1982—2020年东北森林带植被绿度时空变化特征

植被绿度变化(绿化或褐化)的时空格局研究有助于了解生态系统结构和功能的变化,制定适应气候变化的生态系统管理政策。在全球气候变化加剧的背景下,过去40a间东北森林带植被绿度如何变化仍不清楚。基于气象再分析数据分析了1982—2020年来东北森林带的气候变化趋势,以叶面积指数(LAI)作为植被绿度的衡量指标分析了东北森林带中大兴安岭、小兴安岭和长白山脉植被绿度的时空变化格局和影响因素。研究发现:1982—2020年东北森林带气候趋势呈现“暖干化”特征。研究区植被绿度总体呈绿化趋势,但2000年后植被绿度变化呈降低趋势的区域增加了7.23倍,主要位于大兴安岭西北部。影响因素分析表明,1982—2000年温度和土壤水分是植被绿度增加的主要驱动因素;而2000年之后,区域内植被绿化的主要驱动因素为土壤水分的增加,降雨和相对湿度降低引起的水分胁迫导致大兴安岭西北部植被褐化加剧。研究结果为揭示东北森林带固碳能力变化、制定适应气候变化的林业管理对策提供了科学参考。

基于GIS与RS的东北森林带景观格局演变与模拟预测

研究东北森林带景观格局及演变,对评估我国东北地区生态安全具有重要意义。以东北森林带为研究区,选取2000年、2005年、2010年、2015年的MODIS遥感影像,将东北森林带景观类型划分为森林、草地、湿地、农田、人工表面和其他用地6类。对东北森林带2000—2015年景观格局变化进行生态系统结构、生态系统转换方向、景观指数变化分析,运用MCE-CA-Markov模型,模拟2020年东北森林带景观格局变化趋势。研究结果表明:15年间,生态系统整体呈稳定状态,前10年生态系统改善趋势较强,后5年转变趋势变缓。人工表面逐年增加,城市化进程有所加快;草地的破碎化在15年间有所加剧,而森林的破碎化程度较低且变动较小;运用MCE-CA-Markov模拟景观格局演变是可行的,模拟东北森林带2015年景观格局结果与MODIS分类结果一致,Kappa系数为0.9181,相对精度达到80.88%;预测结果显示,2020年东北森林带的森林、农田比例将进一步下降,草地、人工表面比例进一步上升。研究表明东北森林带的生态环境恢复和重建将面临较大压力。

东北地区森林生态系统质量与功能提升对策建议

东北森林作为国家生态安全战略格局“两屏三带”和重要生态系统保护/修复重大工程“三区四带”中唯一森林带,在维护区域国防安全、粮食安全、生态安全、能源安全和产业安全等方面发挥着重要作用。长期以来,因自然与人为干扰,东北森林生态系统质量下降,影响其生态屏障功能的持续、稳定发挥。为有效提升东北森林生态系统质量和功能,本文基于东北森林生态系统野外科学观测研究站的长期观测和研究结果,结合地形、地貌特征,将东北森林划分为长白山、小兴安岭、大兴安岭、平原防护林、高原防护林、丘陵防护林等6个一级林区(包括12个亚林区),系统评估了各林区/亚林区的森林生态系统质量及其功能现状,甄别存在的问题并分析其成因;据此提出了完善并实施森林生态系统保护修复制度,实施提升东北森林生态系统生态屏障功能和木材战略储备能力的经营技术,实施“山水林田湖草沙”防护林生态系统构建、质量/功能提升技术等对策建议,为东北森林生态系统可持续经营及功能持续、稳定和高效发挥提供参考。

东北森林屏障带生态系统服务权衡与协同关系

东北森林带是我国重要的生态屏障,生态系统服务权衡研究对协调该区生态环境保护和社会经济发展至关重要。本研究利用全局空间自相关分析、双变量空间相关分析、空间聚类分析等方法,探明了东北森林带水源涵养等6种生态系统服务的空间格局以及它们之间权衡、协同关系的作用机制和空间分异。结果表明:研究所选取的6种生态系统服务均呈现出显著的聚集性分布;整体看来,水源涵养、生物多样性维持、土壤保持和固碳释氧4项生态服务呈现出协同关系,防风固沙、粮食供给与其他服务呈现出权衡关系。由于生态系统可以提供多种生态系统服务,且不同生态系统所提供的生态系统服务类型和数量具有明显差异,不同生态系统服务之间权衡/协同关系因此而存在明显的空间分异。本研究通过生态系统服务簇将研究区划分为生态系统服务平衡区、生态系统服务协调区、防风固沙区和粮食供给区4个区域,以期为研究区生态系统服务管理提供科学依据,促进资源与生态环境的全面协调和可持续发展。

基于电路理论的东北森林带生态安全网络构建

东北森林带是全国生态功能区划"两屏三带"的重要组成部分,对保障区域乃至全国的生态安全具有重要意义。构建该区域的生态安全网络是对其进行生态格局优化、功能提升的重要基础。本研究基于东北森林带生态系统服务重要性,应用In VEST模型中生境质量分析模块以及电路理论,对研究区生态源地、生态廊道、障碍点和夹点进行了识别,并构建了研究区的生态系统服务安全网络。结果显示:研究区内共识别出生态系统服务源地30处,总面积为16.40×10^(4)km^(2),占总面积的27.3%,以林地、湿地等生态用地为主。关键生态廊道42条,总长度2475.55 km,潜在生态廊道20条,平均长度为420.55 km。研究区内生态改善区的面积为56.45×10^(4)km^(2),根据累计电流值的提升程度,将生态修复区域分为3个优先级,其中一、二级改善区的面积分别占12.8%和24.3%。本研究根据区域内生态源地、生态廊道、生态夹点、生态障碍点以及改善区空间分布格局构建了该区的生态系统服务安全网络,并根据其特征给出了修复和改善的建议,为东北森林带生态格局优化及功能提升提供科学依据。

基于GeoSOS-FLUS平台的东北森林屏障带生态格局优化

东北森林带作为我国两屏三带生态安全战略格局的重要载体之一,其生态格局的优化对提升区域生态系统功能、质量及稳定性具有重要意义。本研究通过分析该区土地利用和生态系统服务时空格局,明确其主要驱动因子,以提升其主导生态功能为目标,并耦合生态服务演变驱动机制,利用元胞自动机模型对其土地利用格局进行了优化模拟。结果显示:不同类型驱动因子对各生态系统服务的作用存在明显差异:生境质量与土地利用的相关性最高(R=-0.420,P<0.05),水源供给则受到年降水量的显著影响(R=0.602,P<0.05),土壤保持受到高程的显著影响(R=0.358,P<0.05),水源涵养与降水密切相关(R=0.760,P<0.05),而粮食供给则受到高程(R=-0.418,P<0.05)、坡度(R=-0.225,P<0.05)和温度(R=0.306,P<0.05)的共同影响。本研究还发现,针阔混交林对水源涵养能力和生境质量服务重要性最高;相对于旱地,水田对粮食生产的重要性更高。结合上述结果进行的土地利用优化模拟结果显示,虽然生态用地(包括林地、草地、湿地)、生产用地(水田、旱地)和生活用地(建设用地)的比例与优化前没有明显差异,但长白山和小兴安岭地区的林地,应从现有以落叶阔叶林为主转变为以针阔混交林为主,以提高这两个地区的水源涵养和生境质量;大兴安岭地区应将部分落叶阔叶林转化为湿地以提高该区的水源涵养功能。在控制耕地总量不发生明显变化的条件下,提高小兴安岭和长白山地区与三江平原交汇区耕地中水田的比例,可以提高粮食供给服务。由此可见,本研究在不进一步激化生态用地和其他用地类型空间矛盾的基础上,优化了研究区生态格局,为促进东北森林带主导生态功能提升及屏障作用的充分发挥提供了科学依据。

小兴安岭凉水国家级自然保护区植物beta多样性及其影响因素

自然保护区如何设置才能够最大程度保护生物多样性,是保护生物学的研究热点;阐明beta多样性特征、组分格局及其影响因素是保护生物学的重要基础。本研究选取小兴安岭凉水国家级自然保护区不同功能区(核心区、缓冲区、实验区)及毗邻地区(保护区外)共80块样方作为研究对象,调查每块样方的保护位置(经纬度、海拔、坡位、坡度、坡向)和群落结构(郁闭度、林龄、乔木树高、胸径、灌木树高、地径),并采集0-20 cm土壤样品,测定土壤理化性质(有机碳、全氮、pH值、电导率、含水量、容重)。将样方间的beta多样性分解为物种周转和物种多度差异两种组分,通过Mantel分析、冗余分析和方差分解分析解析非生物因子(地理地形、保护强度、土壤因子)和生物因子(群落结构)对beta多样性及其组分的影响。结果表明:(1)乔、灌、草3层中,物种周转组分对于beta多样性的贡献均占主导地位(65%-73%),物种多度差异贡献较小。(2)Mantel检验结果表明,乔、灌、草3层beta多样性及其组分与地理地形指标显著相关的因子最多;土壤因子只对乔木层和灌木层beta多样性及组分有影响,对草本层影响不大。其中坡位、坡度、乔木树高和保护强度均与保护区乔、灌、草3层beta多样性显著正相关(P<0.05)。(3)植物整体beta多样性受地理地形影响最大,但存在乔、灌、草差异。乔木层beta多样性受生物因子影响最大;灌木层的土壤因子解释力分别为地理地形和生物因子的2倍;而草本层主要受地理地形的影响,其解释力分别是土壤和生物因子的26倍和3倍。乔木胸径对植物beta多样性差异具有最大的解释作用。本研究结果表明,未来保护区设置需要根据保护植物的类型,选择适当的林分结构、土壤和地理地形等,以增强保护区植物多样性保护的效果。