环境保护部南京环境科学研究所土地退化防治和矿山生态保护学科简介

正环境保护部南京环境科学研究所土地退化防治和矿山生态保护学科主要开展受损生态系统恢复与重建、土地退化/荒漠化防治以及矿山生态环境保护与恢复治理等方面的基础理论与应用技术研究。多年来,先后承担了国家科技基础性工作专项"西部重点矿区土地退化因素调查",国家自然科学基金项目"西藏高寒河谷沙地植被演替的高光谱遥感识别及恢复潜力评估研究"和"基于高光谱遥感的雅鲁藏布江源区草地退化及其对全球变化响应敏感性研究",国家环保公益性行业科研专项     

纳帕海流域不同植被类型土壤呼吸动态及其影响因子分析

土壤呼吸在生态系统碳循环过程中占有重要地位,为探讨纳帕海流域生态系统土壤呼吸过程,于2014年8月中下旬期间,采用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统对流域内7种植被类型土壤呼吸速率及其与土壤温度的响应规律进行了研究。结果表明:(1)各植被类型的土壤呼吸速率日变化都呈单峰曲线形式,最高值和最低值分别出现在13:00─16:00和2:00─8:00;(2)各植被类型土壤呼吸速率日均值为自然草地(5.506μmol·m~(-2)·s~(-1))轻度退化草地(4.322μmol·m~(-2)·s~(-1))高山灌丛(3.849μmol·m~(-2)·s~(-1))中度退化草地(3.226μmol·m~(-2)·s~(-1))重度退化草地(2.959μmol·m~(-2)·s~(-1))高山松Pinus densata林(2.260μmol·m~(-2)·s~(-1))青稞Hordeum vulgare Linn.var.nudum Hook.f.地(2.256μmol·m~(-2)·s~(-1));(3)当草地开垦为农田后,其土壤呼吸速率降为最低水平;(4)所有植被类型的土壤呼吸速率与5 cm土壤温度呈指数相关,其中在自然草地上,土壤温度对其土壤呼吸的影响最大,但温度敏感性却较低,重度退化草地的土壤温度对其土壤呼吸的影响最小,但温度敏感性最大。研究可见,区域内人类活动使草地退化、转变为农田等过程,导致其土壤呼吸速率显著下降。重度退化草地对温度变化所表现出的相对较高的敏感性,预示着在环境变化的影响下,生态系统过程及功能将会产生更大的波动。     

祁连山自然保护区生态承载力分析与评价

以层次分析法和模糊模式识别为基础，建立生态承载力综合评价模型，重点分析祁连山自然保护区森林、草地和农田3种受人类活动干扰最强烈的生态系统的生态承载力和生态荷载，在此基础上进一步分析整个保护区的总体生态承载力和生态荷载。结果显示，祁连山区域生态系统已经受到人类活动的强烈干扰，生态荷载总体处于严重超载状态。但区域生态系统内部各子系统之间以及生态荷载的空间分布存在差异。其中，森林子系统和草地子系统属于严重超载，农田子系统属于中度超载；在总体生态荷载的空间分布上，西北部地区比东南部地区超载更为严重；就各子系统的生态荷载状况而言，森林子系统和草地子系统的超载程度均表现为东南部地区略低于西北部地区，但农田子系统东南部地区超载程度高于西北部地区。     

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。     

基于土地利用的喀斯特地区生态系统服务功能价值评估——以贵州省为例

为探讨喀斯特地区生态系统服务功能价值特征,对贵州省生态系统服务功能价值进行评估,结果表明生态系统服务功能价值在2005、2010、2020年分别为1 610.43亿、2 357.86亿、4 328.89亿元.贵州省各类生态系统服务功能单价顺序为湿地>水体>森林>草地>农田>荒漠,其中湿地生态系统是荒漠生态系统服务功能价值的149.31倍.2005～2020年贵州省生态服务功能价值结构和土地利用结构以森林生态系统占绝对优势,各类型生态系统服务功能价值顺序为森林>农田>草地>水体>荒漠>湿地,各类型生态系统面积大小顺序为森林>农田>荒漠>草地>水体>湿地.2005、2010、2020年贵州省单位面积生态系统服务功能价值分别为9 142、13 385、24 573元/hm2.根据至2020年的土地利用规划,贵州省生态系统服务功能将持续增加.     

基于遥感和GIS的青藏铁路生态累积效应研究

采用遥感和GIS技术,通过生态系统功能偏离累积指数、景观格局干扰累积指数、植被退化指数、生态阻隔累积指数和区域生态累积效应指数研究青藏铁路建设和运营对沿线生态系统的累积影响.结果表明,铁路建设和运营对沿线0～1 km直接影响区的生态服务功能、景观格局、植被覆盖和生态流均造成一定的累积影响,但以景观格局和生态流受到的影响最大,且对拉萨至唐古拉段的影响大于唐古拉至格尔木段,主要表现为对农田、草地、河流湿地和荒漠生态系统的影响.从铁路沿线＞1～5和＞5～10 km范围的间接或协同累积影响来看,拉萨至唐古拉段明显高于唐古拉至格尔木段.铁路建设运营对＞1～5 km范围的农田、荒漠和河流湿地生态系统仍存在一定负面影响,且以农田生态系统受到的负面累积影响最大,主要表现为拉萨和格尔木城市扩张对农田生态系统的干扰和占用.     

松嫩平原西部不同土地覆被水盐动态对比研究

通过对6种土地覆被2003年6～10月水盐时空动态进行分析，对比不同土地覆被水盐动态变化差异，结果发现：采样期内，不同土地覆被(碱斑地除外)0-120cm剖面含水量均出现明显峰值，大豆地和羊草草地在7月底出现峰值，玉米地和向日葵地在8月初，退化草地则在8月底才达到，比羊草草地滞后了一个月。除羊草草地外，其他土地覆被剖面含水量变化呈W型，只是波动幅度各不相同。采样期内，羊草草地剖面含水量的相对变率最大，为74％，其他依次为退化草地、大豆地、向日葵地、玉米地，碱斑地最低，仅为6．4％。相对于农田土地覆被，在0～40cm，羊草草地、退化草地和碱斑地随盐渍化程度的加重，含盐量剖面变异逐渐减小，而农田的三种土地覆被之间变异比较接近。整个采样期，向日葵地储盐量随时间的变化呈下降趋势，其他土地覆被波动变化一致，都经历了下降-上升-下降过程，但波动幅度不同，且羊草草地在7月7日出现上升，其他4种土地覆被在9月8日开始出现滞后于含水量的变化。相对于采样初期，不同土地覆被含盐量的相对变率均为负值，农田的下降幅度大，草地次之，碱斑地最小。协方差分析表明：95％置信度下，土地覆被、土壤剖面和两者的交互作用对含盐量的影响差异显著。     

气候变化背景下中国陆地生态系统碳储量及碳通量研究进展

全球气候变化对全球生态系统的结构、功能和过程产生了重要影响,成为各国政府、社会公众以及科学界共同关心的焦点问题。陆地生态系统碳循环又是当前气候变化和区域可持续发展研究的核心内容之一,影响到经济和社会发展的各个方面。因此,开展陆地生态系统碳储量和碳通量的研究仍将是气候变化研究中的重点内容。总结了近年来国内森林、土壤、草地、农田四种陆地生态系统在碳储量、碳通量方面取得的研究成果和不足：随着遥感、GIS及模型的发展和应用,森林、草地生态系统碳储量的研究精度和范围要高于农田和土壤,而农田和土壤生态系统碳储量的研究多基于典型性样地和大量实验数据,结果受制于样点布设和采样密度;目前,土壤生态系统碳储量结果多基于上世纪80年代全国二次土壤普查数据计算所得,且总有机碳库的估算存在较大差异,土壤有机碳的组分研究中易氧化有机碳库研究滞后于总有机碳,迫切需要对我国现有土壤有机碳进行研究;农田生态系统受人类活动干扰强烈,从一个或几个站点到全国尺度都有对农田土壤有机碳贮量的研究成果,与国外相比,我国试验田的设置时间短,资料积累较少,更多侧重不同施肥方式下农作物产量和农田合理的施肥培肥模式研究,农田土壤有机碳含量关系我国农业生产和粮食安全,对农田土壤固碳机理的研究仍将是今后关注的焦点。各生态系统碳通量的监测取得了一定成果,近年来涡度相关系统在森林、土壤、草地、农田生态系统中得到了广泛的应用。并从气候、人类活动两个因素分析了其对生态系统碳储量、碳通量的影响。针对目前存在的问题,进一步指出了目前国内不同生态系统中碳循环在现状研究、有机碳变化机制、模型建立及气候变化和人类活动影响下的碳库时空格局方面得到加强。     

中国南亚热带退化生态系统的恢复及其生态效应

综述了南亚热带退化生态系统恢复的意义，地带的气候特征及退化生态因子恢复的主导生态因子，退化生态系统恢复与重建的步骤，并用实例说明南亚热带退化生态系统植被恢复的生态学效应和经济及社会效益。     

干扰对牦牛坪景观格局及草地生态系统服务的影响

玉龙雪山高山草甸位于横断山区生物多样性保护关键地区,也是滇西北重要的生态旅游资源,提供了多种重要的生态系统服务,然而当下面临着放牧旅游复合干扰等多重压力。为明晰放牧和旅游干扰对玉龙雪山高山草甸景观格局及草地生态系统服务的影响,通过野外调查和遥感影像解译数据,区分出旅游、放牧和干扰交互区3个干扰类型区,并将草甸划分出重度、中度、轻度和未退化等4个级别。分别从调节、供给、文化服务等3个方面6个指标评估研究区生态系统服务,从景观数量组成(PLAND和PD指数)与景观空间结构(SHAPE和CONNECT指数)角度评估研究区的景观格局,运用冗余分析(RDA)探讨干扰影响下的景观格局对草地生态系统服务的影响。结果表明:(1)旅游干扰集中区域的未退化和轻度退化草甸斑块面积占比(PLAND)比其他干扰区低15%,中度和重度退化草甸面积占比则明显增加;放牧干扰集中区轻度退化草甸的斑块密度指数(PD)比其他干扰区域高2-7倍,斑块破碎化明显;(2)在干扰交互区和放牧干扰集中区,都出现了斑块形状指数(SHAPE)和斑块连接度指数(CONNECT)随着草甸退化程度增加而增加的现象,中度退化草甸斑块更破碎且连接度增加,进一步扩大分布范围的趋势明显;(3)景观组成特征对研究区生态系统服务作用明显,PD指数是研究区最重要的景观指标,PD越高景观越破碎,生态系统服务供给越差。旅游干扰集中区的生态系统服务更多受景观空间结构特征的影响,放牧干扰集中区的生态系统服务则主要受景观组成特征的影响。不同干扰区域景观组成与结构的差异对草地生态系统服务的供给的影响,可作为景区草地资源保护与景观规划管理的参考。     

Effect of land use and land cover change on soil erosion and the spatio-temporal variation in Liupan Mountain Region, southern Ningxia, China

The Liupan Mountains are located in the southern Ningxia Hui Autonomous Region of China, that forms an important divide between landforms and biogeographic regions. The populated part of the Liupan Mountain Region has suffered tremendous ecological damage over time due to population pressure, excessive demand and inappropriate use of agricultural land resources. To present the relationship between land use/cover change and spatio-temporal variation of soil erosion, data sets of land use between the late 1980s and 2000 were obtained from Landsat Thematic Mapper (TM) imagery, and spatial models were used to characterize landscape and soil erosion conditions. Also, soil erosion in response to land use and land cover change were quantified and analyzed using data from geographical information systems and remote sensing. Soil erosion by water was the dominant mode of soil loss, while soil erosion by wind was only present on a relatively small area. The degree of soil erosion was classified into five severity classes: slight, light, moderate, severe, and very severe. Soil erosion in the Liupan Mountain Region increased between the late 1980s and 2000, both in terms of acreage and severity. Moderate, severe, and very severe eroded areas accounted for 54.86% of the total land area. The lightly eroded area decreased, while the moderately eroded area increased by 368817 ha (22%) followed by severe erosion with 146552 ha (8.8%), and very severe erosion by 97067.6 ha (5.8%). Soil loss on sloping cropland increased with slope gradients. About 90% of the cropland was located on slopes less than 15°. Most of the increase in soil erosion on cropland was due to conversion of steep slopes to cropland and degradation of grassland and increased activities. Soil erosion was severe on grassland with a moderate or low grass cover and on dry land. Human activities, cultivation on steep slopes, and overgrazing of pastures were the main reasons for the increase in erosion severity.     

栗钙土不同土地利用方式下土壤活性碳酸钙

土壤活性碳酸钙是指土壤中不稳定的、处于自由态、易发生化学反应的那部分碳酸钙。研究用KMnO4滴定法测定了内蒙古栗钙土的活性碳酸钙质量分数,目的是分析土地利用方式对土壤活性碳酸钙的影响。结果表明：201个土壤样品中活性碳酸钙质量分数的均值为20.57g·kg-1,变幅为0.63～135.59g·kg-1;不同土地利用方式下土壤活性碳酸钙质量分数的大小顺序为：退耕地锡林草地乌盟草地耕地;不同土地利用方式下土壤活性碳酸钙质量分数与碳酸钙质量分数均呈现极显著正相关关系;退耕地、乌盟草地、锡林草地的土壤活性碳酸钙质量分数分别与pH以及土壤粘粒质量分数呈现极显著正相关关系,而耕地的则未达到显著性水平,说明土地利用方式影响了土壤中碳酸钙的活性。土壤总碳酸钙质量分数（n=201）、pH（n=198）和粘粒质量分数（n=191）分别可以解释活性碳酸钙73%、13%和27%的变异。碳酸钙活度指数（CAI）包括了碳酸钙质量分数、pH和粘粒质量分数（CAI=pH＋0.01wCaCO3＋0.11wClay）,是基于每个变量对活性碳酸钙的相对影响而构建的,可以解释活性碳酸钙36%的变异（n=191）。     

三峡库区生态环境综合评价与聚类分析

三峡库区是我国水土流失比较严重的地区之一 ,面临着生物多样性下降、生态系统功能降低、农业非点源污染加剧、岸边污染带扩大、水质恶化等一系列的环境问题。本文在建立生态环境综合评价指标体系的基础上 ,根据三峡库区不同地区生态环境问题的相似性和差异性 ,进行了聚类分析。依据聚类分析结果可以将该区 19个县市区划分为7类地区     

A Comparison of Landscapes Occupied by Increasing and Decreasing Populations of Grassland Birds

Abstract:  For several decades, many grassland bird species have been declining in abundance throughout the Midwest and Great Plains regions of the United States, possibly due to loss of natural grassland habitat and increasing urbanization. I used 20 years of data from the North American Breeding Bird Survey to identify increasing, decreasing, and stable populations of 36 grassland-nesting bird species. I characterized the immediate landscape (circle with radius = 30 km) surrounding each population based on data from the National Resources Inventory. For each landscape, I calculated the proportion of eight different land-cover types: restored grassland, rangeland, cultivated cropland, pasture, noncultivated cropland, forest, urban land, and water. Using a null model, I compared landscape composition of increasing, decreasing, and stable populations. As predicted on the basis of the habitat preferences of grassland birds, increasing populations inhabited landscapes that contained significantly more restored grassland and rangeland but significantly less forest land and urban land than landscapes inhabited by decreasing populations. There was no significant difference in the proportion of cropland within the landscapes of increasing and decreasing populations, although cropland composed a large proportion (>30%) of many landscapes. In contrast, restored grassland typically composed a very small proportion (<3.5%) of total land cover, yet it was significantly more common in the landscapes of increasing than decreasing populations. These results suggest that grassland birds may benefit from government initiatives, such as the Conservation Reserve Program, that promote the restoration of grassland at a landscape scale.     

耕地土壤碳固存的措施与潜力

土壤CO2排放与土壤退化、土壤有机质(SOC)含量减少和土壤质量下降密切相关。耕地具有较大的碳固存潜力。通过采用最佳管理措施(BMPs)和进行土壤修复来提高土壤质量，能增加SOC含量和提高土壤生产力，并能部分起到减缓温室效应的作用。文章从土壤固碳的机制入手，系统总结了在耕作土壤碳固存方面的研究。从土壤侵蚀控制、退化土壤修复、保护性耕作、残落物管理，改善农作物制度等方面，论述了耕地的固碳潜力，并提出了一系列实现碳固存的措施。最后估算出耕地土壤总的固碳潜力为0．73～0．87Pg/a。研究表明,在替代性能源开发之前，耕地碳固存是一项切实可行的措施。     

Predicting Risk of Habitat Conversion in Native Temperate Grasslands

Abstract: Native grasslands that support diverse populations of birds are being converted to cropland at an increasing rate in the Prairie Pothole Region of North America. Although limited funding is currently available to mitigate losses, accurate predictions of probability of conversion would increase the efficiency of conservation measures. We studied conversion of native grassland to cropland in the Missouri Coteau region of North and South Dakota (U.S.A.) during 1989–2003. We estimated the probability of conversion of native grassland to cropland with satellite imagery and logistic regression models that predicted risk of conversion and by comparing the overlap between areas of high biological value and areas most vulnerable to conversion. Annualized probability of conversion was 0.004, and 36,540 ha of native grassland were converted to cropland during the period of our study. Our predictive models fit the data and correctly predicted 70% of observed conversions of grassland. Probability of conversion varied spatially and was correlated with landscape features like amount of surrounding grassland, slope, and soil productivity. Tracts of high biological value were not always at high risk of conversion. We concluded the most biologically valuable areas that are most vulnerable to conversion should be prioritized for conservation. This approach can be applied broadly to other systems and offers great utility for implementing conservation in areas with spatially variable biological value and probability of conversion.     

中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展

草地为陆地生态系统的主体,是陆地上最主要的碳储库和碳吸收汇之一。近年来,随着“草原承包责任制”、“退耕还林还草”和“封育禁牧”等重大生态工程项目的实施及草地生态系统的恢复和草地生产力的提升,草地生态系统碳储量、固持潜力、土壤碳循环机制及稳定性机制越来越受到学术界的关切。文章全面综述了近年来我国草地生态系统碳储量及其碳过程的研究工作,总结了不同研究中,我国不同草地类型碳库的特征及其储量、分析了草地生态系统碳过程等,评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,指出了当前草地生态系统土壤碳储量及碳过程的研究进展、存在的问题,分析了未来草地生态系统土壤碳研究的重点研究方向和发展趋势。研究表明：草地生态系统在调节碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于草地类型的多样性、结构的复杂性以及草地对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对草地生态系统碳储量和变率的科学估算,以及草地生态系统土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限,随着高分辨率的MODIS、TM数据、数学模型及不同草地类型实测点的建立,以及通过枯落物碳库将植物碳库与土壤碳库的有机连接,草地生态系统的土壤碳储量及固持潜力取得了重要进展;土壤有机碳来源、组成,有机碳化学结构以及环境因子是影响土壤有机碳稳定性的重要因素,而固体赫兹共振、碳同位素示踪等对破解有机碳稳定性提供了重要手段。未来,还将进一步厘清草地生态系统土壤固碳的驱动机制,构建草地生态系统土壤固碳量化方法体系等。     

长江上游水土流失主要成因与防治对策

长江上游水土流失面积广 ,侵蚀强度大 ,是其生态环境退化的重要标志。水土流失加剧是人类不合理活动 ,主要有陡坡种植、森林砍伐、草场退化、工程破坏等所使然。当前严重的水土流失状况是自然因素与人为因素综合作用的结果。防治长江上游水土流失关键是通过改变人类不合理的生产方式和开发方式 ,引导人类活动向与自然协调、与水土保持相一致的方向发展 ,并对退化生态系统进行恢复与重建。     

内蒙古草地NPP变化及其对气候的响应

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是衡量植物群落在自然环境条件下生产能力的重要指标,NPP的变化直接反映了生态系统对环境气候条件的响应,因此可以作为生态系统功能对气候变化响应的研究指标.本文利用卫星遥感资料和地面气象观测资料,利用光能利用率模型估算了内蒙古地区1982-2003年4-10月草地NPP,并计算了与NPP密切相关的几个气候因子,分析了1982-2003年内蒙古地区草地NPP年际性变化规律、气候因子的年际变化规律,以及草地NPP对主要气候因子的响应关系.结果表明:1982-2003年内蒙古草地生长季的NPP呈波动中增加趋势,NPP的年平均递增率为C0.0036 g·m-2·Gr-1;草地NPP的空间分布与生物温度(BT)及可能蒸散率(PER)呈显著负相关,与降雨量(RAIN)、湿润度(K)及实际蒸散(AE)呈极显著正相关.内蒙古地区,草地NPP受降雨量(RAIN)及生物温度(BT)的影响较大.但NPP的变化受RAIN的影响更为明显;内蒙古地区不同草地类型的NPP变化对气候因子的响应略有不同.     

资源型城市土地利用变化及其对生态系统服务价值的影响

东营市是新兴的石油资源城市,土地利用/覆被变化剧烈且具有独特的区域特征。探讨该地区的土地利用变化及其对生态系统服务价值的影响有着重要的现实意义。为此,基于RS和GIS技术,利用Costanza提出的生态系统服务价值评估方法,研究了东营市1986—2008年间的土地利用变化及其引起的生态系统服务价值动态变化。研究结果表明：（1）耕地是东营市主要的土地利用类型,面积有所减少;未利用地和次生盐碱地所占比重较大,居民点及工矿用地大幅增加,油田生产建设和生态环境保护矛盾非常突出。（2）生态系统服务价值减少了6.68%。2008年东营市提供的生态服务仍然以维护原材料、气体调节、食物生产、气候等为主,而废物处理、水源涵养、生物多样性保护、土壤形成与保护和娱乐文化功能是比较弱的。今后应维护生物多样性保护和水源涵养功能,防止土壤盐渍化,提升区域生态系统服务功能;（3）生态系统服务价值对生态价值系数的敏感性指数均小于1,说明研究区内的生态系统服务价值缺乏弹性,研究结果是可信的。