放牧是草原生态系统最主要的人为干扰因素,也是草原群落构建的重要"外部"过滤因子.然而,关于放牧强度对草原群落构建的作用机制,尤其是在这一过程中种内性状分化和种间性状差异的相对作用目前的了解还比较有限.为此,该研究利用在内蒙古典型草原建立的长期放牧控制实验平台,采用土芯法(环刀)取样,系统分析了植物群落地上(株丛、叶片)和地下(根系)性状对放牧的响应.通过环刀-小区和小区-样地两个推绎尺度,研究了基于种内与种间性状变异的放牧强度过滤作用.研究结果表明:(1)随着放牧强度的增加,大多数地上性状的种内和种间变异呈增加趋势,而根系性状的种内和种间变异则显著降低.(2)随着放牧强度的增加,在环刀尺度上,基于地上性状的种内变异和种间差异的放牧过滤强度先增大后减小,在中度放牧时达到最大;然而基于地下性状的种内变异和种间差异的放牧过滤强度逐渐增加.在小区尺度上,基于地上性状的种内变异和种间差异的放牧过滤强度呈线性降低趋势;而基于地下性状种内变异的放牧过滤强度增加,基于种间差异的放牧过滤强度减弱.(3)随着空间尺度增大,放牧强度对草原群落构建的影响由基于种间性状差异的过滤作用逐渐转变为基于种内性状变异的过滤作用,此过程受土壤水分和养分的调控.这些研究结果为深入揭示放牧对草原群落构建的调控机制提供了科学依据,也为正确理解长期放牧导致的植被景观异质性和尺度效应评估提供了重要参考.该研究中叶片和根系性状主要考虑了结构性状,因此具有一定的局限性,未来研究可结合叶片和根系碳氮含量等化学性状指标,以全面理解放牧对植物地上、地下性状变异的调控机制.

全球气候变化导致极端气候发生频率和强度增加,探究植被对极端气候的响应与适应是评估区域植被脆弱性和制定适应性经营策略的重要前提.以2008年中国南方极端冰冻事件为例,利用2003-2009年日光诱导叶绿素荧光(SIF)遥感数据提取植被物候,探讨了极端冰冻事件对不同植被类型物候的影响,并采用地理探测器分析各环境因子及其交互作用对植被物候变化的贡献度.结果表明:(1)极端冰冻事件导致植被生长季开始期(SOS)提前2.96 d、生长季结束期(EOS)推迟10.47 d和生长季长度(LOS)延长12.79 d,其中常绿阔叶林物候变化趋势最大,而落叶阔叶林物候变化趋势最小.(2)研究区水热条件的空间分异性影响了植被物候空间变化格局,如东南部水热条件充足区的物候变化趋势更明显,而西北部山区植被物候变化与整体变化趋势相反,即呈现SOS推迟和EOS提前趋势.(3)降水、气温、相对湿度、土壤类型和植被类型是影响植被物候的主导因子,其中气温和降水对植被EOS的解释力最高,分别为0.6522和0.5280.(4)各因子交互作用结果均表现为双因子增强或非线性增强效应,其中气候因子间的交互作用最强,而气候因子与土壤类型、植被类型、冰冻天数的交互效应次之.

城市绿地是城市生物多样性的热点区域和居民主要的休闲游憩场所,掌握其声景时空变化特征及其影响因素,对于生物多样性保护与声景营造具有重要意义.前期的声景研究多聚焦于森林、自然保护区等自然植被区域的声景特征及其差异分析.然而,城市绿地内部存在的人为干扰可能会导致其呈现出不同于自然植被的声景时空特征,对于城市强干扰环境下不同植被类型的声景特征及其驱动机制研究还比较薄弱.选取广州白云山景区次生林、人工林和疏林草地3种不同植被类型,开展了为期28d的声景监测,基于6种声景指数和声景功率揭示绿地声景的时空变化特征,并利用随机森林模型和冗余分析研究环境因素和人为干扰对于声景时空格局的影响.结果表明:声学复杂度指数(ACI)的变化规律显著反映了鸟类的黎明(6:00-8:00)合唱现象,声学信号强度从人工林、次生林到疏林草地依次降低,表明适当的人为干扰提高了鸟类发声强度,过度的人为干扰限制鸟类发声;归一化差异声景指数(NDSI)显示了次生林和人工林的白天声景以生物声为主,疏林草地是人工声占主导地位;不同绿地的主导发声频段及其影响因素具有明显差异,次生林以中频生物声(4-8kHz)为主,主要受海拔(ALT)、灌木丰富度(SR)和树高多样性(THD)的正向影响;人工林多为低频生物声(2-4kHz)和高频生物声(8-11kHz)声音,其声景功率与坡度(SLO)正相关,与到硬化小道距离(DHP)负相关;疏林草地人工声(1-2kHz)较多,到硬化干道距离(DHMR)、到硬化小道距离(DHP)和非硬化小道距离(DNHP)均对其具有正向影响.研究揭示了不同植被类型的声景时空特征及其主要影响因素,为城市绿地健康声景设计和生物多样性保护提供科学参考.

积雪是影响草原春季土壤水分的重要因素,积雪量主要受降雪量和积雪再分配影响.然而,很少有研究探讨放牧对积雪量及融雪后土壤水分的潜在影响.研究不同放牧强度对典型草原积雪量及春季融雪后土壤水分的影响及机制,为草原的合理利用与优化管理提供科学依据.基于锡林郭勒典型草原长期控制放牧试验平台,于2016年和2017年,对禁牧(G0)、轻度放牧(G0.75)、中度放牧(G1.50)、重度放牧(G2.25)、极重度放牧(G3.00)等5种放牧处理下的植被、积雪量和土壤水分进行测定.结果表明,随着放牧强度的增加,积雪量逐渐减少,并且2016年的平均积雪量比2017年高57.63％.具体而言,与禁牧处理相比,极重度放牧使2016年和2017年的积雪量减少了 75.20％和74.53％.随着放牧强度的增加,春季土壤水分呈逐渐减少的趋势.2016年和2017年禁牧处理的春季土壤水分(0-40 cm)为14.91％和10.70％,是极重度放牧处理的1.5倍和1.4倍.土壤水分与植被特征(地上生物量和植被高度)和积雪(积雪量和积雪深度)呈显著正相关(P＜0.05).相比底层土壤,表层土壤(0-5 cm)水分对放牧的响应更敏感.结构方程模型结果显示,降雪量、植被和积雪对春季土壤水分具有显著的正作用.放牧通过去除植被,对草原积雪量和春季土壤水分有负作用.因此,为了获得更多的积雪量和春季土壤水分,土地管理者应考虑降低放牧强度或保留部分地块不放牧.

人类活动强度(Human Activity Intensity,HAI)是表征人类活动对自然环境作用程度的客观指标,植被作为生态环境变化的综合指示器,对人类活动变化十分敏感,深入探究HAI与NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,归一化植被指数)时空分异及其关联性,对维稳自然环境、合理控制人类活动以及协调人地关系具有重要意义.以黄土高原为研究区域,使用夜间灯光、人口密度及土地利用数据表征人类活动强度,分析2000-2020年HAI与NDVI的时空分及其关联性.结果显示:(1)2000-2020年黄土高原HAI整体变化较缓(年均速为1.39％),空间呈现"七点一圈一带"的分布格局,呼包鄂榆及晋中城市群HAI强度变化较频繁,高强度区向西北方向呈集中分布态势.(2)2000-2013年NDVI增速较快(2.11％/a),2014-2020年增速放缓至0.82％,整体呈现东南高西北低分布,高植被覆盖区域向西北移动且多方向扩张.(3)HAI与NDVI相关性空间分异明显,且在关中、呼包鄂及晋中城市群呈空间聚集分布.人类活动对植被覆盖的作用具有双向性,高强度人类活动致使植被覆盖锐减,退耕还林等工程有效抑制植被退化,生态环境有所改善.研究结果可为精细量化人类活动强度、黄土高原未来国土空间规划及生态环境修复与维稳提供一定理论依据与参考.

中国北方农牧交错带生态系统敏感脆弱、不稳定,其健康状况受多种因素影响,其中以放牧为代表的人类经济活动影响显著.高强度放牧是造成草地退化的重要原因,草地退化又是影响草原生态系统健康的关键因素.利用归一化植被指数和牲畜量量化放牧压力,并选取合理的模型探究放牧对于中国北方农牧交错带生态健康的影响,确定合理的放牧强度和策略,以实现草畜平衡和区域可持续发展.基于"活力-组织力-弹性-生态服务"(VORS)模型,构建起包括自然、社会等多方面的指标体系,评估了 2000-2015年北方农牧交错带的生态健康系统水平,并采用Moran's I探讨放牧压力和生态系统健康指数的空间相关性,并从普通最小二乘法、地理加权回归模型、时间加权回归模型和时空地理加权回归模型选择最优回归模型,揭示放牧压力对于生态系统健康的影响机制.结果表明:(1)2000-2015年放牧强度格局高值区域主要为内蒙古草原地区,低值区域主要为陕西高原地区.(2)2000-2015年中国北方农牧交错带的生态系统健康指数呈现上升趋势,区域整体处于亚健康状态和一般健康状态.(3)全局双变量Moran's I结果显示在2000-2015年呈现负相关影响关系,但影响力度在变小.(4)多种回归模型相比较,GTWR模型表现最优.2000-2015年,正向驱动空间集中在内蒙古、辽宁以及山西省区县;负向驱动空间集中在陕西省、甘肃等区域,同时影响强度持续增强.研究通过不同区县、不同的草原的反应状况,提出放牧政策的不同实施建议,致力于实现草原资源的可持续利用和生态系统的持续健康.

准确估算陆地生态系统碳储量,科学制定生态环境保护和土地利用政策,对促进区域低碳可持续发展,实现"碳中和"目标具有重要意义.基于大量碳密度样点数据,将其与生态地理分区和土地利用类型图空间叠置,采用克里金插值法得到黄河流域碳密度空间分布数据集.应用InVEST模型对2000年、2010年和2020年黄河流域陆地生态系统碳储量的时空演变测度,提高了碳储量估算结果的准确性.利用Pearson相关性分析和多尺度地理加权回归模型(MGWR)对自然、社会经济和景观格局指数等因素对县级行政单元尺度单位面积碳储量的影响进行分析.主要结论如下:(1)黄河流域碳密度空间分布呈西部大于东部、东部地区自东南向西北递减的格局;(2)2000-2020年黄河流域陆地生态系统碳储量增加0.02％(7.011×109-7.012× 109t),空间分布与碳密度相同,空间集聚特征显著,"高高集聚区"主要分布在黄河上游西南部的青藏高原地区,"低低集聚区"主要分布在黄河上游北部和黄河下游大部分地区;(3)Pearson相关性分析得出与碳储量呈正相关的影响因素为Pr(降水)、NDVI(归一化植被指数)和Slope(坡度);呈负相关的影响因素为TEM(温度)、HAI(人类影响指数)、SHDI(香农多样性指数)、DN(夜间灯光数据像素值)和PPOD(人口密度).(4)MGWR模型得出TEM、Pr、NDVI和SHDI空间异质性强,HAI在2010年后异质性强;Slope空间异质性中等;DN和PPOD为全局尺度变量,空间影响平稳;(5)MGWR模型得出NDVI对黄河流域县级单位面积碳储量作用强度最大.NDVI、Slope对县级单位面积碳储量的影响呈正效应,TEM、HAI、DN和PPOD呈负效应,Pr、SHDI呈正、负双向效应.

近几十年来,嫩江流域湿地大面积萎缩、土地盐碱化严重,干旱频发,严重威胁生态安全、水环境安全和社会经济可持续发展.为量化嫩江流域干旱对生态系统的影响,利用标准化生态缺水指数(SEWD1),结合旋转经验正交函数、累积和曲线和Pearson相关性分析法分析嫩江流域1980-2017年生态干旱的时空演变规律,并利用游程理论提取生态干旱特征.结果表明:(1)生态干旱与影响因子间的相关系数排序为相对湿度＞归一化植被指数＞径流＞降水＞气温,其中生态干旱和相对湿度相关系数最大且大于0.5,呈现显著相关性,其余因子的相关系数均小于0.5,呈现低度相关性;(2)从SEWDI变化曲线上看,1980-1999年干湿交替呈现出一定的周期性,生态干旱以轻旱和中旱为主,总体呈加剧趋势;2000-2017年极端干旱和极端湿润事件频发,生态干旱总体呈缓解趋势.从累积和曲线上看,1980-1995年为嫩江流域生态干湿状态的正常波动时期,1996-2009年为嫩江流域生态干旱期,2012-2017年为生态湿润期;(3)生态干旱的干旱历时和烈度显示流域西南部严重程度较大,长期干旱风险较高,而流域北部干旱强度较大,较易发生单次较为严重的短期干旱.

为揭示高寒半干旱区不同降雨强度对植被差异下沙化土地土壤含水量变化过程的影响.以青海共和盆地东缘黄沙头乔木、灌木和裸地为研究对象,基于2020、2021和2022年5月-9月植物生长季土壤含水量、降雨量和细根分布监测数据,分析2020年、2021年、2022年各生境0-200 cm深度土壤水分对小雨、中雨、大雨的响应.连续动态监测结果表明,大雨、中雨条件下,随土层深度的增加土壤水分对降雨的响应时间延长.乔木林和灌木林土壤水分对中雨、大雨最大响应深度为70 cm、100 cm,裸地对中雨、大雨最大响应深度为50 cm、100 cm.随土层深度的增加,小雨对乔木、灌木、裸地土壤水分的补充作用逐渐降低;中雨对灌木林土壤水分的补充作用逐渐降低,乔木林与之相反;大雨时乔木林、灌木林变异系数呈现S型变化,因此大雨对其土壤水分的补充存在明显的分层利用现象.不同植被类型土壤水分空间变化差异以及对降雨的响应受植被冠层截留对降水再分配的影响,土壤含水量与环境因子间的主成分分析表明,郁闭度、叶面积指数、150-200 cm 土壤容重、细根生物量密度、根表面积密度、根长密度、比根长是反映研究区土壤水分的显著因子(P＜0.05).研究表明不同降雨强度植被土壤含水量存在明显差异,高寒半干旱区沙化土地乔、灌植被的建植可提升深层土壤储水能力;结果可为沙化土地恢复和水土流失防控提供科学依据.

为明晰高原鼢鼠(Eospalax baileyi)干扰对高寒草甸植物功能性状及功能多样性的影响,本研究选取青藏高原东缘高原鼢鼠栖息地,以鼠丘斑块空间格局指数代表其干扰强度,划分为轻度、中度、重度和极重度干扰4个水平,设置无鼠丘草地为对照,调查了植被群落物种多度、常见植物功能性状和土壤理化性质.利用单因素方差分析不同干扰强度下植物功能性状和功能多样性的差异,采用全子集回归和冗余分析方法分析环境因子对植物功能性状及功能多样性的影响.结果表明:(1)相比对照,所有高原鼢鼠干扰区植物叶绿素相对含量、叶片碳含量群落加权平均值显著增加(P＜0.05),而植物株高、比叶面积和叶片氮含量显著下降(P＜0.05);(2)高原鼢鼠干扰下植物功能丰富度显著增加(P＜0.05),而功能分异和RaoQ指数相比对照显著下降(P＜0.05);(3)不同干扰强度区之间,植物功能性状和功能多样性变化较小;(4)冗余分析和全子集回归分析表明,土壤水分和温度是影响高寒草甸植物功能多样性的主要环境因子,土壤环境因子对功能性状和功能多样性解释贡献分别达到41.6％和27.3％.本研究结果表明,高原鼢鼠干扰改变了土壤环境因子(温度和水分),进而影响到植物功能性状和功能多样性.