研究气候变化和人类活动对植被变化的影响是有效生态系统管理的基础.本研究基于2002-2020年250 m MODIS-NDVI数据,采用Theil-Sen Median斜率估计和Mann-Kendall趋势分析从像元尺度量化了湖南省植被动态演变趋势;结合气象、夜间灯光指数、土地覆盖等数据,采用残差分析和相关分析等方法,从像元和县域两个尺度揭示了人类活动和气候变化对植被动态演变的影响.结果表明:2002-2020年,湖南省归一化植被指数(NDVI)动态演变呈"整体改善、局部退化"的空间格局,显著改善的区域占研究区总面积的64.9％,主要分布于湖南省西部和中南部;显著退化的区域占研究区总面积的1.4％,主要分布于城市化区域和洞庭湖平原的耕地区域.人类活动和气候变化共同促进研究区67.9％的植被改善;人类活动和气候变化单独对植被NDVI动态演变的贡献率分别为96％、4％;人类活动对所有区县植被演变的贡献率均超过80％.人类活动对植被演变的影响存在显著空间异质性.城市扩张导致新城区植被退化,但老城区出现植被恢复的现象;生态工程则促进了湖南省西部植被恢复.本研究结果有助于深入认识湖南省植被演变时空格局及其对气候变化和不同人类活动的响应,可为制定有效的生态恢复策略提供科学依据.

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.

由于全球气候变化以及人类活动对生态系统的影响加剧,干旱半干旱区的土地退化愈发严重.为了防止土地退化,联合国防治荒漠化公约(UNCCD)提出了土地退化零增长(LDN)的目标.首先介绍LDN的概念与评估方法,接下来以蒙古高原为例,采用土地覆盖、土地生产力和土壤有机碳3个核心指标,评估2001-2020年蒙古高原LDN目标的实现情况.研究结果表明,相对于基线期(2001-2010年)的生态系统状态,评估期内(2011-2020年)新增恢复区域的面积(10.83× 104km2)大于新增退化区域的面积(7.77×104km2),蒙古高原在2020年已实现土地退化零增长目标.两个十年中,恢复面积比退化面积分别超出6.87×105km2(2001-2010年)和9.44×105km2(2011-2020).但是现有的LDN评估方法存在指标和方法不完善以及数据源不确定等问题,未来研究需进一步优化和发展评估指标与方法.此外,目前以LDN为概念框架的实证性研究还比较少,区域评估有助于评判区域土地退化状况和识别关键区域,从而制订空间明晰的生态恢复策略.

《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》提出要高质量保护和恢复各 30%的土地,最大化地实现保护生物多样性和缓解气候变化的目标,而演替理论和植被恢复可以为实现 30%的保护和恢复目标服务.演替理论是植被生态学中的核心理论,演替是指在一个地点上由一群不同物种组成的生命体的结构或组成随时间而变化的过程;植被恢复是以植物种植、配置为主,恢复或重建植物群落或天然更新恢复植物群落的过程,植被恢复是生态系统结构和功能从简单到复杂、从低级向高级变化的过程,最终目的是建立健康稳定的植物群落.演替是植被恢复的基础,植被恢复被视为对演替过程的操纵,以达到恢复受损植被生态系统的目标.演替理论可以指导植被恢复,而植被恢复对演替理论的发展有益.演替按裸地性质可以分为原生演替和次生演替,有研究建议将恢复过程视为第三演替,这将有助于理解通过人为干预促进植被恢复成功的管理选择,特别是通过强调退化生态系统中的环境和生物遗存的管理选择.此外,该文还提出了植被恢复理论和演替理论未来可能重点关注的科学和技术问题.

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.

为揭示种群密度与植物形态特征、器官生物量间的异速生长关系,阐明植物在退化土地恢复过程中的适应策略,以大果虫实为材料,通过异速生长分析方法,研究种群密度对其形态特征、生物量分配与异速生长的影响.结果表明,种群密度对大果虫实的株型构建产生了显著地影响.随着密度增大,大果虫实株高呈减小趋势,其分枝数及分枝长度明显减小.大果虫实各器官生物量随密度增大而显著减小.随密度增大,茎和繁殖器官生物量分配呈减小趋势,根和叶片生物量分配呈增大趋势.这与最优化分配理论中水分、营养物质及光资源受限时的情况一致.密度对大果虫实株高:根生物量间异速生长具有显著影响,且对株高与器官生物量间异速指数和个体大小产生了极显著影响.密度对根:地上部分、叶片:根、繁殖器官:根生物量间的影响属于表观可塑性,而对根:茎、茎:地上部分、叶:其他器官及繁殖器官:其他器官生物量间的影响属于真正可塑性,说明密度改变了大果虫实的株型发育系统,并影响各器官间的异速生长,进而权衡器官生物量分配以完成生活史.

水文连通性是表征湿地格局和功能稳定性的重要指标,连通性的降低通常意味着湿地生态功能的退化,内部能量流动和养分循环的扰乱.选取京津冀最具典型性的白洋淀湿地为案例,将形态学空间格局分析模型(MSPA,Morphological Spatial Pattern Analysis)与连通性指数(IIC,Integral Index of Connectivity;PC,Probability of Connectivity)相结合,从时空两方面分析了白洋淀湿地水文连通性的变化,总结出水文连通性变化的空间形态演变规律.结果表明,1990-2015年间,白洋淀湿地整体连通性较差,以2005年为节点呈现先降低后逐步恢复的趋势;根据MSPA功能类型的变化,将白洋淀湿地空间形态演变分为消退期与恢复期两个阶段.消退期主要表现为核心斑块逐步分裂为分支、环岛、桥接、孤岛等细碎斑块,然后逐渐消退的过程;恢复期各类型主要表现为核心湿地面积逐渐增加,分支向桥接转变的过程.其中核心湿地的面积由1990年的8974.90 hm2,最低下降到2005年2092.97 hm2,到2015年又恢复到4122.14 hm2.整体而言,核心湿地的变化对白洋淀湿地水文连通性变化起主导作用.白洋淀湿地水文连通性降低的影响因素主要有上游补给水量的多少,土地利用变化以及气候变化等因素.研究将MSPA模型与连通性指数相结合的方法,能较好揭示湿地水文连通性变化过程中水文形态组织和运行变化的规律,可为其他地区湿地相关研究提供方法上的借鉴.

喀斯特石漠化生态系统土壤养分元素生态化学计量特征及其对环境变异的生态响应是喀斯特退化森林生态系统恢复重建必需明确的关键科学问题.为探明喀斯特石漠化土壤C、N、P、K养分元素生态化学计量特征,探讨其对环境因子的响应,对西南喀斯特3个典型石漠化调查点(贵州毕节鸭池、清镇红枫湖和关岭-贞丰花江)90个样方土壤及环境因子调查取样,研究了其土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)及全钾(K)的化学计量特征及其影响因素.结果表明:西南喀斯特典型石漠化生态系统土壤C、N、P、K平均含量分别为45.61、2.54、0.79 g/kg和3.33 g/kg,计量比C∶N、C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K平均值分别为19.56、65.07、23.65、3.45、1.32和0.39.4个土壤养分元素中,K元素表现明显高于其他元素的波动性.土壤养分含量及化学计量比在不同调查点、石漠化等级及植被覆盖率环境均有显著差异.无石漠化环境土壤养分C、N、P含量显著大于潜在、轻度、中度和强度石漠化,而强度石漠化环境土壤养分K含量却显著高于其他等级石漠化.土壤养分含量之间及其与化学计量比之间多具有显著的非线性相关关系.降水、温度、岩石裸露率和土地覆被是西南喀斯特石漠化生态系统土壤养分及其化学计量比最主要的影响因素.研究结果对丰富土壤生态化学计量学科学理论和我国西南喀斯特石漠化退化植被科学恢复具有重要意义.

生态补偿政策绩效评价对完善政策调控和促进植被恢复具有重要意义.分析了临安2001-2015年植被覆盖的时空格局和变化,建立了植被退化地区土地利用变化矩阵.在ArcGIS软件中建立了临安地区归一化植被指数(NDVI)、国家级和省级公益林覆盖边界(重点生态公益林补偿边界)、道路、海拔、中心城镇用地边界、重点森林保护区、河流边界和地形湿度指数的多要素地理空间数据集.采用多元回归模型量化了重点生态公益林补偿政策、自然因素、城市化和其他人类活动对植被覆盖变化的影响.结果表明,2001-2015年间,临安大约有97％的林地呈现出不同程度的退化,其中中等退化程度的林地所占比例最高.多元线性回归模型的结果表明重点生态公益林补偿政策、海拔、河流距离、重点森林保护区距离和中心城镇距离对植被退化有抑制作用,道路和地形湿度指数对植被退化有促进作用.海拔在所有的外部影响因素中对植被退化的影响最大.政策覆盖地区的植被退化面积在每一个退化等级上都小于无政策覆盖地区.生态公益林补偿政策的实施对加强植被的保护,限制不合理的林地利用和改善区域环境质量具有十分重要的积极作用.

中国南方喀斯特地区广泛面临着生态问题,植被的保护与恢复倍受关注,对这一区域植被覆盖的进行监测和预测是非常必要的.以MODIS-NDVI为数据源,分析2000-2016年间,研究区不同地质背景,多种土地覆被类型的NDVI时空变化特征及驱动因素.结果表明:(1)从2000-2016年间,研究区植被覆盖整体呈增长趋势;其中喀斯特区域增长情况略优于非喀斯特区域.植被覆盖在空间上呈现东高西低;其中林地的NDVI值最高,耕地次之,依次草地,居民用地,水域,未利用地最低;在林地和耕地中,非喀斯特区域的NDVI值比喀斯特高,其余的土地覆被类型中都比喀斯特区域低.(2)研究区植被覆盖改善的地区占60.19％,退化地区占17.06％;草地,耕地区改善明显,退化主要在水域和建设用地;Hurst指数显示在研究区持续性改善的NDVI大于持续性退化:相比非喀斯特区域,喀斯特区域改善及持续性改善情况更佳.(3)整体而言,海拔对NDVI的空间分布影响力最大,温度次之,依次为降雨,夜间灯光指数;相比而言,非喀斯特区域NDVI空间分布更易受地形因子影响;喀斯特区域NDVI空间分布更易受气候差异及人类活动影响.(4)研究区分别有49％,45％,61％的NDVI与气温,降雨,日照的相关系数通过a=0.05的显著性检验;相比非喀斯特而言,喀斯特区域植被生长更易受气候变化的影响.