取黄河三角洲不同退耕年限土地为对象,通过分析退耕土壤理化性质和不同形态氧化铁含量,探讨退耕年限对土壤氧化铁含量及其形态变化的影响.结果表明:总体上农田退耕后土壤(0～40cm)含水量、有机质、总氮和总磷含量以及表层土壤黏粒含量随退耕年限的延长呈上升趋势;土壤pH和土壤容重的变化则不明显.土壤全铁(FeT:23.68～26.60 g·kg-1)含量在退耕的前6年内无显著变化,但退耕6年后则随退耕年限的增加而降低;游离态氧化铁(Fed:4.97～5.81 g·kg-1)与FeT变化趋势大致相同;络合态氧化铁(Fep:0.03～0.21 g·kg-1)和无定形态氧化铁(Feo:0.54～0.76 g·kg-1)变化趋势基本一致,均表现为随退耕年限呈先降低后上升的变化趋势.退耕还湿后土壤中全铁和各形态氧化铁含量与土壤理化性质呈现出不同程度的相关性.研究表明,黄河三角洲农田退耕还湿将对土壤理化性质与氧化态铁的含量及其分布产生明显影响.