江西省是全国首批生态文明示范省之一,探明气象条件对生态系统调节服务功能的影响,有利于因地制宜开展生态环境保护和修复工作.本研究基于2000-2022年MODIS数据、净初级生产力数据和逐月气象数据,采用水量平衡方程、土壤流失方程等模型,对江西省生态系统固碳、释氧、水源涵养、土壤保持4种调节服务功能进行测算,并利用趋势分析、偏相关分析方法分析4种调节服务功能的时空格局及其气象影响因素.结果表明:2000-2022年,江西省生态系统固碳量和释氧量年均值分别为178.8和130.0g·m-2,年均增加值分别为0.4和0.3 g·m-2,两者在空间分布上一致,全省有77.3％区域的固碳释氧年均值呈上升趋势.江西省水源涵养和土壤保持均值分别为591.8 mm和723.8 t·hm-2,两者在空间分布上较为一致,两者年均增加值分别为5.6 mm和3.7t·hm-2,全省分别有73.3％、69.3％区域的土壤保持和水源涵养功能稳步提升.植被的固碳释氧功能在月尺度、季节尺度与气温呈显著相关,两者的偏相关系数也高于其他因子,是影响生态系统固碳释氧功能的重要气象因子.无论在月尺度、季尺度还是年尺度上,降水量与水源涵养量和土壤保持量均呈显著正相关关系,是其最重要的气象影响因素.本研究揭示了 2000-2022年间气候变化对江西省生态系统调节服务功能的影响,可为切实保障江西省生态系统保护修复、提高生态文明建设的质量和效益提供科技支撑.

凋落物层作为森林土壤的"皮肤",具有涵养水源、保持水土的功能.本研究以亚热带地区枫香、米老排、苦槠、红锥、杉木、马尾松、福建柏、南方红豆杉8个树种的纯林及其不同组合的混交林为研究对象,分析树种丰富度、功能多样性和群落加权平均性状与凋落物现存量、最大持水率、有效拦蓄量的关系.结果表明:各树种组合中,未分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～419％、0～0.58 t·hm-2、0～1.66 t·hm-2;半分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～375％、0～6.14 t·hm-2、0～16.03 t·hm-2.树种丰富度和群落加权平均比叶面积对凋落物现存量和有效拦蓄量具有显著的正效应,群落加权平均叶氮含量对凋落物现存量具有显著的负效应.最大持水率随着比叶面积的多样性和群落加权平均比叶面积的增加而增加,随着群落加权平均叶片厚度的增加而降低.结构方程模型表明,树种丰富度通过增加比叶面积的多样性提高凋落物层持水能力;群落加权平均比叶面积通过增加凋落物现存量和最大持水率提高凋落层持水能力.在亚热带地区人工林的经营中,可以选择群落水平上具有较高比叶面积的混交林来提高凋落物层的持水能力.

生态成效作为判定山水林田湖草生态保护修复工程有效性的重要途径,对加强工程总体布局和顶层设计、确保工程取得显著成效具有非常重要的意义.青海省祁连山区具有极其典型的"山水林田湖草"生命共同体特征,是中国第一批山水林田湖草生态保护修复工程试点之一.通过构建"生态干扰变化-生态系统格局变化-生态系统质量变化-生态系统功能变化-生态成效变化"逻辑框架,运用时空对比分析方法,对青海祁连山区山水林田湖草生态保护修复工程的生态成效进行了评估.结果表明:工程实施后,重要生态用地面积增长了 0.1％、生态连通度降低了 0.5％、植被覆盖度指数提升了 10.1％、单位面积水源涵养量提高了 31.5％,土壤保持量增加了 3.1％,固碳量增加了 2.8％,表明工程实施以来,生态干扰增加,部分类型生态系统破碎化有所加剧,但总体生态系统格局相对稳定,生态系统质量和各生态功能均有提升,修复成效显现.研究结果对青海祁连山区山水林田湖草生态保护修复工程的实施有一定的指导性作用,能为未来山水林田湖草生态保护修复工作提供先进经验,对科学指导中国更好地开展生态修复工作具有重要意义.

水生态修复分区向上衔接水生态系统修复目标,向下引导修复工程的空间布局,是实现水资源要素系统修复的关键.当前,水生态修复分区面临层级体系不一、指标不全面、边界模糊等问题,因此,本研究以喀斯特生态脆弱区广西河池市为例,构建"流域自然单元-主导生态功能-生态胁迫风险"的多维分区体系框架.一级分区选取河流水系和地貌类型作为划分指标,识别子流域单元作为一级分区边界;二级分区采取"自上而下"的划分方法,在承接流域自然地理特征的基础上,明确水生态修复的目标,选取水源涵养、生物多样性和景观文化服务3项指标进行评价,利用K-means聚类方法对空间单元内的主导生态功能进行识别,以子流域单元作为二级分区边界;三级分区是生态修复工程的具体实施单元,选取水土流失、洪涝风险和人类干扰3项指标表征水生态系统面临的外部胁迫风险,进行三级分区划定.共划定11个水生态一级分区、4个二级分区和3个三级分区,综合流域自然地理格局、主导生态功能、生态胁迫风险的空间分异特征的三级分区结果,并结合子流域单元和乡镇行政单元确定分区边界,最终将水生态修复分区综合划分为5类、32个子生态分区,并分区、分类提出相应的生态修复策略.

国土空间生态修复关键区的识别是锚固城市生态安全底线的关键,矿业废弃地作为众多资源型城市生态修复的核心内容,分区建设具有重要现实意义.本研究基于生态功能与空间的重要性对邯郸市的矿业废弃地进行评级分区,以此为城市生态修复工作的有序开展提供一定的理论支撑.研究框架方面,提出在城市尺度下基于功能层面的生态保护重要性与空间层面的生态安全格局叠加,以得到更准确的生态修复关键区识别结果.研究过程中,选择契合地域特征的水源涵养、土壤保持、生物多样性维护和水土流失敏感性4项指标进行生态保护重要性评价,选择MSPA-Conefor-SPCA-MCR-电路理论进行生态安全格局构建.结果表明:邯郸市剩余的204处矿业废弃地中,有73处属于生态修复关键区,总面积为1500.9 hm2,主要集中于鼓山、凤凰山及符山区域.这些区域虽存在严重的生态环境问题,但同样赋存着巨大的潜力价值.在简单覆绿的基础上积极寻求场地转型、延长矿山生态修复治理的价值链和产业链或许将成为这些区域的更重要目标.

协同生物多样性保护和生态系统服务功能维持对制定系统性保护规划具有重要意义.研究以青藏高原为研究区,应用Maxent模型模拟了重点植物的空间分布,结合世界保护联盟(IUCN)重点动物空间分布数据和生态系统服务空间分布,利用Zonation模型依次识别了基于单一因素的保护优先区以及集成生物多样性和生态系统服务的保护优先区,评估了青藏高原现有自然保护地对保护优先区、重要物种及生态系统服务的保护状况和保护空缺.结果表明:(1)青藏高原保护优先区保护价值呈现由东南向西北递减趋势,优先区主要分布在青藏高原东南缘喜马拉雅山地、雅鲁藏布江中游河谷及横断山区等区域,生物多样性保护优先区和生态系统服务保护优先区分布略有差异,存在43.2%的空间重叠;(2)在重要物种保护上,自然保护地对两栖动物的保护率最高,平均保护了 38.2%,哺乳动物次之(24%),爬行动物的保护率较低,仅为 10.2%.对生态系统服务功能覆盖率分别是 44.1%(防风固沙)、27.1%(水源涵养)、22.3%(土壤保持)、17.1%(碳固定)和 16.6%(洪水调蓄);(3)自然保护地对研究识别的保护优先区存在保护空缺,仅覆盖了 26.8%的集成保护优先区,Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级优先区保护空缺面积占青藏高原面积的 7.2%、6.9%和 7.7%.研究结果可为青藏高原以国家公园为主体的自然保护地体系优化提供科学依据与理论支撑.

构建生态安全格局对于保障区域生态安全、优化国土生态空间具有重要意义,科学评估生态韧性是城市高质量发展的重要议题之一.以长株潭城市群为研究对象,基于"源地识别-阻力面构建-廊道提取"的生态安全格局构建模式,定量评估固碳释氧、土壤保持和水源涵养三项生态系统服务功能以识别源地,结合自然和人为因素构建阻力面,使用Linkage Mapper工具基于最小成本路径理论识别生态廊道,提出了一套基于生态安全格局构建过程的生态韧性评估框架,并结合Fragstats和Conefor Sensinode软件对其进行综合评价.研究结果显示:(1)长株潭城市群共 55 块生态源地,面积为 7747.75km2,占城市群总面积的27.58%,东部和南部源地较为集中,西部较分散,林地是生态源地的主要组成部分;生态廊道共 113 条,廊道总长度为1458.97km,平均长度为 12.91km,主要分布于研究区西部和北部.(2)结合生态源地和生态廊道构建了长株潭城市群"一心一环"生态安全格局,可有效缓解长株潭城市群中部生态用地"空心化"的格局.(3)研究区 55 块生态源地的韧性指数介于0.1265-0.4682 之间,空间上呈现出东高西低,南高北低的特征;113 条生态廊道的韧性指数介于 0.0027-0.8002 之间,韧性指数较高的廊道主要分布在研究区东部和南部,韧性指数较低的廊道分布在西部、中部和北部.西部和中部或将成为影响长株潭城市群生态安全的关键区域,在城市规划过程中应重点关注.研究结果对优化城市空间布局、维护区域生态安全和促进区域一体化发展具有重要意义,并为区域生态韧性的评估提供了新的思路.

为了实现水源涵养量计算和不同功能的综合评估,基于分布式水文模型(WEP-L)提出了一种新方法,即利用WEP-L模型计算次降水过程中降水量和地表产流、冠层截留量的差值作为水源涵养量,并分别评估削洪(地表径流量)、补枯(地下径流量)、维持植被生态系统用水(植被蒸腾量)等不同水源涵养功能的评估方法.为了验证该方法的合理性,以渭河流域咸阳站以上区域为例,对比了该方法和InVEST模型方法的计算结果,由于两种方法在评估内容和使用模型上都存在差异,为了保证计算结果的可比性,先对比了基于相同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和InVEST模型方法,再对比了基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法Ⅱ,结论如下:基于相同评价内容的WEP模型法Ⅰ和InVEST模型法计算结果数值接近,研究区2000-2018年水源涵养量年均值分别为12.43 mm(5.76亿m3)和12.08 mm(5.6亿m3),两种方法所得结果空间分布特征相似,稍有差异之处与InVEST模型的参数没有经过本地化处理有关;基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法Ⅱ计算结果数值相差较大,研究区2000-2018年水源涵养量均值分别为12.43 mm和432.57 mm,空间分布特征上有差异的地方分布于研究区的北部、东部及东北部,主要与两种方法评价时是否考虑蒸散发有关.WEP-L模型法Ⅱ评估结果中削洪、补枯、维持植被生态系统用水等功能多年变化趋势分别为:2006-2010年期间增加、2012年以后下降以及增加.2012年后补枯功能和维持植被生态系统用水功能之间可能存在权衡关系.通过不同方法计算结果差异原因分析,证明了基于WEP-L模型的不同涵养功能评估方法的合理性,其结果也可为渭河涵养区水资源和生态保护策略的制定提供更多依据.

建立近自然度评价体系对于修复森林生态功能、保障森林可持续发展有着重要的意义,然而近自然度尚未有统一的评价体系.祁连山地区的森林系统承担着我国西部重要的水源涵养功能,对其现存的人工林客观地开展基于水源涵养能力的近自然评价是亟需解决的问题.以祁连山东部金禅沟、塔尔沟小流域 40 个不同林分起源的云杉纯林、白桦纯林、云杉白桦混交林为对比研究样地,对涉及近自然度和水源涵养能力的指标进行敏感性分析,筛选出中高敏感度指标,通过欧氏距离法结合熵权法定量评价人工林近自然度,通过模糊物元法定量评价森林水源涵养能力,然后采用 6 种方法对近自然度和水源涵养得分分布进行拟合(R2＞0.4),并利用K-means法建立了 4 个近自然度评价等级.研究表明祁连山东部地区大部分人工林近自然度评级处于半天然林阶段,通过改造纯林为针阔混交林可以同时提高其近自然度与水源涵养能力.研究旨在构建基于水源涵养能力的近自然度评价体系,为森林生态服务功能修复提供理论支持.

黄河流域是中国重要的生态屏障,研究其水源涵养服务功能对推动黄河流域生态保护与高质量发展具有重大意义.采用InVEST模型量化黄河流域 1980-2020 年水源涵养服务功能,使用空间自相关分析黄河流域水源涵养服务功能空间分布模式,并运用地理探测器分析黄河流域水源涵养服务功能的驱动因素.结果表明:(1)1980-2020 年黄河流域水源涵养量为174.8639 亿m3-378.4538 亿m3,多年平均水源涵养量265.0475 亿m3,其中草地与林地多年平均水源涵养量分别占黄河全流域水源涵养总量的 52.94%和 24.27%.全流域水源涵养量呈现上下游地区较高,中游地区较低的分布格局.(2)全局莫兰指数为0.875,表明黄河流域水源涵养服务在空间上呈现聚集分布,以低-低聚集与高-高聚集为主.(3)1980-2020 年不同地类平均水源涵养能力排序:灌木林＞有林地＞高覆盖草地＞其他林地＞中覆盖草地＞低覆盖草地＞旱地＞建设用地＞未利用地＞水田＞水域.(4)降水量是影响黄河流域水源涵养量变化的主要驱动因子,降水量与土地利用间交互作用对黄河流域水源涵养服务功能空间分异解释力显著增强.研究结果可为黄河流域生态系统管理与高质量发展提供重要参考.