植物总初级生产力是定量描述生态系统固碳能力的重要指标,为了分析气候时空滞后效应和空间异质性对植被总初级生产力(GPP)的影响,以当年气象数据组(CC)、10年平均气象数据组(MC)和邻域气象数据组(FM)分别代表气候波动性、时间滞后效应和空间异质性,以及地形数据为自变量,构建随机森林模型,模拟了 2000-2014年的历史时期的GPP值以及2015-2021年在SSP126、SSP245、SSP370和SSP585排放情景下的GPP值,计算模拟解释率,因子贡献率,最终确定最佳气象数据组.结果表明(1)地形因子中坡度对GPP的影响最大,气象因子中降水量对GPP的影响最大,整体而言GPP与地形因子较气象因子相关性强,是地形再分配气象因子的结果;(2)各时期GPP模型之间交叉模拟值与MODIS数据对比发现模型解释率R2均达到0.80以上,表明所建预测GPP的随机森林模型稳定性较强;(3)历史气象数据的GPP模型结果显示CC对当年GPP的解释率更高,表明气候波动性更好地展现当年气象与GPP间的关系;(4)基于历史时期和4种未来气候情景下3个气象数据组建立的模型之间交叉模拟,结果表明MC预测模型的解释率最高,表明该数据组稳定性最强,反过来采用4种未来气候情景下3个气象数据组的模型模拟历史时期的GPP,结果表明MC与其他两个气象数据组之间存在显著性差异(P＜0.05),充分表明植被GPP响应气候具有时滞效应,并其影响程度显著大于气候的空间异质性和波动性,即前9年的气候持续影响植被GPP;(5)统计3个气象数据组在历史时期出现的概率,可知MC出现概率高的区域占比比其他两个数据组的大,在林地、灌木和草本三种景观类型中也出现相同的结论,另外MC对中高海拔和陡坡的预测能力比其他两个数据组的强,表明中高海拔地区在分配太阳辐射等复杂过程存在明显的时滞效应,而平缓地区易受当年和气候空间异质性影响.因本研究以10年为平均值计算单元,最佳时间滞后效应可能会比10年短或更长,需要进一步探讨,结论为气候变化背景下GPP模拟预测提供了最佳气象数据组.

人类活动对景观尺度农业下垫面的CO2收支有着不可忽视的影响,明确在人类活动影响下景观尺度农业区CO2通量的变化特征及影响因素对增汇减排策略的制定具有重要的意义.使用高塔涡度相关法对长三角地区一处农业区CO2通量开展连续观测以明确其源汇特征及影响因子.结果表明:该农业区CO2通量在春夏秋季表现为白天吸收CO2,夜间排放CO2的日变化动态,三个季节CO2通量的变化范围分别为-0.15-0.14、-0.60-0.28、-0.21-0.19 mg m-2 s-1,冬季则表现为全天排放CO2,日变化范围为0-0.14 mg m-2 s-1.每年的6-11月CO2吸收明显,其余时间段以排放为主,吸收峰值和排放峰值分别出现在每年的8月和11月,多年均值分别为-0.14、0.08mgm-2s-1.研究区2019-2021年表现为一个逐年上升的大气碳源,CO2通量年总量均值为(142.73±99.01)gC m-2 a-1.在半小时尺度上光量子通量密度(PPFD)、10 cm处土壤温度(Ts)以及饱和水汽压差是影响CO2收支的关键环境要素,日尺度上PPFD、Ts是主要控制因子,月尺度上,Ts是最为重要的影响因素,同时降雨量以及归一化植被指数也影响着CO2通量.经人为CO2开源数据清单得到的通量塔15 km范围内人为CO2排放量为(429.7±30.01)gC m-2 a-1,抵消了该农业区稻田、森林等自然生态系统的碳汇作用.

气候变化会影响森林生态系统结构和功能,进而给森林固碳潜力的估算带来许多不确定性.为明晰气候变暖下长白山森林碳库的动态特征,本研究利用空间直观景观模型LANDIS-Ⅱ,模拟了 2000-2100年间长白山自然保护区在3种未来气候情景(SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5)和现行气候情景(SSP0-1.0)下森林固碳潜力和碳储量的变化.结果表明:(1)未来森林净初级生产力(net primary productivity,NPP)会不断提高,到2100年,3种未来气候情景下的森林NPP均高于SSP0-1.0气候情景下的NPP值(1010 g C·m-2·a-),但不同气候情景下森林NPP时空差异不显著.(2)4种气候情景下森林总碳储量均呈逐年增加趋势,但与SSP0-1.0情景相比,SSP1-2.6情景下植物碳库增加,土壤碳库和碎屑碳库减少,总碳储量降低了2.1％;SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下植物碳库、碎屑碳库和土壤碳库均减少,总碳储量分别降低了 3.4％和4.2％.(3)相较于中、高海拔地区,低海拔区域森林碳库对气候变暖更加敏感;森林植物碳库对气候变暖的响应存在海拔梯度规律,在3种未来气候情景下,植物碳库在低海拔处显著减少,在高海拔区域植物固碳增加.研究结果可为长白山长期森林管理和提高森林固碳潜力提供参考.

森林-草原生态系统交错带是森林和草原两种地带性植物群落之间的交接地带,景观类型多样,环境异质性强,边缘效应明显,对全球气候变化敏感,是生物多样性保护的重要地带.林草交错带特殊的生境导致地上与地下生物多样性及其生态关联比森林、草原、农田等生态系统复杂.本文综合评述了地形、生态系统养分内循环、全球变化以及人类活动干扰等因素对林草交错带植物多样性的影响,分析了土地利用类型、氮沉降和大气CO2浓度升高、植物凋落物、土壤有机质及土层深度等对土壤微生物多样性的影响.今后,应当加强局域尺度控制实验与跨环境梯度调查相结合的研究手段,以揭示林草交错带生物多样性形成的地理格局与生态学机制.具体包括林草交错带复合系统物种多样性对土壤酸化、火灾、凋落物组成、围封和放牧及多因子交互作用的响应规律,以及地上-地下生物多样性的生态关联、退化生境修复与植被恢复等方面的研究,为林草交错带土地利用和生物多样性保护提供科学依据和数据参考.

秦岭山脉以其丰富的植被和多样的传粉昆虫闻名,然而在过去的几十年里,由于意大利蜜蜂(Apis mellifera)的引入和扩散,蜂类物种的丰富度和数量显著下降.这一下降对该地区的群落结构和生态系统稳定性产生了连锁反应.为了改善秦岭山脉及其周边地区自然和农业景观中本土蜂类的保护,我们在三类栖息地(森林、森林-农业交错带和农田)的33个采样点进行了调查.我们使用广义线性混合模型、t检验等数据分析方法,探讨了意大利蜜蜂对不同栖息地中本地传粉蜂类的丰富度、数量以及传粉网络的影响.结果表明:①意大利蜜蜂显著负面影响了野生传粉蜂类的丰富度和数量,而中华蜜蜂(Apis cerana)的数量也受养蜂条件的影响.②意大利蜜蜂对秦岭山脉及其周边地区传粉蜂类的群落结构产生了显著的负面影响:在受意大利蜜蜂影响的地点,蜜蜂群落的香农-维纳多样性指数、皮尔洛均匀度指数和Margalef丰富度指数显著低于未受其影响的地点.③这种影响的根本原因是意大利蜜蜂对花卉资源的垄断.意大利蜜蜂倾向于访问具有大量蜜源的开花植物,这些植物在当地植物群落中占有重要比例.通过在蜂-植物传粉网络中保持主导地位,意大利蜜蜂竞争性地取代了本地传粉蜂类对花卉资源的访问权,最终导致本地蜂-植物互动的减少,降低了传粉网络的复杂性和稳定性.这些发现表明,需要采取有针对性的保护措施来保护本土传粉物种,维持秦岭山脉的生态平衡.

森林是最重要的陆地生态系统类型之一,在生态文明建设中具有举足轻重的地位,研究独具森林资源优势地区的生态系统生产总值(GEP)变化及其对土地利用变化的响应对促进该类区域可持续发展具有重要意义.本研究以江西省资溪县为研究区,基于生态系统价值核算理论和方法,在调节服务通用指标体系(水源涵养、土壤保持、氧气提供、碳固定、气候调节、洪水调蓄、水质净化、空气净化、物种保育)及文化服务通用指标体系(景观游憩、教育)基础上,增加负氧离子、康养等指标,并引入森林生态系统服务修正系数,构建独具森林资源优势的GEP指标体系和方法,评估了研究区2010、2017和2020年GEP的时空变化特征,采用弹性指数及价值损益分析方法量化了土地利用/土地覆盖变化对GEP的影响.结果表明:2010、2017和2020年资溪县GEP分别为167.88、268.17和384.07亿元.各生态系统GEP占总GEP比例依次为森林＞湿地＞农田＞草地＞城镇.研究期间,GEP增加值主要来源于森林生态系统.土地利用变化对GEP产生了重要影响.2010-2020年,研究区土地利用变化总面积为8501.88 hm2.各土地利用变化幅度依次为草地(-2811.17 hm2)＞城镇(1428.06 hm2)＞森林(1357.67 hm2)＞湿地(1031.05 hm2)＞农田(-1005.01 hm2).各类用地的绝对变化主要发生在2017-2020年.各测算指标对森林生态系统的弹性指数明显高于其他生态系统,说明GEP对林地面积变化的敏感性最高.价值损益分析表明,城市开发在一定程度上降低了 GEP,林地、湿地的保护促进了 GEP增加.2010-2020年,资溪县土地利用类型之间的转化导致GEP增加18.65亿元,说明资溪县土地利用变化整体上对生态的影响是正向的.研究结果一定程度上体现了资溪县成为国家生态文明建设示范县之后的绿色发展成效,也为研究区今后高质量发展、高水平保护和土地资源可持续开发利用提供了决策支持,并可为其他类似地区的GEP核算提供借鉴.

封面图片由成都理工大学地理与规划学院石松林副教授2020年8月21日拍摄于四川省甘孜藏族自治州稻城县亚丁国家级自然保护区洛绒牛场(28°24'N,100°23'E).保护区地处青藏高原东部,横断山脉中段,发育了高山、极高山、高山峡谷、冰川宽谷、现代冰川等不同的地貌类型,主要由仙乃日、央迈勇、夏诺多吉三座雪山和周围的高山河流、湖泊、森林、灌丛、草甸等景观组成.

游憩服务(RS)是自然对人类的贡献(NCP)之一,也是区域尺度下主要的人类需求,由于其具有无形、主观、非物质等特点,量化RS—直是当前研究的难点与热点.既往研究的评估方法依赖于利益相关者的认知,缺乏通用性,并多为对各类土地类型或植被的RS潜在供应能力进行"一刀切"式直接赋值,鲜有考虑地域特征.研究旨在探究景观特征及其要素如何影响RS供给,从而提出一种因地制宜的RS潜在供应量客观评估方法.以"亚热带湿润淮阳低山景观区"为例,首先将风景资源点分为5类,利用核密度分析量化各类RS实际供应;然后利用地理探测器分类评估景观特征的RS贡献度;再基于随机森林模型对景观特征要素与RS潜在供应能力进行关联量化分析;最后测算出各景观类型的RS潜在供应量.研究结果表明:(1)不同景观特征的RS贡献度具有差异,不同景观特征要素具备不同的RS潜在供应能力;(2)景观特征的RS贡献度和景观特征要素的RS潜在供应能力在不同地理气候条件下具有空间分异特征,应当因地制宜进行评估;(3)景观特征的贡献度和景观特征要素的RS潜在供应能力取决于RS的类型,在评估RS潜在供应量时,应对RS进行分类探讨;(4)由于景观类型是景观特征要素的聚类簇,基于景观类型测算RS潜在供应量可以反映出若干景观特征要素RS潜在供应能力的协同性.强调了景观特征及其要素在RS评估方面的关键作用,所提出的量化方法突破了主观性的局限,具有客观优势,最终可为全域旅游规划和风景资源点建设选址提供参考.

高寒湿地是青藏高原典型的湿地类型,具有重要的生物多样性维持和水源涵养作用,了解其景观格局变化及其影响因素对我国高寒湿地的保护与恢复具有重要意义.本研究基于GEE和Landsat卫星影像,采用随机森林分类方法提取了1987-2022年12期四川南莫且湿地国家级自然保护区沼泽湿地分布信息,分析了沼泽湿地景观格局时空变化及其影响因素.结果表明:(1)保护区沼泽湿地面积先减少再增加,整体减少了10.29％;(2)沼泽湿地与草甸的面积转换最剧烈,沼泽湿地累计向草甸转移4349.44 hm2;(3)沼泽湿地重心先向东北再向西南方向迁移,沼泽湿地分布范围整体向西南方向迁移;(4)沼泽湿地景观格局表现为破碎化程度先下降再升高,连通性先升高再下降,斑块形状趋于复杂,湿地景观趋向离散化发展;(5)生长季累积降水量、生长季均温是影响保护区沼泽湿地变化的主要影响因素.研究结果可为保护区高寒湿地的保护与恢复以及青藏高原高寒湿地生态安全建设提供科学依据.

森林景观模型(forest landscape model,FLM)已成为模拟森林景观动态的重要工具,模型预测的有效性将决定FLM在森林管理应用中的广度和深度.有限的调查数据是制约模型验证的主要原因,选择合适的方法来弥补数据的空缺并解决数据匮乏地区的模型验证问题可促进FLM得到更广泛的应用.本研究基于多源数据和时空代替法在森林调查数据匮乏的区域建立模型验证框架,并以LANDIS PRO森林景观模型模拟青藏高原未来森林景观动态为例说明该框架的适用性.具体的验证框架为:首先,使用森林调查数据校验模型参数;其次,利用多源数据(森林调查数据、遥感产品和已有研究结果)对模型结果进行短期验证;最后基于时空代替法和已有研究验证模型的长期结果.验证结果表明:初始模拟结果能够准确表征真实的森林属性信息;基于多种指标的LANDIS PRO短期模拟结果在样地和景观尺度上与验证数据差异较小(RMSE＜80 t·hm-2、SD＜80 t·hm-2、R2=0.81);长期林分动态特征与先前研究一致,模型预测的森林组成、结构和演替轨迹与该区原生林生长轨迹一致.这表明本研究基于森林资源数据匮乏条件建立的森林景观模型验证框架能够较好地对森林景观的模拟结果进行验证.