三江源区草地生态系统质量及其动态变化

为探讨三江源区2000—2010年草地植被的时空演变特征,定量评价三江源区草地生态系统质量及其动态变化,采用植被覆盖度和NPP 2个生态参数,分析三江源区草地生态系统的时间变化特征和空间分布规律.结果表明:2000—2010年三江源区草地年均植被覆盖度为26.89%,年均NPP（以C计）为34.35 g/m2,11 a间二者均呈增加趋势.三江源区草地质量具有明显的季节性变化特征,呈南高北低、东高西低的空间分布格局.从11 a的平均结果来看,三江源区草地植被覆盖度在8月达到最大值,约为59.19%;而草地NPP在7月达到最大值,为98.53 g/m2.气温是三江源区草地植被覆盖度变化的主要影响因子,而雨热不同期则造成三江源区草地NPP的年际波动变化.植被覆盖变化是气候变化和人类活动共同作用的结果.研究显示,2000—2010年三江源区草地生态系统质量有所改善,特别是生态工程实施后,草地生态系统质量明显好转.三江源区需在促进农牧业产业升级和资源优化配置的基础上,继续采取积极的减压增效措施,真正实现草畜平衡,达到生态保护的目的.      

2001-2010年三江源区草地净生态系统生产力估算

三江源区位于青藏高原腹地,是我国长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地.为了准确估算该地区草地生态系统的净生态系统生产力,收集整理了2001—2010年青藏高原10个通量观测站点的观测数据,构建了三江源区草地生态系统NEP（net ecosystem production,净生态系统生产力）估算模型,并在站点尺度进行了模型参数化和精度验证;结合区域尺度气象和遥感数据,估算了三江源区草地生态系统NEP.结果表明:① 2001—2010年三江源区草地生态系统多年平均NEP空间分布具有明显的空间异质性,大部分地区表现为碳汇,NEP（以C计）平均值为41.8 g/（m2·a）.② 三江源区草地生态系统NEP呈波动增加趋势,从2001年的20.0 g/（m2·a）增至2010年的82.5 g/（m2·a）;除2002年表现为弱碳源外,其余年份均表现为碳汇,并以2010年碳汇能力为最强.③ 2001—2010年三江源区草地生态系统NEP平均年增长率为5.4 g/m2;NEP年际变化率空间分布显示,大部分地区NEP呈增加趋势,仅有东南部和中部部分区域NEP呈下降趋势.研究显示,2001—2010年三江源区草地生态系统表现为碳汇,并且由于气候的暖湿化趋势,碳汇强度总体表现为增强.      

三江源区东部8县草地退化格局分析

利用3期遥感影像（20世纪70年代末MSS,20世纪90年代初和2004年TM）,借助1：100000地形图、1：1000000 草地图和植被图以及野外考察景观照片,对三江源区东部8县的草地退化状况进行分析,结果表明：①东部8县草地退化,总体为轻微退化类型区,退化趋势减弱。轻度破碎化草地、轻度破碎化和轻度覆盖度下降草地类型占该区总退化类型面积的63%;②轻度退化草地以阿尼玛卿山地周围所占比例最大。中度退化草地主要位于西部和南部山体的阳坡、半阳坡,而在阴坡上很少发现。重度退化草地多数分布于河流、居民点周围;③海拔3700~4500m之间是草地退化主要发生区,两时段退化草地面积分别占总草地面积的11.88%和8.01%,而8°~25°也集聚了东部8县主要草地退化类型;④两时段草地退化比重由20世纪70年代末到90年代初11.2%减小为20世纪90年代初到2004的9.8%,但草地退化趋势仍在持续;⑤研究有助于从本底上准确把握三江源区草地退化状况,进而认识源区主体生态系统本底状况。     

西藏生态安全屏障保护与建设工程的宏观生态效应

西藏高原是我国重要的生态屏障、江河源区与生物物种基因库,为了保障其生态功能的持续有效发挥,2008年开始实施西藏高原生态安全屏障保护与建设工程。论文基于工程规划目标,通过对比监测2000—2008年与2008—2015年西藏高原生态系统及其关键服务的时空变化,科学地评估西藏高原生态工程的生态效应。结果表明：工程实施前、后8 a相比,1）西藏高原生态系统格局稳定少动,生态系统宏观状况趋向良性发展。森林面积持续增加,荒漠面积显著减少,水体与湿地面积从减少转变为增加。2）草地退化趋势明显减弱、草地恢复态势显著,退化草地占比下降了19.9%,恢复草地占比增加了33%。植被覆盖度增加趋势明显,平均提高了1.9%,特别是高寒草甸类。草地载畜压力明显减少,牧草供给能力提升,草畜矛盾有所缓解。3）生态系统水源涵养能力增加,碳汇总量略有提高,防风固沙服务能力稳步上升。然而,降雨量增加导致降雨侵蚀力增强,植被覆盖度增加但植被根系土壤层无法短时期内恢复,从而导致土壤保持服务能力有所下降。4）西藏高原的暖湿化气候有利于减缓荒漠化进程并促进生态系统恢复,而生态安全屏障保护与建设工程的实施对西藏高原生态系统服务能力的提升特别是工程区局部生态恢复具有一定的正面作用。     

三江源植被保持土壤能力的时空变化

为深入了解三江源区植被保持土壤的能力,以RS和GIS为技术支撑,在对三江源区植被覆盖度动态变化特征分析的基础上,利用SL190—2007《土壤侵蚀分类分级标准》推荐的中国土壤侵蚀模型CSLE(Chinese soil loss equation)估算了2000—2010年三江源区植被的土壤保持能力,并分析其时空动态变化特征. 结果表明:①2000—2010年三江源区年均植被覆盖度为43%~50%;植被平均土壤保持量为849~955 t/km2,并且空间差异很大,总体上呈自西北向东南增加的空间分布格局. ②2000—2010年植被的土壤保持能力呈逐渐增加趋势,其中2000—2005年各流域的土壤保持能力平均增加了约29 t/km2,并以大夏河与洮河流域土壤保持能力的增幅(约700 t/km2)最大,其次为玛曲至龙羊峡(约300 t/km2),羌塘高原区植被的土壤保持能力增幅(仅2.08 t/km2)最小;2005—2010年各流域的土壤保持能力呈现轻微增长,平均增加了约9 t/km2,其中增幅较大的是柴达木盆地东和直门达至石鼓流域(约16 t/km2),增幅最小的是羌塘高原区(仅3.90 t/km2). ③三江源植被土壤保持能力随植被覆盖度的增加呈非线性增长,可通过指数或幂函数形式表达. 研究显示,增加植被覆盖度有助于提高三江源区的土壤保持能力、控制区域土壤侵蚀.      

1956-2010年三江源区水土流失状况演变

为研究三江源区水土流失状况变化及其可能成因,基于1956—2010年三江源区水文、气象观测资料以及遥感数据,借助Mann-Kendall趋势检验法分析了输沙量的年际变化,并采用双累积曲线、RUSLE（修正的通用土壤流失方程）分析了水土流失状况变化的可能成因.结果表明:① 三江源区输沙量表现为黄河源区>长江源区>澜沧江源区,输沙量最大值均出现在6—8月,最小值均出现在12月—翌年1月.② 各流域输沙量的年际变化较大,并且均以20世纪80年代为最大.2005—2010年黄河源区输沙量较多年平均值减少32.25%,而长江源区和澜沧江源区分别相应增加24.76%和41.86%.黄河源区土壤水蚀量增加明显,长江源区不同河段各有增减,澜沧江源区土壤水蚀强度降低.③ 引起水土流失状况变化的原因主要包括气候变化和生态工程两个方面.即① 降雨量的增加导致降雨侵蚀力和径流量增加,使得土壤水蚀量和河流输沙量有所增加;② 生态工程实施后,土壤中w（有机质）虽有所增加,但仍明显低于1980年的水平.尽管植被覆盖度有所提高,但对水土保持功能起重要作用的根系层恢复却较为缓慢,因此,土壤保持功能基本上未得到提高.      

长江流域2000—2015年生态系统质量及服务变化特征

分析生态系统质量与服务现状及变化特征,有助于准确了解流域生态系统状况与趋势,为流域生态保护与修复的高效管理提供参考依据.采用相对生物量密度与相对植被覆盖度指数以及生态系统服务（土壤保持、防风固沙、洪水调蓄、粮食生产）评估模型,评估2000—2015年长江流域生态系统质量及服务变化特征.结果表明:①2000—2015年,长江流域森林、灌丛以及草地生态系统质量提升显著,56.56%的森林、45.65%的灌丛以及19.26%的草地生态系统质量得到不同程度的提高.②研究期间,长江流域粮食生产、洪水调蓄、土壤保持、防风固沙均呈显著上升趋势,其中粮食生产能力增加13.7%,洪水调蓄功能提升10.1%,土壤保持服务提高19.5%,防风固沙总量增加30.0%.③长江流域生态系统质量不高,处于低与差质量等级的生态系统面积比例在25%~35%之间;受不同类型的自然和人类活动影响,长江流域生态系统质量与服务均存在局部退化现象.研究显示,在生态质量与服务评估的基础上,分区域、分类型实施不同的生态系统保护与恢复途径,是今后长江流域加强生态系统管理的重要途径.      

基于Meta分析的煤矿区植被恢复对土壤有机碳储量的影响

煤矿开采是全世界应对不断增加的能源需求的主要手段.但随着煤矿开采,区域生态系统遭到不同程度的破坏,导致“碳汇”能力下降.植被恢复是矿区退化的生态系统和固碳功能恢复的基础.然而,目前尚未对全球范围内煤矿区植被恢复对土壤有机碳（SOC）的影响进行系统研究,因此无法准确预测全球SOC库对植被恢复的响应.通过搜集同行评议的112篇文章中植被恢复的土壤理化性质,以评估煤矿区植被恢复类型、土壤深度、恢复年份、年均温、年降水量和海拔等对SOC的影响,并明确相关的关键驱动因素.结果表明,受损煤矿区通过植被恢复能够显著改善土壤的理化性质,植被恢复后土壤相较于未恢复或自然恢复SOC储量提升了39.02%.当不考虑环境因素时,利于SOC储量积累的植被恢复类型为：农田>林地>草地>灌木林.4种类型的植被恢复对表层（0~20 cm）SOC储量均得到显著增加,草地和灌木能显著增加深层（>40 cm）的SOC储量,而林地和农田类型下深层的SOC储量与未恢复或自然恢复后的SOC储量无显著差异.植被恢复后SOC储量的增加趋势会随着土壤深度的增加而降低.具体的植被恢复策略应根据气候条件选择合适的植被类型.受损煤矿区在年均温<0℃和年均降水<500 mm的环境下,固碳效应较高的植被恢复类型为草地和灌木林,而在年均温>15℃和年降水量>800 mm的环境下,林地和农田恢复类型能够更好地增加SOC储量.TN、BD、AN和AK是影响土壤固碳能力的主要因素.研究可为量化受损煤矿区不同植被恢复措施的固碳效果和退化生态系统的恢复与重建提供理论参考.     

基于SEBAL模型的赤峰市植被修复下林草蒸散耗水特征

水是制约干旱半干旱地区实现可持续发展的关键因素,维持降水与蒸散发的平衡是开展植被修复工程时需要着重考量的因素.利用陆面地表平衡算法（Surface Energy Balance Algorithm for Land,SEBAL）模型反演了2000年、2008年、2016年赤峰市全域及森林与草地生态系统的实际蒸散发,通过参考蒸散比不变法与日气象数据将反演结果扩展至日尺度,累加得到月际与生长季尺度的实际蒸散发;结合降水变化,分析植被修复工程开展后赤峰市实际蒸散发的时空变化特征与水分盈亏状况.结果表明:①2000年、2008年、2016年赤峰市生长季的实际蒸散量分别为440.86、452.76、474.34 mm,呈增加趋势,蒸散发高值区（>400 mm）由北向南扩增.②2016年生长季森林分布区的耗水量比2000年增加了27.69×108 t,水分亏缺量增加了8.03×108 t,表明过度造林会使森林生态系统遭受严重的干旱胁迫.③一个生长季内,草地生态系统蒸散量的增幅远低于森林生态系统,1 m2草地生态系统的耗水量比森林生态系统少0.18 t.研究显示,在降水量低于300 mm的区域,草地生态系统面临较轻的干旱,且部分区域可以实现水分平衡.为了维持区域水资源存量,建议赤峰市在今后的植被修复工作中,对于降水量低于300 mm的区域以草本修复为主.      

水源涵养型重点生态功能区生态状况变化研究

水源涵养型重点生态功能区对于保护中国大江大河源头区及水源补给区具有重要意义。文章以生态系统状况指数为指标,通过生态系统组成与结构、生态系统生产能力、生态系统服务功能分析了2000-2010年中国水源涵养型重点生态功能区的生态状况变化态势。结果表明水源涵养型重点生态功能区以森林和草地生态系统为主。2000-2010年,三江源区和若尔盖区生态系统状况整体表现为好转,甘南区、祁连山区和南岭山地区生态系统状况整体表现为基本稳定大小兴安岭区、长白山区和阿尔泰山地区生态系统状况整体表现为轻度退化。大小兴安岭区退化面积占该区面积的比例最大,为42.54%;三江源区和祁连山区退化面积比例较小,分别为6.26%和6.93%。大小兴安岭区、长白山区和南岭山地区以轻度和中度退化为主,阿尔泰山地区以中度和重度退化为主,甘南区以轻度退化为主。     

黄河流域生态质量时空变化分析

黄河流域在我国社会经济发展和生态安全格局构建方面具有十分重要的地位,流域的生态保护和高质量发展上升为国家重大战略,同时也面临着生态系统退化、水土流失、湿地萎缩等生态问题.为了解黄河流域生态质量状况及其时空变化特征,分析了黄河流域生态格局、植被、生物多样性、生态系统功能和服务价值、县域生态质量等多方面的数据和文献资料.结果表明:①黄河流域大部分县区生态质量状况一般,植被覆盖度由东南向西北递减,上游地区生态系统服务价值高于中游和下游;② 2000—2018年农田生态系统面积占比持续下降,森林、水域面积占比略有增加,聚落面积占比持续上升,20世纪80年代以来整体植被覆盖和生产力状况得到改善,重要生态功能区的生态系统服务价值明显提升;③大部分地区生态状况改善幅度有限,局部仍有退化,流域的生物多样性依然受到严重威胁.因此,建议在恢复植被覆盖的基础上,开展优化生态结构、维护生态过程的相关研究,重点关注生态敏感地区生态保护成效的评估和提升,农耕地区农田生产力对自然生态系统的影响,以及城镇化过程对生态系统服务和生态安全的影响;同时建立黄河流域生态质量综合监测体系,开展监测指标与技术方法的机理和应用研究,这不但是流域生态质量时空变化分析的基础,也是生态保护恢复和管理工作的支撑.      

基于格局-质量-服务的生态保护修复成效评估:以额尔齐斯河流域为例

建立生态保护修复工程实施成效评估方法体系,掌握“山水林田湖草”生态保护修复试点工程实施成效,分析评估结果中发现的问题,对于提出新时期生态环境保护修复的对策与建议具有重要意义. 额尔齐斯河流域具有极其典型的“山水林田湖草”生命共同体特征,额尔齐斯河流域生态保护修复工程的实施为探索西北干旱地区生命共同体保护修复模式提供了示范作用. 基于“山水林田湖草”生命共同体理念,从生态系统格局、质量和服务三个角度建立评价指标体系,通过对比非生态保护修复期和生态保护修复期内评估指标的时空变化情况,综合评估额尔齐斯河流域“山水林田湖草”生态保护修复工程实施生态环境成效. 结果表明:①生态系统类型的生态级别整体由“低”向“高”转变,草地生态系统退化趋势得到遏制且面积得到恢复,水域生态系统面积由2010年的1 802.02 km2持续增至2020年的1 994.84 km2,林地生态系统面积仍有所减少. ②工程建设区生态系统质量指数先降后增,其中生态保护修复期内生态系统质量指数增长相对明显. ③生态保护修复工程实施后,各生态系统服务指标变化率均有所增长,其中防风固沙指数增长最为显著. 研究显示,额尔齐斯河流域“山水林田湖草”生态保护修复工程成效显著,但由于工程建设区内生态本底的差异性,整体上各工程分区生态保护修复成效由北向南逐渐递减. 在后续生态保护修复工作中,建议基于额尔齐斯河流域中部和南部自然地理单元分布等区域特征,采取有针对性的对策措施,进一步恢复生态用地和提升生态系统服务.      

西北干旱区典型流域生态系统服务价值变化

论文选择西北干旱区塔里木河流域、玛纳斯河流域、石羊河流域以及黑河流域4个典型流域为研究对象,以1994年土地利用分类图、TM影像,2005年CBERS影像数据为基础,参照谢高地等提出的"中国生态系统服务价值当量因子表",在对这4个典型流域生态系统服务价格根据其消费指数以及不变价格订正的基础上,逐项估计了这4个流域农田、森林、草地以及水体生态系统各项生态系统面积、服务价值及其变化。结果表明,这4个流域提供环境保护的支撑生态系统(森林、草地、水体)面积2005年普遍小于1994年,而农田生态系统面积增加显著,并且相对于较大面积的内陆河流域,小流域内各类型生态系统面积变动比较大,变动速度相对较快;塔里木河流域生态系统服务价值最大,具有较高的稀缺性,但黑河流域生态系统服务价值的增加幅度最大,这两个流域相比,黑河流域各生态系统的服务功能对于该区域人们的生活生产更为重要,影响更直接;塔里木河流域农田生态系统面积增加幅度最大,但其区域内人们对农田生态系统服务价值支付意愿的增长速度却保持最低,这说明该区域内部人们对这种生态系统服务功能的支付意愿与其资源丰富程度并不对称,需要加强宣传水土安全保护与生态经济发展的观念。     

1982—2015年长江流域植被覆盖度时空变化分析

量化植被覆盖变化及其与气候变化之间的关系,是当前全球变化和陆地表层生态系统研究领域的热点和难点。论文基于GIMMS-NDVI数据和气象数据,运用趋势分析、突变分析、偏相关分析以及残差分析,探讨长江流域植被覆盖度时空变化特征及其对气候和人类活动干扰的响应机制。结果表明：1）1982—2015年间长江流域除岷-沱江和太湖流域植被覆盖度为下降趋势外,其余均呈上升趋势,呈上升趋势的区域占流域总面积的69.77%,其中45.09%的区域呈显著上升趋势（P<0.1）;2）基于Mann-Kendall突变分析发现,1982—2015年间长江流域植被覆盖度年际变化存在突变现象,且区域差异性显著;3）气温与植被覆盖度的偏相关系数绝对值最大的像元占研究区总面积的43.31%,表明气温是长江流域近30 a植被覆盖度年际变化的主要影响因素;4）人类活动对长江流域植被覆盖度的影响力以持续增强为主,人类活动减弱的区域主要分布在金沙江流域、岷-沱江流域、汉水流域局部区域以及各大省会城市区域。     

基于关键指标的黄河流域近20年生态系统质量的时空变化

黄河流域生态系统质量直接关系到国家中长期生态安全和高质量发展,研究黄河流域生态系统质量时空变化,可为黄河流域的生态保护和高质量发展提供参考. 基于长时间序列MODIS数据,提取能够反映生态系统质量的归一化植被指数(NDVI)、叶面积指数(LAI)、表层水分含量指数(SWCI)和陆地表面温度(LST)4个关键指标构建遥感生态指数(remote sensing ecological index, RSEI),结合Sen+Mann-Kendall检验和Hurst指数,分析黄河流域2000—2018年生态系统质量变化情况及变化趋势. 结果表明:2000年、2010年、2018年3个年份RSEI与各指标的平均相关系数为0.856,均高于各指标之间的平均相关系数,RSEI能够综合反映黄河流域生态系统质量. 近20年黄河流域生态系统质量存在局部改善与退化并存的现象,其中改善面积占52.84%,主要分布在湟水谷地、黄土高原、鄂尔多斯高原、河套平原和宁夏平原;退化面积占18.48%,主要分布在黄河源区、陕西关中盆地和黄河下游. Hurst指数分析表明,黄河源区生态系统质量未来呈改善趋势,黄土高原持续性改善和未来退化趋势并存,鄂尔多斯高原、阴山南麓、子午岭以未来变化不确定为主,陕西关中盆地以持续性退化为主,生态系统质量未来变化趋势不确定和持续性退化的区域仍需要持续关注. 研究显示,基于关键指标的遥感生态指数能够综合反映黄河流域生态系统质量状况,近20年黄河流域生态系统质量改善面积占52.84%,远高于退化面积(18.48%),且黄河源区生态系统质量未来以改善为主.      

沂河流域土地利用时空变化图谱特征分析

基于沂河流域1995年、2005年和2015年土地利用空间数据,运用地学信息图谱方法构建1995-2005年和2005-2015年两个时序单元的土地利用转移图谱和涨落势图谱,分析了沂河流域近20年来的土地利用时空变化规律及发展过程。结果表明：（1）1995-2015年,沂河流域土地利用结构以耕地和林地为主,其中耕地和草地减少,林地和建设用地增加是主要变化趋势。（2）土地利用转移图谱以耕地与林地、草地之间的相互转换以及建设用地占用耕地为主,林地、草地转变为耕地主要发生在费县和平邑县中部地势平缓的山前平原,耕地转变为林地、草地则主要分布于研究区北部和西南部土壤侵蚀较为严重的山区,耕地转变为建设用地主要集中在各县市城区周边经济相对发达的区域。两个时序单元中,发生变化的主要图谱单元类型及面积存在显著差异,2005-2015年土地利用发生转换的空间进一步扩张。（3）土地利用涨势图谱中新增耕地面积最大,占新增面积的比例为33.87%;落势图谱中耕地萎缩面积最大,占萎缩面积的比例为51.38%。两个时序单元中,各县市涨落势图谱变化存在明显差异。该研究可为沂河流域土地资源的可持续利用及生态建设提供科学依据。     

What drives the change of nitrogen and phosphorus loads in the Yellow River Basin during 2006-2017?

The Yellow River Basin (YRB) plays a very important role in China's economic and social development and ecological security. In particular, the ecosystem of the YRB is sensitive to climate change. However, the change of nutrient fluxes in this region during the past years and its main driving forces remain unclear. In this study, a hydrologic model R System for Spatially Referenced Regressions on Watershed Attributes (RSPARROW) was employed to simulate the spatio-temporal variations in the fluxes of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) during the period of 2006-2017. The results suggested that the TN and TP loads increased by 138% and 38% during 2006-2014, respectively, and decreased by 66% and 71% from 2015 to 2017, respectively. During the period of 2006-2017, the annual mean fluxes of TN and TP in the YRB were in the range of 3.9 to 591.6 kg/km²/year and 1.7 to 12.0 kg/km²/year, respectively. TN flux was low in the upstream area of the Yellow River, and presented a high level in the middle and lower reaches. However, the flux of TP in Gansu and Ningxia section was slightly higher than that in the lower reaches of the Yellow River. Precipitation and point source are the key drivers for the inter-annual changes of TN loads in most regions of the YRB. While the inter-annual variations of TP loads in the whole basin are mainly driven by the point source. This study demonstrates the important impacts of climate change on nutrient loads in the YRB. Moreover, management measures should be taken to reduce pollution sources and thus provide solid basis for control of nitrogen and phosphorus in the YRB.     

晋西南黄土高原区植被覆盖度变化及其生态效应评估

水土流失和生态退化是黄土高原区面临的严峻问题,已经严重制约了经济发展。基于TM和OLI数据,分别估算晋西南黄土高原区的植被覆盖度（FVC）和遥感生态指数（RSEI）,定量分析了晋西南黄土高原区的植被和生态恢复效果,并提出需要重点治理的区域。研究结果表明：（1）15年间晋西南黄土高原区的植被覆盖度和遥感生态指数都呈现增加的趋势,FVC指数从2002年的42.69%增加至2017年的47.67%,RSEI指数由2002年的45%增加至2017年的52.5%,反映出研究区生态质量有了明显提高;（2）除研究区内芝河流域、汾河谷地和沁河流域的生态质量出现严重退化外,研究区大部分区域的FVC指数和RSEI指数都呈改善趋势,因此需对芝河流域、汾河谷地和沁河流域加大生态治理力度;（3）除研究区汾河谷地外,其余地区植被覆盖度和遥感生态指数的变化趋势基本吻合,汾河谷地由于冬小麦大面积种植,植被覆盖度得到一定程度改善,但遥感生态指数并没有明显改善。