基于模型的景观格局与生态过程研究

景观格局与生态过程关系的研究是景观生态学的主要特色和理论核心之一。模型可以充分利用实验和观测数据并综合不同时间和空间尺度上的信息提炼规律或揭示内在机制,模拟景观格局与生态过程的动态与相互关系,成为景观生态学研究的有力工具。结合研究实例,总结了基于模型的景观格局研究、生态过程研究和格局-过程关系研究的发展现状和薄弱环节,同时探讨了通过构建耦合模型研究格局-过程相互关系的途径。总结了景观模型研究亟待发展的领域与发展趋势。

三江源地区冬虫夏草采挖对草地植被的影响

在三江源地区冬虫夏草3个产区——青海省黄南藏族自治州泽库县、果洛藏族自治州玛沁县和玉树藏族自治州杂多县设置虫草采挖样地和对照样地，通过样方调查和统计分析，评价冬虫夏草采挖活动对草地植被的影响．结果表明：冬虫夏草采挖使草地物种多样性、盖度和地上生物量降低，群落优势度升高．由于采挖活动，Shannon—Wiener多样性指数减少了10．3％～12．5％，群落盖度降低了10．6％～19．1％，地上生物量降低了20．7％～46．1％，Berger—Parker优势度指数增加了16．7％～31．8％．采挖活动未使地下生物量产生显著变化．植被状况的恶化将影响冬虫夏草的形成过程，因此，应加强冬虫夏草产区的植被保护，以实现资源的可持续利用．地上生物量对冬虫夏草采挖活动最为敏感，可作为冬虫夏革产区植被保护过程中的首选评价指标．采挖活动对地上生物量的影响程度与地理位置有关，表明采挖活动的效应具有区域分异特征，冬虫夏草资源保护策略应根据区域特点制订．

三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响

三江源区是我国重要的水源涵养区,研究草地退化对土壤水源涵养功能的影响,可为三江源区水源涵养功能的科学评估与合理监测提供科学依据。以实地采样与室内测试分析相结合的方法研究了三江源区内不同土壤类型高寒草甸生物量特征、土壤水文物理性质及土壤水源涵养量。结果表明:高寒草甸在重度退化阶段地上生物量、地下生物量、毛管孔隙度、总孔隙度、自然含水量、最大持水量、土壤水源涵养量显著低于未退化和中度退化阶段(P<0.05)。随着高寒草甸退化程度加剧,土壤容重逐渐增大,且非毛管孔隙度规律不显著。未退化、中度退化、重度退化草甸的土壤水源涵养量范围分别为1884.32—1897.44t/hm2、1360.04—1707.79t/hm2、1082.38—1550.10t/hm2。中度退化草甸土壤水源涵养量比未退化草甸低9.37%—10.35%,重度退化草甸低18.31%—27.82%。草甸退化进程中土壤总孔隙度与毛管孔隙度的降低是影响土壤水源涵养量下降的直接原因,而草甸退化进程中地上生物量与地下生物量的减少则是间接原因。度量三江源区高寒草甸土壤水源涵养功能时应着重考虑毛管孔隙度的蓄水作用。研究表明高寒草甸地上生物量与土壤水源涵养量之间存在显著的正相关关系(P<0.05),该结果能够推动水源涵养功能评估向空间化、精细化发展,为探索利用遥感技术监测三江源区水源涵养功能提供参考依据。

三江源区冬虫夏草资源适宜性空间分布

冬虫夏草(Ophiocordyceps sinensis)是生长在青藏高原高寒地区的一种珍稀物种资源,具有极高的药用和经济价值,然而冬虫夏草资源的数量特征与空间格局尚不明确。以三江源区为例,结合冬虫夏草的生境条件,选取适宜冬虫夏草生长的生态环境指标,利用地理信息系统(GIS)中的空间分析方法对冬虫夏草资源的适宜性空间分布进行了研究,并用野外实地采样和入户调研数据进行验证。结果表明:三江源区冬虫夏草资源主要分布在东南部和中南部,分布面积约为18.45×10~4km^2,占该区总面积的50.74%。达日县、甘德县、玉树县、称多县、玛沁县、班玛县、久治县这7个县冬虫夏草适宜性面积占到了该县50%以上的面积,是三江源区冬虫夏草资源的主产区。基于GIS空间分析的结果与实地调查结果相符,说明利用空间分析方法划分冬虫夏草资源的适宜性分布区域是可行的,可为系统的全面调查冬虫夏草资源的分布及保护与合理开发利用冬虫夏草资源提供科学依据。

三江源区近30年植被生长动态变化特征分析

三江源区为长江、黄河、澜沧江提供了丰富的水资源,其地表植被状况与我国水安全和生态安全密切相关。由于所使用的数据时间序列长度有限,以往研究缺乏近30年整体视角的连续时间序列研究,也很少分析多时段变化趋势的持续性。为此,本文利用最新发布的1982-2012年的GIMMS NDVI3g数据集,采用多个嵌套时间序列的分析方法,在多个空间尺度上,研究了近30年来三江源区各季节植被活动的变化趋势和过程。研究表明,1)三江源区生长季和各季节NDVI在近30年均呈增强趋势,春季植被变化具有明显的阶段性,1998年前后NDVI分别呈显著增加、减少趋势。2)生长季、春季和夏季NDVI的增加随时段延长而趋缓,尤其是春季减缓迅速甚至停滞,而秋季植被活动持续增强。3)尽管区域尺度生长季、春季和夏季NDVI变化趋缓,但在像元尺度显著变化的区域范围却多呈增加趋势。4)不同植被类型显著变化的季节、时段存在差异。针叶林和灌丛NDVI主要在春季前几个时段增加显著,荒漠、草甸的增加主要集中在春季、夏季前几个时段。5)各季节NDVI在14个时段增加趋势持续性的差异,引起各季节对生长季植被活动变化贡献的变化。总的趋势是,前几个时段,春季NDVI变化较为剧烈,夏季NDVI的贡献最大,而随时段延长,逐渐过渡到秋季NDVI变化幅度、变化量最大,夏季次之。

皇甫川流域中国沙棘树干液流日变化及其相关因子

运用热耗散(TDP)法对皇甫川流域中国沙棘(Hippophae rhamnoides L. subsp. sinensis Rousi)的树干液流速率进行测定,用自动气象站同步连续监测太阳总辐射、空气温度、空气相对湿度、风速、10 cm处土壤温度等环境因子,用LI-6400系列光合仪同步测定每日6:00—18:00的沙棘叶蒸腾速率。结果表明:非降雨时段,沙棘树干液流速率日进程变化呈现明显的昼高夜低的起伏趋势,白天液流速率变化有波动,夜间液流速率变化缓慢;降雨时,在降雨的开始时段,沙棘树干液流速率明显增大,降雨中后期,液流速率明显减小并趋于平缓;以环境因子作自变量,以单位叶干质量的液流量为因变量,经过逐步回归,建立了多元线性模型,回归方程显著。

冬虫夏草采集对三江源区农牧民收入的贡献研究

利用三江源区3个州6个县共373份农牧户问卷调查数据构建经济数理模型,研究农牧民收入结构、虫草收入对农牧民收入的贡献及收入增长的贡献率。结果表明:①2011年三江源区农牧民人均年收入比青海省农村居民人均年收入低2 421元,收入来源较单一,基本依赖于家庭经营性收入;②虫草收入对三江源区3/4的农牧户家庭收入有贡献,农牧民总收入的2/5及家庭经营性收入的3/5都来自虫草采集;③虫草收入增长对有虫草收入的牧户总收入增长的贡献率高达84.98%,而对有虫草收入的生态移民户总收入增长的贡献率高达107.28%。因此,在继续推动"虫草经济"效应对藏区农牧民带来巨大经济利益的同时,应进一步加强对虫草资源的管理和保护,实现生态环境保护与藏区农牧民增收的双赢。

皇甫川流域单株本氏针茅的蒸腾模型

采用快速离体称重法,测定皇甫川流域本氏针茅每日6:00—19:00蒸腾强度的日动态;用自动气象站同步连续监测太阳总辐射、空气温度、空气相对湿度、风速1、0 cm处土壤温度等环境因子;用LI-6400便携式光合系统同步测定本氏针茅每日6:00—19:00的叶蒸腾速率、气孔导度等因子,并用Excel 2003,Visual C++6.0和SPSS 13.0处理所测定数据。通过分析本氏针茅每1 h单株蒸腾量与环境因子以及植物特性因子之间的关系,建立了皇甫川流域单株本氏针茅瞬时蒸腾量数学模型。通过对模型评价指标进行计算及分析,认为该模型拟合优度较好,可以获得满意的数值模拟结果。在此基础上,建立了单株本氏针茅的日蒸腾量数学模型。

皇甫川流域中国沙棘的树干液流量数学模型

运用热耗散(TDP)法对皇甫川流域中国沙棘的树干液流速率进行了测定,用自动气象站同步连续监测太阳总辐射、空气温度、空气相对湿度、风速、10cm处土壤温度等环境因子,用LI-6400系列光合仪同步测定每日6:00-19:00的沙棘气孔导度等因子,并用Excel2000、VisualC++6.0和SPSS13.0处理所测定数据。经过分析沙棘单位叶干重的液流量与环境因子的关系,建立了沙棘单位叶干重的液流量[gH2O/(h.gDW)]数学模型,通过对模型评价指标进行计算及分析,模型拟合优度较好;用所建模型对该地区2006年7月23日和2007年7月2日的中国沙棘单位叶干重的液流量进行了预测,可以获得满意的数值模拟结果。在此基础上,建立了单株沙棘的日树干液流量[gHO/(d.株)]模型,经验证,模型的模拟效果较好,模型二的精度更高一些。

黄河流域生态系统时空演变特征及保护修复策略研究

黄河流域生态安全维护与保障是重大命题。本文利用遥感和统计等数据资料,重点分析了近20年来黄河流域植被、水体和服务功能的时空演变特征,阐述了生态系统退化、水土流失与水沙失衡、资源开发与利用、城镇扩张等方面的主要问题,从加强生态环境保护、合理布局生态保护空间、优化产业结构调整、完善生态环境保护机制等方面提出了生态保护修复的对策建议。

内蒙古灌丛化草原毛刺锦鸡儿种群结构和空间分布格局

灌丛化草原的形成机制和群落结构与功能是植被生态学研究的一个重要科学问题。植物种群空间格局分析是研究植物种群相互作用及种群与环境关系的重要手段。灌丛化草原是内蒙古草原的主要类型。该文选择分布在鄂尔多斯市的毛刺锦鸡儿(Caragana tibetica)灌丛化草原为研究对象,布设一个64 m×64 m的样方,采用"三线定位法"确定样方中灌木的空间位置,用点格局的方法分析灌木空间分布格局与种内关联。结果显示:(1)毛刺锦鸡儿种群为增长型种群,成熟毛刺锦鸡儿个体在半径<3.7 m的范围内为均匀分布,范围增大则呈随机分布;毛刺锦鸡儿幼年个体在0.3–20.4 m之间为聚集分布,其他范围表现为随机分布;死亡个体在0.7–1.4 m范围为聚集分布,其他范围则随机分布。(2)毛刺锦鸡儿存活个体对死亡个体在0–9.9 m范围内为不明显的正相互作用,其他范围无相关关系;成熟个体对幼年个体在<2.2 m范围表现为负相互作用,在>2.2 m范围表现为不相关。研究显示,毛刺锦鸡儿灌丛化草原不同发育阶段的毛刺锦鸡儿种群空间分布格局是不同的,并随空间尺度的变化而变化,如果在干旱区采用毛刺锦鸡儿对退化草原进行恢复重建,灌木间的株行距以4 m为宜。

景观格局与水土流失的尺度特征与耦合方法

景观格局与生态过程的耦合研究是景观生态学研究的核心科学问题,也是综合自然地理学深化和发展的关键。尺度广泛存在于生态学现象中,尺度效应与尺度转换是景观生态学研究面临的挑战,探讨格局与过程之间相互作用机理与尺度特征是为解决尺度问题提供理论依据的必然途径。水土流失作为一种生态过程,是国内外颇为关注的生态问题。依据多种研究手段,在不同尺度上开展景观格局与水土流失的相互关系与尺度特征的研究,在分析景观格局的时空异质性、水土流失的影响因子与尺度效应的基础上,揭示流域景观格局与水土流失的耦合机理,发展尺度转换方法和景观格局—水土流失过程耦合模型,是完善景观生态学的理论基础,是为水土流失区生态建设提供科学依据的重要途径。

半干旱区景观格局与生态水文过程研究进展

景观格局和生态水文过程之间具有紧密的联系和相互作用,在半干旱地区这种联系尤为显著,是地球科学研究的重要前沿领域。尺度效应在两者关系中起重要作用,不同尺度下两者相互作用机制有很大差异。归纳总结了半干旱地区景观格局与生态水文过程的研究现状与进展,包括二者相互作用机理、影响因素、干扰、尤其是人为干扰对这种相互作用的影响,以及模型模拟等。以尺度为线索,在斑块、坡面和流域尺度进行展开。最后,提出了半干旱地区景观格局与生态水文过程研究中存在的问题、热点和趋势,包括物理机制、干扰后的恢复机制、模型发展、流域尺度集成及尺度转换。

延河流域阔叶林地上生物量遥感监测及空间分布特征分析

黄土高原地区水土流失严重、生态环境恶化,研究其代表区域—延河流域有利于指导植被建设。本文利用2009年生长季的环境减灾小卫星影像,以基于遥感的统计模型法估算了延河流域的阔叶林地上生物量,分析了阔叶林地上生物量与自然、社会条件等方面的相关性,探寻了影响阔叶林地上生物量空间分布的因素。分析结果表明:延河流域阔叶林地上生物量均值为34.45t/hm2,其空间分布特征是南高北低,东西低中部高,其最高值可达209.2t/hm2;气候、地形、植物种类、人为活动四项因子都对生物量的空间分布产生了影响,但制约该地区森林发育的最重要因子还是气候影响中的水分;人类生产生活与阔叶林地上生物量有着相似的分布区域,形成了经济发达地区阔叶林生物量高于欠发达地区的格局,主要原因是当地人为改善环境及国家政策的实施。

黄河三角洲高效生态经济区生态变化、问题与对策

对黄河三角洲生态变化的综合监测与评估,是准确认识三角洲区域生态状况,加强生态环境保护与监管的基础。本文基于多源卫星遥感和地面观测数据,监测黄河三角洲高效生态经济区近30年生态空间和植被长势状况变化,识别区域生态状况基本特征,定量分析区域湿地资源、岸线资源和水沙资源的变化情况;进而结合国家和地方采取的一系列生态保护恢复措施,讨论区域的保护成效,辨识黄河三角洲存在的主要生态问题,提出对策建议。结果表明:①1990-2018年间,黄河三角洲高效生态经济区受城镇空间和农业空间挤占,生态空间面积减少量约为1990年生态空间面积的7.6%,并且沿海及城镇聚集区域周边植被长势有所降低。以坑塘为主的人工湿地面积比例增加了18.1%,人工岸线增加了27.1%,自然湿地资源和自然岸线资源丧失明显。其中,2010-2018年间生态空间被挤占速度有所放缓,各类生态保护规划和工程措施积极作用也逐渐显现,人工湿地面积和人工岸线长度的增速均明显减缓,区域生态保护成效逐渐体现出来。②20世纪50年代以来,黄河水沙条件发生剧烈改变,进入黄河三角洲的水沙资源日趋减少,河口三角洲原生湿地生态补水需求,以及新生湿地面临的蚀退威胁仍然比较严峻。因此,加强区域湿地资源保护修复,优化生态保护空间布局,强化生态空间管控,是提高黄河三角洲生物多样性,促进区域高质量发展的必要手段。