黄河流域作为中国人口与产业集聚区,其水资源短缺、生态退化、环境污染等问题严重,研究该区域的人地关系对于推进生态保护和高质量发展国家战略具有重要意义.然而面向国土空间规划、生态环境网格化治理等现实需求,目前黄河流域人地关系还缺乏精细栅格尺度研究.使用人类足迹(HF)和生态系统质量指数(EQI)作为人地系统的代理变量,基于Sen+MK趋势检验识别了 2000-2020年1km×1km栅格尺度下黄河流域人类活动和生态系统质量时空演化特征,运用四象限图解法量化了两者协调与冲突关系,基于多种回归模型解析了黄河流域人类活动对生态系统质量的影响程度和时空异质性.结果表明,2000-2020年黄河流域EQI和HF整体均呈上升趋势,其中显著上升区域前者占比64.2％,后者占比49.2％.黄河流域人地关系整体呈现协调演化态势,人地协调演化区主要分布在黄土高原、太行山西麓和宁夏沿黄等地区;人地冲突区域仅占7.7％,主要分布在城镇化快速推进地区和上游生态脆弱区.在控制了气温、降水、日照、海拔等自然因子后,HF对EQI仍有显著负向影响,整体看HF每增加1％,EQI将下降0.067％.但这种影响存在时空异质性,人类活动对黄河流域中下游EQI的负向影响更加显著,20年间整个流域的HF对EQI的负向影响呈现缓慢增加态势.为栅格尺度的人地关系研究提供了新的方法论,研究结果为黄河流域人与自然和谐共生的政策制定提供决策支持.

中国北方农牧交错带生态系统敏感脆弱、不稳定,其健康状况受多种因素影响,其中以放牧为代表的人类经济活动影响显著.高强度放牧是造成草地退化的重要原因,草地退化又是影响草原生态系统健康的关键因素.利用归一化植被指数和牲畜量量化放牧压力,并选取合理的模型探究放牧对于中国北方农牧交错带生态健康的影响,确定合理的放牧强度和策略,以实现草畜平衡和区域可持续发展.基于"活力-组织力-弹性-生态服务"(VORS)模型,构建起包括自然、社会等多方面的指标体系,评估了 2000-2015年北方农牧交错带的生态健康系统水平,并采用Moran's I探讨放牧压力和生态系统健康指数的空间相关性,并从普通最小二乘法、地理加权回归模型、时间加权回归模型和时空地理加权回归模型选择最优回归模型,揭示放牧压力对于生态系统健康的影响机制.结果表明:(1)2000-2015年放牧强度格局高值区域主要为内蒙古草原地区,低值区域主要为陕西高原地区.(2)2000-2015年中国北方农牧交错带的生态系统健康指数呈现上升趋势,区域整体处于亚健康状态和一般健康状态.(3)全局双变量Moran's I结果显示在2000-2015年呈现负相关影响关系,但影响力度在变小.(4)多种回归模型相比较,GTWR模型表现最优.2000-2015年,正向驱动空间集中在内蒙古、辽宁以及山西省区县;负向驱动空间集中在陕西省、甘肃等区域,同时影响强度持续增强.研究通过不同区县、不同的草原的反应状况,提出放牧政策的不同实施建议,致力于实现草原资源的可持续利用和生态系统的持续健康.

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.

在雨涝灾害威胁日益凸显的背景下,基于生态系统水文调节服务供需匹配分析的规划防涝优先干预区识别,为高效降低城市雨涝风险、利用规划措施防涝提供了新的研究思路与科学支撑.运用数据叠置、水文模拟及公式计算法,将城市原生雨涝供给能力与雨涝需求水平统一至同一评估体系中.结合降雨量、下垫面类型,运用径流曲线模型对街区地表径流调节率进行计算,生成供给能力评估结果;以GIS水文模拟结果计算得出的危险性、暴露性和脆弱性指数生成需求水平评估结果.根据石家庄中心四区3a一遇、50a一遇情景供需匹配结果,划定城市街区尺度的规划干预等级,并分类提出相应规划策略.研究结果表明:石家庄市中心四区低供给高需求街区在3a一遇降雨情景下以点状聚集分布;50a一遇降雨情景下,在京广铁路线沿线呈现纵向聚集形态.同时,在两种降雨情景下,规划干预高等级街区均集中出现于桥西区苑东街道、彭后街道、东华街道,长安区长丰街道、建北街道,裕华区裕翔街道、建华南街道.根据规划干预等级、供需相对关系及供需失衡原因,分别提出3a一遇、50a一遇降雨情景下的九类规划干预策略,为城市雨涝灾害的规划应对提供优化思路.

研究外来植物不同程度入侵对区域群落结构和植物群落物种多样性的影响对评价其对生态系统的危害具有重要意义.以入侵植物以意大利苍耳(Xanthium italicum)为主要研究对象,选择意大利苍耳危害较明显且分布面积较大的中国新疆乌鲁木齐市米东区为研究区域进行植物样方调查,以意大利苍耳和其共生的本地植物为切入点,以物种多样性指数、群落稳定性、群落可入侵性、影响程度指数、入侵植物的竞争优势和入侵强度来探究不同入侵程度下的本地植物群落物种多样性和群落稳定性的变化.结果表明:(1)与未入侵地相比,意大利苍耳轻度入侵显著增加了本地植物群落的物种多样性(P＜0.05),而重度入侵显著降低了本地植物群落的物种多样性(P＜0.05).(2)在意大利苍耳入侵的群落中,群落稳定性由轻度入侵水平到重度入侵水平降低了 25％,而群落可入侵性、意大利苍耳的竞争优势指数和入侵强度指数分别增加了 77％、79％和83％.(3)在轻度入侵水平下,意大利苍耳对本植物群落物种多样性、群落稳定性和群落物种数的影响程度指数＜0,产生了积极影响;相反,在轻中度和重度入侵水平下意大利苍耳对本植物群落物种多样性、群落稳定性和群落物种数的影响程度指数＞0,产生了负面影响.(4)本地植物群落多样性与群落稳定性均呈正相关,但与群落可入侵性呈负相关(P＜0.05).(5)Shannon-Wiener指数对群落的稳定性的直接通经系数最大,为0.828;Simpson's指数对群落可入侵性的直接通经系数最大,为0.932.由此可见,意大利苍耳在中度和重度入侵对植物群落结构产生巨大影响,而作为"一带一路"的核心和枢纽地带的新疆,将会对其脆弱的生态系统和土著物种的多样性造成不可估量的影响.应在入侵初期对其进行控制与铲除,防止意大利苍耳等有害外来入侵种的入侵和进一步扩散与蔓延.

三江源国家公园是我国生态系统最为敏感及脆弱的地区之一,对其生态系统服务价值(ESV)的评估和模拟可以为生态保护与修复提供重要的科学依据.采用经济修正的当量因子法,基于土地利用数据构建三江源国家公园ESV评估模型,探究2005-2020年研究区ESV的时空格局演变,同时运用PLUS模型预测三江源国家公园2035年自然演变、水域保护、林草植被保护和生态保护4种情景下的ESV特征.结果表明:2005-2020年三江源国家公园的ESV呈微弱递增趋势,由2005年3.77×1011元增加到2020年3.93×1011元;影响三江源国家公园ESV的主要地类为水体、草地、雪/冰和荒地,其中水体面积变化对ESV变化的影响最为显著,其平均贡献率高达67.8％;PLUS模拟2035年4种情景下的ESV均高于2020年,其中生态保护情景下的ESV最高,为4.21×1011元,相比2020年的ESV增幅达到了7.2％.总体而言,在三江源国家公园的资源保护规划中,应注重对林草植被和水域的全面性生态保护,从而促进ESV的提高.

国土空间生态修复是落实生态文明建设战略的重要举措,科学划定生态修复分区是有序推进国土空间生态修复工作的基本前提.本文以洮河流域为例,构建"生态系统抵抗能力-生态系统恢复能力-生态系统适应能力"的生态韧性分析框架,评价洮河流域生态韧性,划定国土空间生态修复分区,并提出相对应的生态修复措施.结果表明:洮河流域生态系统抵抗力和适应力指标空间分异较大,低值区与高值区之间缺乏自然过渡;生态系统恢复力指标空间差异明显,由东北向西南生态系统恢复力等级越高;生态韧性空间上呈现循环分布特征.基于韧性评价结果:洮河流域国土空间生态修复分区划分为五大类型,其中低生态韧性脆弱区分布在流域北部,占流域面积的7.49％;生态适应力提升区主要分布在甘南高原,占流域面积的34.04％;生态恢复力提升区主要集中在流域中部偏北区域,占流域面积的6.39％;生态抵抗力提升区分布零,占流域面积的16.57％;高生态韧性保护区主要分布在流域中部,占流域面积的35.52％.根据分区结果提出以提高林草覆盖率、增加景观类型为主的基于自然的生态修复措施,以期为生态保护修复工作提供参考.

扎西岗湿地是典型的高原草甸沼泽湿地,也是拉萨市重要的生态功能保护区.西藏特殊的气候与地形造成湿地生态环境极其脆弱,因此对西藏湿地的研究尤为重要.为准确评估扎西岗湿地土壤中重金属的污染现状及解析污染源,采集扎西岗湿地18个表层土壤样品,分析Cr、Ni、Zn、Pb、Cd、As和Hg7种重金属元素的含量,利用地累积指数(Igeo)和污染负荷指数(PLI)法评价污染情况,基于PCA分析,结合APCS-MLR模型,解析重金属的污染来源.结果表明:(1)扎西岗湿地表层土壤中Cr和Ni含量均低于西藏土壤背景值,其余5种重金属含量都存在不同程度的累积;与《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB 15618-2018)》的风险筛选值相比,除Cd和As有一定程度超标外,其他5种元素的测定值均未超标.(2)地累积指数表明,除Cd和Hg外,其他5种元素污染等级均为清洁(Igeo＜0);污染负荷指数评价表明,研究区整体PLI为1.44,属于轻微生态危害,两种评价均表明,Cd和Hg为研究区主要污染元素,应引起重视并加强日常监测.(3)扎西岗湿地土壤重金属来源主要为工业-交通混合源、自然源、农业-燃煤混合源,Ni、Zn、Pb、Cd和As主要来源于工业-交通混合源,Cr主要来源为自然源,Hg的来源主要受农业和燃煤等人类活动的影响.

干旱区约占全球陆地面积41％,是典型生态脆弱区,对气候变化敏感.土壤微生物在干旱区陆地生态系统结构与功能维持方面起着关键作用,如碳氮生物地球化学循环等.然而,气候变暖对干旱区土壤微生物群落影响的研究结果存在较大差异.本文梳理了增温对干旱区土壤微生物多样性与群落结构影响的研究进展,总结了不同研究结果存在差异的原因,并深入分析了增温如何影响微生物调控土壤碳循环的功能.在此基础上提出了未来需要深入研究的方向,如加强增温与多个全球变化因子交互作用的研究;开展不同增温幅度和增温时长对不同生态系统土壤微生物群落功能影响的研究;利用多组学分析方法深入探究微生物在碳固持和矿化过程中的作用,为干旱区生态系统可持续发展提供科学基础.

拉萨河流域是西藏农业资源最集中、环境承载压力最大的地区.区域土壤微生物群落结构和数量变化能够反映气候变化和人类活动影响下的土壤生态及环境脆弱特征.本研究利用高通量测序方法,对拉萨河流域天然灌木林、稀疏灌木林、人工灌木林、人工乔木林、天然草地等5种生态系统的土壤微生物群落结构及其环境影响因子进行了分析.结果表明:(1)人工灌木林土壤细菌多样性和真菌多样性均最高.(2)5种生态系统土壤细菌均以变形菌门、放线菌门和酸杆菌门为优势菌群,真菌以子囊菌门、担子菌门、壶菌门及虫霉门为优势菌.(3)在浅层土壤中,天然草地和人工乔木林的细菌群落聚类相似,在深层土壤中,天然灌木林、稀疏灌木林、人工灌木林的细菌群落聚类相似.除天然灌木林外,其余4种生态系统的真菌群落在浅层和深层土壤中均呈现分离趋势.(4)土壤含水率、电导率和速效钾对细菌群落结构影响显著,而真菌群落结构主要受土壤含水率、总氮、有效磷和速效钾含量影响.以上研究结果揭示了拉萨河流域不同生态系统土壤微生物群落结构特征.