为更好地指导自然保护区的功能分区,对自然保护地全境及周边区域的生物多样性本底资源进行科学调查和评估是必要的.独栖性胡蜂是农林业害虫的重要天敌,同时也是重要的环境生物指示类群.本研究以独栖性胡蜂为指示生物,于2018-2020年在广东车八岭国家级自然保护区全境及周边区域使用人工巢管技术和公里网格方案(共计100个调查网格,网格大小为1 km × 1 km)对南岭典型亚热带常绿阔叶林中胡蜂科昆虫多样性、分布及其影响因素进行研究,同时评估了其物种多样性的空间分布与保护区功能分区之间的关系.本研究共获得4,156根胡蜂类昆虫筑巢巢管和9,973个孵育室,并鉴定出9种胡蜂科物种,分布于89个网格,绘制了其物种丰富度和多度的分布图.结果显示,海拔、距居民点的最近距离和增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)是影响胡蜂物种丰富度、多度及分布的关键环境因子;胡蜂科昆虫的物种丰富度、筑巢量和孵育室数量均随海拔升高而显著减少,且越靠近居民点,胡蜂科昆虫的种类和数量越多,但胡蜂群落的α多样性指标与EVI的关系呈先增加后减少的模式.胡蜂科昆虫群落的总体β多样性为0.21,周转组分为0.05,嵌套组分为0.16,显示物种嵌套是该区域胡蜂昆虫群落组成的主要分布模式.距离冗余分析结果表明,海拔是影响胡蜂昆虫物种周转的显著性因素,而嵌套组分则不受本文所涉及环境因子的显著影响.保护区外的相对筑巢量和孵育室数量显著高于保护区内各功能区,但其他α多样性指标则在4个区域间(核心区、缓冲区、实验区和保护区外)均无显著性差异.这表明胡蜂科昆虫在保护区内各功能分区和周边区域之间具有较高的物种相似性,无明显分布边界.基于研究区域全境网格调查,本研究首次绘制了车八岭保护区独栖性胡蜂昆虫多样性分布图,明确了南岭典型亚热带常绿阔叶林胡蜂类昆虫多样性分布及其与保护区功能分区的关系,建议管理者加强保护区及其周边区域包括昆虫在内的各类野生动物的监测和保护.

农田边界植草带是农田系统各斑块间生物物种迁移和群落演替、物质和能量交换的主要区域,对维持农业生物多样性及提高农田生产力具有重要意义.基于作物-害虫-天敌互作有机整体对植草带宽度的响应,选取不同宽度植草带(2 m、4 m、6 m)及其比邻农田并以对应宽度作物边界作为对照,采用地表陷阱法对蜘蛛和步甲进行取样调查,探究植草带宽度对蜘蛛和步甲种群结构、迁移扩散规律以及对农田害虫控制潜力的影响.结果表明:植草带内蜘蛛和步甲个体数均显著高于对照条带,4 m、6 m植草带的蜘蛛和步甲多度显著高于 2m植草带,且物种丰富度和多度显著高于其对照条带.此外,不同宽度植草带蜘蛛和步甲群落存在较高的异质性,蜘蛛和步甲群落结构差异显著;在 4m和 6m植草带及其比邻玉米田内,蜘蛛和步甲多度在植草带和植草带与比邻玉米田交界处显著高于农田内部,且随距离的增加,蜘蛛物种多度呈显著降低趋势,植草带宽度和距离共同决定蜘蛛和步甲的空间分布;Monte Carlo检验结果表明,植草带宽度、植被Margalef指数对农田中蜘蛛和步甲群落结构的影响均达到显著水平,蜘蛛主要优势科和步甲主要优势种主要分布在 6m植草带比邻玉米田内;4 m、6 m植草带比邻的玉米田中蜘蛛和步甲对玉米害虫的益害比显著高于 2m植草带比邻的玉米田,且 4m、6m植草带显著增加了玉米籽粒的百粒重及比邻农田的玉米总产量.本研究对植草带涵养捕食性天敌预防害虫发生的最适宽度进行探索,综合考虑植草带耕地占用、天敌涵养和生物控害潜力等因素,确定 4m宽度植草带是具有推广价值的农田边界模式.

欧亚大陆是“一带一路”战略规划的核心区域,了解欧亚大陆植被生长对降水的响应机制是该战略顺利实施的科学与生态基础.采用1982-2015年的归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)和全球气象格点数据,通过计算偏相关系数,排除温度及日照辐射的共同作用,分析植被对降水的响应关系(RNDVI-Prep)在不同季节、不同生态区的分异特征.在夏季,RNDVI-Prep为显著正相关的地区广泛地分布在35°-60°N之间的欧亚大陆干旱、半干旱地区以及南亚次大陆西北和南部地区;在春季和秋季,RNDVI-Prep为显著正相关的地区分布则相对于夏季显得更为集中,某些显著相关的区域的边界和现有的生态区划边界有很好的一致性.使用17年为一个周期的时间滑动窗口,分析不同季节上RNDVI-Prep从1982至2015的变化规律,发现夏季植被呈现对降水依赖的地区所处纬度要高于春、秋两季.中亚干旱、半干旱生态区的植被在春、夏两季对降水依赖较强;南亚次大陆西北部地区的干旱、半干旱及东南亚的雨林地区在夏、秋两季对降水依赖较强,且秋季的分布最为集中.以生态区为视角,对欧亚大陆的植被与降水的关系有了更为深入的了解,可以为不同区域应对和适应气候变化提供决策依据.

通过管理半自然生境提高农田中天敌多样性及农田害虫的生物控制效率是当前生态农业研究的基本问题之一.为探讨不同类型半自然植被边界带对相邻麦田地表天敌的发生以及对小麦蚜虫生物控制潜力的影响,在北京顺义区赵全营镇采用陷阱法调查了不同类型植被边界带(人工林地、人工种植草带、自然演替草带)相邻的小麦田中,距离边界0,15 m和30 m处步甲和蜘蛛两类重要地表天敌的多度分布及小麦田蚜虫发生情况,同时分析了边界带植被群落结构对步甲和蜘蛛群落分布的影响.结果表明:人工林地相邻的小麦田中维持了显著较高的步甲、蜘蛛和蚜虫发生密度;不同类型植被边界带相邻小麦田中步甲和蜘蛛群落组成显著不同,植被边界带宽度以及乔木层盖度是影响相邻麦田步甲和蜘蛛群落分布的主要因子;距离植被边界带不同取样界面处,不同迁移方向的步甲和蜘蛛的活动密度无显著性差异;与林地相邻的麦田中,蜘蛛活动密度从农田边界向农田内部处依次降低,与人工种植草带以及自然演替草带相邻的麦田中,农田边界处蜘蛛的活动密度显著高于农田内部.研究显示,半自然植被边界带与麦田交界处维持了较高的蜘蛛活动密度,并具有向农田内部扩散的趋势,然而,并非高天敌密度就意味着低害虫发生率,深入研究天敌群落与害虫发生关系及其影响因素是未来天敌保护和害虫生物防治的重要方面.同时,因为不同类型植被边界带维持的天敌群落具有高度异质性,未来的研究需要充分考虑不同类型植被边界带对天敌维持的作用,以及不同类型生境界面地表天敌的活动规律.

绿洲-荒漠过渡带是荒漠与绿洲之间的生态缓冲区,在维持绿洲能量流动、物质循环和景观稳定方面具有重要作用.过渡带宽度和属性直接影响到了其在整个绿洲系统中的功能发挥.以河西走廊中部张掖绿洲的Landsat (OLI) NDVI(归一化植被指数,Normalized Difference Vegetation Index)数据为基础,结合野外调查将过渡带类型划分为绿洲与石质裸山、砾质荒漠、沙质荒漠和人工固沙区4类.采用缓冲分析、分段线性趋势分析和尺度分别为30 m、90m、210m、330m焦点分析等方法研究了不同类型过渡带宽度和尺度依赖特征.结果 表明,在不同尺度上绿洲外缘NDVI变化存在二种线性回归趋势,趋势线交点至绿洲边界距离可确定为过渡带宽度.不同尺度分析表明,绿洲-石质裸山过渡带宽度为165-220m,在其内NDVI线性变化趋势显著(P＜0.05).绿洲-砾质荒漠过渡带宽度保持在330m,在其内NDVI变化趋势极显著(P＜0.001).绿洲-沙质荒漠过渡带宽度变化在230-290 m,NDVI变化趋势也为极显著(P＜0.001).绿洲-人工固沙区过渡带宽度变化在570-580m,与其它类型不同地是在过渡带内存在二种变化趋势,在210-240m范围内变化趋势极显著(P＜0.001),超出此范围线性回归趋势不显著(P＞0.05).

监测干旱、半干旱地区植被覆盖度的动态变化,评估大尺度区域地质背景,尤其是活动构造在植被变化过程中发挥的作用对植被时空格局的认识具有重要意义.黄河流域内蒙古段地处干旱半干旱区,植被多依赖于地下水;且该地区活动构造较发育,是认识植被非地带性特征的理想区域.基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)、归一化植被指数(NDVI)、气象与土地利用数据,对2000—2018年黄河流域内蒙古段植被覆盖度(FVC)的时空变化及稳定性进行分析,在此基础上针对河套段植被条带状特征及其成因进行讨论.结果表明,近20年研究区的FVC总体表现为增加趋势.降雨增加是大黑河流域、浑河流域及十大孔兑区域FVC增加的主要原因,沙漠地区FVC的增加得益于三北防护林工程建设.大黑河与浑河流域水分条件较好,物种多样性丰富,植被覆盖度高,能较好的抵御气候变化;而十大孔兑区域和沙漠地区FVC较低,生态系统脆弱,对气候波动的响应较大.河套灌区受人类活动主导,对气候变化的敏感性较低.河套段山前植被赋存环境为条带状地下水溢出带,在地下水储量增多条件下呈条带状增加趋势;而在山前过渡带,新构造运动及其造成的较大地表高差使得土壤层薄且储水能力较差,表现为FVC的高波动.现今黄河干流沿岸植被受土地利用转变影响整体减少;且在河流摆动、河道变迁扰动下,稳定性较差.河套盆地与鄂尔多斯台地边界处,受隐伏断裂和地震活动影响,地下水易沿带状透水断裂下渗,难以维持浅表水分和稳定的补给条件,使得FVC呈线状显著降低,且稳定性较差.研究从宏观水文地质条件和地表过程的角度,更加深入认识了植被空间分布的非地带性特征,为相似地区的研究提供了较好的科学依据.

稀疏植被覆盖(草地、沙地、戈壁)演变能够直接表征区域生态环境和人类活动的动态影响变化.但由于大尺度稀疏植被区一般都具有地理跨度大,景观结构复杂多样,破碎化程度高,现有地表覆盖分类产品针对性不足等问题,使得该区域内林草沙的遥感提取难度较大,精度普遍偏低,直接制约生态效应评价模型的应用效果.因此,以典型大尺度稀疏植被区——京津风沙源治理二期工程区为研究区,研建了SNIC-CNN-SVM(SCS)模型,实现了大尺度稀疏植被区林草沙典型要素的信息自动提取和主要土地利用/土地覆盖类型识别.研究结果表明:1)引入惩罚性机制优化后的SNIC分割算法,有效提升了稀疏植被区与沙地区的边界区分度,有助于分类精度的提升;2)基于改进SNIC-CNN-SVM模型方案的研究区总体分类精度达89.41％,较优化前提高了11.17％,特别是乔、灌、草、沙地和戈壁的分类识别精度显著提升,表明该优化方案在以研究区为代表的稀疏植被区域分类中具有较好的应用效果和推广价值;3)分类结果显示,2020年工程区草地面积最大,占到了一半以上(51.52％),沙地占比11.96％,稀疏植被覆盖(草地、沙地、戈壁)区域占比68.68％,表明工程区处在林地-稀疏植被-沙地的过渡地带,生态环境保护压力与防沙治沙形势依然严峻;4)近20年来,乔灌草等植被增加面积约占工程区20.64％,主要由沙化土地转化,沙化土地减少面积约占工程区的4.58％,表明研究区植被状况不断改善,实施的各项生态工程作用显著,能够更有效地服务于多维度生态系统服务功能评价.该研究以期能够为京津风沙源二期工程区的生态系统演变规律研究及生态工程评价等工作提供重要科学支撑.