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.

以GIS为平台,使用5 kmx5 km栅格单元为基本单位,选择土地覆被、地形起伏度、气候适宜度、水文条件以及土地沙化适宜度等自然因子结合社会经济数据,对天山北坡不同地区的人居环境适宜性进行探讨,揭示了天山北坡人居环境自然适宜性的空间分布格局,并进一步探讨其形成的原因.结果表明:天山北坡城市群的人居环境指数(HEI)介于10.72-80.19之间,地形起伏度、水文条件以及土地沙化适宜度为天山北坡城市群人居环境自然适宜性空间分布差异的主要限制因素,人居环境自然适宜性整体呈现"屋脊式"空间结构特征,具体表现为以乌鲁木齐市-奎屯市为中轴线逐渐向两侧递减的态势,并出现以石河子市、奎屯市为"双核心式"的空间差异特征.其中一般适宜区域分布面积最广,占天山北坡城市群总面积的39.79％;比较适宜区次之,占25.2％,分布着研究区43.87％的人口;然后是临界适宜区,占18％;不适宜区域占研究区总面积10.8％;高度适宜区最小,仅为研究区总面积的6.19％.

掌握生态系统结构及其功能的时空变化规律是开展科学生态系统管理的重要前提,如何衡量人类在满足自我需求的同时对自然资源和生态系统的改变程度是当前研究值得关注的一个问题.伴随北部湾经济区的崛起,区域经济发展与生态保护的矛盾日益凸显,海水倒灌、植被退化和土地沙化等现象加剧,生态系统服务可持续供给受到严重威胁.以时序遥感数据为基础,分析北部湾沿岸地区生态系统时空演变,评估生态系统服务价值时空变化规律及其驱动因素,为区域生态系统管理提供科学基础.研究显示:1999-2014年,城市点状、离散扩张使城市生态系统面积显著增加,破碎化程度加剧;环境恶化给湿地生态系统带来毁灭性的破坏,红树林不断消失,破碎度增加;林地和果园构成的森林生态系统面积有所增加,而耕地面积急剧缩减.生态系统构成中,森林生态系统服务价值最高,约占研究区总价值的50％,且呈增长趋势;生态系统服务构成中,除食物生产、气体调节和维持养分循环价值有所减少外,其他类型生态系统服务价值均呈增长趋势.驱动力分析表明,综合城镇化率是影响北部湾沿岸地区生态系统服务价值变化的重要驱动因素,说明区域生态系统服务与社会经济发展极为相关,合理调控经济结构可有效提升区域生态系统服务价值.

经过长期破碎化,荒漠草原原生硬质灰钙土斑块散布在广大沙化土地中,形成类似“土岛”的土被结构.为揭示土岛生境的群落物种共存机制,2016年在宁夏盐池县皖记沟村选取大(200-300 m2)、中(约100 m2)、小(约50 m2)土岛各3个开展调查,采用Jaccard相异系数、物种生态位宽度和生态位重叠度、零模型、Meta分析,综合计算和分析土岛内部与外部植物群落相似性、物种生态位宽度和生态位重叠、物种共存格局及其影响因子.研究发现,(1)随着破碎化加剧,土岛内部植物多样性整体呈现下降趋势,群落优势种从短花针茅(Stipa breviflora)转变为猪毛蒿(Artemisia scoparia)和短花针茅共优种,土岛内外群落相似性增加.(2)土岛内外绝大多数物种生态位重叠较小,生态位重叠在土岛内呈集中分布,而土岛外则呈均匀发散分布.(3)环境过滤为主的生态过程决定了土岛生境群落物种的共存格局,随着土岛面积减小,环境因子对群落物种共存的调控强度降低,关键性环境因子由土壤细砂粒和黏粒转变为粗砂粒,显著性竞争物种共存格局在小岛出现.综上所述,土岛生境对于维持草原物种具有重要作用,环境过滤主导了荒漠草原物种共存格局.随着生境破碎化加剧或土岛面积减小,物种共存格局及其调控因子发生转变.保护面积在200 m2以上的大土岛对于恢复荒漠草原区草原成分种和其物种多样性机制都十分必要.

当前武汉市存在自然资源消耗过度,生态环境污染严重等生态问题,生态红线划定工作对于改善武汉市生态环境、保护武汉市生态格局具有重要意义.因此以武汉市为例,通过对研究区域的水源涵养、水土保持、生物多样性和洪水调蓄功能进行生态功能重要性评价,对水土流失、土地沙化、石漠化敏感性进行生态敏感性评价,分别划定出七类生态保护红线.在此基础上分析提取出重要生态功能红线区和生态敏感红线区,叠加分析后最终得到武汉市生态红线区面积为2342.21 km2,占武汉市总面积的27.67％.研究结果对于探索生态红线划定具有一定指导意义.

植被覆被变化是气象要素和人类活动综合作用的结果,能够反映区域内生态系统的演替趋势.玛曲高寒生态区作为黄河上游重要的水源涵养和补给区,具有维持区域生物多样性和生态安全,保障经济社会健康发展的重要作用,因此厘清该区域植被变化与气候及人类活动等环境要素的相互关系有助于为玛曲县生态治理与恢复提供科学参考.鉴于此,以2000-2015年MODIS/NDVI数据为基础,结合同期气象与人类活动数据,应用趋势分析法、相关分析以及通径分析等方法,分析了玛曲县植被NDVI的时空变化规律,并详细探讨了气象要素和人类活动对植被覆被变化的影响.结果表明:(1)2000-2015年玛曲县NDVI呈波动上升趋势,上升速率为0.01015/10a;各土地利用/覆被类型中,增加幅度由大到小依次为高山稀疏植被、湿地、沙化草甸、山地疏林地、高寒草甸、亚高山硬叶灌丛、亚高山阔叶灌丛和高寒草原;增加面积占相应地类总面积比例由大到小分别是高山稀疏植被(75.57％)、山地疏林地(71.45％)、沙化草甸(71.18％)、湿地(70.66％)、高寒草甸(68.15％)、亚高山硬叶灌丛(66.96％)、亚高山阔叶灌丛(66.24％)和高寒草原(66.05％);(2)气象要素中,气温与NDVI间具有显著正相关(P＜0.05),是影响植被覆被的决定性因子,利于植被的生长与发育;降水与NDVI间相关不显著(P＞0.05),对植被覆被的影响较小;(3)人类活动要素中,与放牧强度密切相关的大牲畜存栏数和羊存栏数是植被生长的主控因子,其中大牲畜存栏数呈显著的抑制作用(P＜0.05),羊存栏数具有较强的促进作用(P＜0.05);(4)通径分析发现,气温、大牲畜存栏数和羊存栏数的决定系数依次为0.3005,-0.0563和0.0128,说明气温对NDVI的综合作用强度最高、大牲畜存栏数次之,羊存栏数最低;此外,剩余通径系数为0.53.该数值较大,表明仍有部分对NDVI增加存在影响的环境要素未考虑到,需在今后的研究中给予关注.

生态空间是指以提供生态系统服务为主要目标的地域范围,确定生态空间范围是协调保护与发展、保障生态服务持续供给的基础.长江流域是中华民族的摇篮与中国文化发祥地之一,是中国经济发展的重要增长极,以及具有全球意义的生物多样性热点区.以长江流域为对象,探讨面向流域生态空间规划的方法与管理对策.研究中,选择生态系统服务指标(水源涵养、洪水调蓄、水质净化、水土保持和生物多样性维护)和生态敏感性指标(水土流失、石漠化和土地沙化),基于流域水文路径分析和与其关联的生态系统服务的受益人口,提出一种流域尺度的生态空间规划方法.研究结果显示,长江流域生态空间面积为102.25万km2,占长江流域总面积的57.42％,森林占52.87％,灌丛占19.51％,草地占18.96％,湿地占4.26％,保护了79.47％的水源涵养功能,86.99％的洪水调蓄功能,78.09％的水质净化功能,80.60％的水土保持功能,以及86.49％的自然栖息地.在生态空间规划的基础上,进一步探讨了长江流域生态保护红线的格局,现阶段生态保护红线面积为59.25万km2,占长江流域总面积的33.27％,其中上游占比59.24％,中游和下游分别占比38.05％和2.71％.本文提出的规划方法与研究结果,不仅可以为长江流域生态空间规划、保障流域生态安全和促进流域经济社会可持续发展提供依据,还可以为其他流域的生态空间的规划提供参考.

土壤氮素形态的转换主要由相关微生物驱动完成,其中由氨氧化细菌(AOB)主导的氨氧化过程是硝化作用的限速步骤.在土地沙漠化正逆过程中,植被和土壤条件的变化也会对土壤微生物群落产生显著影响.本研究在科尔沁沙地典型地区选择小叶锦鸡儿天然群落、30年生小叶锦鸡儿人工固沙群落和流动沙丘为对象,以amoA基因为标记,采用克隆文库和Q-PCR技术,研究了沙地小叶锦鸡儿群落土壤氨氧化细菌多样性和菌群结构及其变化特征.结果表明:小叶锦鸡儿群落土壤氨氧化细菌多样性较低,均为亚硝化螺菌属(Nitrosospira);在土地沙化正逆过程中,土壤氨氧化菌群结构的变化主要体现在数量上,而基本组分变化不大;流动沙丘上重建小叶锦鸡儿植被可恢复土壤氨氧化菌群结构;土壤全氮和全磷是影响AOB群落结构的主要环境因子.

由人类活动所导致的锡林郭勒草原草场退化、土地沙化等问题日趋严重,区域土壤水资源评价及其科学管理显得尤为重要.为确定锡林郭勒典型草原不同放牧条件对深层土壤剖面水分动态及降水入渗补给的影响,选取1979年以来禁牧(UG79)、1999年以来禁牧(UG99)和持续放牧(CG)3个小区6个土壤剖面,基于不同深度土层的质量含水量、C1浓度等数据,分析了放牧对深层土壤水分特征的影响,且利用氯质量平衡法估算了降水入渗补给量.结果 表明:1)禁牧可以提高土壤含水量,且禁牧时间越长,效果越显著,尤以表层最为明显.整个土壤剖面(0-5 m)土壤质量含水量的平均值表现为UG79＞UG99＞CG,但各处理间差异不显著;0-2 m UG79处理土壤剖面质量含水量分别比UG99和CG处理高26.6％和33.7％,储水量分别高87.19 mm和82.52 mm,且UG79处理与UG99、CG差异显著,但UG99与CG之间差异不显著;除局部地区受土壤颗粒组成影响含水量不同外,各处理2-5 m土层含水量和储水量差异较小;2)不同处理土壤含水量影响因素不同,0-2 m土层含水量主要受地表植被状况和土壤性质的综合影响,而2-5 m土层则主要受土壤颗粒组成的影响,但随着禁牧年限的增加,土壤有机质(SOM)含量对土壤水分的影响越来越大.UG79整个土壤剖面含水量与土壤颗粒含量和SOM含量呈极显著相关关系,UG99与CG处理0-2 rn含水量与SOM含量呈极显著相关关系,2-5 m土壤含水量与土壤颗粒含量呈极显著相关关系,而与SOM含量相关性不显著;3)氯质量平衡法估算得出年降水入渗补给率为UG79＞ UG99＞ CG,35年和15年禁牧分别将降水入渗补给率提高了130.2％和44.5％;考虑干沉降的不确定性,研究区年降水入渗补给率为1.95-7.61 mm·a-1,仅占年降水量的0.55％-2.13％.总之,禁牧能够增加土壤含水量和储水量,增加降水对土壤水分的补给,但降水不是该区地下水的主要补给源.

输沙( 尘) 量观测是沙漠化监测、沙尘暴和风沙流研究以及土地风蚀沙化研究的主要内容之一,也是干旱沙漠化地区生态环境观测研究的重要手段之一.集沙仪是其监测必不可少的重要工具之一.目前,开发研制的集沙仪不少,但至今没有统一的观测标准和准确有效的观测仪器.国外用光学颗粒流传感器和等动力方法检验集沙仪的集沙效率,结果表明,集沙仪的集沙效率低于70％.中国多采用风洞测验集沙仪的集沙效率,检验结果为 72％～89％.集沙仪开发的难点是难以使得集沙仪管内气流速度等于外界风速,突破点是研制出管内气流流速等于外界风速的集沙仪.主动式集沙仪可解决这一问题.然而,由于需要动力等原因,而未真正进入应用.需要制订统一的观测标准,提高集沙仪开发研制质量和观测质量.这样,才能揭示沙尘暴、风沙流的真实情况,也便于纵向和横向对比分析,有效推进沙漠化和沙尘暴研究的进程.