基于2000-2020年中国西南喀斯特地区的增强型植被指数(EVI)和植被净初级生产力(NPP)数据,将人口压力、农村经济和非农经济等社会经济因素进行细分,利用线性混合模型定量评估各社会经济因素对4和NPP的相对贡献率,探讨社会经济发展与植被恢复之间的关系.结果表明:(1)2000-2020年中国西南喀斯特区植被呈上升趋势.(2)整体社会经济因素对植被恢复的贡献大于自然因素,社会经济因素对EVI的贡献率为26.6％,对NPP的贡献率为41％.(3)在社会经济因素中,非农经济因素对植被恢复的相对贡献率最高,对EVI的贡献率为19.1％,对NPP的贡献率为14.7％.(4)在各细分社会经济因素中,第三产业对植被恢复的相对贡献率最高,其中对EVI和NPP的相对贡献率分别为11.8％和14.7％.综上所述,除了生态工程之外,其余社会经济因素对植被恢复的影响虽然具有间接性或者滞后性,但同样重要不可忽略.

以产业兴旺、生态宜居等各方面协同推进为总要求的乡村振兴战略的实施,对于生态环境脆弱且发展落后问题突出的西南喀斯特广大乡村地区具有重要意义.合理的景观格局是乡村振兴的基础.以贵州典型喀斯特石漠化乡村为研究区,从类型和景观两个尺度选取 11 个景观格局指数,对研究区的景观类型分布、景观破碎度空间分布、景观多样性空间分布等展开研究,探明了研究区景观格局特征.在此基础上结合生态学理论和乡村振兴总体要求,提出研究区乡村景观优化思路.结果表明:(1)研究区景观类型可分为水田、坡耕地、有林地、疏林地、经果林、石漠化灌丛等10 类,其中坡耕地和石漠化灌丛是主要景观类型,石漠化灌丛是优势景观类型,道路、水系和居民点景观面积占比较小.(2)研究区西北部和西南部以人工景观的分布为主,景观破碎化程度高;北部石漠化景观集中连片分布,景观多样性和异质性指数较低.(3)从景观格局优化、产业结构调整两个角度对研究区乡村景观进行了优化,优化后形成了较为完善的生态网络格局,生态系统稳定性提升;种植结构的调整提升了景观结构复杂程度和土地利用价值,也优化了研究区的生态环境,为乡村旅游业的发展创造了条件.结果可为喀斯特地区乡村振兴规划及实施提供理论参考.

净生态系统生产力(NEP)是估算生态系统碳源/汇的重要指标,分析NEP时空变化特征及其对气候因子之间的响应,对科学评估区域生态系统的固碳能力及应对气候变化具有重要意义.以桂西南作为研究对象,基于遥感数据、土地利用数据、气象数据、DEM数据等数据,运用趋势分析、相关分析和残差分析等方法研究了桂西南地区NEP时空分布特征,并探讨了不同气候因子对NEP的影响.结果表明:(1)2000-2018 年研究区NEP的均值变化趋势均呈增长趋势,NEP年增长率为 2.0384 g·m-2·a-1,非喀斯特地区的NEP增长速率为 2.7428 g·m-2·a-1,而喀斯特地区NEP增长速率为 0.6817 g·m-2·a-1.(2)19 年来研究区NEP总体在空间呈现西北高,东南低的分布格局.NEP呈极显著增加的区域(15.39%)大于呈极显著减少区域(8.13%),说明研究区整体上生态系统的碳汇能力呈现出增强趋势.(3)研究区NEP与气温和降水均呈现出正相关关系,但NEP与降水的相关系数(0.0904)强于与气温的相关系数(0.0455).(4)研究区内人类活动对NEP正负影响的贡献率分别是 50.24%和 49.76%.

近20年来,随着分子生物学的兴起,越来越多的证据表明生命之树的各个分支中都存在大量的隐种多样性,占据未被发现的生物多样性的极高比例.准确地评估濒危类群的隐种多样性水平,不仅能更好地理解物种形成在生物多样性式样及过程中的异质性作用,而且也更有利于生物多样性的有效保护及管理.海菜花属(Ottelia)是我国二级重点保护植物,为泛热带水生植物类群,我国云贵高原及其邻近区域为该属重要的物种多样性中心之一.由于该属具有高度的表型可塑性,缺少明确的鉴别特征,致使其属下分类一直未能很好解决,这极大限制了相关保护措施的制定.因此,本研究在对我国海菜花属植物广泛采样的基础上,利用多位点联合贝叶斯方法对其进行物种划分研究.结果表明:我国海菜花属植物至少包括14种,分子证据支持将海菜花种下3个变种提升为种,同时海菜花(O.acuminata)和靖西海菜花(O.jingxiensis)内存在隐种现象.喀斯特地区的异质性生境及西南地区水系间的地理隔离可能是我国海菜花属特有类群快速分化的主要原因.基于本研究结果,我们建议将各分类群(包括存疑类群)分别作为独立单元就地保护.

中国西南林区火源复杂,人为干扰大,多为喀斯特地貌和农林交错区,山形复杂,是中国林火发生的重灾区.分析该区域林火发生驱动因子,并进行火险区划,对于该地区合理的林火管理工作具有重要意义.本研究以西南地区的贵州省为对象,基于2011-2020年的森林火点数据、地理空间数据、气象数据、植被数据和人类活动数据等,利用ArcGIS 10.7的空间分析和R Studio等软件分析贵州省近10年林火分布时空格局,得到林火发生的驱动因子和概率预测模型,分别绘制春夏秋冬4个季节的贵州省林火发生概率和森林火险区划图.结果表明:近10年,贵州省火点数量逐年呈下降趋势,每年主要集中在1-3月,占全年火点数量的61％;距居民点距离、距铁路距离、人口密度、逐月平均空气温度、逐月平均相对湿度和逐月累计降雨量对贵州省林火发生概率有显著影响,得到模型的预测准确率为81.9％,曲线下面积为0.904;贵州省春季林火发生概率高于其他季节,且春、秋和冬季的森林火灾高火险区主要集中在贵州省西部,而夏季则主要是贵州东部的林火发生概率较高.研究得到贵州省林火发生驱动因子和基于季节火险区划图,对于该地区科学林火管理具有重要意义,贵州西部林火发生概率主要在偏远地区,应该增加瞭望塔和视频监控等设备,加强巡护,提高监测范围和时效,对于贵州东部夏季,应该加强防火宣传和人为活动管控,减少火源出现概率.

贵州省是我国喀斯特生态系统的典型分布区,生态敏感且脆弱,同时其也曾是我国的连片特困区,经济发展愿望迫切.对区域环境-经济发展状况及相互作用关系进行研究具有重要意义.研究从植被净生态系统生产力、土壤碳储量、岩溶碳通量三方面计算了贵州省陆地生态系统碳吸收,以能源燃烧排放的CO2表征碳排放量,对区域碳吸收和碳排放的时空变化特征进行剖析,在此基础上构建环境碳负荷指数和脱钩弹性系数,用于解析贵州省碳收支状况及环境碳负荷与经济发展之间的脱钩关系.结果显示:(1)贵州省植被净生态系统生产力均值为 257.72 g C/m2,呈逐步增强趋势,空间上呈现西高东低、南高北低的分布格局;岩溶碳通量的均值为 6.71 t C/km2,年际波动较大,集中分布在研究区东北和西南部;土壤碳储量的均值为8.38 t/hm2,其高值区主要位于研究区南部和东部边缘;(2)区域碳排放呈现出了逐年增长的特征,表明了能源消耗的增强,形成了以城市高值区为中心向外辐射递减,各点之间以道路连通为特征的分布格局;(3)环境碳负荷指数呈逐年增长趋势,表征区域面临的环境压力越来越大,特别是在贵州省主城区出现了明显的收支不平衡,能源结构优化亟待加强;(4)综合脱钩状态整体以弱脱钩和扩张连接为主,且随时间推移脱钩状态由弱脱钩向扩张连接转变,说明环境保护滞后于经济发展,也就意味着贵州省经济的发展一定程度上牺牲了环境保护.未来应进一步强化生态修复工程的可持续性,同时发展绿色经济以促进区域生态-经济可持续发展.

研究喀斯特地区的优先流现象,明确影响优先流的主要因素,对当地植被恢复具有重要意义.通过野外染色示踪试验以及图像处理技术,获得染色溶液在垂直和水平方向上的分布情况,并提取总染色面积比、基质流深度、优先流比和长度指数作为优先流特征参数,运用灰色关联度分析法对影响优先流的14 个因子进行分析.结果表明:喀斯特地区典型林分土壤存在优先流现象,其优先流主要有漏斗状和树枝状两类,有横向水流运动现象发生.喀斯特地区林下的染色面积比平均为19.4%,基质流深度、优先流比和长度指数平均分别为4.96 cm、62.9%和385.5%.在影响优先流的14 个环境因子中,对染色面积比影响最大的是土壤初始含水量,对基质流深度影响最大的是速效钾含量,对优先流比和长度指数影响最大的均为速效磷含量.喀斯特地区典型林分下优先流的发育程度高且空间变化剧烈,土壤初始含水量等物理性质对其有较大影响,土壤养分也是优先流的一个重要影响因素.

掌叶木(Handeliodendron bodinieri)是我国西南喀斯特地区特有濒危物种,为探究土壤石砾含量对不同生长季掌叶木幼苗生长及生理特性的影响,以1年生掌叶木实生苗为试验材料,设置不同土壤石砾含量(0、20%、40%、60%、80%),开展盆栽试验,测定3个连续生长季内各组幼苗生长、光合及抗性生理指标,并进行综合评价.结果表明:在第1个生长季,当土壤石砾含量为60%时,幼苗净光合速率显著高于对照组;当土壤石砾含量为40%时,幼苗地径增长率、叶生物量、蒸腾速率、气孔导度、可溶性蛋白质量分数及超氧化物歧化酶(SOD)活性显著高于对照组;幼苗胞间CO2摩尔分数和可溶性糖质量分数在石砾含量大于20%时显著高于对照组;株高增长率、叶面积及根、茎、总生物量与对照组差异不显著.在第2个生长季,当土壤石砾含量为60%时,掌叶木幼苗蒸腾速率及可溶性蛋白质量分数显著高于对照组;当土壤石砾含量为40%时,幼苗SOD活性显著高于对照组,茎生物量在土壤石砾含量为20%时显著高于对照组,其余指标与第1生长季趋势相似.在第3个生长季,掌叶木幼苗株高和地径增长率、茎生物量、叶面积、气孔导度、SOD和过氧化物酶(POD)活性均变为在土壤石砾含量为60%时达到最大值,幼苗净光合速率、胞间CO2摩尔分数变为在土壤石砾含量为40%时达到最大值,均显著高于对照组.综合分析表明,3个生长季内,掌叶木幼苗得分最高的土壤石砾含量分别为40%、40%、60%,对于连续3个生长季,幼苗在土壤石砾含量60%时生长状况最好.

开展生态系统健康评价、构建生态安全网络是有效管理生态资本和保护生物多样性的重要举措,尤其对于石漠化广布、生态基底薄弱的滇东地区,其能够预防潜在生态风险和保障生态安全.将生态系统服务纳入到生态系统健康模型中,构建"活力-组织力-恢复力-生态系统服务"的生态安全评估体系,定量化地评估了曲靖市2000-2020年的生态系统健康状况,并据此识别生态源地,借助石漠化敏感性修正基于土地类型的基本阻力面,运用最小累积阻力模型和重力模型识别生态廊道,从而构建曲靖市生态安全网络.结果表明:(1)研究时段内,曲靖市的生态系统健康水平先上升后下降,整体呈下降趋势.除受人类活动影响较大的城镇建成区外,其余地区的健康状况总体稳定;(2)曲靖市生态源地共有8656.65 km2,占研究区总面积的29.92％,与自然保护区重合率达70.18％,由西北向东南呈不规则分布,集中分布于曲靖市北部及东南部地区;(3)潜在廊道143条,生态节点137处,生态断裂点82处,呈网状辐射分布,西南部未有源地和廊道分布,易形成生态孤岛,区域连通性亟待提升.顾及石漠化敏感性的生态网络能够更好地反映生物迁徙过程中受到的阻力,并可以通过生态廊道实现不同源地之间的连接.针对滇东喀斯特生态脆弱区的环境底质特征,构建顾及石漠化敏感性的山地生态网络格局,可为具有相似环境背景的中小型城市的生态网络优化提供新的思路.

为阐明西南典型喀斯特石漠化类型——喀斯特高原盆地石漠化植物群落结构和物种多样性特征及其演变规律,科学支撑喀斯特石漠化治理,选取了喀斯特高原盆地典型石漠化区贵州清镇簸箩小流域为研究区域,对其植被进行广泛的野外勘察,设置典型样方研究其植物群落结构和物种多样性特征;运用空间替代时间方法,研究石漠化演变过程中植物群落结构和物种多样性变化;基于2013—2015连续3 a的监测数据,研究其年际变化.结果表明:研究区群落结构简单,共记录到的植物分布58种,其中草本层18科24属28种、木本层17科25属30种;单种属的比例很高,为82.86%.不同等级石漠化环境植物群落高度、平均地径、平均冠幅、草本层生物量和灌木层生物量均具有显著差异;植物种群密度在不同等级石漠化环境变化依次为轻度石漠化>中度石漠化>潜在石漠化>无石漠化.不同等级石漠化环境植物多样性指数、均匀度指数、丰富度指数和优势度指数均偏低,而且4种指数均与石漠化等级演替无明显耦合关系.不同年份植物群落高度、平均地径、种群密度和灌木层生物量随着时间的推移均呈增加趋势,但相邻年份增加不显著.研究区生态系统人为干扰逐渐减弱,植被呈现出正向演替的趋势,优势种的重要性趋于降低.该研究结果对我国西南喀斯特盆地生态功能恢复和石漠化植被重建具有一定的理论意义和实践指导价值.