生态安全格局是维持生态过程和保障生态系统功能稳定的重要空间途径.随着景观规划和决策的开始实施,亟需考虑生态安全格局构建的差异化方法及其空间输出的一致性,以及研究对象的匹配性和适用性.本研究从整合视角出发,以黄土高原退耕还林工程主要实施区域延安市安塞区为对象,结合地域地形地貌和景观特征,融合形态学空间格局分析和生态系统服务重要性评价结果识别生态源地,构建安塞区生态安全格局.结果表明:结构型与功能型构建方法在空间保护优先级识别上的一致性较低,面向整合集成的方法可形成互补,能实现结构连通与功能提升双重目标;研究区共有202个生态源地,总面积391.58 km2,约占研究区总面积的13.3％,整体呈现碎片化分布特征,主要分布于北部和南部;研究区共有110条生态廊道,总长度599 km,主要围绕河道分布,呈现出"南北部短窄密集、中部长宽疏朗"的分布特征.本研究提供的结构-功能整合方法为国土空间生态修复规划工作提供新见解,并能推进景观格局、过程和服务的研究.

植被固碳能力是陆地生态系统碳汇的基础,可通过净生态系统生产力(NEP)这一重要指标来反映.估算植被固碳能力是生态学和地表生态系统研究领域的共同科学问题,揭示其变化特征及其因素影响对于区域生态系统具有重要意义.以京津风沙源治理区为研究区,估算了 2000-2020年京津风沙源治理区NEP,并利用趋势分析法和稳定性分析法等方法分析其时空变化特征,并利用地理探测器探究了影响NEP的自然因素与人类活动因素.结果显示:(1)2020年,京津风沙源治理区的NEP均值为110.09 gC m-2a-1,碳汇区面积约为3.591×105 km2,占总面积的78.80％;(2)2000-2020年,京津风沙源治理区多年平均NEP为77.54 gC m-2a-1,年际变化率为4.118 gCm-2a-1,总体上呈上升趋势,研究区以NEP明显增加区为主,占比55.16％,主要分布在研究区南部,NEP呈下降趋势地区仅占比0.15％,主要分布在北部干旱草原沙地治理区,呈斑块状分布;(3)不同生态系统NEP从高到低依次为林地、农田和草地,林地固碳作用较强,未来林地固碳潜力较大,草地面积占研究区的70％,其总固碳量远超其他类型且呈增加趋势;(4)影响京津风沙源治理区NEP的主导因素为年降水量,其次,生态工程的实施也是NEP变化的重要影响因素,不同因素对京津风沙源治理区NEP的影响表现为双因子增强或非线性增强.围绕京津风沙源植被固碳能力估算以及影响因素的空间分异性,研究也在一定程度上提出了空间恢复的建议,以期为京津风沙源加强植被固碳能力以及生态修复等决策提供科学依据.

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.

利用苔藓植物开展裸岩工程创面生态修复是一条低成本、高效益的潜在新途径,巨量苔藓种源的供给是实现这种新措施工程化应用的根本前提,而掌握特定藓种生长的发育特征及关键影响因子则是实现这一目标的首要任务.以秦岭地区石生优势藓种——羽枝青藓(Brachytheciumplumosum)为研究对象,利用野外原位观测、室内组织培养及养分施加试验,通过观测生长指标(主茎长、覆盖面积、分枝长和分枝数)和形态变化,了解其自然发育特征和不同繁殖体类型及养分供给模式对其生长发育的影响.结果表明:(1)羽枝青藓通过特有的形态特征适应岩石表层环境.主茎生长时,其侧边分枝同步发育、且表现的较为密集.(2)微生境显著影响羽枝青藓发育.与冠层间相比,冠层下除光照强度降低幅度较大外(15％-55％),空气湿度、温度的变化幅度较小,但羽枝青藓的生长速率提高3倍以上.(3)羽枝青藓的茎和叶片都有发育为配子体的潜力,但茎的再生能力优于叶片,且二者的发育模式不同.接种茎的成活率达到100％,配子体由茎直接再生,发育的原丝体未分化,主要发挥定殖和养分吸收的作用;叶片的成活率仅3.3％,发育过程中先产生原丝体,再分化为配子体.(4)长期营养液供给可能对岩石表层的苔藓生长产生负面影响.Hoagland营养液在试验前期促进了羽枝青藓生长,但也加剧了致病菌和藻类发育,导致后期羽枝青藓发黄枯萎.总的来看:羽枝青藓对逆境有较强的适应性,对微环境变化敏感,周围生长条件适宜时可快速向外扩张.不同的繁殖体和营养液供给模式都会对羽枝青藓的生长产生显著影响.开展羽枝青藓种源扩繁生产时应充分借鉴这些研究结果.

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.

国土整治与生态修复对保障区域生态质量、优化生态安全格局和提升生态系统服务价值有积极的促进作用.定量化测算国土综合整治与生态修复对区域生态质量的影响是领域的研究热点和难点.以广西壮族自治区贺州市为例,提出了国土综合整治与生态修复对区域生态系统服务价值的影响评估方法,主要结论如下:(1)不同地类由于其质量不同,单位面积生态系统服务价值差距较大,研究提出了基于地类质量的单位面积生态系统服务价值确定方法,并据此测算了各地类通过整治修复质量的提升潜力;(2)贺州市整治修复前生态系统服务总价值为411.80亿元,经过评估,整治修复后生态系统服务总价值可以增加到458.06亿元,增加比例为11.23％.贺州市林地生态系统服务价值增加潜力最大,其次是草地、耕地.生态系统服务价值增加潜力在空间上呈现了东西两翼高于中部、南部地区高于东部地区的趋势;(3)贺州市各区县整治修复潜力差距较大,潜力最大的为八步区和昭平县,潜力提升比例最高的是富川县,不同区县可以根据结果确定整治修复的工程布局.研究结果对于区域国土空间整治与生态修复工程安排及整治修复绩效评估有重要的指导意义.

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.

为掌握广西植被生态质量的时空变化特征及其驱动机制,该文以植被生态质量指数(ecological quality index,EQI)为评价指标,基于气象、地形、土壤和遥感等多源数据,利用线性趋势分析、相关性分析、地理探测器等方法,分析了 2000-2020年广西植被生态质量的时空变化特征及其驱动力.结果表明:(1)2000年以来广西植被生态质量指数呈显著增加趋势,区域植被生态明显改善.植被生态质量发展经历了缓慢增长、迅速增长、显著提升等演变阶段.在空间上,广西植被生态质量指数呈现四周高,中间低的特征,高值区逐渐由东部向西部和北部扩展.(2)广西植被生态质量时空演变影响因素差异显著.随海拔高度上升植被生态质量总体变化呈"增加—下降—稳定—上下波动"的趋势.壤土的植被生态质量高,砂土的植被生态质量低.森林和灌草的生态质量较高,农田植被的生态质量较低.植被生态质量与气候驱动因素呈显著正相关关系,受气温和降水共同影响,其中以气温为主要驱动(T)的区域面积最广,降水为主要驱动(P)的区域面积次之,气温降水强驱动([T+P]+)和弱驱动([T+P]-)的区域面积较小.(3)广西植被生态质量变化驱动力受地形、土壤、植被、气候、自然灾害和人类活动的共同影响.自然影响因子解释力排序为植被＞地形＞土壤＞气候,其中植被净初级生产力和植被覆盖度是影响植被生态质量时空分异的最主要因素.自然因子对广西植被生态质量变化的影响存在交互作用,均呈非线性增强及双因子增强关系,其中地形与植被、土壤与植被、气候与植被因子交互作用最明显.自然灾害和人类活动加剧了植被生态质量变化的影响,其中干旱和低温冷害等气象灾害抑制了植被生态质量的改善,而林业生态工程等人为活动促进了植被生态质量的提升.该研究结果为合理制定广西植被生态保护与修复措施提供了科学理论依据和技术支撑.

爆发游泳能力是表征鱼类生存适合度的重要组分.栖息地破碎化对溪流鱼类(尤其是洄游性鱼类)的生存繁衍构成了严重威胁,同时也对鱼类爆发游泳能力提出了更高要求.秦岭细鳞鲑(Brachymystax tsinlingensis)是我国珍稀特有种、国家Ⅱ级重点保护野生动物,常需要进行多次重复爆发游泳运动以穿越激流甚至堤坝阻隔,因此爆发游泳能力及其可持续性对该物种生存至关重要.相较于秦岭细鳞鲑显著的洄游性,其分布区最为常见的同域物种拉氏鱥(Phoxinus lagowskii)则趋于定居性,二者既是研究同域物种适应进化理论的优越动物模型,又是鱼类栖息地保护与修复实践中十分理想的受试目标.为探究秦岭细鳞鲑及其同域物种拉氏鱥爆发游泳能力的种间差异与种内变异,采用自制的仿生态鱼类爆发游泳能力测定装置,分别测定了不同生活史阶段两种实验鱼的绝对爆发游泳速度(Burst swimming speed,Uburst)、相对爆发游泳速度(Relative burst swimming speed,rUburst)及其可持续性.结果表明:(1)两种实验鱼Uburst、rUburst均具有较高的可持续性(ICC系数＞0.75),但秦岭细鳞鲑Uburst和rUburst具有更强的恢复力;(2)总体上秦岭细鳞鲑的Uburet高于拉氏鱥,二者Uburet差异显著、不存在趋同适应;(3)生活史阶段效应对秦岭细鳞鲑和拉氏鱥Uburst、rUburst均影响显著,两物种爆发游泳能力种内变异模式相近,Uburst随发育年龄增加而增加、rUburet随发育年龄增加而减少.研究结果提示,未来鱼类游泳能力关联的鱼道设计或涉水工程评价中,应综合考虑生活史阶段效应和不同物种的生态习性及其种间差异.

岩溶区矿山生态修复、石漠化治理等生态保护修复工程,不仅改善了区内生态环境,而且有利于促进土壤、岩溶固碳增汇,对实现"双碳"目标具有重要意义.以重庆主城北碚矿山生态修复、渝东北巫山石漠化治理区等为例,通过野外标准溶蚀试片实验法和土壤取样测试分析法,研究不同生态保护修复措施下土壤碳库、碳酸盐岩溶蚀速率等变化特征,探讨不同生态修复方式对碳酸盐岩溶蚀速率的影响.结果表明:灰岩矿山修复区、石漠化治理区,土壤无机碳(SIC)含量较高,约为土壤有机碳(SOC)的4.5倍,且对碳酸盐岩溶蚀速率有一定的抑制作用;修复时间越长,土壤有机碳(SOC)含量越高,但SOC含量与碳酸盐岩溶蚀速率的相关性不显著;从夏季(监测期7、8月遭受极端高温干旱)至秋、冬、春季,土下及地表试片溶蚀速率明显增大;不同生态保护修复方式或植被恢复类型,碳酸盐岩溶蚀速率明显不同,北碚矿山修复区月桂林＞草灌从(橘树)＞草灌从(桃树)＞花椒树＞李子树,巫山生态修复区石漠化治理林地＞封山育林林地＞石漠化治理果园.