科学认知农田生态系统温室气体排放状况是开展农业减排降碳的重要前提,对于推动农业可持续发展、促进农田高质量建设具有重要意义.以安徽省为例,利用联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)排放系数法评估农田生态系统温室气体排放水平,运用对数平均迪式指数分解(LMDI)方法解析农田生态系统温室气体排放驱动机制,最后基于STIRPAT模型并结合情景分析方法对未来农田生态系统温室气体排放进行模拟预测.结果表明:(1)安徽省农田生态系统温室气体排放总量整体呈增加趋势,水稻种植CH4排放的贡献最大,占比达55.27％,空间分布上呈现为皖中地区排放量较高、皖北和皖南地区相对较低.(2)安徽省农田生态系统单位播种面积排放强度呈增加趋势,单位农业产值排放强度呈下降趋势,两种排放强度均呈"北低南高"分布特征,即淮河以北地区排放强度及变化幅度相对较低,淮河以南地区表现为相反规律.(3)农业经济水平与安徽省农田生态系统温室气体排放呈现出正效应,是影响排放量增加的主要因素;农业生产效率、农业生产结构、农业人口规模均呈现出负效应,其中农业生产效率与农业人口规模因素对农田生态系统温室气体排放的抑制作用较强.(4)基准情景、低碳情景、绿色发展情景与可持续发展情景下农田生态系统温室气体排放呈先上升达到峰值后逐渐降低的变化趋势,其中基准情景在2028年达峰,其余三种情景在2025年实现达峰目标.粗放发展情景下农田生态系统温室气体排放在未来呈不断增加的发展趋势,未能实现达峰目标但增速逐渐放缓,农业发展表现出较强的减排潜力.安徽省应加强控制水稻种植CH4排放,综合考量区域差异,多措并举、因地制宜地制定农业减排政策.

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.

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.

为研究鄱阳湖异常枯水位对长江江豚(Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis)生存带来的风险,在2022年丰水位期、枯水位期和极端枯水位期开展了系统的调查.结果显示:丰水位期长江江豚为全湖分散分布,主湖区分布多、通江水道少、支流尾闾中极少;枯水位期长江江豚呈现区域性、聚集式分布特点,并且逐渐向支流的入湖河槽和主湖区北部河槽迁移,砂坑中逐渐增多,入江水道也有分布;异常极枯水位期长江江豚的分布进一步集中,呈现向主河槽集聚、向支流迁移和滞留砂坑的特点,且通江水道监测到长江江豚的分布密度为全年最高.随着异常极枯水位的持续,长江江豚在鄱阳湖分布的范围急剧缩小,在隔离的小水体分布密集,考察发现在松门山瓢头南部砂坑水域分布约110头长江江豚,信江瑞洪大桥下游分布约18头,赣江扬子洲水域分布约20头.受到航运、垂钓等人类活动干扰,还面临饵料资源不足等生存风险.文章报道和比较了2022年不同水位时期鄱阳湖长江江豚的数量和分布,揭示了异常气候情景下的长江江豚分布格局及其适应性,识别了高风险水域和风险因子,结合采取的系列救护行动,提出了异常水位波动时期鄱阳湖长江江豚的保护救护方案.研究结果将为异常水位时期鄱阳湖长江江豚的保护提供新思路,亦可为长江中下游流域异常气候情境下长江江豚的保护提供科学参考.

稻田是甲烷(CH4)的重要排放源之一,其对全球气候变化有着重要影响.大气CO2浓度升高(e[CO2])对稻田生态系统碳循环具有重要作用,阐明e[CO2]对稻田CH4排放及相关微生物过程的影响对稻田生态系统的固碳和减排具有重要意义.本文综述了 e[CO2]对稻田CH4排放及碳循环相关功能微生物活性、丰度、群落组成和多样性的影响,梳理了 e[CO2]背景下不同微生物过程在稻田CH4减排中的作用及其主要环境影响因素.总体而言,不同e[CO2]平台类型、熏蒸年限、浓度梯度以及增加方式均对稻田CH4排放有着一定影响.e[CO2]促进了稻田CH4排放,但会随着CO2熏蒸年限的增加而逐渐降低,这说明稻田CH4排放相关微生物对e[CO2]具有一定适应性;e[CO2]对稻田CH4排放的促进作用呈先减弱后增强的趋势;骤增处理可能会高估稻田CH4排放.e[CO2]对相关微生物过程的影响主要表现为:e[CO2]提高了产甲烷菌、甲烷好氧氧化菌和厌氧氧化菌活性及主要功能微生物丰度;e[CO2]使甲烷氧化菌群落组成和多样性发生显著改变,但对产甲烷菌和甲烷厌氧氧化菌群落组成和多样性影响不大.最后,本文对未来相关的研究方向进行了展望:1)可综合探究e[CO2]对稻田CH4排放及产甲烷过程、甲烷好氧和厌氧氧化过程的影响,以更好地揭示气候变化对稻田CH4排放的机理;2)应在长期条件下探究e[CO2]对稻田CH4排放及相关微生物过程的影响机制,结果将更为真实、准确;3)需进行多尺度(时间和空间)、多要素(CO2浓度、温度、大气氮沉降和水分管理措施)以及多方法(观测、数据与模型相结合)等综合研究,以有效降低未来气候变化情景下稻田CH4排放及相关微生物过程对e[CO2]响应评估的不确定性.

福寿螺是世界范围内的外来入侵物种,严重危害了我国的农业生产、生态和人体健康.为了评价福寿螺在国内的生境适应性,本研究通过数据库查询、文献检索和新闻报道等方式收集了 741个福寿螺在中国区县级的地理分布数据,使用方差膨胀因子和Pearson检验对19个生物气候因子筛选,获得5个最主要的气候因子,结合全国海拔数据,基于Biomod2组合模型研究福寿螺现在和未来气候条件下可能的适宜分布区域,以及其主要环境影响因素.结果表明:在当前时期,福寿螺在中国的适生区集中在浙江、上海、福建、江西、广东、广西、海南、云南等南方地区.在未来不同气候情景下,福寿螺在我国南方地区的适生区将大范围扩大,并向北方地区扩散.影响福寿螺适生区分布最主要的环境因子为最湿月降水量和最湿季平均气温.利用组合模型预测福寿螺当前和未来气候条件下的潜在分布,将有助于管理其入侵和传播的风险,为相关地区及部门预防福寿螺扩散提前采取措施、监测和减缓该物种的入侵提供参考.

目的:了解不同气候变化条件下青海省獐牙菜属植物的潜在地理分布特点,掌握影响其分布的主导气候因子.方法:通过ArcGIS和MaxEnt模型,利用121个獐牙菜属植物地理位点以及19个气候变量,模拟分析影响獐牙菜属植物分布的主要气候因子,预测2050s、2070s的RCP 2.6、RCP 8.5两种气候情景下獐牙菜属植物的分布格局.结果:训练集与测试集AUC值均为0.899,模型推算当前潜在分布区的可信度良好.獐牙菜属植物主要分布在青海省的东部及东南部地区,包括海东、玉树等地.与当前气候相比,獐牙菜属植物在青海省的分布面积在未来不同气候情景下均有所增加,且分布区域逐渐向西偏移.影响青海省獐牙菜属植物分布的主要气候变量从大到小依次为年降水量、最冷季度平均温度、降水量季节性变化、等温性、最干季度降水量、最冷月份最低温度、最暖季度降水量.结论:獐牙菜属植物具有扩大地理分布范围的潜力,降水量和平均温度是限制獐牙菜属植物分布的关键因素,该结果可以为獐牙菜属植物的资源保护及引种驯化措施的制定提供理论依据.

探究不同降水情景下荒漠植物茎干解剖学结构的适应性调节,可以更好地理解未来降水格局变化下荒漠植物水和碳运输间的协调机制.该研究以毛乌素沙地黑沙蒿(Artemisia ordosica)种群为对象,通过野外人工控制降水的方法,模拟半干旱气候区降水变化趋势,设置3个降水量水平(减水30％、自然降水、增水30％)以及2个降水间隔水平(降水间隔5 d、降水间隔15 d)开展双因素完全随机实验,测定了黑沙蒿茎木质部与韧皮部解剖结构在不同降水情境下的轴向与径向变异.结果表明:1)在降水改变的情况下,黑沙蒿并未产生更抗栓塞的轴向木质部结构及传导效率更高的轴向韧皮部结构来适应环境;2)降水变化通过改变40-60 cm土层含水率对黑沙蒿的木质部、韧皮部径向解剖性状产生影响.在低水分生境下,黑沙蒿减小导管直径和增大导管壁厚度以保证水分运输的安全性,并且通过增大韧皮部筛管面积来维持韧皮部导度保证碳的有效运输,以此保证黑沙蒿进行正常的生理活动;3)黑沙蒿木质部导管和韧皮部筛管具有等标度的轴向缩放规律,二者协同关联共同维持水力功能,且这种相关关系不受降水变化的影响.该研究表明,黑沙蒿通过改变径向茎干结构而不是轴向结构来适应降水的改变.

森林粗木质残体主要包括倒木、枯立木、大枯枝、树桩和粗根等,它们是绝大多数森林生态系统的结构性成分,在全球碳循环和生物多样性保育等方面发挥着不可替代的作用.特别是近些年,极端高温、干旱、热带气旋等极端气候事件正在加速树木死亡,改变森林粗木质残体形成的方式和分解过程,森林生态系统功能和稳定性也会受到深刻影响,生态学家对此也越来越重视.如今,生态学家通过野外观测和控制实验,围绕粗木质残体的分解特征、调控机制和分解过程中粗木质残体上的生物多样性开展了大量研究,促进了粗木质残体生态学的快速发展.该文首先汇总了最常见的用于森林粗木质残体分解过程的研究方法,并且描述了各研究方法适用的情景.其次,从形态、物理和化学性状方面探讨了粗木质残体的分解特征.然后,围绕着影响森林粗木质残体分解的控制因素,系统梳理和总结了已取得的研究结果.具体来说,粗木质残体分解主要受到基质质量、分解者和环境条件的调控,其中基质质量和分解者在样点尺度上影响着分解过程,基质质量对分解者群落有自下而上的调控作用,环境条件在区域或更大研究尺度上发挥主导作用.粗木质残体在分解的同时孕育了数量巨大、种类丰富的生物,主要类群包括苔藓类附生植物、细菌、真菌和无脊椎动物.无脊椎动物对森林粗木质残体的利用方式最为复杂,可能将其作为栖息地、掩蔽所、繁殖地、取食场所.附生植物的演替过程与分解时间正相关,但与腐烂程度联系不紧密,其他生物类群的演替则更多地受到基质质量的影响.由于以往的综述鲜有涉及不同结构组分(树皮和木质部)分解的研究进展,该文补充和探讨了树皮和木质部的分解特征和潜在的相互作用过程.由于粗木质残体分解缓慢的特点和研究方法的限制,目前许多机理的相关研究仍不够深入,该文围绕粗木质残体分解机制和生物多样性保育功能探讨了未来需要重点关注的研究内容及可能的研究方法.

山西省在黄河流域总体生态格局中具有重要的战略地位.为深入研究2000-2020年黄河流域山西段生态环境的变化,选用MODIS遥感影像数据,基于绿度、湿度、干度和热度的主成分分析确定遥感生态指数(RSEI),对该区域生态环境质量的时空变化进行分析并探讨影响因素;同时,利用CA-Markov模型对2030年黄河流域山西段不同发展情景下生态环境进行模拟和预测.结果表明:RSEI在黄河流域山西段具有较好的适用性,可用于监测和评估其生态环境的时空变化特征.2000-2020年,黄河流域山西段以低生境质量区为主,其中,2000-2010年生态环境质量持续改善,而2010-2020年则有所退化;高生境质量区集中于山区,其自然条件优越、生物多样性丰富,低生态质量区主要分布在城市群集中的太原盆地及研究区北部采矿业发达的地区;在研究区的北部和中部,气候因子与生态环境质量呈负相关关系,而在高山区域二者呈正相关关系.3种发展情景下,2030年研究区的耕地、林地、水体和建设用地面积均较2020年有所增加;相较于自然发展情景和耕地保护情景,在以RSEI为限制因子的生态约束情景中,新增林地面积最多,而耕地和建设用地的扩张速率最低.研究结果可为黄河流域山西段的国土空间规划及生态环境保护提供参考.