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.

秦巴山区地处我国南北气候、生物区系的交汇地带,具有十分重要的地理与生态价值,蕴藏着巨大的发展潜力.确定生态系统服务对植被覆盖变化的响应阈值是实现秦巴山区环境资源有效配置、管理政策科学制定以及生态效益最大化的重要前提.在分析秦巴山区产水、固碳、土壤保持和生境质量4项生态系统服务时空特征的基础上,综合运用聚类分析、方差分析和弹性分析对比不同植被类型和地形梯度下生态系统服务的异同进而分区计算植被覆盖变化的影响阈值.结果表明:(1)2000-2020年,产水、固碳、土壤保持和生境质量服务整体提升且均表现为东南高西北低的空间分布.(2)不同类型植被下,生态系统服务整体供应能力从大到小依次为林地、草地和农田.不同地形变化下,除生境质量呈持续增长态势外,其他3项服务均出现了先提高后衰减的非线性趋势.(3)植被覆盖度对生态系统服务有促进作用,但超过一定阈值后这种作用会逐渐减弱.植被覆盖影响阈值在林地、草地和农田区分别为0.85、0.80和0.78;且该阈值随地形因子增加先增大后减小.本研究结果可以转变秦巴山区单纯依靠扩大森林面积提升生态系统服务供给的简单化生态保护模式,为构建分区管理、全面系统和动态平衡的生态可持续发展体系提供依据.

在气候变暖背景下,升温对不同区域不同树木生长的影响存在差异,干扰森林生态系统的结构与功能.本研究选取管涔山地区优势种华北落叶松(Larix principis-rupprechitii)为对象,建立树轮宽度标准年表,利用Pearson相关分析和滑动分析探讨升温突变前后华北落叶松径向生长与气候因子的响应.结果表明:管涔山地区华北落叶松树轮宽度年表包含丰富的气候信息,适合树木年轮气候学分析.气温突变前后,华北落叶松径向生长与气候因子响应差异显著,气温突变前,华北落叶松径向生长主要受前一年8月和12月最低温、当年11月均温和最高温以及当年3月降水量的制约;气温突变后,华北落叶松径向生长主要受前一年和当年6月最低温、春季各月温度因子、当年10月最高温、前一年6月和当年1月及2月SPEI数值以及当年3月降水量的制约.长时间尺度滑动分析可知,在1993-2008年时间段后,月最高温升高利于华北落叶松生长发育,当年1月和2月树木生长受干旱胁迫.在气候变暖背景下,华北落叶松径向生长与气候变化趋势并未发生分异现象,树木生长弹性有一定的提升,利于扩展生境范围.

生态弹性是森林生态系统在遭受外在扰动后恢复到稳定状态的能力,是森林资源可持续发展的重要目标之一,且森林生态弹性对诸如气候变化、林火和营林措施等外部因子的影响较为敏感.探究这些外部因子对森林生态弹性的影响在未来森林生态系统管理方面有重要意义.本研究首先从森林组成、结构和功能等方面选取指标因子并估算了森林生态弹性值,然后运用LANDIS PRO模型,模拟气候变化、林火干扰和营林措施等对寒温带典型森林生态弹性的影响,并探讨了当前抚育采伐方案在未来气候下的可持续性.结果表明:模型初始化的2000年林分密度和胸高断面积与2000年真实景观较为吻合,模拟的2010年森林景观与野外调查数据无明显差异,基于当前林火干扰状况的模拟结果与火烧迹地调查数据基本匹配,说明林火模块能很好地模拟当前研究区林火发生状况.林火干扰增加30％将会使该区模拟期内景观水平上森林生态弹性提高15.7％～ 40.8％,而林火干扰增加200％则会降低该区4.4％～24.6％的森林生态弹性.短期和中期林火干扰增加对森林生态弹性的影响大于气候变化的影响.与当前预案相比,B1气候(林火增加30％预案)和A2气候(林火增加200％预案)对整个模拟阶段景观尺度森林生态弹性的影响分别处于-15.9％～38.9％和-60.4％～ 34.8％范围内.与无采伐预案相比,B1和A2气候下在整个模拟时期内若继续实施当前抚育采伐方案,将不利于景观水平森林生态弹性的提高.在B1气候(林火增加30％预案)下,在各模拟时期内无需实施任何营林措施;而在A2气候(林火增加200％预案)下,建议实施中、高强度种植的营林措施以提升景观水平森林生态弹性.

生态弹性力是研究区域生态承载力的基础,它反映了生态系统的自我维持和调节能力,是区域可持续发展的生态支持要素.以鄂尔多斯市为研究对象,采用目标分层法从气候、水文、植被和土壤4方面选取年降水量、年平均气温、日照时数、地表水资源量、地下水资源量、森林覆盖率和土地生产力7个指标构建生态弹性力评价指标体系,运用主成分分析法确定影响生态弹性力动态变化的3个主成分,通过各主成分的贡献率及各指标的特征向量确定各主成分及指标权重,对鄂尔多斯市生态弹性力状况进行评价,研究2008—2015年生态弹性力变化特征.结果表明,鄂尔多斯市生态弹性力指数整体具有上升趋势,由2008年的0.372升至2015年的0.401,但波动幅度较大并呈现阶段性变化,2011年前基本呈下降状态,2011年降至研究时段内的最低值0.233,随后上升,2013年达到0.737为研究时段内的最高值,2013年后又呈下降状态.第一主成分整体呈上升趋势与生态弹性力变化趋势相似,第二、三主成分变化波动强烈且呈下降状态.生态弹性虽有所提高,但生态系统稳定性较差,区域生态系统的抗干扰和自我调节能力不稳定.水资源供给能力是影响生态弹性力波动的首要影响因素,生态环境质量的上升是生态弹性力提高的主要驱动因素.建议未来应合理配置资源,提高水资源利用率,增强区域生态系统自我调节能力;继续提高生态环境质量,调整产业结构,以实现鄂尔多斯可持续发展.

土地退化已成为威胁32亿人口福祉的全球性重大环境问题之一,近年来受到UN、IPBES、IPCC等组织的广泛关注.然而,当前的土地退化研究中,还存在概念不清、过程和机理不明、影响认识不彻底等问题,因此,厘清土地退化的概念、过程和机制是防止土地退化和恢复退化土地的关键.以生物多样性和生态系统服务政府间科学-政策平台(IPBES)土地退化与恢复专题评估报告为基础,剖析了土地退化的概念、过程、机制及影响:土地退化过程受自然环境和人类活动两大因素驱动,退化过程包括疑似退化、历史退化、敏感退化、弹性退化、持续退化和永久退化6种状态;土地退化类型可根据土地利用类型分为城市土地退化、农田退化、森林与草地退化、湿地退化等;土地退化具有多重影响,包括威胁食物和水安全,影响生物多样性及生态系统服务,引发地区冲突、大规模人口迁徙和疾病传播,加剧贫困及全球气候变化.土地退化过程、机制及影响的审视将为我国沙漠化、石漠化等土地退化的进一步研究提供理论指导,并为我国“山水林田湖草”土地系统的统筹治理和“美丽中国”、“生态文明”建设提供决策支持.

开展气候变化下森林恢复措施对西南亚高山森林景观的恢复效果评价,对于该地区未来森林生态恢复技术研发具有重要参考意义.以岷江杂谷脑河上游流域为研究对象,基于森林景观模型LANDIS PRO 7.0模拟、预测气候变化下不同森林恢复措施(自然和人工)对流域森林景观演替过程及森林景观的影响并对比分析两种恢复情景的森林结构和组成恢复效果的差异.结果表明:模型模拟结果具有较高的可靠性,模型的初始化物种信息与野外调查数据相吻合.根据模型预测结果(2010-2060年),人工恢复情景下冷杉的平均林分林木胸高断面积在模拟的前期和中期低于自然恢复情景,在后期则高于自然恢复;云杉和华山松的平均林分林木胸高断面积在模拟的前期低于自然恢复情景,在中、后期则高于自然恢复:桦木、高山栎和落叶松的平均林分林木胸高断面积在整个模拟期均低于自然恢复情景.从空间尺度分析,人工恢复情景与自然恢复情景相比,冷杉林在干旱河谷、北坡和高山区的占比分别增加3.66％、1.60％、0.50％,而在南坡的占比有所减少;云杉林在干旱河谷区、南坡地区的占比分别增加0.72％、1.23％,而在北坡和高山区的占比略有减少;桦木和落叶松在不同的立地类型上占比降低.在自然恢复下,受气候变暖的影响,杂谷脑河上游流域森林优势物种(冷杉)的胸高断面积在模拟后期呈现逐渐下降的趋势,而人工恢复措施的实施能够促进区域优势树种(云、冷杉)的优势扩大.由此可见,在气候变暖的背景下对杂谷脑河上游流域森林施以适宜的人工恢复措施,能够有效地促进森林向顶级群落演替,提高杂谷脑河流域森林生态弹性,更好地应对未来的气候变化.

近年来北京地区的森林随极端干旱加剧表现出脆弱性特征,为了解气候变化下不同树种的干旱耐受性,选择北京东灵山森林内3个乔木树种(华北落叶松、油松和辽东栎),利用树木年轮生态学方法分析了径向生长与气候的关系,以及对极端干旱事件的抵抗力和弹性.结果表明:华北落叶松和油松与5-6月气温呈显著负相关,辽东栎与5月气温呈显著负相关;华北落叶松与6月降水量、5-6月和8-9月相对湿度呈显著正相关,油松与6-8月降水量和相对湿度呈显著正相关,辽东栎与2月和5月降水量、5月相对湿度呈显著正相关;所有树种均与当年5-7月标准化降水蒸散指数(SPEI)呈显著正相关.华北落叶松是干旱耐受性最弱的树种,径向生长在所选极端干旱事件中(1994年、2001-2002年和2007年)下降幅度最大(46.6％～69.6％),抵抗力(0.534、0.304、0.530)和弹性(0.686、0.570、0.753)显著低于辽东栎和油松,辽东栎在2007年抵抗力显著高于油松,弹性无显著差异.生长季持续的高温或降水减少引起的极端干旱是树木径向生长下降的主要原因,树种间各异的生理生态策略是干旱耐受性差异的可能原因.研究结果可为未来造林树种选择和森林管护措施制定提供新依据,以在气候压力持续增加背景下维持森林生态系统功能和服务.

马尾松是我国南方地区广泛分布的先锋造林树种.在全球变暖、气候干旱化和虫灾频发的趋势下,研究马尾松对环境干扰的生态弹性对森林管理有重要意义.本文对福建省仙游县百松村的马尾松古树进行树木年轮样品采集,建立区域首个马尾松树轮宽度标准年表(1865-2014年).结果表明:当年7-9月低相对湿度和5-9月极端高温是树木生长的主要限制因素.根据树轮极端窄年确定1869、1889、1986、1991和1993是极端事件年.时序叠加分析发现,极端事件发生前两年的持续低值加剧了极端事件的影响.干旱年份更容易引发虫灾.1889年是受虫灾影响最严重的年份,1986和1991年受到虫灾和干旱气候的双重影响,其余极端年主要受干旱气候的影响.树木对虫灾的抵抗力弱于对干旱事件的抵抗力;除1991年外,树木对虫灾的相对弹性力高于对干旱事件的相对弹性力.1889年的相对弹性力最高,1991年受到连续极端事件的影响,相对弹性力最低.2000年以来研究区干旱化趋势加强,马尾松古树遭受干旱和虫灾的干扰加强,部分树木死亡.

全球气候变化导致森林生态系统的结构与功能发生改变,甚至出现树木死亡与林分衰退的现象,研究林分生长对气候变化尤其是干旱事件的响应有助于预测未来气候变化下生态系统的稳定性.以辽宁章古台5个林龄的樟子松人工林为研究对象,分析了树木径向生长对气候因子与地下水位的响应,结果表明:秋季气温,尤其是最低气温显著影响樟子松林的生长(44年生林分除外);低林龄樟子松林(36、39年)生长与当年夏季及生长季内的降水显著正相关,而高林龄樟子松林(52年)生长则与当年春季尤其是当年2月与5月降水显著正相关;36、39、52年生樟子松人工林年表与当年夏季的Palmer干旱指数(PDSI)显著正相关,44、58年生樟子松人工林年表则与地下水位显著正相关.应对早期干旱(即1997年)时,樟子松人工林表现为随林龄增加,其抵抗力增加而恢复力降低;在随后的两个干旱事件中,高林龄樟子松林的抵抗力不再明显高于低林龄,可能是由于地下水位显著降低影响根系吸水;受累积干旱的影响,所有林龄樟子松人工林对2007-2008干旱事件的弹性力均小于1,径向生长量明显降低.地下水位是影响不同林龄樟子松人工林生长及对干旱抵抗力的重要因子,考虑地下水位有助于进一步提升森林生态系统对气候变化响应研究的准确性.