国家公园生态系统服务与农牧户福祉的时空耦合分析——以祁连山国家公园为例

国家公园是国家生态安全屏障,面对生态系统服务退化与人类福祉提升的供需矛盾日益凸显的现实困境,明晰国家公园生态系统服务与人类福祉的耦合协调关系是国家公园科学管理的基础,也是可持续发展的内在需求。以祁连山国家公园为例,基于土地利用、统计年鉴和农牧户问卷调查数据,利用耦合协调模型,分析了国家公园试点建设过程中生态系统服务与农牧户福祉的耦合协调关系。结果表明:(1)国家公园建设的推进,提升了生态系统服务价值,主要贡献来源于冰川;空间上表现为能值聚集特征,高值区成片分布,低值区主要分布在西北区域。(2)农牧户福祉水平不断提升,主要体现在基本物质需求上,空间上呈现为“中间低东西高”的分异格局。(3)生态系统服务与农牧户福祉的耦合协调性有失衡趋势,主要表现为中度协调区面积下降,磨合区面积增加,超过三分之二的区域处于生态系统服务滞后于福祉发展水平;空间上,体现为严重失调区集中分布,磨合区逐渐成片,中度协调区逐步破碎化。

国家重点实验室的开放与评估机制对部门实验室建设的推动作用

比较系统地介绍了国家重点实验室的开放制度和评估制度,以20多年的统计数据为基础,客观回顾和评价了国家重点实验室的开放制度和评估制度对于部门实验室建设发挥的重要推动作用。

加强宏观管理,完善国家重点实验室布局

国家重点实验室计划作为我国最成功的科学基地建设计划之一,经过20多年的发展,先后建设了241个国家重点实验室,分布于10个部门以及地方相关科技厅和科研院所,学科分布已经涵盖了37个国家一级自然科学学科中的36个,总体体现了国家重点实验室建设紧密结合国家需求的宗旨。为保证国家重点实验室在科技研究前沿的引领作用,强化服务于国家需求的职能,今后的国家重点实验室建设应加强前瞻性、强化国家重点实验室的战略性布局和宏观管理部门的调控能力,加强领域分布的针对性和吐故纳新,避免部分研究方向上实验室建设过于集中、实验室水平参差不齐以及相互之间恶性竞争等问题。

我国国家重点实验室早期建设情况调查报告

在查阅大量文献的基础上,详细介绍了我国国家重点实验室早期的建设情况,包括实验室建设背景、运行评估、变更调整等具体内容,以期全面、翔实、准确地反映国家重点实验室的建设发展历程,为国家重点实验室今后的决策管理提供依据。

1970−2021年阿尔金山国家级自然保护区湖泊面积变化研究

以阿尔金山国家级自然保护区内湖泊为研究对象,通过对大比例尺地形图和中高分辨率遥感影像的配准和目视解译,并结合保护区周边4个气象站1970−2021年气温、降水、蒸散量数据,系统分析了区内面积>1 km2湖泊的面积变化及其对气候因子的响应.结果表明:1)近51 a保护区的湖泊呈现扩张、稳定和萎缩3种变化趋势,但大部分湖泊处于扩张状态.其中:大型湖泊均呈扩张之势,并以20世纪90年代中期为节点,前期扩展缓慢,后期出现明显扩展增速;中型湖泊面积变化呈现扩张、稳定和萎缩3种趋势;小型湖泊面积变化呈现扩张和萎缩2种趋势;湖泊面积的变化趋势与湖泊自身的规模无关,只与其补给和支出平衡有关.2)沙子湖、小沙子湖是部分河段被沙埋的流经湖,多年湖面积变化较小,湖泊周围沙丘未出现大范围朝湖向移动.3)保护区湖泊的面积与气温和降水呈正相关,与蒸发量呈显著负相关,气温和降水对湖泊面积的影响大于蒸发.保护区内湖泊属降雨和冰川融水补给型湖泊,且冰川融水的补给量大于降水.研究结果有助于了解该地区气候变化控制下水资源演变过程,可作为进一步评估区域气候变化和湖泊变化的依据.

北京市近40年来降雨侵蚀力时空变异特征

[目的]降雨侵蚀力可以反映降雨对土壤侵蚀的潜在作用,是评价区域土壤侵蚀风险的重要指标。分析北京市1981—2020年降雨侵蚀力时空变异特征,对科学评估和防治区域水土流失风险具有重要意义。[方法]基于1981—2020年北京市及周边地区119个雨量站点逐日降水数据,采用Kriging插值、Mann-Kendall非参数检验、小波分析等方法对北京市年降雨侵蚀力和中雨(10~25 mm)、大雨(25~50 mm)、暴雨(≥50 mm)降雨侵蚀力的空间分布、趋势变化以及周期变化特征进行分析。[结果]北京市1991—2020年年降雨侵蚀力范围为1691.51~3914.89(MJ·mm)/(hm^(2)·h·a),年降雨侵蚀力与大雨和暴雨的降雨侵蚀力的空间分布特征相似,与中雨的降雨侵蚀力的空间分布特征有所差异。空间整体上表现为从东北向周围递减的趋势。近40年来,北京中雨侵蚀力呈显著增加趋势,年降雨侵蚀力、大雨、暴雨以及夏季7,8月的降雨侵蚀力变化趋势均不显著,且均没有发生显著的突变。局部区域如密云、平谷一带的年降雨侵蚀力下降趋势相对较大。年降雨侵蚀力以及中、大、暴雨的降雨侵蚀力变化的主周期约为25年,且存在2~3次“低-高”交替变化。[结论]研究结果可为北京开展水土保持工作、农业和生态保护等工作提供科学依据。

海洋沉积证据在低纬过程气候变化中的应用及展望

在国内外研究的基础上,对印太暖池区的沃克环流和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、热带辐合带(ITCZ)等低纬过程的空间分布和随时间的变化规律及其研究方法进行初步归纳,并指出研究中存在的问题。本文论述了厄尔尼诺-南方涛动变率在全新世早期及中世纪气候异常期(1 000~700 a BP)的晚期逐渐增强,介绍了热带辐合带在BA暖期(B?llingAller?d Warm Period)和前北方期(pre-Boreal,10.3~9.5 ka BP)的北移,以及在新仙女木事件(Younger Dryas Event,12.5~11.5 ka BP)和北大西洋冷期(距今7.5~5 ka BP)期间的南移。对低纬过程长时间尺度轨道周期的探讨表明,末次冰盛期赤道东太平洋出现了较偏南的热带辐合带锋面系统,甚至在1.65 Ma冰期,热带辐合带也有快速南移的证据。海洋沉积的粒度、黏土矿物、陆源粉尘、元素和同位素、有孔虫分析等研究方法在推测厄尔尼诺-南方涛动和热带辐合带位移中有很好的应用,建议以陆源生态系统对气候的响应为切入点、以孢粉为手段来探讨陆源植被、气候、火灾和海-陆大气环流等低纬过程的变化特征,进而反演沃克环流(或厄尔尼诺-南方涛动)演化和热带辐合带位移的影响。

青藏高原寒区水文过程研究进展及模型述评

全球气候变暖导致冰冻圈发生了剧烈变化,突出表现为冰川退缩、积雪消融、冻土退化等,加速了固态水资源向液态水资源的转化,打破了青藏高原寒区水资源分配的长期稳定机制。本文基于寒区冰冻圈变化水文效应角度,梳理了气候变化下青藏高原寒区水文过程研究进展,剖析了当前青藏高原寒区水文过程研究中存在的热点和难点。由于水文模型为研究水文循环过程的重要工具,模型的结构和功能决定了水文过程研究的准确度和发展方向。因此,本文总结了10个典型水文模型在模拟高原寒区冰川、融雪径流算法的优点和局限性及模型冰川、积雪、冻土模块特点,凝练总结了影响高原寒区水文过程模型模拟精度的主要问题。结果表明:青藏高原寒区气象观测站点资料的匮乏加大了数据输入、参数估计的不确定性;对冰冻圈水文内在物理过程认识不足导致了模型结构的不完备性,进而影响水文过程模拟精度。最后,本文从多元数据联合使用、机器学习应用等方面探讨了如何提高水文模型精度,为寒区水文模型的改进和完善提供参考。

基于能值的生态系统服务与减贫关系分析——以雅江县食用菌产业园为例

以雅江县食用菌产业园区的贫困群体为研究对象,基于能值分析方法构建生态减贫综合评价指标体系,评估产业园区建设对区域生态系统服务和贫困户减贫的效果,综合评估产业减贫模式的可持续性.研究结果表明:产业园区的食用菌产业系统比传统农田系统更具长期发展的可持续性,具有更高的供给功能和文化功能能值服务量,其减贫效果也有不同程度的提高;在提供同等生态系统服务的情况下,食用菌产业系统提供的生态减贫能力强于农田系统,一定程度上体现“绿水青山就是金山银山”的理念.

中国内陆沿海地区1986—2015年极端气候指数对生态系统脆弱性的影响

基于1986-2015年气象数据、净初级生产力(NPP)数据集,计算了典型极端气候指数和生态系统脆弱性,从时间和空间2个维度分析NPP以及极端气候的时空变化特征,揭示中国内陆沿海地区陆地生态系统脆弱性空间分布特征,进一步探讨不同生态系统脆弱性对极端气候指数的响应特征.结果表明:1)1986-2015年,中国内陆沿海地区呈现偏暖的趋势,平均温度上升1.2℃,具体表现为暖昼时间(Tx90p)、暖夜时间(Tn90p)呈增加趋势,冷昼时间(Tx10p)、冷夜时间(Tn10p)则呈减少趋势,每日气温极值(TXx、TNx、TXn、TNn)呈增加趋势,气温日较差(DTR)呈降低趋势,夜间气温上升幅度大于日间;极端降水呈现南增北减的空间分布特征. 2)陆地生态系统脆弱性呈现出显著的地理空间差异性,脆弱性最高的地区位于北部,东北地区中部以及华北地区存在明显的高脆弱性区域,具体表现为该区域恢复力较低. 3)极端气候指数与陆地生态系统脆弱性之间具有显著的关联性,均表现为显著的负相关,日夜温差(DTR)与陆地生态系统的脆弱性呈显著正相关.

北京市平谷区农村居民点用地生态服务功能分析

该文使用同期土地利用现状图以及采用了不同土地利用分类方法的北京市集体土地地籍调查图,分析了现行土地分类下北京市平谷区农村居民点内部的农用土地存在及其结构,测算了其所具有的生态服务价值。研究结果发现农村居民点作为一种混合地类存在,具有一定的生态服务功能。这些生态服务类型的存在对农村居民点内部生态环境的维持起着重要作用;不同区域农村居民点的生态服务功能组成发生着规律性变化。研究结果对于当前"农村居民点用地减少与城镇用地增加的挂钩"工作的开展、建立区域环境—经济综合核算体系以及农村的可持续发展具有参考意义。

施肥对北京山区农田地表氮磷流失的影响——以密云水库流域为例

农田非点源污染是最普遍的非点源污染类型之一,直接威胁北京市密云水库的水质状况;施用化肥是农田非点源污染物的主要来源。以北京市山区的农田化肥施用现状为基础,紧邻密云水库布设径流试验小区,种植当地的主要作物——夏玉米,设置常规(施肥)和对照(不施肥)2种处理,分析天然降雨条件下,施肥对农田地表氮和磷流失的影响。结果表明:施肥显著提高地表径流中氨态氮的浓度,但对径流硝态氮、总氮、可溶磷和总磷的影响有限;附着于泥沙上的颗粒态磷质量分数因施肥显著增加,但颗粒态氮质量分数仅在底肥施用后的首次产流中,表现出较大差异;泥沙是地表径流中氮和磷流失的主要载体,试验期间常规和对照小区,氮随泥沙流失负荷分别占氮流失总量的58.6%和53.6%,磷随泥沙流失负荷占比分别为97.2%和96.5%。研究结果可为密云水库流域农业生产管理和非点源污染治理提供参考。

基于遥感和GIS的北京湿地生态服务功能评价与分区

湿地(特别是大城市湿地)的分布、生态服务功能及其管理与城市的生态环境和居民生活质量关系密切。以北京市湿地为例,综合运用遥感、基础地理、野外实测和社会统计等多源数据,借鉴千年生态系统评估(millennium eco-system assessment,MA)概念框架,利用价值量评价方法,构建基于遥感与GIS的城市湿地生态服务功能评价指标体系;以行政区(县)为评价单元,应用层次分析(analytic hierarchy process,AHP)和综合指数等方法对湿地生态服务功能的构成要素进行综合建模分析;分别对北京湿地的"调节"、"供给"、"文化"和"支持"功能类别及其功能综合进行评价分析,得到北京湿地4个功能类别及其综合的湿地功能重要程度分级格局。研究结果表明:①在北京湿地生态服务功能类型中,"调节"和"供给"功能最重要,"文化"功能次之,"支持"功能最弱;②就北京市各区县湿地综合功能的重要性等级而论,密云湿地为"最重要湿地",房山、东城、西城、朝阳、延庆和怀柔的湿地为"重要湿地",平谷、通州、海淀和门头沟的湿地为"比较重要湿地",而大兴、昌平、顺义、石景山和丰台的湿地为"一般重要湿地"。

陆地生态系统绿水资源开发与雨水集流技术潜力分析

绿水是源于降水、存储于土壤并通过土壤蒸发和植被蒸腾消耗掉的水资源,是一种在传统水资源评价体系中被忽视了的水资源。本文分析了中国绿水资源的空间分布特征,探讨了中国内陆河流域、腾格里沙漠和黄土高原等地区的绿水分配特征,以及雨水集流技术在绿水开发利用中的潜力。中国绿水资源总量约3.4万亿m3,约占降水资源总量的54%;其分布很不均衡,西北地区的绿水占降水比例的70%以上,而南方地区的平均比例为48%,说明中国西北干旱半干旱地区绿水资源的开发潜力较大。在半干旱地区的黄土高原雨养农业区,绿水占有量超过90%,其中非生产性绿水占45%～50%;在干旱地区内陆河黑河流域,绿水占有量达77%,其中非生产性绿水占52.4%。雨水集流结合地表覆盖等水保措施可以显著提高绿水生产力,在绿水资源开发利用方面具有较大的潜力。

基于水资源约束的张家口坝上生态经济发展研究

以统计年鉴及各项规划提供的水资源量数据为依据,运用SD模型和情景分析法,分析、探讨了可以促进张家口坝上生态维持和生产持续增长的合理发展模式.研究表明:1)从水资源量可供给水平出发,该区应该合理规划工业规模,适当控制工业增长速度;2)农畜加工业产品的单位用水量及带来的社会、经济效益较重工业更为显著,故主导产业应适度向农畜产品加工业倾斜;3)应该酌情压缩蔬菜种植面积,该区不适宜继续作为蔬菜基地进行建设;4)变种植蔬菜为种植牧草,这样做不仅会减少水资源压力,而且可以以有限的水资源发展农、畜产品加工业,增进经济收益;5)2004年用水量已经处于超支状态,考虑到保护生态与环境,仍应该适当减少放牧数量.

文化冲突与融合——实验室管理的必由之路

通过分析中西文化的特质，阐述了文化差异在实验室管理中呈现出的既相通又相悖的情形。中国文化背景下表现出的人与人之间家族式的关系和西方文化背景下人与人之间的契约关系，对于实验室的管理都是有效的手段，相互交融是科技全球化的必要途径。文化影响有其特定的历史和社会渊源，所以建立有效的管理模式不能摒弃其所生长的文化土壤。去除一种国家文化对社会行为的影响是一厢情愿的事情，行之有效的办法是在接受本族文化的基础上，开展人员交流和多民族文化的学习，加强不同文化优势的融合。

基于遥感和GIS的城市湿地资源综合分析—以北京市为例

湿地监测和管理是城市规划、生态建设和人居环境现代化的重要组成部分.为了更好地认识城市湿地资源,实现科学、合理的开发利用和保护,以北京市为例,在遥感和GIS支持下,对城市湿地资源的分布和结构进行系统分析,在分析城市湿地赋存的地理条件的基础上,进一步开展湿地类型及多尺度分布的特征研究,揭示城市湿地的组成结构及格局特征.基于对湿地分布、格局等的综合评价结果,从工程和管理角度提出了加强北京湿地保护的若干建议.

基于生态系统过程耦合的农业管理信息系统的分析与设计

对农业管理信息系统与生态过程模拟模型耦合进行了有益的探索,提出构建与生态过程耦合、基于空间信息的农业管理信息系统的设想,为农业管理和生态过程模拟模型在空间区域上的应用提出了一种有效、直观的解决方案。通过系统分析、系统设计及其功能实现技术的研究,采用SuperMap作为开发平台,利用二次开发语言开发了与生态过程耦合的农业管理信息系统(TES_AGRDSS)。该系统充分利用了地理信息系统(GIS)的强大功能,将各种信息进行综合、抽取,实现了单个模型内部的属性数据和空间数据的双向连接,以及不同模拟模型之间数据的双向连接与耦合,使得生态模拟模型在区域上的应用、生态过程模型与农业管理模型的耦合成为可能,为土地利用的管理与决策提供了强有力的帮助。

地表过程与可持续发展研究进展与展望

自2007年地表过程与资源生态国家重点实验室批准建设以来,围绕地表多要素、多尺度和多过程及其资源生态效应,开展了基础性和面向国家需求的系统研究.总结实验室15年来的建设和发展,取得的主要成果如下:1)地表过程监测与研究,包括风沙过程、土壤侵蚀过程和生态水文过程等的观测系统与大型模拟设施建设,以及理论突破与应用;2)资源生态研究,包括生物多样性维持机制、植被-环境系统互馈及生态参数测量、景观生态与服务等方面的理论与应用实践;3)人-地系统动力学研究,包括环境演变与人类活动、人-地系统动力学模型与模拟2方面的探索;4)区域可持续发展范式,包括土地利用/覆盖变化(LUCC)和综合自然灾害风险2个方面取得的显著成果.面对国家重点实验改革与重组,展望未来,将围绕地表过程与可持续发展,开展更加有组织的、面向系统性解决方案的科学探究,核心目标是研究生态脆弱区和灾害高风险区人-地系统耦合理论与区域高质量发展路径.主要任务:1)通过构建天空地网一体化观测体系,系统开展从“山水林田湖草沙冰”等要素过程到生命共同体的综合研究;2)通过研发实验和模拟装置,揭示水土气生人相互作用的机制与动力学过程,构建多要素、多过程、多尺度的地表动态模型体系,揭示人地系统耦合机制与过程;3)以承接系统性国家级科研任务,解析人与自然系统互馈机制和关联效应,建立区域高质量发展监测、评估和预警体系,服务于制定区域与国家生态文明建设的长远战略.

北京世纪坛绿地国槐光合特征与生理生态因子关系

以北京园林常用绿化树种国槐(Sophora japonica Linn.)为研究对象,利用Li-6400便携式光合测定仪对世纪坛广场绿地国槐的净光合速率(Pn)以及相关生理生态因子的日变化进行观测.采用相关性分析和通径分析,研究Pn与气孔导度(Gs)、胞间CO2摩尔分数(xi(CO2))、光合有效辐射(PAR)、大气CO2摩尔分数(xa(CO2))、相对湿度(RH)、大气温度(θa)之间的关系.结果表明,8、9月份Pn日变化均呈现典型的"双峰",峰值出现在10:00—12:00,14:00—16:00,且在12:00左右均出现了明显的光合"午休"现象.Gs、PAR与Pn有极显著的相关关系.8、9月份对Pn直接作用最大的因子分别为RH、PAR.