野外-城市交界域的火管理研究进展

城市化进程和居住环境改善导致野外-城市交界域(WUI)在全球范围内不断扩大,且因气候变化,越来越多的WUI存在较高火灾风险。WUI火灾对生态系统和社会具有重大影响,其火管理是当前区域发展面临的一个重要挑战。近年来我国也频繁发生WUI火灾,但针对此类火灾的研究还很少。本文从WUI定义及其火动态研究、火灾风险评估和风险减缓措施3方面系统阐述WUI的火管理研究进展。WUI火灾风险评估特别强调火灾的暴露性和脆弱性以及火烧对环境和社会的影响。火灾风险减缓措施需要基于火险评估结果制定,主要途径包括通过可燃物管理降低WUI的潜在火烧强度和暴露性、改进房屋和其他建筑的材料与设计以提高抗火能力、提高居民的防火意识和防火能力、改善社区的火灾扑救能力和综合抗灾能力。未来应深入探究WUI火蔓延模型、烟雾传输和经济损失模型、WUI可燃物管理技术、WUI规划及相关火管理标准等,开展跨学科和国际合作研究。可靠的火险评估方法和火灾风险减缓技术,将为不同特征的WUI制定相应的火管理对策提供理论和技术支持。我国也面临相关技术需求,应开发WUI火管理技术和标准,提供可靠的火灾风险评估方法和风险减缓技术,提高WUI对火灾的适应能力。

基于无人机遥感的三江源国家公园藏野驴种群数量及生境时空变化研究

藏野驴(Asinus kiang)是青藏高原特有物种,我国一级野生保护动物。三江源国家公园黄河源园区是藏野驴的主要栖息地之一,而生物多样性保护也是国家公园的重要职能,准确了解藏野驴的种群数量及栖息地变化无论是从野生动物保护还是从国家公园建设指导来看均具有重要意义。以三江源国家公园黄河源园区为研究区,利用无人机遥感技术开展藏野驴种群数量调查工作,在此基础上利用选择指数与因子分析揭示藏野驴的生境选择偏好,识别其适宜栖息地范围。并深入探讨近20年藏野驴适宜栖息地的时空变化特征,探讨驱动因素。结果表明:(1)无人机可以有效识别藏野驴个体,在调查样带内共发现藏野驴252头,经过推算2017年春季三江源国家公园黄河源园区内共有藏野驴20989头。(2)藏野驴倾向于选择距居民点1 km以外,距道路1—3 km范围内,距水源1 km以内,且植被覆盖度介于0.4—0.8之间的坡度小于5°的平坦区域做为栖息地。(3)2000—2018年间,三江源国家公园黄河源园区内的藏野驴适宜生境面积增加了330.76 km^(2),达到4747.10 km^(2),面积占比增加1.73%,达到了24.85%。这主要是气候变化与人类活动协同作用下导致的水体扩张与植被覆盖度增加驱动的。此外,虽然道路的扩张仅限制了小面积的适宜栖息地增加,但可能造成栖息地连通性下降等更为严重的后果。本研究证明了无人机遥感技术在青藏高原等开阔区域进行野生动物调查及栖息地研究的可行性与优势,相关技术方法与研究成果可为三江源国家公园生物多样性保护工作提供参考与支撑。

美丽中国“35目标”和“50愿景”情景模拟

全面建成美丽中国,实现人与自然和谐共生的现代化,是未来30年中国生态文明建设的总目标。总目标包含“35目标”和“50愿景”共2个阶段性目标。文章首先从生态系统要素、结构、过程和功能角度,阐述了对美丽中国目标的理解,继而构建了刻画目标的指标体系,并采用情景模拟方法,模拟了气候变化、人口下降、经济增长趋势下美丽中国“35目标”和“50愿景”。结果表明,至2035年,全国总人口14.4亿人,国内生产总值(GDP)为200万亿元,进入中等发达国家行列。全国森林覆盖率达26%,草原综合植被覆盖度达60%,沙化土地治理率达75%;地表水水质达到Ⅲ类以上,近海海域水质达到Ⅱ类以上;城市空气质量达到国家优良标准。至2050年,全国总人口13.65亿人,GDP为380万亿元,迈入高收入国家行列。森林覆盖率30%,草原综合植被覆盖度65%,沙化土地全部得到有效治理;地表水和近海海域水质均达到Ⅱ类标准;城市空气质量达到发达国家水平。现实状况与目标愿景尚存在明显差距,如期实现美丽中国目标愿景,未来需大力推进减污、降碳、扩绿、增粮和绿色发展。

北极地区热融湖分布特征及变化机制研究

北极热融湖作为多年冻土区典型热喀斯特景观之一,其分布和变化规律深刻影响着区域的生态植被、水文和碳循环过程。然而,对于整个北极热融湖分布特征和变化机制的理解仍然不足,为此,本文基于荟萃分析和数理统计方法,对热融湖的分布规律和变化机制展开研究。结果表明,北极热融湖的分布和变化具有较强的时空异质性,且与多年冻土条件、岩石土壤类型、地下冰含量和土壤温度等密切相关。大部分北极热融湖分布在连续多年冻土区、地下冰含量高于10%、平均土壤温度在-4℃以上且存在一定垂向土壤温度差异的具有特定岩石和土壤类型的地区,而不同环境条件下的热融湖变化趋势存在差异。总体上,北极热融湖的变化过程包括初始形成、中期扩张和晚期萎缩三大阶段,且受到水量与水热平衡的双重影响。热融湖作为反映多年冻土退化和气候环境变化的重要指示,对北极生态系统碳循环、水文过程和生态环境变化等均具有深远影响。

我国大型复杂污染场地治理修复的挑战与对策

大型复杂污染场地的污染治理修复是国内外环境领域面临的重大难题。大型复杂污染场地具有影响范围广、污染物种类多、生态环境威胁大等特征,这类场地污染物的环境行为认知和高效治理修复都面临巨大挑战,其中土壤和地下水污染的形成机制、污染源的精准识别、智能决策优化等关键科技问题亟待解决。我国大型复杂污染场地在京津冀、长江经济带、珠江三角洲等经济发达地区呈集群式分布,涉及化学品制造业、石油等燃料加工业、黑色金属冶炼等行业。基于我国国情,文章提出了大型复杂污染场地修复治理的关键“三步曲”(TSRTCM),从调查评估与科学认知、方案决策与技术筛选、工程实施与监测评价3方面着力破解修复治理难题。大型复杂污染场地环境修复能有力支撑污染防治攻坚战,有助于区域经济社会绿色发展。

EMD方法对祁连山云杉宽度生长量的订正及多尺度分析

经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,简称EMD）是一种遵循时间序列本身所包含的不同尺度信号特征进行逐级分解,实现时间序列多分辨率分析的有效方法.本文基于EMD方法对采集于祁连山中部的青海云杉树轮宽度序列进行生长量订正,并与传统采用的线性或负指数函数及样条函数拟合法进行多序列订正结果的逐一对比,结合云杉年轮生长的生理特征,分析了EMD方法在云杉宽度生长量订正中的应用潜力.结果表明,通过EMD分解得到的趋势项不仅可以较好地反映树木年轮与年龄相关的生长趋势,还可以克服线性拟合在树木生长受到小生境干扰时因为斜率的适应性变化及方向单一导致的拟合失效及生长量被高估（或被低估）的现象,常用的替代选择样条函数步长的选取又具有一定的经验性和主观性,EMD方法作为一个新的补充,可为线性函数和样条函数不能满足需求时,提供一个新的选择.进一步考察了EMD方法和传统方法获取的两个树轮标准化年表（1845～2000年,EPS＞0.85）与气候因子在器测记录时段（1957～ 2000年）的相关关系,结果显示两者与气象因子的相关结果极为一致,与肃南气象站前年8月至当年7月降水总量呈显著的正相关（r均通过了99％的信度检验）,表明通过EMD方法对祁连山青海云杉生长量订正后得到的树轮宽度年表与传统方法得到的树轮年表反映了一致的气候信息,可用于历史气候变化分析.进一步利用EMD方法将树轮年表序列分解为不同频谱时段（年际、年代际及多年代际尺度）的子序列,其中年际的高频子序列（＜10年尺度）的主要波动发生在20世纪10～20年代,而10～ 30年尺度子序列的低值期（1925～ 1933年）与甘肃境内文献记录的大范围干旱事件极为吻合,30～60年尺度的多年代际变化显示出3次主要的干湿位相交替变化.

1916—2020年北京城市变迁及其与区域气候演化的关系

剖析百年尺度的城市变迁与气候要素变化对提升区域气候演变机理的认知具有重要意义。本文基于卫星遥感图像、社会经济数据和气象站点实测等数据,采用人机交互解译方法,刻画了1916—2020年北京城市扩展过程。利用滑动平均法和Mann-Kendall趋势检验方法,分析了关键气象要素的变化特征,从而揭示了百年尺度城市土地利用变化和社会经济发展与区域气候变化之间的关系。研究表明:1916—2020年北京城市土地面积增长了64.48倍,围绕中心地域呈圈层式蔓延扩展,呈现“缓慢—加速—减速”的扩展模式,城市扩展速度在2000—2010年达到峰值,为70.12 km^(2)/a。1916—2020年北京的5 a滑动平均气温和年降水量分别为12.25℃和588.6 mm。随着城市发展,1916—2020年北京市5 a滑动平均气温以0.22℃/10a波动上升,1978年以来升温显著。年降水量则呈现波动下降趋势,速率为9.37 mm/10a。城市不透水面的加速扩张可能造成地表能量收支的改变,从而引发城市变暖。城市化率与气温升高具有协同关系,不同时段差异显著,1916—2020年北京城市化对区域升温的贡献为20.83%。另一方面,地表能量收支改变与空气污染物排放增加可能导致北京城市地区降水减少。本文结果可为提升北京城市变迁对区域气候演变影响过程和机制的认知提供科学参考。

利用生态学和树轮年代学手段试析柴达木盆地东缘山地森林年龄结构与气候变化的关系

选取柴达木盆地东缘山地尔日格为研究剖面,对坡面上的祁连圆柏（Sabina przewalskii Kom.）沿不同海拔高度进行采样.在利用交叉定年手段对所有样芯定年之后,确定了样芯的起始年和结束年（死亡年龄）,然后利用树髓心年龄估算法和研究区域胸高年龄经验值最终确定了树木活体植株开始生长的年龄（长树年龄）.根据研究坡面上树木长树或死树年份随海拔和时间变化的变化规律,探讨了它们与气候变化之间的可能关系,从而用来作为树轮宽度重建的佐证手段之一.结果表明：在森林上部和中部,随海拔的升高,树木的年龄呈递减趋势;在森林下部,随海拔的降低,树木年龄趋于年轻化;整个坡面长树峰值出现在公元1200年左右,长树主要集中在森林中部的3900～4110m之间;树木死亡的峰值出现在公元1600年之后的50年间,死树主要集中在森中上部的4100～4210m之间.同时,还发现在坡面树木死亡较集中的时期,森林树木更新数目较低,尤其是在森林上部;而通过对不同海拔高度上最老树的生长年龄分析,发现在坡面长树比较集中的时期,森林下部有往更低海拔处长树的趋势.将研究坡面长树和死树随时间变化的分布情况与研究区附近利用树轮宽度重建的乌兰过去1000年上年9月到当年4月平均温度和德令哈过去1000年上年7月至当年6月降水量进行对比,发现在40年尺度上,高温对应着树木高生长数目,低温并且降水量由多变寡则对应着树木低生长数目和高死亡数.表明：温度的升高有利于研究坡面祁连圆柏更新的发生,森林密度增大,森林中部幼树更新存活数量最多,森林下部有往更低海拔处长树的趋势,森林上限随海拔的升高密度降低、树木趋于年轻化;反之,气候干冷,树木更新条件变差,受影响的区域主要集中在森林中部-森林林线中上部范围内,死树相对比较集中.

Where Are Potential Regions for the Reallocation of Wheat in the Context of Chinese Land Fallow and Food Security Policies? Findings from Spatio-temporal Changes in Area and Production Between 1990 and 2014

One of the aims of the recently initiated land fallow policy is to encourage winter wheat abandonment in order to recover the groundwater environment of the North China Plain (NCP);although this also threatens a national secure supply of this crop,as the NCP is the major wheat producing area in China.It is therefore necessary to consider regional wheat reallocation in order to meet the twin challenges of production and water conservation.An evaluation of spatiotemporal changes in wheat area and production across China in recent years may shed light on the regions that have the potential for reallocation;such trends are analyzed in this study using agricultural statistical data.Three over-arching principles are proposed that reallocation must be naturally suitable,economically feasible,and socially acceptable,and together with the result of the spatiotemporal analysis,two continuous areas are recommended as potentially suitable for wheat reallocation-alongside the Huai River and the cold region of northeastern China.We also present strategies to improve wheat yields as well as policies for farmers,aiming to encourage the reallocation of wheat to the regions highlighted in this study.

Impacts of Land Fragmentation and Cropping System on the Productivity and Efficiency of Grain Producers in the North China Plain: Taking Cangxian County of Hebei Province as an Example

Land fragmentation is widely known to have an impact on farm performance. However, previous studies investigating this impact mainly focused on a single crop, and only limited data from China are available. This study considers multiple crops to identify the impact of land fragmentation(LF), as well as cropping system(CS), on farm productivity and the efficiency of grain producers in the North China Plain(NCP), using Cangxian County of Hebei Province as an example. Detailed household-and plot-level survey data are applied and four stochastic frontier and inefficiency models are developed. These models include different sets of key variables in either the production function or the inefficiency models, in order to investigate all possibilities of their influences on farm productivity and efficiency. The results show that LF plays a significant and detrimental role, affecting both productivity and efficiency. A positive effect is evident with respect to the CS variable, i.e., multiple cropping index(MCI), and the wheat-maize double CS, rather than the maize single CS, is usually associated with higher farm productivity and efficiency. In addition to LF and CS, four basic production input variables(labor, seed, pesticide and irrigation), also significantly affect farmers’ productivity, while the age of the household head and the ratio of the off-farm labor to total labor are significantly relevant to technical inefficiency. Policies geared toward the promotion of land transfer and the rational adjustment of cropping systems are recommended for boosting farm productivity and efficiency, and thus maintaining the food supply while mitigating the overexploitation of groundwater in the NCP.

Effects of Grazing on the Grassland Vegetation Community Characteristics in Inner Mongolia

The continuous increase of livestock production in Inner Mongolia has caused severe degradation of the grassland ecosystems in recent years. Previous grazing experiments have shown a wide range of vegetation responses between the biome types on a global scale, but there is still a lack of sufficient studies to discern the relative responses of a given biome type. We conducted a meta-analysis of vegetation coverage(VC), plant density(PD), total biomass(TB), above-ground biomass(AGB), under-ground biomass(UGB) and Shannon–Weaver Index(SI) in different grassland types in Inner Mongolia obtained under conditions of different grazing intensities and durations. The results showed that grazing decreased VC, TB, AGB, UGB, and PD significantly. Compared to the global and national average values, the negative effects of grazing to steppe biomass in Inner Mongolia were higher than that on the global scale, while less pronounced than that in China. TB of the meadow steppe in Inner Mongolia increased by 40% under moderate grazing intensity and duration because of compensatory growth. SI of the desert and meadow steppe showed negative linear relationships with the grazing intensity in Inner Mongolia. The percentage changes in AGB, PD, and SI to grazing showed quadratic relationships with the mean annual temperature of the experimental year. With increasing mean annual precipitation, the negative effects of grazing on UGB and SI first decreased and then increased, with that of VC and grazing showing a cubic relationship.

Impact of Irrigation Methods on Soil Salt Content and Their Differences in Whole Cotton Growing Season in Arid Area of Northwest China

Research for changes of soil water and salt is an important content of land sciences and agriculture sciences in arid and semi arid regions. In this paper, sampling in actual agricultural fields, laboratory analysis of soil samples and statistical analysis methods are used to quantitatively analyze soil salinity changes under different ir- rigation methods throughout the cotton growing season in Shihezi reclamation area. The results show that irrigation methods play an important role in soil salt content in the surface soil （0-20 cm） and sub-deep soil （40-60 cm）, fol- lowed by deep soil layer （60-100 cm） and root soil layer （20-40 cm）. Furrow irrigation yields the maximum soil salt content in deep layer （60-100 cm） or sub-deep layer （40-60 cm） and the maximum salinity occurs in the first half of the cotton growing season （June or earlier）. In contrast, drip irrigation yields the maximum soil salinity in the root layer （20-40 cm） or sub-deep （40-60 cm）, and this usually appears in the second half growing season （July or af- ter）. The ratio of chloride ion to sulfate ion （Cl-/SO2- 4） and its change in the soil are on the rise under furrow irrigation while the value first increased and then decreased with a peak point in June under drip irrigation. This suggests that furrow irrigation may shift the type of soil salinization to chloride ion type moreso than drip irrigation. Potassium and sodium ion contents of the soil show that soil sodium＋potassium content will drop after the first rise under furrow irrigation and the value is manifested by fluctuations under drip irrigation. Potassium＋sodium content change is relatively more stable in the whole cotton growth period under irrigation methods. The maximum of sodium and potassium content of the soil usually occur in deep soil layer （60-100 cm） or sub-deep soil layer （40-60 cm） in most sample points under furrow irrigation while it is inconsistent in different sample points under drip irrigation. A non- parametric test for paired samples is used to analyze differences of soil salt content under different irrigation methods. This analysis shows that the impact of irrigation on soil salinity is most significant in July, followed by August, June, May, and April in most sample points. The most significant impact of irrigation methods occurs in the surface soil layer （0-20 cm）, followed by deep layer （60-100 cm）, root layer （20-40 cm） and sub-deep （40-60 cm）. These conclusions will be benefitial for mitigation of soil salinization, irrigation and fertilization and sustainable land use.