环青海湖地区草地蝗虫发生的生态环境条件分析

为了有效地进行草地蝗虫的防治，必须摸清其生长和繁殖与生态环境条件的关系，研究表明，在环青海湖地工温对草地蝗虫影响较为明显是在蝗卵越冬期和卵化期。土壤的温度、质地及水分和盐分含量对草地蝗虫的发生和繁育也有一定的影响。     

草原不同沙化地段蝗虫与植物群落多样性的变化及相互关系的数值分析

通过对植物和蝗虫种群生物量的调查，研究了宁夏盐池县干草原沙化过程中植物和蝗虫群落结构、多样性与丰富度的变化，以及其相互关系．结果表明，植物和蝗虫群落随着草地的沙化程度表现出序列性演替过程，蝗虫群落多样性直接受植物群密结构变化的影响，但二者的变化趋势并不完全平行．草地沙化对蝗虫群落多样性和丰富度是一种灾变性影响：沙化导致植被结构与土壤硬度的变化，造成蝗虫产卵地条件的改变．     

草原不同沙化地段蝗虫与植物群落多样性的变化及相互关系的数…

通过对植物和蝗虫各群生物量的调查，研究了宁夏盐池县干草原沙化过程中植物和蝗虫群落结构，多样性与丰富度的变化，以及其相互关系，结果表明，植物和蝗虫群落随着草地的沙化程度表现序列性演替过程，蝗虫群落多样性直接受植物群落结构变化的影响，但二者的变化趋势并不完全平行，草地沙化对蝗虫群落多样性和丰富度是一种灾变性影响，沙化导致植被结构与土壤硬度的变化，造成蝗虫产卵地条件的改变。     

基于多时相遥感的蝗虫生境类型对蝗虫发生的影响

蝗虫生境类型与蝗虫的发生和成灾有着密切联系。对蝗虫生境类型进行正确划分,是研究蝗虫发生与生境关系机理以及进行蝗灾预测预警的关键。综合利用1992—2010年7景LandSat TM数据,利用改进的蝗虫生境类型提取方法,对3个典型历史时期(1992、2000和2009年)渤海新区蝗虫生境进行分类,并结合气象数据对蝗虫发生的影响因素作了分析。研究表明改进的蝗虫生境类型提取方法充分利用多时相数据中植被的物候信息,较好地解决了关键生境类型识别中的同物异谱和同谱异物问题,3个时期蝗虫生境类型分类图分类总精度分别达到89.92%、90.84%和92.23%,Kappa系数分别为0.869 5、0.880 9和0.904 7。对比分析显示,在研究时段芦苇地面积保持稳定,草地面积变大,在蝗虫大暴发时期达到596.2 km2。进一步的分析表明,典型历史时期研究区蝗虫暴发是生境类型和气候因子综合影响的结果。2000年蝗虫大暴发的主要原因是草地面积增加和气候因子的促进作用;2009年蝗虫暴发程度减轻是由于苜蓿地面积增加、草地面积减少以及降水增加等因素共同作用的结果。     

青海湖流域草地退化时空分布特征

青海湖地区是我国青藏高原的生态脆弱区,草地退化状况是反映该流域生态环境状况的有效指标。在对青海湖流域退化草地进行分类的基础上,利用遥感手段获得流域退化草地的空间分布和空间动态。在草地退化重点区域选取8个样地来反映流域不同区域、不同类型草地的退化情况。结果表明,1977—2000年青海湖流域草地退化情况十分严重,流域内草地共减少206.68 km~2,其中,大部分草地转变为耕地和沙地。草地退化主要集中在湖区南岸、共和县的黑马河乡及布哈河口的鸟岛3个区域。2000年以后,流域内草地退化情况得到明显改善,草地总面积开始有所增加,主要原因是2000年之后温度升高和降水增加为草地的生长和改善提供了有利的自然条件,以及政府和相关部门在流域内实行了一系列草地保护政策。2004年是青海湖流域气候转折年,流域气温明显升高,降水明显增加,青海湖水位下降趋势有所缓解,流域草地退化现象明显好转。青海湖流域草地是该流域生态系统的重要指示植被,利用归一化植被指数(NDVI)可准确监测流域植被变化情况。     

祁连山高山草地蝗虫群落组成、发生时间动态及生物学特性

于2007～2009年间用网罩法全面调查祁连山高山草地蝗虫群落,用野外笼罩法观测优势种蝗虫的发生时间、发育历期和栖境选择,用每雌虫产卵数来说明其生殖力特性.结果表明:该草地蝗虫群落有蝗虫15种、分属4科10属,优势种有红翅皱膝蝗、亚洲小车蝗、宽须蚁蝗、小翅雏蝗和白纹雏蝗.按虫卵孵化时间和成虫发生期,可将草地蝗虫划分为早期发生和混合发生2种类型.发育历期在不同种类之间和龄期之间差异较大,不同种类的相同发育期差异也较大,红翅皱膝蝗若虫1～3龄、成虫期和整个世代发育时间显著长于其它蝗虫(P0.05);同一种类蝗虫不同龄期的发育历期也不相同.草地蝗虫繁殖力在不同种类间差异较大,亚洲小车蝗和白纹雏蝗每头雌虫含卵囊数显著高于其它种类(P0.05),红翅皱膝蝗和亚洲小车蝗卵囊中含有卵粒数显著大于其它种类(P0.05).蝗虫的栖境主要有植栖型、地栖型和兼栖型3种类型,蝗虫个体大小、植被结构和对其栖境选择有重要影响.表3参44     

环境约束下牧区人口和种群持续增长模型研究

利用多元统计分析方法,对青海湖地区历年人口和种群的统计数据进行分析,并建立在环境约束下人口和种群持续增长模型,对区域人口适度规模、畜群最大环境容纳量和最大持续产量进行了估算和分析。通过估算得出:青海湖地区牦牛环境容纳量为51.9327万头,最大可持续产量为12.9831万头;藏羊环境容纳量为231.203万只,最大可持续产量为57.8007万只。在此分析的基础上,利用建立的相关模型以5a为时间段对青海湖地区未来25a的人口和牲畜数量进行了预测。最后,针对性地提出了大力改善草地生态环境、提高草地利用率和增加草地面积、采取人为措施调节牲畜出栏率、改变草畜生态环境等高原牧区人口、资源与环境可持续发展的对策。     

土地利用变化对青海湖流域生境质量的影响

以青海湖流域2005—2015年土地利用图为基础,利用InVEST模型和"3S"技术对青海湖流域生境质量进行定量估算,分析了青海湖流域生境质量的时空分布特征,以揭示土地利用变化对流域生境质量的影响。结果表明,(1)草地、湖泊、高寒荒漠、裸岩石质地、沼泽是青海湖流域主要的土地利用类型,占流域总面积的90%左右。2005—2015年,流域内各土地利用类型基本保持稳定,但主要土地利用类型均发生不同程度的变化,湖泊、交通工矿建设用地、永久性冰川雪地面积比例分别增加了0.22%、0.03%和0.03%;沼泽、滩涂、沙地、高寒荒漠分别减少了0.13%、0.04%、0.04%和0.03%。(2)青海湖流域生境质量表现为东南高、西北低。2005、2010、2015年三期生境质量第1等级与第2等级占流域总面积的53.73%—72.56%。三期生境质量第4等级与第5等级占流域总面积的23.32%—29.57%。2005—2015年,流域生境质量整体稳步趋好,局部有所降低。(3)2005—2010年,流域内草地、沼泽面积下降,居民点、交通建设用地沙地、面积增加,河流、裸土、居民点生境质量分别下降了0.09、0.04和0.02。耕地面积减少,威胁源强度降低,耕地生境质量升高了0.02。2010—2015年,河流面积略有增加,河流生境质量升高了0.11。青海湖面积增加了63.70km~2,湖泊生境质量升高了0.06,同期湖泊生境质量第1等级面积占青海湖面积的97.13%,占生境质量第1等级面积的57.65%,占流域面积的14.57%。青海湖水体面积及生境质量可作为流域生态环境质量的重要指示因子。(4)青海湖流域生境质量呈现西北冷环湖热的特点,热点区域主要位于青海湖北部和南部,冷点主要分布于流域西北部。2005—2015年,流域西北部冷热点面积的波动与裸岩石质地、高寒荒漠面积变化密切相关。青海湖北部草地面积减少、居民点及交通工矿建设用地面积增加导致热点面积下降。流域土地利用变化是导致生态环境质量变化的重要原因。     

遥感与GIS在蝗虫生境研究中的应用进展

蝗虫生境是蝗虫赖以生活、生存的环境。利用遥感技术获取与蝗虫密切相关的各种生境因子,并结合GIS技术研究和阐明蝗虫的生境因子对东亚飞蝗的产卵、孵化、成虫、迁飞等生育周期的影响机理,是实现对蝗虫监测、预测预警的基础。文章首先分析了各种蝗虫生境因子对蝗虫发生的影响机理,认为这些生境因子对蝗灾发生的影响不是孤立地起作用的,仅靠单个生境因子进行蝗灾的预测是不全面的,而遥感和GIS技术方便的获取、管理和分析多种生境因子数据,在大尺度蝗灾发生监测和预警中起到不可替代的作用。通过对遥感与GIS在蝗虫的不同发育阶段（蝗卵发育阶段、蝗蝻发育阶段和成虫阶段）的应用及其进展的分析,认为对蝗虫不同生育阶段的遥感监测需采用不同的参数和技术才能达到更好的效果,最后提出了遥感与GIS在蝗虫生境监测方面的未来发展方向。     

草地灌丛化研究进展

草地灌丛化(Shrub encroachment)会导致生态系统结构和功能改变,甚至可能导致干旱区土地退化和荒漠化.本文从降雨、气温、土壤、生物以及人为活动等方面综合分析灌丛化的成因,总结灌丛化对生态系统的影响以及控制灌丛化的有效措施.降水增加及其分配格局的改变通常会促进草地灌丛化;温度升高能够减少灌木冻害,降低灌木死亡率,有利于灌木扩张;由于灌木适应能力较强,土壤退化有利于灌木入侵;过度放牧促进草地灌丛化,而适当的火烧会抑制灌丛的扩展.草地灌丛化会导致草地可用性降低,改变土壤养分与水分分布格局,但对植物多样性及生产力的影响表现出不同的结果.降低人为干扰强度、适当火烧、人工去除灌木是控制草地灌丛化的有效措施,但在不同区域应采用不同组合措施以提高成效.目前灌丛化研究结果多基于对野外自然过程的观察和分析,缺乏大尺度、长时期野外控制实验证据的支持;有关灌丛化草地是否能恢复,哪种条件和措施下可以恢复的全球性认识还不一致;我国草地灌丛化发生时间较长,但对其研究尚处起步阶段,应加强国际对比研究,有利于在更长的时间尺度上阐释草地灌丛化的发生过程和机制.     

三江源地区基于植被生长季的NDVI对气候因子响应的差异性研究

采用1999—2008年NDVI和三江源地区及周边31个气象站点的温度和降水旬数据,在确定每年5月中旬至9月底作为三江源地区植被生长季（14旬）的基础上,分析NDVI对气候因子变化响应的区域差异。结果显示：以巴颜喀拉山为界,三江源西部生长季内NDVI指数对温度、降水的线性相关性明显比中东部普遍,同时,不同海拔地段响应程度存在着明显的差异,且海拔5300m左右为线性响应的最高限,NDVI对气候因子的线性响应主要表现为对温度正相关和降水负相关。因此,对三江源生长季内植被生长而言,水条件明显好于温度条件,并且温度对植被覆盖的影响通过直接正相关和降水负相关表现出来,温度是三江源地区植被生长的主导因子。     

1982—2006年京津冀地区植被时空变化及其与降水和地面气温的联系

利用NOAA/AVHRR归一化植被指数（Normalized difference vegetation index,NDVI）,分析过去25年（1982—2006年）京津冀地区生长季（4—10月）植被覆盖时空变化、趋势及其与降水和地面气温的联系。经验正交函数展开（EOF）、奇异值分解（SVD）及相关分析,结果表明：过去25年京津冀地区植被总体呈增加趋势,其中,河北中部地区增长速率超过3%/10 a。植被覆盖年际变化与气温变化呈正相关,但与降水变化的正相关更加显著。1989年和1999—2002年的干旱导致当年NDVI显著减少,而1990、1998年和2003—2005年降水增加使得研究区NDVI明显增加。     

河北省夏玉米气候适宜度及其变化特征分析

采用逐日气象要素和统计方法,建立了河北省夏玉米（Zea Mays）各生育期气候适宜度评价模型,计算了河北省1981—2010年逐年夏玉米各生育期气温、降水、日照、气候适宜度值,并对夏玉米各生育期气候适宜度特征及变化趋势进行了分析。结果表明：夏玉米生长期间气温适宜度最高,日照次之,降水最低且变异系数最大。气温适宜度以夏玉米灌浆期最低,变异系数最大;日照和降水适宜度均以抽雄期最低且变异系数最大。多年适宜度变化趋势为：全生育期日照适宜度明显下降（下降速率为0.047/10a）;气温适宜度基本持平;降水适宜度波动较大,无明显变化规律。幼苗和灌浆期气候适宜度呈下降趋势（下降速率分别为0.015/10a,0.024/10a）,其中幼苗期气候适宜度下降由期间气温和日照适宜度下降引起;灌浆期气候适宜度下降由日照和降水适宜度下降引起。     

Effects of long-term nitrogen addition and precipitation changes on CH4 flux in an alpine steppe北大核心CSCD

土壤是甲烷(CH4)重要的源和汇.氮沉降和降水格局变化正在急剧改变土壤碳循环,进而可能对土壤CH4通量造成深刻影响.高寒生态系统是巨大的碳库,对氮沉降和降水变化十分敏感.然而,目前多数研究集中在短期实验上,缺乏对长期氮沉降和降水变化背景下CH4通量的响应及其调控因素的认识.以青藏高原高寒草原为研究对象,在2013年搭建模拟氮沉降和降水格局改变实验平台.基于静态箱–气相色谱法测定2020年生长季(5-10月)土壤CH4通量.结果显示,高寒草原土壤呈CH4的汇.氮添加没有显著改变生长季和植物生长高峰CH4通量.然而,降水变化显著改变了生长季和植物生长高峰CH4通量,其中降水增加(+50%降水)降低了CH4的吸收(分别为–16%和–45%),降水减少(–50%降水)增强了CH4的吸收(分别为+73%和+33%).进一步研究发现,与植物属性和功能基因丰度相比,土壤环境因子主导了CH4通量变化(解释率>90%).其中CH4通量与土壤含水量和温度显著正相关,与土壤pH显著负相关.综上所述,在未来全球变化情景下,降水格局改变更能调节青藏高原高寒草原CH4通量的变化.(图6表1参37)     

Climate warming and predation risk during herbivore ontogeny

Phenological effects of climate change are expected to differ among species, altering interactions within ecological communities. However, the nature and strength of these effects can vary during ontogeny, so the net community-level effects will be the result of integration over an individual's lifetime. I resolved the mechanism driving the effects of warming and spider predation risk on a generalist grasshopper herbivore at each ontogenetic stage and quantified the treatment effects on a measure of reproductive fitness. Spiders caused nymphal grasshoppers to increase the proportion of herbs in their diet, thus having a positive indirect effect on grasses and a negative indirect effect on herbs. Warming strengthened the top-down effect by affecting spiders and grasshoppers differently. In cooler, ambient conditions, grasshoppers and spiders had a high degree of spatial overlap within the plant canopy. Grasshopper position was unaffected by temperature, but spiders moved lower in the canopy in response to warming. This decreased the spatial overlap between predator and prey, allowing nymphal grasshoppers to increase daily feeding time. While spiders decreased grasshopper growth and reproductive fitness in ambient conditions, spiders had no effect on grasshopper fitness in warmed treatments. The study demonstrates the importance of considering the ontogeny of behavior when examining the effects of climate change on trophic interactions.     

河北省夏玉米气候适宜度及其变化特征分析

采用逐日气象要素和统计方法,建立了河北省夏玉米(Zea Mays)各生育期气候适宜度评价模型,计算了河北省1981—2010年逐年夏玉米各生育期气温、降水、日照、气候适宜度值,并对夏玉米各生育期气候适宜度特征及变化趋势进行了分析。结果表明:夏玉米生长期间气温适宜度最高,日照次之,降水最低且变异系数最大。气温适宜度以夏玉米灌浆期最低,变异系数最大;日照和降水适宜度均以抽雄期最低且变异系数最大。多年适宜度变化趋势为:全生育期日照适宜度明显下降(下降速率为0.047/10a);气温适宜度基本持平;降水适宜度波动较大,无明显变化规律。幼苗和灌浆期气候适宜度呈下降趋势(下降速率分别为0.015/10a,0.024/10a),其中幼苗期气候适宜度下降由期间气温和日照适宜度下降引起;灌浆期气候适宜度下降由日照和降水适宜度下降引起。     

1982—2006年中国半干旱、干旱区气候与植被覆盖的时空变化

利用1982-2006年英国CRU(Climatic Research Unit)全球气温降水数据和NOAA/NASA归一化植被指数(theNormalized Difference Vegetation Index,NDVI)数据,分析了中国内陆半干旱和干旱区的气候、植被覆盖的时空变化。结果表明,虽然中国内陆半干旱和干旱区的部分区域降水减少,但整体上向暖湿化发展。在暖湿化背景下,中国内陆半干旱和干旱区的植被总体以改善为主(>1%.(10a)-1),特别是新疆西北部和青海东南部;但局部有微弱的减少趋势[(0~-1)%.(10a)-1],如新疆南部和东部、甘肃西北部。最后,以乌鲁木齐为例,分析发现气温增加导致植被生长季延长和降水的增加,使得过去25年乌鲁木齐的植被覆盖有明显的改善。     

Photosynthetic resource-use efficiency and demographic variability in desert winter annual plants

We studied a guild of desert winter annual plants that differ in long-term variation in per capita reproductive success (lb, the product of per capita survival from germination to reproduction, l, times per capita reproduction of survivors, b) to relate individual function to population and community dynamics. We hypothesized that variation in lb should be related to species' positions along a trade-off between relative growth rate (RGR) and photosynthetic water-use efficiency (WUE) because lb is a species-specific function of growing-season precipitation. We found that demographically variable species have greater RGR and greater leaf carbon isotope discrimination (Delta, a proxy inversely related to WUE). We examined leaf nitrogen and photosynthetic characteristics and found that, in this system, variation in Delta is a function of photosynthetic demand rather than stomatal regulation of water loss. The physiological characteristics that result in low Delta in some species may confer greater photosynthetic performance during the reliably moist but low temperature periods that immediately follow winter rainfall in the Sonoran Desert or alternatively during cool periods of the day or early growing season. Conversely, while species with high Delta and high RGR exhibit low leaf N, they have high biomass allocation to canopy leaf area display. Such trait associations may allow for greater performance during the infrequent conditions where high soil moisture persists into warmer conditions, resulting in high demographic variance. Alternatively, high variance could arise from specialization to warm periods of the day or season. Population dynamic buffering via stress tolerance (low RGR and Delta) correlates negatively with buffering via seed banks, as predicted by bet-hedging theory. By merging analyses of population dynamics with functional trait relationships, we develop a deeper understanding of the physiological, ecological, and evolutionary mechanisms involved in population and community dynamics.     

Effects of life‐history requirements on the distribution of a threatened reptile

Survival and reproduction are the two primary life‐history traits essential for species’ persistence; however, the environmental conditions that support each of these traits may not be the same. Despite this, reproductive requirements are seldom considered when estimating species’ potential distributions. We sought to examine potentially limiting environmental factors influencing the distribution of an oviparous reptile of conservation concern with respect to the species’ survival and reproduction and to assess the implications of the species’ predicted climatic constraints on current conservation practices. We used ecological niche modeling to predict the probability of environmental suitability for the alligator snapping turtle (Macrochelys temminckii). We built an annual climate model to examine survival and a nesting climate model to examine reproduction. We combined incubation temperature requirements, products of modeled soil temperature data, and our estimated distributions to determine whether embryonic development constrained the northern distribution of the species. Low annual precipitation constrained the western distribution of alligator snapping turtles, whereas the northern distribution was constrained by thermal requirements during embryonic development. Only a portion of the geographic range predicted to have a high probability of suitability for alligator snapping turtle survival was estimated to be capable of supporting successful embryonic development. Historic occurrence records suggest adult alligator snapping turtles can survive in regions with colder climes than those associated with consistent and successful production of offspring. Estimated egg‐incubation requirements indicated that current reintroductions at the northern edge of the species’ range are within reproductively viable environmental conditions. Our results highlight the importance of considering survival and reproduction when estimating species’ ecological niches, implicating conservation plans, and benefits of incorporating physiological data when evaluating species’ distributions.     

Relationships between species richness, evenness, and abundance in a southwestern savanna

Species richness and evenness are components of biological diversity that may or may not be correlated with one another and with patterns of species abundance. We compared these attributes among flowering plants, grasshoppers, butterflies, lizards, summer birds, winter birds, and rodents across 48 plots in the grasslands and mesquite-oak savannas of southeastern Arizona. Species richness and evenness were uncorrelated or weakly negatively correlated for each taxonomic group, supporting the conclusion that richness alone is an incomplete measure of diversity. In each case, richness was positively correlated with one or more measures of abundance. By contrast, evenness usually was negatively correlated with the abundance variables, reflecting the fact that plots with high evenness generally were those where all species present were about equally uncommon. Therefore richness, but not evenness, usually was a positive predictor of places of conservation value, if these are defined as places where species of interest are especially abundant. Species diversity was more positively correlated with evenness than with richness among grasshoppers and flowering plants, in contrast to the other taxonomic groups, and the positive correlations between richness and abundance were comparatively weak for grasshoppers and plants as well. Both of these differences can be attributed to the fact that assemblages of plants and grasshoppers were numerically dominated by small subsets of common species (grasses and certain spur-throated grasshoppers) whose abundances differed greatly among plots in ways unrelated to species richness of the groups as a whole.