基于LUCC的密云水库上游流域人为干扰动态变化

人类活动对地球表层的干扰所造成的影响和变化正日益增强,正确估计人为干扰对现在和未来环境变化影响的程度以及叠加在自然变化上的幅度具有重大意义。选择生态系统服务功能突出、人地关系矛盾剧烈的北京市密云水库上游流域为研究区,基于2005和2013年2期SPOT 5遥感影像数据,借助人为干扰度指数和GIS空间分析方法,从结构变化、类型变化、空间变化和人为干扰度4个角度,探讨密云水库上游流域人为干扰时空动态分异及变化特征。结果表明:(1)2005—2013年间,密云水库上游流域景观以林地-耕地-园地格局为主导,土地利用变化速度加快,人类活动对土地资源的集约利用强度增加。(2)农业结构调整、土地开发整理、经济发展、建设占用以及生态恢复工程是流域内土地利用与土地覆被变化的主要因素;旱地、园地、有林地、灌木林地面积减少,菜地、草地、疏林地、建设用地和滩地增加,森林生态系统质量呈退化趋势;工矿用地和未利用土地主要转为园地、林地和草地,生态恢复工程略显成效。(3)半干扰是流域内主导的干扰景观类型,全干扰和半干扰型景观面积增加,无干扰型景观面积减少,流域内景观的人为干扰强度呈现由深山区向浅山区逐渐增强的空间分异特征,交通道路沿线及人类活动活跃地区是人为干扰强度增加最显著的地区。     

对长江上中游流域生态重建问题的思考

长江中上游流域灾后生态重建的重点是：在上游恢复与重建森林生态系统,实行“封山育林,退耕还林”的方针,加强定位试验研究,完善森林自然保护区网络,控制水土流失;在中游重建湖泊生态系统提高调蓄功能,整治河道圩垸增强泄洪能力;落实水利工程措施确保安全度汛     

对长江上中游流域生态重建问题的思考

长江中上游流域灾后生态重建的重点是：在上游恢复与重建森林生态系统,实行“封山育林,退耕还林”的方针,加强定位试验研究,完善森林自然保护区网络,控制水土流失,在中游重湖泊生态系统提高调蓄功能,整治河道圩垸增强泄洪能力,落实水利工程措施确保安全度汛。     

LUCC及气候变化对龙川江流域径流的影响

土地利用与土地覆被变化(Land Use and Land Cover Change,LUCC)及气候变化对流域的径流变化影响巨大。为揭示龙川江流域LUCC和气候变化对径流变化的影响,基于SWAT模型,通过设置不同情景,定量分析了不同土地利用类型和气候要素对流域内径流的影响,并结合RCP4.5、RCP8.5两种气候情景对流域未来径流的变化进行了预估。结果显示,(1)SWAT模型在龙川江流域径流模拟中具有较好的适用性,可用SWAT模型进行流域的径流模拟,率定期的模型参数R~2、Ens分别达到0.73、0.71,验证期的模型参数R~2、Ens分别达到0.75、0.74。(2)从土地利用方面考虑,将农业用地转化为林地或草地,均会导致流域径流量的减少,而将林地转化为草地则会引起流域径流量的增加,农业用地、林地、草地三者对径流增加的贡献大小顺序为农业用地?草地?林地。从气候变化方面考虑,流域径流量与降雨量呈正比,与蒸发量呈反比。(3)2006-2015年间龙川江流域LUCC引起的月均径流增加幅度小于气候变化引起的月均径流减少幅度,龙川江径流的变化由气候变化主导,月均径流量总体上减少1.59 m~3·s~(-1)。(4)预估结果显示,RCP4.5和RCP8.5气候情景下,2021-2050年间龙川江流域径流减少趋势明显,分别为1971-2015年减速的2.65倍、3.43倍。     

气候变化对我国丹顶鹤繁殖地分布的影响

利用最大熵模型,结合大气环流模型和IPCC(政府间气候变化专门委员会)最新发布的A2和B2气候情景,模拟和预测气候变化对我国东北地区丹顶鹤(Grus japonensis)繁殖地分布范围及空间格局的影响趋势。结果表明,在A2和B2气候情景下,气候变化将导致丹顶鹤的繁殖适生区域不断缩减,核心分布区域向西和向北移动,其中东北3省的栖息地变化明显,内蒙古东部地区未来将成为丹顶鹤的主要栖息地。认为我国急需建立一套完整可靠的丹顶鹤分布监测系统,进一步加强湿地的人工补水和湿地恢复等工作,以利于丹顶鹤繁殖地的保护。     

泥石流频发流域物源区坡面植被群落特征

为了解泥石流频发流域物源区坡面的植被特征和物种多样性,以蒋家沟流域沟谷南坡、北坡坡面为研究对象,对不同坡位植被群落的结构特征和数量组成进行样方调查,统计分析不同坡位群落的物种组成、重要值、物种多样性、地上地下生物量,并将地上地下生物量与多样性指数进行相关性分析.调查样地共发现植物49种,其中北坡33种、南坡23种,以草本植物为主,各坡位物种组成、重要值之间存在显著差异,主要受到演替初期先锋性草本植物的影响;扭黄茅、拟金茅、荩草、田菁的重要值相对较大,它们对泥石流频发流域物源区有较强的适应能力,为该地区的常见物种,可作为后期生态修复中的主要配置物种.不同坡位的群落特征和物种多样性存在差异,沟谷南坡ShannonWiener多样性指数表现为稳定区(2.311)失稳区(2.161)堆积区(2.036),北坡则表现为堆积区(2.626)稳定区(1.338)失稳区(1.057).生物量表现为稳定区失稳区堆积区,总体则为北坡高于南坡.基于以上结果,认为在泥石流频发流域物源区坡面植被自然恢复过程中,应加强对坡面失稳区的防治与保护,对堆积区进行合理整治,后期可通过人工引种乡土乔灌植物丰富物种组成,促进植被恢复和植物群落垂直结构的发展.     

密云水库上游流域不同林分土壤有机碳分布特征

在全球气候变化背景下,森林土壤有机碳库作为全球土壤碳库的重要组成部分,已成为全球碳循环研究的重点之一。以密云水库上游流域天然次生山杨（Populus davidiana Dode）、白桦（Betula platyphylla Suk.）混交林、天然次生辽东栎（Quercus wutaishanica Blume）林、人工华北落叶松（Larix principis-rupprechtii Mayr.）林、人工油松（Pinus tabulaeformis Carr.）林和灌丛等5种典型林分为研究对象,选取典型样区,进行密集采样和试验分析,探讨了不同林分土壤有机碳质量分数和密度的分布特征。结果表明：在整个土壤剖面上（0~40 cm）,不同林分土壤有机碳质量分数和密度大小顺序均为：杨桦林〉辽东栎林〉灌丛〉落叶松林〉油松林,总体上呈现出随土地利用强度和人为干扰程度增加而降低的变化趋势,即天然次生林比人工林更有利于土壤有机碳的储存和积累;不同林分类型土壤有机碳质量分数和密度均在表层（0~10 cm）最大,并随着土层深度的增加呈下降趋势,剖面分布差异明显;此外,不同林分在0~20 cm土层中的单位面积土壤有机碳储量均占其剖面总储量的57%以上,即土壤有机碳富集在0~20 cm深的表层土体中。因此,为增加森林土壤固碳,应加强对天然次生林的保护,减少人类活动对森林及其表土层的干扰。     

封育次生马尾松(Pinus massoniana)林优势种群竞争密度效应

以退化红壤区封山育林植被恢复过程中优势种群马尾松为研究对象,研究不同恢复阶段马尾松种群竞争密度效应,并提出一个适用性更强的竞争密度效应模型.研究表明,退化红壤区植被恢复过程中优势种群马尾松竞争密度效应明显,优势种群平均胸径(D)、平均胸高断面积(S)、平均单株材积(V)、林分蓄积量 (M)与种群密度 (ρ)的竞争密度关系密切,达到极显著水平(α<0. 01);新竞争密度效应模型较前人模型描述C-D效应效果更理想,可在森林竞争密度效应研究中应用. 表 4参 19     

川西植被恢复过程中的土壤微生物评价及与土壤因子的关系

较系统地评价了川西植被恢复过程中的土壤微生物以及土壤因子对土壤微生物恢复的制约作用。结果表明:在自然恢复的前50 a,40 a群落的微生物数量恢复最佳,40~50 a会逐渐减少,其中微生物的生理类群数量在30 a到达最好,而微生物数量(细菌、真菌和放线菌)在40 a达到最好;采用桦木、刺楸和杉木对微生物及其生理类群群落的恢复效果差,建议恢复川西中亚热带森林生态系统重新选用合适的豆科植物;人工抚育可显著地促进微生物生理类群数量;土壤中的速效K和阳离子交换量是促进土壤微生物和3种生理类群恢复的主要决定因子,而pH、有机质、全K必须通过速效K或阳离子交换量才能对土壤微生物和生理类群起到较大的作用,速效N对微生物及其生理类群没有明显的作用。     

川西亚高山天然次生林生态功能恢复综合评价

川西亚高山原始针叶林遭受大规模采伐后自然恢复形成的次生林已成为该区域的主要森林类型之一,具有重要的生态功能.现有森林生态功能评价大多为水源涵养等单一生态功能,尚缺乏针对多种生态功能的综合评价.采用空间代替时间的方法,以岷江冷杉原始林为参照,基于植物群落学与生物量调查,以及植物和土壤样品采集与测定,分析次生林植物多样性、碳储量、林地涵水能力三大生态功能恢复动态,探讨次生林生态功能恢复速率及其影响因素.结果显示:(1)随着次生林的恢复,林分综合生态功能显著提高,生态功能指数为原始暗针叶林(0.823 6)针阔叶混交林(0.5464)阔叶林(0.367 7).川西亚高山次生林生态功能恢复大约需要180年以上,不同生态功能恢复速率为植物多样性功能林地水源涵养功能固碳功能,不同演替阶段为阔叶林针阔叶混交林原始暗针叶林;(2)恢复到50-60年阔叶林具有较高的物种丰富度、Simpson和Shannon-Wiener指数,尤其是物种丰富度恢复速率较快,但恢复到老龄林相似的冠层物种组成需要较长的时间,可能与砍伐前为原始森林、残余森林呈镶嵌分布,以及桦木和岷江冷杉等建群种周转率低等有关;(3)林地持水能力以针阔混交林为最高,其中土壤蓄水量占绝对优势,针阔混交林具有较高的土壤毛管持水量,而针叶林土壤非毛管持水量较高.恢复速率为土壤毛管持水量(110年)枯落物持水量(118年)苔藓层持水量(135年);(4)随着林龄的增加,地上植被层和土壤碳储量显著增加,土壤层碳储量显著大于植被层,恢复速率为土壤(110年)地上部分(160年)枯落物层和苔藓层(200年),较快的土壤碳储存以及毛管持水量恢复速率与先前地上植被遭受严重破坏而地下土壤干扰较轻有关.本研究表明川西亚高山次生林生态功能恢复是一个漫长的过程,不同恢复阶段、不同生态功能恢复速率差异显著,应针对不同演替阶段采取不同的生态功能恢复策略,尤其要加强现有原始老龄林栖息地和残余老树的保护,注重构建针阔叶混交林结构,保护和促进次生林地被物层的恢复.(图4表5参70)     

气候变化对西南亚高山区流域碳水平衡的影响模拟

为了揭示气候变化对西南亚高山区流域碳水平衡的影响,应用生物物理/动态植被模式SSi B4/TRIFFID与流域水文模型TOPMODEL的耦合模式SSi B4T/TRIFFID进行西南亚高山区的梭磨河流域不同气候情景下[背景条件(控制试验)、增温2℃(T+2)、增温5℃+增雨40%(T+5,(1+40%) P)]植被与碳水平衡的动态模拟。控制试验结果显示,流域蒸散在流域为苔原灌木覆盖时达到最大而径流深最小;T+5,(1+40%) P试验流域蒸散在流域为森林覆盖时达到最大而径流深最小。随着温度增加,由于森林、苔原灌木和C3草地3种植被类型中森林蒸散增加幅度最大,导致森林从控制试验的增加径流量变为减小径流量。从控制试验到T+5,(1+40%) P试验,森林蒸散从388.1 mm·a-1增加到802.9 mm·a-1,径流深从298.0 mm·a-1减小到157.9 mm·a-1,径流系数从0.43减小到0.16;森林净初级生产力NPP从1 025.5 g·m-2·a-1增加到1 199.5 g·m-2·a-1,净生态系统生产力NEP从476.8g·m-2·a-1增加到650.8g·m-2·a-1。NPP和NEP增加幅度低于蒸散增加的幅度,表征碳水耦合关系的水分利用效率WUE随温度增加而明显减小。WUE和森林-径流关系随海拔高度变化,西南山区气候的垂直地带性分布控制了水分利用效率和森林-径流关系的空间变化。     

基于SSiB4T/TRIFFID模拟的森林植被与流域径流量关系研究

为了揭示森林植被与流域径流量关系的空间分异规律,用生物物理/动态植被模式SSiB4/TRIFFID与流域水文模型TOPMODEL的耦合模式SSiB4T/TRIFFID进行青弋江流域和西南亚高山区的梭磨河流域各种气候情景的植被演替和碳水循环模拟。根据模拟结果并结合森林集水区试验结果,分析森林植被对流域径流量的影响。模拟结果表明,不存在水分胁迫时,在草地、灌木和森林3种植被类型中,森林蒸腾、冠层截留蒸发、蒸散和叶面积指数对温度变化最敏感;存在水分胁迫时,森林蒸腾、冠层截留蒸发、蒸散和叶面积指数对降水的变化最敏感。控制试验结果表明,青弋江流域阔叶林在植被向平衡态演替过程中取得支配地位,森林、灌木和草地蒸散分别为742.2、588.6和546.2 mm·a~(-1),森林蒸散明显大于灌木和草地,森林减小了径流量。梭磨河流域针叶林在植被向平衡态演替过程中取得支配地位,森林、苔原灌木和草地蒸散分别为387.8、444.3和387.5 mm·a~(-1),森林蒸散低于苔原灌木,森林增加了径流量。但随着温度增加,由于森林蒸散增加幅度明显大于苔原灌木和C3草地,森林蒸散逐渐大于苔原灌木,森林从增加径流量转变为减小径流量。对于湿润地区,随着温度增加,森林从增加径流量转变为对径流量没有明显影响和减小径流量。对于半湿润和半干旱地区,随着降水的减小,森林蒸散减小幅度明显大于灌木和草地,森林对径流量的影响随着降水量的减小而减小。气候的垂直地带性和水平地带性分布对森林植被与流域径流量关系的空间变化起着重要的控制作用。     

漓江流域红壤侵蚀区植被演替与复合农林试验

漓江季节性的干旱和洪涝并存成为地方政府、有关专家和旅游行业密切关注的环境问题,漓江流域的环境建设尤其是上游森林植被恢复,成为生态治理重点内容。漓江上游红壤区植被类型主要包括针叶林、阔叶林、竹林、灌丛和草丛,植被的水分特征差异较大,植被的生态调节、水源涵养功能各异。在漓江上游红壤区开展4种模式的植被恢复和复合农林试验示范,3年的试验表明,乡土常绿阔叶树适应性强、有效保持水土,果林经济效益显著、但生态功能较差,木本药材林具有较好的生态功能和潜在的经济效益。通过调查和试验示范,提出亚热带红壤退化山地农林经营的植物种类和复合模式,对漓江流域水资源调控和水土流失治理提出建议和对策。     

西南地区乔木林碳储量及木材生产潜力预测

定量评价森林碳储量及其碳汇潜力,有助于科学评估森林减缓气候变化的潜在贡献,对国际气候变化谈判和国内应对气候变化的决策均具有重要意义。然而,如何对森林进行可持续经营管理以确保木材产量和森林碳汇量间的平衡是一个十分重要的问题。为准确评估西南地区乔木林碳储量及木材产量供应潜力,利用西南各省(市、区)第七次(2004—2008年)和第八次(2009—2013年)森林资源连续清查数据,结合森林经营规划目标设定采伐与非采伐两种情景,采用蓄积-生物量转换因子法,估算了乔木林生物量碳储量和碳密度,模拟预测了2010—2050年间的乔木林生物量碳汇潜力及木材产量。结果表明,(1)2010年西南地区乔木林碳储量为2 449.06 Tg,碳密度为57.64 Mg·hm~(-2)。碳储量大小顺序为:西藏云南四川贵州重庆,碳密度大小顺序为:西藏四川云南重庆贵州。(2)采伐和非采伐情景下,2050年西南地区乔木林碳储量分别为3 829.18 Tg和4 057.29 Tg,碳密度分别为81.60 Mg·hm~(-2)和85.08 Mg·hm~(-2)。(3)与非采伐情景相比,2050年时采伐情景下碳储量下降了228.11 Tg,碳密度下降了3.48 Mg·hm~(-2);但是采伐情景下2010—2050年间累计提供木材产量7.86×10~8m~3。西南地区幼、中龄林比例较高,随着生长成熟以及抚育经营管理使森林质量提高,该地区森林碳汇潜力巨大。制定合理的乔木林更新采伐比例,有助于在有效发挥森林碳汇效益的同时实现森林质量的提升和木材产量的增加。     

农区土地利用强度变化对生物多样性的影响

农业集约化引起的景观变化是导致农业景观生物多样性丧失的重要原因,为评估农业景观结构变化对物种多样性的影响,探索生物多样性未来的变化趋势,研究基于Meta分析(Meta-Analysis)构建我国农区不同土地利用强度的生物多样性数据库,收集了来自全国298个农业景观样地的15 042条物种记录。依据线性混合效应模型构建我国农区土地利用强度-生物多样性关系模型,并以浙江省为例,结合浙江省退耕还林、生态农业发展等土地利用政策和规划,基于Dyna-CLUE模型模拟不同情景下土地利用的空间分布,将土地利用空间分布模拟和土地利用强度-生物多样性关系模型结果输入Flus-Biodiversity模型,从而模拟典型农区生物多样性的空间分布格局,提出浙江省农田生物多样性保护目标优化方案。Meta分析显示,无论在景观尺度还是局部管理尺度上,随着农田土地利用强度的增加,生物多样性均呈显著下降趋势。情景模拟发现,在所有情景中生物多样性都呈下降趋势,其中生态保育情景下降幅度最小,将常规农田转换为生态农田时生物多样性有所提高。因此,为进一步保护多样性、提升生态系统服务、改善生态环境,一方面应尽量保护农田周围的自然和半自然生境,以减少土地利用改变对农业生物多样性的破坏;其次,适当增加农业景观中的半自然生境,如人工林等,构建合理的农业景观格局;第三,适度推动有机管理或生态管理,合理化减少化肥和农药的施用,有利于区域生物多样性的保护;第四,在保证耕地红线的前提下,应深入推进退耕还林政策,严格限制生态功能区的土地开发,同时注重生物多样性完整性损失严重区域的保护。     

浙北低山丘陵区天然次生林和人工毛竹林降雨化学特征比较

森林降雨化学特征定量研究对于准确估算森林生态系统养分循环的养分元素浓度有重要意义。以中亚热带人工毛竹林和天然次生林为研究对象,分析2种森林类型的穿透雨、地表径流和流域出口径流中各离子浓度时空动态变化特征。结果表明,与人工毛竹林相比,天然次生林具有较高的林冠截留作用和枯落物截持水能力,产生的林内穿透雨和地表径流较少;大气降雨中各离子浓度差异较大,由高到低依次为SO42-、NO3-、Na+、Cl-、K+、Ca2+、NH4+和Mg2+;人工毛竹林和天然次生林林内穿透雨的Na+淋溶系数分别为0.49和0.85,而其他离子都有不同程度增加,表现为正淋溶;与大气降雨相比,2种林分的地表径流中各离子都表现为正淋溶,淋溶系数在1.12~10.16之间,以K+和NO3-较大,而Na+和NH4+较小;流域出口径流中K+和NH4+浓度相对于大气降雨有一定下降,迁移系数分别为0.90和0.21,而Ca2+和Mg2+浓度则明显增加,迁移系数分别为7.55和22.78;2种林分不同层次的降雨化学特征差异主要表现在离子浓度上,除Na+和Mg2+外,天然次生林各层次的离子浓度均大于人工毛竹林。     

海南岛甘什岭低地次生雨林土壤有机碳及影响因素

热带雨林是世界上最复杂的森林生态系统,在全球碳循环中发挥着重要作用.热带低地次生雨林是受人类干扰较为严重的雨林类型,而关于其土壤有机碳库的研究甚少.以海南岛甘什岭热带低地次生雨林为研究对象,通过野外调查采样与室内分析相结合等方法,研究了经人为采伐干扰后自然更新恢复形成的3种林分类型(Ⅰ为较大采伐强度下恢复的灌丛与低矮乔...     

近5年森林生态系统服务价值评估研究进展——基于CiteSpace文献计量学分析方法

森林是陆地最大也是最重要的生态系统,森林生态系统提供了木材供给、固碳、水源涵养等多种类型的服务,通过量化森林生态系统服务有利于决策者管理实现精准管理的目标,从而达到提高森林质量和缓解气候变化的作用。森林生态系统过程的复杂性和时空变异性为该领域的研究提供了丰富的研究内容,近几年来该领域的文献发表量增长迅速,为了了解当前森林生态系统服务价值评估研究进展情况,文章使用文献计量学分析法对国内外相关研究进展进行了分析总结。结果显示,中国在该领域研究的国际影响力逐年提升,在Web of Science数据库中,中国科学院在该领域具有最多的文献量;生态系统服务制图、文化服务、生态系统价值、森林景观资源恢复等九类是当前该领域研究的主要研究类别;国内外研究热点大体一致,主要可分为影响因素、评价类型、评价对象、评价方法与指标4个热点类型。文章基于文献聚类和热点分布,提出未来研究的发展方向主要是:气候变化和土地利用变化的影响;多类型的覆盖;方法优化与模型的开发与应用。     

冀西北3种植被恢复类型土壤理化性质差异及肥力评价

森林植被恢复对土壤肥力的改善是森林可持续经营的重要条件。为研究冀西北3种森林植被恢复类型对土壤肥力的影响,以张家口市崇礼区清水河流域恢复年限40年的落叶松(Larix principis-rupprechtii)、油松(Pinus tabulaeformis)乔木林和虎榛子(Ostryopsis davidiana)灌木林土壤为研究对象,分层测定了3种植被类型的土壤物理性状和养分特征,采用土壤肥力指数评价法对3种植被恢复类型土壤肥力进行了综合评价。结果表明,(1)3种植被恢复类型中,落叶松林与虎榛子灌木林土壤容重明显低于油松林,土壤总孔隙度和毛管孔隙度大于油松林。(2)虎榛子灌木林的土壤水分自然储量明显大于油松林和落叶松林。最大持水量、田间持水量和毛管持水量均表现为落叶松林虎榛子灌木林油松林。(3)3种植被恢复类型中,落叶松林土壤有机质、全氮、碱解氮和全钾储量高,虎榛子灌木林有机质、全氮、速效钾储量高,油松林全磷、全钾、速效磷、速效钾储量高。(4)经土壤肥力指数综合评价,3种植被类型对土壤肥力的改善作用落叶松林虎榛子灌木林油松林。油松林土壤肥力与其他两种林分差距较大,主要由于其枯落物难于分解,上中层土壤(0—40 cm)有机质得不到及时补充。     

造林对区域森林生态系统碳储量和固碳速率的影响

量化连年造林对提升区域森林生态系统固碳能力的贡献,对于了解区域碳循环和应对气候变化具有重要意义。基于县域造林统计数据和森林资源规划设计调查数据,应用区域尺度森林碳收支模型(CBM-CFS3)设置造林情景与未造林情景(BS),评估和预测了2009—2030年造林对湖北省兴山县森林生态系统碳储量和固碳速率的影响。结果表明,模拟期间造林情景下兴山县森林生态系统碳储量和固碳速率平均值分别为16 540.55 Gg和208.04 Gg·a~(-1),比BS情景对应值高472.85 Gg(2.94%)和16.01 Gg·a~(-1)(8.34%)。在新造林生态系统中,生物量碳库和死亡有机质碳库的碳储量占比分别为19.11%和80.89%,这2个碳库的固碳速率分别占新造林生态系统固碳速率的94.15%和5.85%。造林使马尾松林和落叶阔叶林生态系统碳储量平均值分别增加237.23和235.63 Gg,使两者固碳速率分别增加6.44和9.57 Gg·a~(-1)。通过调整兴山县林龄结构,造林提高了森林生态系统碳储量和固碳速率。未来可适当增加落叶阔叶林造林面积,加强抚育管理,以增强该区域森林碳汇功能,促使森林资源持续发展。