城市土壤碳循环特征研究进展

由于城市化进程的加速,与人类活动密切相关的城市土壤成为陆地生态系统的重要组成部分.城市土壤碳循环作为城市土壤的重要过程,逐渐成为探讨城市生态系统与全球变化关系的重要介质.文章综述了城市土壤碳储量特征、微生物对城市土壤碳循环的影响及城市土壤的碳管理.概青之,城市土壤碳储量分布具有空间和时间的差异性;自然因素与人为因素均对城市土壤碳储虽有重要影响;城市诸多代谢过程相互作用可以通过影响土壤微生物进而影响土壤有机碳的转化过程.同时,作为城市生态系统的重要组成部分,城市土壤的碳管理有助于提高城市土壤的生态服务功能,也有利于城市生态系统的可持续发展.文章分析认为,城市土壤碳循环与城市生态系统其他功能的相互作用将是今后研究的主要方向.     

人工封闭对城市土壤功能的影响研究进展

随着全球城市化的快速发展,城市生态系统研究已受到人们的广泛关注。土壤作为城市生态系统的一个重要组成单位与功能载体,其功能与质量已受到城市化的冲击和影响。由人类活动（如房屋建筑、道路建设等）引起的土壤封闭是城市土壤的一个重要特征。与自然土壤封闭相比,人工封闭土壤严重地阻碍了城市土壤与外界环境的物质能量交换,限制了土壤功能的实现,成为导致土壤质量退化的重要因素。研究人工封闭对城市土壤功能的影响有利于更全面认识城市化的生态环境效应。本文介绍了城市土壤人工封闭的概念、主要特点及其与传统自然土壤封闭的异同;综述了人工封闭对城市土壤水分运动、土壤与环境间气体与能量交换、生物多样性与行为以及粮食安全影响等方面取得的研究进展。目前城市封闭土壤研究仍处于起步阶段,仅在个别城市开展过相关研究,且主要围绕人工封闭对城市环境与土壤的表观影响,对封闭后土壤性质的变化及其机制研究仍很缺乏。未来仍需在更多城市开展系统调查以获取基础数据,需着重研究城市封闭土壤中污染物的赋存、迁移、转化,封闭后土壤碳氮固持能力的变化,以及土壤微生物性质的变化,同时要创新研究方式和研究方法,为加强城市生态系统研究、实现城市可持续发展提供科学依据。     

外源污染物对蚯蚓毒理作用研究进展

以蚯蚓为模式生物,研究环境污染物的生物效应及其对土壤生态系统的影响,已成为国内外的研究热点.蚯蚓受到污染胁迫时,在分子、细胞和生理水平上都会发生明显的变化,进而影响其存活、生长和繁殖能力,最终引起种群及群落的变化.在总结国内外相关研究基础上,从微观水平、个体水平及生态水平3个方面综述和分析了重金属、农药等外源污染物对蚯蚓毒理作用的研究进展,并对未来的研究方向进行了展望.     

佛山城市森林公园表层土壤重金属累积特征、 影响因素及其评价

研究区域经济快速发展对城市森林生态系统影响,明确城市森林公园土壤重金属污染程度,可为城市森林公园土壤管理和城市土壤安全利用与保护提供理论依据.以佛山市城市森林公园林区为研究对象,依据其分布格局随机选取11个林区,分析了样地土壤中8种重金属(Cd、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn、Hg、As)累积特征,通过单因子评价指标进行...     

基于土地利用／覆被变化的重庆城市生态系统服务价值研究

参考COSTANZA以及谢高地等提出的生态系统服务价值系数,制定了符合城市生态系统的服务价值系数.基于重庆市主城区1993、2000和2004年3期土地利用/覆被(LUCC)变化数据,对重庆市主城区的生态系统服务价值进行了估算.结果表明:重庆自1997年成为直辖市后,耕地、林地大量向城市建设用地转化,城市生态系统服务价值急剧降低.1993年重庆市主城区生态系统总服务价值为564.75×106元,2004年为387.71×106元,下降了31.3%.生态服务价值系数的变化对重庆城市生态系统总服务价值的影响缺乏弹性.水域和林地面积变化对重庆市主城区生态系统总服务价值影响明显.     

多情景下珠江三角洲地区土地利用变化对生态系统服务的影响预测

土地资源的有序开发是区域可持续发展的基础,针对未来不同情景下土地利用变化对区域生态系统服务的影响进行科学评估与预测,可以为城市可持续发展规划提供科学参考。以珠江三角洲(珠三角)地区为研究区域,采用PLUS模型模拟不同情景下土地利用变化,结合InVEST模型对各情景下产水量、土壤保持量、生境质量、碳储量和水质净化服务及其变化进行预测,构建综合生态系统服务指数从空间上反映各生态系统服务供给量,分析2040年不同情景下土地利用变化对生态系统服务的综合影响。结果表明：(1)PLUS模型模拟精度较高,可用于合理预测珠三角土地利用变化。(2)在自然发展情景下,仅土壤保持服务供给水平得到提高;在城市发展情景下,除水质净化服务损失严重外,其他服务供给损失变化与自然发展情景相似;在生态保护情景下,生境质量和碳储量提升幅度最大,而产水量下降幅度最大;在可持续发展情景下,水质净化能力损失最严重。(3)2040年不同情景下珠三角综合生态系统服务指数空间分布格局相似,与2020年相比,生态系统服务总体水平将有所提高,但整体上预测平均值较低。该研究可为未来珠三角土地利用规划提供参考建议,为协调土地利用与生态保护管...     

秦巴山生态功能区生态系统服务供需关系时空演变研究

生态功能区在确保国家生态安全方面具有重要作用,但在过度人类活动的影响下,其生态系统正面临着严峻考验。为实现生态功能区的可持续发展需要探究生态系统服务的供需关系。以往研究多关注生态系统服务供需的权衡/协调作用,在生态功能区供需的耦合协调方面还存在空白。以秦巴山生态功能区为例,采用In VEST模型、生态系统服务供需比、四象限模型、相关性分析和耦合协调度模型等方法分析了2000、2010和2020年产水、粮食供给、碳固存和土壤保持4种生态系统服务的供需匹配状况、权衡/协同作用和耦合协调关系。结果表明,1)2000-2020年产水和碳固存服务供需比分别由0.613、0.958降至0.482、0.892;粮食供给和土壤保持服务供需比分别由-0.243、0.948增至0.224、0.971。空间上,产水、碳固存和土壤保持服务均以供应盈余状态为主,耕地较少的中西部地区存在粮食供给不足。2）粮食供给和土壤保持服务供需在低-低空间匹配,产水服务供需表现出高-低空间错配和低-低空间匹配的特点,碳固存服务供需以过剩的高-低错配为主。3）研究期间生态系统服务供给的权衡/协同关系略有变化,除土壤保持与其他服务...     

自然度评价应用于城市生物多样性保护的研究进展

城市生物多样性为城市生态系统提供了诸多生态系统服务,是实现城市可持续发展的基础。然而,随着城市人类活动加剧,自然景观向人工景观转变,城市生物多样性受到了严重威胁。作为判断生态系统的自然性或人为干扰度的科学方法,自然度评价对城市生物多样性保护和生态系统管理具有重要的指导作用。该文在辨析自然度及其评价概念的基础上,归纳了3种自然度评价方法：指示生物法、自然距离法、多指标综合评价法,从城市生境质量评估、城市景观动态监测、城市生态空间规划3个层面梳理了自然度评价在城市生物多样性保护中的应用研究进展,提出未来应加强城市生态系统自然度评价,并综合考虑生物多样性状态和变化、生态系统完整性、人类干扰和管理决策等因素,进一步将自然度评价纳入土地利用、社会经济和生态效应的综合研究中,揭示城市区域人类活动与生物多样性之间的关系。     

城市森林生态系统滞纳空气颗粒物功能向生态系统服务的转化率

生态系统服务是生态系统功能中有利于人类福祉的部分,生态系统功能向服务的转化研究成为未来生态系统服务评估的重要发展方向.以大气环境污染较为严重的北京市和陕西省关中地区的城市森林生态系统为例,利用气溶胶再形成法,研究不同树种和污染区城市森林生态系统滞纳空气颗粒物能力,探讨其向服务的转化率问题.结果表明,城市森林生态系统中不同树种滞纳空气颗粒物功能向服务的转化率存在差异,雪松最高,达95%,而白皮松最低,仅为47%,树种滞纳颗粒物能力与转化率没有必然联系,电镜扫描结果显示与叶表微观结构特征如气孔大小或多少、绒毛长短、蜡质层有无等有关.空气污染强度不同的多个城市中,转化率为宝鸡西安咸阳韩城杨凌渭南铜川,空气污染严重的城市转化率较高,空气质量优越且颗粒物含量少的城市,转化率相对较低.因此,叶片表面结构和树种所处地区的空气污染程度共同决定了城市森林生态系统滞纳空气颗粒物功能向服务的转化率;空气质量较差地区应增加绿地面积、提高植被覆盖率,有针对性地选择转化率较高的树种.     

近20年国内外生态系统服务研究回顾与解析

生态系统服务对人类生存发展以及生态环境的可持续具有重要的意义,作为当前生态学、环境科学、地理学、生态经济学等诸多学科的研究热点和前沿,目前已经积累了大量的研究成果。文章基于Citespace V5.2软件以及文献计量学分析方法,以Web of science核心合集与CNKI核心期刊为数据来源,系统地分析了1999—2018年近20年国内外生态系统服务研究热点、进展与存在的问题。首先从生态系统服务形成机制及其流动、生物多样性与生态系统服务、土地利用与生态系统服务、气候变化与生态系统服务、生态系统服务评估、生态系统服务权衡协同与生态管理等6个方面对国际生态系统服务的研究热点进行了详细的评述。又进一步从生态系统服务价值评估、土地利用变化与生态系统服务、生态系统服务与可持续等3个方面对国内近20年生态系统服务研究进展与现状进行追踪与分析;讨论了目前国内研究中存在生态系统服务理论研究尚待深入、评估方法科学性有待提高、研究结果应用性不强等3个方面的问题。最后,针对当前研究存在的问题与未来发展方向提出展望:加强生态系统服务形成机理及综合应用研究、建立更加精确的生态系统服务价值评估体系指标与方法、加强生态系统服务区域集成和尺度转化研究。     

森林生态系统土壤呼吸时空异质性及影响因子研究进展

土壤呼吸是全球碳循环的一个重要流通途径,是大气CO2的重要来源之一,是陆地碳循环的重要环节,对温室气体的排放产生直接影响,且关系到科学把握全球变化背景下CO2的排放动态,在全球碳收支中占据重要地位,越来越受到各国学者的广泛关注。在全球变化背景下研究土壤呼吸的时空异质性及其影响因子,可为探索陆地生态系统在碳循环方面的碳源/碳汇功能和揭示“碳失汇之迷”,以及减缓气候变暖等方面提供有力的依据。作为一个复杂的生物学与生态学过程,土壤呼吸受到气候、生物以及非生物等因子的影响而呈现时空异质性,并随着各种干扰因子影响的增强,人为因素的作用亦越来越大,该文阐述了森林生态系统土壤呼吸作用的时空动态变化规律、并探讨了影响土壤呼吸速率的各种影响因子,剖析了导致土壤呼吸时空异质性的影响因子,指出自然因子、生物因子和干扰因子共同驱动着土壤呼吸的时空动态变化。并对森林生态系统土壤呼吸作用的模型模拟方面的研究进展进行了综述。最后讨论了森林土壤呼吸时空异质性研究中存在的相关问题,同时提出了今后土壤呼吸研究中应关注的问题,同时对森林生态系统土壤呼吸时空异质性及影响因子的研究方向进行了展望。     

深圳市快速城市化对城市生态系统碳动态的影响研究

城市化已成为全球土地覆被变化的主要驱动因素之一。城市化及其引起的土地覆被变化对城市生态系统碳动态具有重要的影响。以快速城市化的典型区域——深圳市为例,采用遥感影像解译与实地生态调查相结合的方法,研究了1986—2015年间城市化引起的土地覆被变化对城市生态系统碳密度和碳储量的影响,旨在加深对城市生态系统碳循环的认知,为城市生态系统碳管理提供科学依据。研究结果显示,(1)研究区城市化过程中土地覆被变化的主要特征是建设用地的急剧扩张。林地、耕地、园地等在面积减少的同时,景观趋于破碎化。(2)研究区植被和土壤的碳密度呈现出明显的空间异质性。研究时段内,植被和土壤的平均碳密度分别减少了约5.1 t?hm~(-2)、11.8 t?hm~(-2)。(3)研究区城市生态系统碳储量的变化大致经历了3个阶段:城市化"初始期"以自然植被和农业用地为主的高碳储量期;城市化"加速期"建设用地快速扩张带来的城市生态系统碳储量急剧下降;城市化"稳定期"城市生态系统碳储量逐渐恢复。(4)研究时段内土地覆被变化造成研究区城市生态系统约16.8 t?hm~(-2)的碳损失,占城市生态系统碳储量的37.7%。虽然城市化总体上导致了城市生态系统碳密度和碳储量的减少,但通过适当的城市植被与土壤的碳管理措施可以使城市生态系统碳库逐渐得到恢复。     

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.     

农田生态系统服务功能研究进展

农田生态系统是人类社会存在和发展的基础,研究农田生态系统服务功能及其价值评估具有重要的意义.文章综述了国内外有关农田生态系统服务功能及其价值评估的研究进展;提出了农田生态系统服务功能的特点;将其服务功能类型划分为生产功能、生态功能和生活功能.分析了当前研究中存在的问题,如服务功能形成的微观机制及其参数研究欠缺;评价结果不准确;评价指标和方法有待完善等.因此,今后农田生态系统服务功能价值评估研究重点应着重于理论探索和方法完善方面,从农田生态系统微观形成机制入手,开展不同尺度和类型的农田生态系统功能价值评估研究,充分考虑影响其功能价值的因素,改进评估的手段、方法和技术,使评估结果更具可比性和实用性,为合理开发利用农业资源、管理农田生态系统,实现农业的永续发展提供理论依据和技术支持.     

森林净生态系统生产力及其生物影响因子研究进展

在全球大气二氧化碳浓度上升的背景下,陆地生态系统碳循环及碳汇功能研究得到了广泛的关注,日益成为今后的政治和外交的重大议题之一.净生态系统生产力(net ecosystem production, NEP)是生态系统光合固定的碳与生态系统呼吸损失的碳之间的差值;或者为生态系统净的碳积累速率.NEP 的研究整合生态系统地上和地下部分,把生态系统碳循环的影响因子有机地联系了起来.当NEP为正值时,说明生态系统为碳汇,NEP为负值则表明生态系统为碳源.随着植物和土壤相互联系及其对生态系统过程研究的深入,NEP已经成为生态系统碳循环研究的核心概念之一.以森林NEP为出发点,综述了国内外的最近的 NEP 研究进展,分析了 NEP 研究的科学意义;探讨了植物群落组成/生物多样性、土壤微生物群落、大型/土壤动物和人为的管理或干扰等生物因子对NEP的影响.根据综述研究提出未来研究应在:(1)土壤生物过程、土壤食物网及其与地上部分植物/动物相互作用对NEP的影响;(2)自然林生物多样性的竞争/共存机制与生态系统碳吸存稳定性;(3)人工林固碳潜力和不同植物功能群(灌草层)对生态系统碳动态影响等方面加强,以期为全面认识生物因子对森林生态系统系统固碳现状、机制和潜力提供理论基础.     

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。     

长沙市生态系统服务价值对土地利用变化的响应研究

基于谢高地等确立的中国陆地生态系统服务价值系数,通过价值系数修正,分析长沙市24年间土地利用变化对生态系统服务价值的影响.研究表明:耕地、林地、草地、水域、未利用土地的面积逐渐减少,城镇建设用地逐渐增加.1900~2014年的生态系统服务总价值逐渐减少,价值损失量为169 329.89万元,损失率为5.44%.各生态系统服务功能对长沙市生态系统服务价值的贡献率排在前三位是土壤形成与保护,水源涵养,生物多样性保护.食物生产的生态系统服务价值的贡献率最小.生态系统服务价值敏感性指数由大到小依次为:林地、耕地、水域、城镇建设用地、草地、未利用土地,敏感性指数均小于1,研究结果合理可信.     

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。     

林下植被对土壤微生物群落组成与结构的影响

植被和土壤微生物是生态系统的重要组成部分,研究二者之间的联系对森林经营管理和生态恢复实践具有重要的指导意义.目前相关研究主要集中于乔木层对土壤微生物的影响,林下植被层对土壤微生物的潜在作用常被忽视.本文从林下植被对土壤微生物群落组成与结构的影响及其作用机理两个方面进行总结:(1)林下植被对土壤微生物有重要的影响,其作用结果有正面、负面和没有影响几方面;(2)作用途径为通过分泌物和凋落物归还的质与量等直接影响土壤微生物群落结构和组成,也通过影响土壤微气候环境、土壤营养有效性和p H、改变乔木层和其他土壤微生物类群而间接影响土壤微生物;(3)在林下植被对土壤微生物影响的研究中,试验方法多采用磷酸脂肪酸(PLFA)法,而最新土壤微生物的测定方法(如高通量测序等)应用较少.今后林下植被影响土壤微生物群落的研究重点在于(1)提高土壤微生物测定方法的准确性;(2)扩展研究方向;(3)与应用方面相联系.     

气候变暖背景下森林土壤碳循环研究进展

由人类活动引起的温室效应以及由此造成的气候变暖对森林牛态系统的影响已引起人们的普遍关注.森林土壤碳循环作为全球碳循环的重要组成部分,是决定未来陆地牛物嘲表现为碳源/碳汇的关键环节,揭示这一作用对于准确理解全球变化背景下陆地生态系统碳循环过程具有重要的指导意义.本文主要通过论述影响土壤碳循环过程的5个方面(土壤呼吸、土壤微生物、土壤酶活性、凋落物输入与分解、土壤碳库),综述了近10 a来全球气候变暖对土壤碳循环过程的影响.近年来,尽管已开展了大量有关土壤碳循环对气候变暖的响应及反馈机制的研究,并取得了一定的成果,但研究结果仍然存在很大的不确定性.整合各种密切关联的全球变化现象,完善研究方法和实验手段,加强根际微生态系统碳循环过程与机理研究将是下一步研究的方向和重点.参70