在人类积极的土地利用调控下(植树造林),研究景观格局变化对城乡热场环境的影响,可为今后的城市造林工程建设与优化提供参考,并为未来景观格局与热场环境的相关研究提供新视角.本研究以北京平原区百万亩造林项目为背景,运用遥感技术和地理信息系统,利用矩阵转移及耦合分析,评估平原造林对城市热场环境的实际作用,探究因城市造林工程引起的景观格局变化与城市地表温度变化的相关关系.结果表明:北京平原造林工程后,森林和公园的面积比例分别增加了7.6％和0.5％;平原区有19.2％区域热场强度降低,其中,城郊有23.3％区域的热场强度减弱,但仍有23.5％的城市区域存在热场增强的情况;在城乡尺度上,森林和公园面积比例、森林和湿地的平均斑块面积(MPS)与地表亮温(LST)变化呈显著负相关;在城市市区,森林的面积加权平均形状指数(AWMSI)与LST变化呈显著正相关;在城郊区域,森林的MPS和AWMST与LST变化均呈显著负相关,而公园则相反.北京实施平原造林工程后,增加的城市森林和公园对城市热场的缓解有一定作用,但范围有限,主要集中在城郊区的造林点周围,且森林与湿地越集中,越有利于热场的缓解;受研究粒度、时相、地形、人类活动等因素影响,土地利用结构调控引起的景观格局变化与地表温度变化之间存在非线性相关.

快速城市化背景下,经济发达区生境斑块日益破碎化,生物多样性受到严重威胁,构建生态网络是有效连接生境斑块和保护物种栖息地的重要手段.以江苏省为例,采用形态学空间格局分析(MSPA)方法识别重要生态源地,基于最小累积阻力模型构建生态网络连接生态源地,并选取整体连通性指数(IIC)量化生态源地斑块和生态廊道的重要性,最后提出江苏省生态网络优化建议,为江苏省生态安全格局构建提供参考和借鉴.主要研究结果如下:(1)核心区斑块主要用地类型为大型水体、湿地和林地,主要包括太湖、洪泽湖、高邮湖、骆马湖等大型湖泊、东部沿海地区的湿地以及江苏西南部的林地斑块;(2)由于江苏省耕地面积广阔,因此耕地在生态网络中有较大比例;(3)水域、林地、湿地也是生态廊道的主要组成部分,为减小水体对动物迁徙的阻碍作用,可以在水域周边人工造林,为动物迁徙提供暂栖地;(4)生态廊道构成中,建设用地占比15.44％,这是近年来江苏省快速城镇化和建设用地的过度扩张的结果.

为探索珍贵树种斑块化混交造林的可行性,以浙江楠为研究对象,通过干旱胁迫和复水试验,分析其光合生理特征、根系生长和抗氧化系统的响应.结果表明,对照条件下浙江楠的光合生理最优,重度干旱严重影响浙江楠的生理进程,具体表现为光合能力、光适应特征、瞬间气体交换参数和叶绿素荧光参数的显著下降,其光合速率的下降是由气孔因素导致;中度干旱条件下的浙江楠植株水分利用率最高,重度干旱条件下的水分利用率与对照、中度干旱相比较,分别下降了29.6％和46.4％;中度干旱条件下根半径下降,但SOD、POD和CAT未显著下降,CAT均值略有上升,重度干旱条件下的3种保护酶均表现出显著下降,抗氧化酶已不能有效清除掉活性氧物质.因此,浙江楠具备一定的抗旱能力,中度干旱并不影响浙江楠的正常生长,在实际斑块化造林过程中,可适度控制土壤含水量,有利于在不同树种斑块化混交配置应用中提升浙江楠造林的成活率和保存率.

景观格局及其变化是影响地表径流及空间分布的重要因素,也是管理城市雨洪、治理生态环境的途径.以北京市平原区百万亩造林项目为背景,选取第一轮造林时间(2011、2013、2015、2017年)的遥感数据,以三环、五环、六环路为界,将平原区划分为核心区、中心区、近郊区、远郊区四个区域,分别分析整体及分区林地景观格局的变化.运用SWAT模型模拟不同格局对不同区域暴雨径流的影响,探究影响径流变化的主导林地景观指数.研究发现:1)平原区林地面积呈增长趋势,增幅为12.96％.除核心区和中心区的部分地区外,林地斑块更聚集、形状更复杂.2)百万亩造林工程对平原区雨洪风险的减缓有积极作用,但受城市建设及人类活动的影响,不同区域造林对径流的减缓强度与建设扩张的影响强度大小关系略有不同.核心区、中心区造林对径流的减缓强度大于建设扩张对径流的副作用,径流总量减小,减少比例为1.98％、4.29％.而近郊区、远郊区相反,径流总量变大,增大比例为0.09％与6.82％,其中远郊区建设扩张的强度是影响平原区径流风险的主导原因.3)不同区域雨洪减缓的关键性林地景观指数不同.核心区径流的主导林地因子为斑块数量与形状因子,中心区为面积因子,近郊区为聚合度因子和形状因子,远郊区为面积与聚合度因子.主导林地因子的大小调控将更高效的减缓雨洪风险.本研究通过SWAT模拟分析得到第一轮造林期间平原区森林格局与径流特征的空间变化及各区域径流减缓的关键性林地因子,为第二轮造林提高雨洪减缓功效提供参考.

斑块状造林是当前国内营建人工林的主要方式之一,在林内不同斑块间形成了大量的边缘环境.为探究人工林斑块间边缘效应的生物多样性特点,本文基于北京平原造林中的毛白杨(Populus tomentosa)林-国槐(Styphnolobium japonicum)林、国槐林-栾树(Koelreuteria paniculata)林、栾树林-桧柏(Juniperus chinensis)林、旱柳(Salix matsudana)林-杜仲(Eucommia ulmoides)林4种树种组合,选择与植物具有营养关系的蛾类为研究对象,采用非度量多维尺度(NMDS)排序、Anosim分析、物种多样性指数等对蛾类数量、物种组成与多样性进行分析;并基于林下植被特征因子调查,使用Pearson相关性分析探讨了植被特征因子与蛾类群落特征的关系.结果表明:本研究共采集到蛾类4,428只,分属于24科144种.(1)斑块边缘的蛾类物种组成与斑块内存在差异,边缘独有种比例占所在样地组合物种数的13.59％-18.32％.(2)边缘物种多样性指数多为相邻斑块中间值或略高于斑块内;旱柳林-杜仲林边缘的Simpson指数显著高于杜仲林斑块,Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数显著高于旱柳林斑块,Pielou均匀度指数显著低于杜仲林斑块.(3)蛾类Simpson指数与植被的平均高度和平均盖度呈显著负相关关系;而蛾类物种数与植被的平均高度和平均盖度呈显著正相关关系.(4)4种边缘类型的边缘效应均呈正效应(IH'＞1),其中旱柳林-杜仲林边缘的边缘效应强度最低(IC=0.915185808).斑块状人工林的边缘中存在对生境变化产生响应的蛾类类群,这是斑块状人工林生物多样性提高的基础.不同树种组合斑块的边缘效应所呈现的生物多样性特点不同,可能存在优势物种暴发的风险.本研究可为后续造林及林分管理提供指导意见.