北方农牧交错带多伦县生态系统服务权衡与协同关系研究

科学理解生态系统服务的权衡/协同关系,对于正确指导生态系统可持续管理实践具有重要意义。以位于北方农牧交错带的多伦县为研究区,基于土地利用/覆被、气象、土壤类型、归一化植被指数(NDVI)以及社会经济统计资料等多种数据,分析了2000年、2015年食物供给、碳固持、土壤保持、防风固沙及产水量5种生态系统服务的时空变化,识别了5种服务的供给热点区,并基于相关分析法从县域、乡镇及不同地类3种尺度上对生态系统服务间的权衡/协同关系进行分析。结果表明:(1)2000—2015年,食物供给与土壤保持量增幅较大,产水量与碳固持的供给量增幅较小,防风固沙量大幅下降,5种服务的空间格局基本保持不变;(2)多伦县1类热点区面积明显增加,3类热点区面积明显减少;面积占比超过50%的草地提供5种服务的能力强于耕地;(3)多伦县生态系统服务的权衡关系主要存在于产水量与土壤保持、产水量与碳固持、产水量与食物供给三对服务中;由于研究区生态系统环境的空间异质性较强,各乡镇和两种地类(草地和耕地)上分别只有4对和3对生态系统服务的权衡/协同关系与县域保持一致;(4)不同土地利用类型、海拔、土壤类型等因素的组合使多伦县乡镇之间及乡镇与县域之间的权衡/协同关系存在明显差异。因此,在生态环境更为复杂的整个北方农牧交错带,更需选取合适的空间尺度进行生态系统服务的权衡/协同关系分析,以指导决策者制定合理的生态系统管理措施。

基于标准化降水蒸散指数的呼伦贝尔草原干旱变化特征及趋势分析

呼伦贝尔草原是我国北方地区重要的防风固沙和水源涵养生态功能区,在气候变化的背景下,该区的草原畜牧业和旱作农业深受干旱的影响。研究该区干旱发生的特征及趋势,对当地采取适应气候变化对策具有重要意义。基于1960—2017年呼伦贝尔草原4个气象站逐月降水和气温资料,计算标准化降水蒸散指数(SPEI),并采用Mann Kendall突变检验、Morlet小波分析和R/S分析法分析了近58年呼伦贝尔草原年、季尺度的气候变化及干旱特征与趋势,并结合该区实际发生的灾害事件对SPEI指数进行了验证。结果表明:1)近58年来呼伦贝尔草原在气温显著上升,降水量减少的背景下干旱化趋势显著。2)该区域年尺度和季节尺度下干旱化特征具有差异性,其中,年尺度下,该区域SPEI指数以-0.218×10 a^-1倾向率呈显著下降趋势,1998年是干旱加剧的突变年,未来在11年尺度上有持续偏旱的趋势;季节尺度下,冬季SPEI指数显著增加,且未来在17年尺度上有持续偏湿的趋势,春、夏和秋季的SPEI指数均呈下降趋势,并分别在22年、9年和15年尺度上有持续偏旱的趋势。3)2000年以来,干旱发生的总频率尤其重旱和极旱的发生频率均显著高于其他年代;4)夏季和秋季分别是发生重旱和极旱次数最多的季节。5)SPEI指数在呼伦贝尔草原区的干旱监测与分析中具有较好的适用性。

1960—2017年呼伦贝尔草原极端气候事件时空变化

基于1960—2017年呼伦贝尔草原6个气象站点的逐日气象数据,计算与区域水旱寒热密切相关的13个表征气候变化的指数,利用线性拟合法、Mann-Kendall检验、Sen＇s斜率估计和小波分析等方法,分析呼伦贝尔草原极端气候事件的发生趋势与时空格局。结果表明：（1）表征极端高温指数的夏日日数、暖夜日数、暖昼日数、暖持续日数分别以3.53 d·（10a）^-1、4.09 d·（10a）^-1、3.1 d·（10a）^-1、2.67 d·（10a）^-1的速率显著上升（P〈0.01）;而表征极端低温事件的指数霜日日数、冷夜日数分别以3.22 d·（10a）^-1、2.9 d·（10a）^-1的速率显著下降（P〈0.05）。（2）极端气温的突变开始于20世纪90年代,变暖速率最快的区域位于研究区的东北部,在近58 a的时间尺度上各项极端气温指数显著周期集中于2-9 a。（3）研究区内5 d最大降水量、持续湿润指数分别以5 mm·（10a）^-1、0.2 d·（10a）^-1的速率呈现出显著下降趋势（P〈0.01）,持续干燥指数呈现微弱上升,年总降水量和降水强度呈现下降趋势,但并不显著。（4）表征极端降水事件的指数（普通日降水强度、年湿期降水总量、干燥指数、5 d最大降水量）在南北方向上以研究区的中轴线为界,东部地区干燥指数下降,年总降水量显著上升,具有变湿的趋势;西部地区持续干燥指数增加,持续湿润指数显著减少,呈现出变干的趋势。降雨指数突变点分布并未发现统一规律,显著周期集中于2-7 a。