基于2000-2020年Landsat影像和数字高程模型等数据,采用面向对象的方法进行绿洲分类,使用趋势分析、重心迁移及地理探测器等方法对西北干旱区绿洲时空特征及其驱动力进行研究.结果表明:2000-2020年,西北干旱区绿洲面积呈线性增加趋势,绿洲面积年均增速为1079.66 km2·a-1.绿洲面积增长率由高到低依次为阿拉善、南疆、河西走廊和北疆地区.西北干旱区绿洲主要呈带状或点状分布在天山南北麓、昆仑山、祁连山北麓和阿拉善高原,北疆绿洲面积变化表现为北部增加、南部减少;南疆绿洲主要沿河流扩张,但部分绿洲边缘出现退缩;河西走廊绿洲的扩张与退缩均发生在西北部河流沿岸;阿拉善绿洲呈散点状扩张,无明显退缩区域.北疆和南疆绿洲的重心大体上向东北方向移动,河西走廊绿洲重心沿西北方向迁移,阿拉善绿洲重心呈南北向波动迁移.农田生产潜力对北疆绿洲和河西走廊绿洲空间分异的解释能力最强,分别为43.6％和45.3％;影响阿拉善绿洲分布变化最敏感的因子是降水(解释能力为27.6％);南疆绿洲分布响应最敏感的环境因子是土壤类型(解释能力为44.9％).西北干旱区绿洲中,人类活动因子之间的交互作用以双因子增强为主,自然因子之间的交互作用为双因子增强和非线性增强.

本文以分布于枝江关洲岛的濒危物种疏花水柏枝(Myricaria laxiflora(Franch.)P.Y.Zhang et Y.J.Zhang)为研究对象,调查其种群开花和结果性状沿高程的变化,分析该残存种群有性繁殖的时空变化规律;同时结合三峡大坝-葛洲坝水利水电工程修建所引起生境地水位消涨节律的变化,分析其对残存种群有性繁殖的影响.结果显示,残存疏花水柏枝种群的有性繁殖在不同高程之间存在显著差异.消涨带上部植株的每株花枝数、每枝花朵数、每株花朵数分别比消涨带中部植株高 66.09%、50.14%和 98.63%,比消涨带下部植株高79.50%、283.33%和461.05%.消涨带上部植株的每株果枝数、每枝结果数、每株结果数、每果种子数和种子发芽率分别比消涨带中部高60.17%、25.26%、88.05%、6.96%和30.69%,比消涨带下部高97.39%、82.45%、208.31%、19.12%和45.91%.相关性分析结果表明,植株的开花结果特性与高程、出露时期、土壤含水量以及温度变化极显著相关.环境因子对有性繁殖的影响强度依次为出露时间>高程>日均温度>土壤含水量.上游水利水电工程对疏花水柏枝残存种群的有性繁殖具有一定的影响.

植物功能性状能表征其对资源的利用能力和对外界环境的响应,而水淹强度的不同使得三峡库区消落带不同高程的生境存在较大差异,因此开展不同水淹梯度下消落带植物群落生态策略及功能性状差异的研究,对全面理解植物对消落带不同生境的适应机理具有重要意义.研究选取受三峡水库水位变化影响的澎溪河流域,沿高程梯度对不同水淹强度下的植物群落及其功能性状指标进行分析.结果表明:(1)消落带植物群落处于演替的初级阶段,不同水淹梯度下的植物群落存在显著分化;(2)环境胁迫是决定消落带植物生态策略的主要因素,总体呈现较为集中的耐压策略,随着高程升高有逐渐向杂草策略转移的趋势;(3)随着高程升高,植物的高度、主茎干物质量、比根长及叶组织密度都有增大的趋势,比叶面积则相反.(4)各功能性状之间存在显著相关性,并通过形成不同的性状组合以适应不同强度水淹干扰的生境.消落带下部更倾向于投资于叶片使植物在出露期能快速获取资源和完成生活史,而消落带上部则更倾向于投资防御组织及根系以抵御干旱,研究结果可为消落带生物多样性保护及其生态系统修复提供理论依据.

植被吸收光合有效辐射(Absorbed Photosynthetically Active Radiation,APAR)是植被进行光合作用中实际吸收的太阳辐射量,是植被净第一性生产力的重要指标,也是生态系统的功能模型、作物生长模型、净初级生产力模型、气候模型等的重要参数.因此高空间分辨率和精确性的植被吸收光合有效辐射对于高精度的区域生产力及光能利用率的研究具有重要意义.对CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型进行了改进,利用 30 m×30 m的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据直接计算太阳辐射,从而将其作为CASA模型的输入参数.结合多源遥感数据、气象数据,研究 2015-2020 年江汉平原APAR的时空分布及其影响因素.顾及江汉平原的土地利用分布特点,着重分析了江汉平原农田APAR的时空特性,研究结果较好的反映了江汉平原APAR分布.实验结果表明:(1)2015-2020 年APAR年总值在 3.42×1013 MJ—3.73×1013 MJ之间,总体空间分布与植被类型的分布情况相符;(2)农田月均APAR值在 4 月、7 月高于其他月份,表现出"双峰"的特征;(3)在空间分布上,水田APAR表现出明显的纬度地带性,而旱地APAR正好相反,这可能源于种植结构重心转移;(4)通过借助地理探测器,着重考虑与植被生长相关的 12 个因子(包括≧10≧积温、年总日照时数、年均气温、年总降雨量、农田种植结构、年散射辐射、农田施肥、土壤类型、土壤质地(砂土、粉砂土、黏土))进行分析,结果表明这 12 个因素对APAR空间变异性都具有很明显的影响.对CASA的改进方法可以适用于大范围高空间精度的计算.

三峡水库消落带是由于周期性水位涨落在长江干支流形成的大面积"冬水夏陆"区域,周期性的水淹胁迫导致消落带植被群落发生剧烈变化,对三峡大坝的正常运行和库区生态安全造成严重影响.研究三峡库区消落带植物适应水淹的机制,对库区消落带植被群落恢复和保护具有重要意义.文章通过对比蓄水前后消落带的植被群落变化,总结了库区一年生和多年生植物耐水淹机制.一年生草本植物主要依靠种子休眠的方式来度过漫长的水淹期,而多年生草本植物则可能采取"静止"策略,减缓能量消耗,待水退后迅速恢复生长.此外,对于高高程区域的多年生木本植物,在不完全水淹的情况下,可能通过产生大量不定根缓解根部缺氧胁迫,降低水淹胁迫的伤害.最后,文章总结了消落带植被恢复的现状,并针对现有的问题探讨了重建消落带植被群落的可能途径,以期为三峡水库消落带植被生态修复提供参考.

内蒙古草原是我国重要的生态保护屏障,部分区域是农牧交错带的重要组成部分.锡林郭勒草原位于内蒙古东中部,属典型温性草原,深入开展退耕还草对其植被总初级生产力(GPP)的影响、探究相关环境因子,对深入了解退耕还草过程中区域植被生长状况变化和生物固碳潜力时空分布以及制定更加科学精准的退耕政策具有重要意义.基于遥感、气象观测和土地利用数据,采用残差分析和相关性分析方法,系统研究了 2010-2015年间锡林郭勒草原退耕还草区域的植被GPP变化特征,并探讨了不同环境因子对GPP变化量的影响,揭示了退耕还草活动造成的GPP变化特征及其受环境因子影响的作用机制.结果发现:(1)锡林郭勒盟退耕还草区域5年内GPP平均变化量为0.47 g C/m2,其中GPP增加面积占退耕还草总面积的67.2％,退耕还草初期GPP变化不显著;(2)退耕还草区域内,土壤含水量和土壤有机碳与GPP变化量显著负相关,而气温、降水、高程和坡度均与GPP变化量显著正相关;(3)坡度和土壤含水量与GPP变化量的相关程度最强,对退耕还草后GPP变化的影响程度较高.

伊犁河谷是我国西部地区重要的生态屏障,也是"一带一路"重要经济区.基于土地利用变化挖掘其生态系统服务价值(ESV)驱动因素,对优化地区生态环境及协调人地关系有重要意义.本研究基于伊犁河谷2000-2020年3期土地利用数据,利用ArcGIS 10.8和Origin等软件,分析土地利用变化特征、ESV时空变化、生态系统服务权衡协同关系,运用地理探测器探究影响ESV空间分异的驱动因子及因子间交互关系.结果表明:2000-2020年,研究区土地利用变化明显,草地、水域面积大幅减少,建设用地面积增幅最大.ESV明显下降,主要表现为草地、水域的ESV下降及水资源供给服务功能的下降.ESV高价值区、较高价值区向低价值区、较低价值区转变.研究区内生态系统服务间的主导关系为协同关系,且呈增强趋势.伊犁河谷ESV空间分异的主要驱动因素是高程,流域两岸适合人类活动的低海拔平原地带是ESV低值区;各因素间交互作用表现为增强关系,自然因素的解释力高于社会经济因素.

过去几十年,青藏高原快速的城市扩展过程给生态环境带来了严重威胁.区位因素会影响城市扩展的空间格局,进而改变其对区域生态环境的影响.因此,认识青藏高原城市扩展过程的区位因素特征对于保护区域生态环境具有重要意义.在全区、生物群区和生态区3个尺度上分析了区位因素对青藏高原城市扩展过程的影响.基于长时间序列城市土地数据分析青藏高原城市扩展过程.利用随机森林模型分析青藏高原城市扩展区位因素特征.研究表明,青藏高原在1990-2020年期间经历了快速的城市扩展过程.全区城市土地面积从277.4 km2增加到974.9 km2,增长了 2.5倍.对青藏高原城市扩展影响最大的区位因素高程对城市扩展的重要性不断下降.与之相对,铁路因素的重要性迅速上升,其重要性从2.15％增长到10.56％,增加了3.9倍.然而,铁路建设在促进青藏高原城市发展的同时,也会对区域内近三成的濒危物种产生影响.因此,在青藏高原未来城市发展过程中,既要重视铁路对城市扩展带动作用,也要注意减少铁路对区域生物多样性的影响,进而促进高原的可持续发展.

2017年以来,广东省惠州市在考洲洋潮间带开展了大规模人工种植红树林生态修复工程,但考洲洋人工种植红树林湿地大型底栖动物群落的环境响应未见报道.根据2018-2019年四个季节在考洲洋盐洲大桥附近红树种植1-2年(X断面)和5-6年(Y断面)的两处湿地的大型底栖动物定量取样数据,分析了人工红树林湿地大型底栖动物的时空格局及其环境响应.方差分析表明,Y断面冬季的大型底栖动物群落的物种数、栖息密度、生物量、多样性指数(H')和丰富度指数(d),以及夏季的栖息密度均随潮高(海平面高程)降低而增加;而Y断面冬季的均匀度指数(J)、夏季的H'和J则是随潮高降低而减少.聚类(Cluster)和非度量多维尺度(nMDS)分析表明冬季和夏季X断面和Y断面大型底栖动物群落相似性较低,而春季和秋季X断面和Y断面大型底栖动物群落相似性较高.冬季和夏季最大潮高、潮差、大型底栖动物物种数、栖息密度、Hi和d较春季和秋季的高.红树种植1-2年的X断面大型底栖动物物种数、H'和J低于种植5-6年的Y断面.上述结果证实潮汐和红树种植年限影响考洲洋红树林湿地大型底栖动物的群落结构,研究结果可为大型底栖动物多样性保护和生态修复提供基础资料.

探明生态系统水源涵养服务格局演变对中国生态系统水源涵养保护和管理具有重要意义.采用水量平衡模型,探明1990-2018年中国生态系统水源涵养分布特征,从全国、分区和栅格3个尺度揭示中国水源涵养演变规律.结果表明:(1)中国生态系统水源涵养时空异质性显著,整体南高北低、东高西低.不同植被水源涵养服务差异显著,以常绿阔叶林最高,草地最低.(2)中国水源涵养服务随高程升高呈阶梯式下降,随坡度变化因坡度梯度而不同,平坡区随坡度升高而升高,缓坡一陡坡区随坡度升高而降低.(3)中国多年平均水源涵养量为1.54× 1012 m3/a,以热带-亚热带季风区为主导,约占总量的77.9％.水源涵养服务演变全国尺度显著下降,分区尺度仅温带大陆气候区显著下降.(4)栅格尺度仅16.0％栅格变化显著,主要为极显著降低和显著降低,约占栅格总数的7.61％和5.30％,主要分布于藏东南、云贵高原西部、冀东北、浑善达克沙地、天山东麓和台湾省等地,它们是中国水源涵养保护与建设的重点区域.