景观格局-动态-过程是景观生态学研究的核心内容,科学分析沿海地区景观格局动态变化对区域发展规划具有重要意义。以广西北部湾经济区2000、2010和2020年3期土地利用类型遥感监测产品为数据源,采用景观格局指数法和变异系数从景观水平和类型水平角度量化景观指数在30~1 000 m范围的粒度效应,构建信息熵模型确定最优粒度,并在此基础上,采用景观指数和转移矩阵分析2000-2020年广西北部湾经济区景观结构动态变化特征。结果表明:(1)景观水平和类型水平上景观指数对粒度变化均有不同程度的敏感性,不同景观类型的粒度效应略有区别,研究区景观格局分析最佳粒度为60 m;(2)林地是研究区主要景观类型,建设用地是增长最快的景观类型,人类活动使林地、农用地和建设用地格局发生剧烈变化;(3)广西北部湾经济区斑块密度增加,景观呈破碎化趋势,景观格局逐渐复杂化,空间异质性增强。在社会、经济、旅游等快速发展的背景下,广西北部湾经济区景观格局呈加速变化趋势,因此,在进行国土空间规划时需从区域角度出发,合理调整景观结构,加强自然资源保护,实现经济和生态可持续发展。

长三角地区是中国经济最活跃、开放水平最高、人口最为稠密的区域之一,探究区域生态系统服务价值时空演变规律及其驱动因素,对于实现长三角地区生态环境共保联治、增强区域可持续发展能力、推动长三角一体化高质量发展具有重要意义。基于1990-2018年长三角地区4期土地利用数据,在定量分析长三角生态系统服务价值变化趋势及各生态系统服务功能权衡协同关系的基础上,综合采用空间相关、热点分析和地理探测方法探讨长三角生态系统服务价值时空分异特征及其驱动因素。结果表明:(1)长三角生态系统服务价值和各生态系统服务功能价值均呈下降趋势,2010年之后下降趋势放缓;2010年之前区域生态系统服务功能权衡度下降、协同度上升,2010年之后协同关系占据完全主导地位。(2)长三角生态系统服务价值空间分布呈现南高北低的空间格局,且呈显著正向空间自相关关系;冷点数量在2010年达到峰值,之后开始减少;热点数量自2000年之后呈减少趋势,但减幅变小。(3)海拔、日照时长和年降水量为长三角生态系统服务价值空间分异的主要驱动因子;一产占比与海拔的交互作用最为明显,q值达0.883,自然地理要素与社会经济要素交互作用主导驱动了长三角生态系统服务价值空间分异。

城市生态空间梯度变化显式化研究可以帮助理解景观格局-过程关系,同时为城市景观格局优化和管理提供支持。以长沙快速扩张地区为例,基于2013、2017和2020年3期Landsat 8 OLI遥感影像数据,综合运用RS/GIS技术、景观格局指数和移动窗口法,探究最佳尺度上长沙市都市区生态空间景观格局梯度和方向分异特征。结果表明:(1)60 m栅格为最适合粒度,1000m移动窗口为最适宜分析幅度;(2)2013-2020年长沙市增加的建设用地面积来源于耕地,耕地的优势地位逐渐被削弱。城市绿地和林地最大斑块面积和聚集度整体呈上升趋势,破碎化水平减弱。2013-2017年城市生态空间呈离散化发展趋势;而2017-2020年呈集聚形态发展趋势。(3)建设用地为城市中心区的主导景观组分,景观均质性较强;城市副中心建设化水平发展较快,城市生态空间破碎化及多样性程度较高;城乡过渡区景观多样性最大,破碎化程度较高,是城市扩张典型区域,景观异质性强;耕地和林地构成长沙市都市区生态保育区生态屏障。(4)2013-2020年都市区生态空间整体上呈现东北-东南偏移趋势,空间重心呈现东-西转移趋势,建设用地由内向外蔓延,以南北、东西和东北方向最为明显,耕地景观受到较大冲击;林地景观最大斑块面积占比在北、东北、东南和南方向增加,破碎化程度降低。长沙市湘江中部东西两侧区域生态功能明显增强。

协调是新发展理念的重要组成部分,推动实现国有林区协调发展是深化国有林区改革发展的主要目标。以黑龙江省大兴安岭重点国有林区为研究对象,构建涵盖资源保育、产业发展、企业管理、民生福祉和支撑保障的复合系统,采用耦合协调模型对2000-2020年研究区复合系统耦合协调状况进行定量评价,并采用灰色马尔科夫模型对2021-2022年复合系统耦合协调发展趋势进行预测,以期为推动国有林区持续深化改革,促进实现全方位和高质量协调发展提供科学依据和理论支撑。结果表明,经过21 a的转型发展,黑龙江省大兴安岭重点国有林区各子系统层发展过程各有差异,其中,民生福祉系统层和资源保育系统层增幅较大,企业管理和支撑保障系统层发展严重滞后;复合系统耦合协调发展阶段由失调阶段转变为协调阶段,但是近年来受政策及新冠肺炎疫情等因素的影响,协调发展水平有所倒退;预测到2022年,复合系统耦合协调发展类型将恢复至良好协调发展,但距离优质协调发展尚有较大差距。建议保持现有扶持政策和投入水平持续稳定,加快补齐企业管理和支撑保障系统层短板,推动黑龙江省大兴安岭重点国有林区步入稳定、高质量耦合协调发展状态。

大兴安岭水源涵养与生物多样性保护区是我国北方重要的生态屏障,定量分析其生态系统服务功能动态及内在关系,对于实现该区自然资源的合理利用与可持续发展具有重要的科学意义。基于多源数据和生态系统服务功能评估模型,实现了2000-2015年大兴安岭生态功能区水源供给、碳储存和生境质量服务功能的动态评估,并结合相关性分析和权衡协同度模型探讨各服务功能之间的权衡协同关系。结果表明:(1)林地是该区优势生态系统类型,占功能区总面积的67.80%,湿地和草地次之,3种类型面积之和占功能区总面积的92.35%。2000-2015年,林地面积增加2080km²,草地和湿地面积分别减少1365和1265 km²,其他类型面积变化较小。(2)2000-2015年研究区水源供给服务功能明显减弱,碳储存服务功能有所增强,生境质量改善显著。其中,水源供给量减少15.10亿m³,碳储量增加16.79 Tg,良好及以上生境面积增加5746 km²,占生态功能区总面积的85.41%,生物栖息活动区生境质量显著提高。(3)在区域和地级市尺度上,水源供给与碳储存呈权衡关系,碳储存与生境质量呈协同关系。水源供给与生境质量在区域尺度上表现为权衡关系,但在地级市尺度上赤峰市和黑河市表现为权衡关系,大兴安岭和通辽市表现为协同关系。研究结果可以为区域自然资源管理和生态规划、生态系统服务总体效益提升等提供重要的数据支持和决策依据。

人类生存质量与生态环境密切相关,利用遥感技术可以快速、定量地评价生态环境变化,为区域生态环境治理、改善以及发展规划提供重要参考。以宁夏贺兰山为研究区域,基于1987-2020年5景Landsat 5/8遥感影像,采用植被覆盖度(FVC)和遥感生态指数(RSEI),探究其生态环境时空变化规律,分析2017年贺兰山生态保卫战实施后该区域植被状况和生态恢复效果。结果表明:(1)1987-2020年宁夏贺兰山生态环境得到持续改善,植被覆盖整体提高,年均FVC从保卫战实施前(1987年)的31.03%增长至保卫战实施后(2020年)的43.35%,RSEI指数由32.71%上升至50.45%,生态恢复治理效果显著。(2)研究区FVC和RSEI指数总体偏低,生态质量一般。研究区西部海拔较高地区和中南部旅游密集区FVC和RSEI指数明显退化,退化面积占比分别为12.11%和8.30%,其生态恢复治理仍需高度重视。(3) FVC与RSEI指数的空间分布和变化趋于一致,两者相关系数大于0.80,且绿度指标在主成分分析中所占权重最高,表明FVC指数增加对贺兰山生态环境产生积极影响。研究结果对于贺兰山生态脆弱区及类似保护区生态环境恢复治理评价具有借鉴意义。

基于社会-生态耦合分析视角,评估生态系统服务并量化服务间的权衡与协同作用对生态系统服务研究和国家公园规划管理具有理论与实践意义。以中国普达措国家公园为研究对象,采用SolVES模型和InVEST模型,构建感知生物多样性价值与生境质量的耦合度/耦合协调度模型,并结合热点分析工具得出社会-生态热点图,综合评估研究区生物多样性价值。结果表明:(1)感知生物多样性价值高值区呈现"多核心、多条状"的空间格局,与距道路远近以及距水体远近呈显著负相关关系,与海拔高低呈显著正相关关系,且在有林地的价值指数达到最大。(2)研究区生境质量的空间格局呈现"中部、中南部和东北部高而西部和东部低"的分布特征;其中,山区林地草地多为生境质量高值区,河谷平坝地区多为生境质量低值区。(3)感知生物多样性与生境质量的耦合度属于高水平耦合,两者处于良好协调的中级水平阶段,且耦合协调类型为社会滞后型。(4)社会-生态热点区域主要位于公园西南部,形成"单条状"分布特点,部分零星分布于东北部。相比之下,社会-生态冷点区域比较集中,主要位于公园东部,属于尼汝河下游流域。该研究可为重构生物多样性研究的理论框架以及生物多样性保护、调控与管理提供科学依据。

两栖动物因为其独特的习性和生活史,可作为评判环境质量的指示生物。为了解海南鹦哥岭国家级自然保护区两栖动物多样性现状和时空格局,共设置11条涵盖小溪、河流和农田3种生境类型的观测样线,于2018年4、6和8月分别进行调查,共记录两栖动物9种535只,隶属于1目5科7属,其中,记录到的海南特有种脆皮大头蛙被列入《中国生物多样性红色名录》濒危(EN)等级,泽陆蛙为优势物种;各调查月份两栖动物物种多样性指标之间无显著差异,但4月和6月两栖动物个体数量明显高于8月;不同生境类型物种多样性间存在显著差异,农田生境两栖动物多样性水平相对较低。通过此次调查对鹦哥岭国家级自然保护区两栖动物现状和分布格局有了一定了解,并结合自然因素和人为因素对当地两栖动物多样性保护提出相关建议。

针对烟台市牟平区入海河流鱼鸟河生态系统,利用原位调查和室内模拟方法研究河道不同盐度(2.5‰、5‰、12‰和20‰)条件下细菌群落结构,通过高通量测序技术探究海岸带地区盐度梯度变化对细菌群落结构的影响。结果显示,河道不同盐度条件下浮游细菌和附生细菌的优势菌隶属于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和蓝藻门(Cyanobacteria)。变形菌门相对丰度最高;蓝藻门次之,且蓝藻门相对丰度随着盐度增加而降低。具有氨氧化功能的亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)和具有氧化亚硝酸盐功能的嗜盐菌Candidatus Nitrotoga为优势浮游细菌,参与水体氮循环过程。耐盐菌产卟啉杆菌(Porphyrobacter)为优势附生细菌,在藻华暴发点下游其相对丰度变化趋势与微囊藻属相似。模拟实验也得到类似结果,不同处理组优势菌如变形菌门、蓝藻门和拟杆菌门等,与原位样品相同盐度条件下的细菌群落组成相似。相关分析和主成分分析表明盐度显著影响细菌群落多样性和丰富度。研究结果可为了解盐度对海岸带菌群结构功能的影响及耐盐功能菌的应用提供理论支持。

基于成都市2017年10-12月逐时"干"状态气溶胶散射系数和吸收系数观测数据,结合该时段同时次大气能见度(V)、相对湿度(RH)和二氧化氮(NO₂)浓度监测资料,采用光学综合法计算气溶胶散射吸湿增长因子(f),探究f因子对RH和气溶胶组分协同变化的复杂响应关系。首先,利用相关性分析和方差膨胀因子相结合的方法诊断RH、黑碳气溶胶(BC)质量浓度(ρ_BC)、ρ_BC/PM₁质量浓度(ρ_PM1)、ρ_BC/PM_2.5质量浓度(ρ_PM2.5)、ρ_BC/PM₁₀质量浓度(ρ_PM10)、ρ_PM1/ρ_PM2.5、ρ_PM1/ρ_PM10和ρ_PM2.5/ρ_PM10之间的多重共线性问题,提出f因子解释变量集(RH、ρ_BC、ρ_BC/ρ_PM2.5、ρ_PM1/ρ_PM2.5和ρ_PM2.5/ρ_PM10)。其次,针对f因子单变量广义可加模型(GAM)的分析结果表明,RH虽然是f因子的决定性影响因素,但f因子与其他解释变量,尤其是ρ_BC也呈显著非线性关系(均通过α=0.01的显著性检验)。最后,以RH、ρ_BC、ρ_BC/ρ_PM2.5、ρ_PM1/ρ_PM2.5和ρ_PM2.5/ρ_PM10为自变量构建了f因子多变量影响的GAM模型,其对应的调整后的判定系数和压轴回归决定系数分别为0.787和0.797,气溶胶散射吸湿增长因子的模拟效果得到显著提升。

对云南省主要三七(Panax notoginseng)种植地耕层土壤(0~20 cm)、表下层土壤(>20~40 cm)和三七植株中的8种重金属污染状况进行评价分析,为三七药材安全性评价与土壤重金属污染治理提供理论依据。采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)检测土壤和植株中重金属含量,采用单项污染指数(P_i)、内梅罗综合污染指数(NIPI)和潜在生态风险指数(PERI)评估土壤重金属污染状况,采用估计每日摄入量(EDI)、目标危害商(THQ)和危害指数(HI)评估植株各部位重金属人体健康风险,采用生物富集系数(BCF)和转运系数(TF)评估重金属在植株中的富集和转运能力。结果表明,三七种植土壤重金属污染程度由高到低依次为Cd、Cu、Cr、Ni、Pb、As、Hg和Zn;三七种植土壤属于中度污染,且有中度生态风险。三七主根、芦头、须根、茎和叶5个部位均呈不同程度重金属超标现象,尤其是Hg在地上部超标严重,但均无人体健康风险。植株各个部位重金属富集系数均小于1,其中,主根、须根、芦头和茎Cd富集能力最强,Pb富集能力最弱,叶Hg富集能力最强,Cr富集能力最弱;8种重金属在三七植株中的转运能力由高到低依次为Hg、Cu、As、Zn、Pb、Cd、Ni和Cr。

选择镉(Cd)污染农田土壤(全Cd含量为0.79 mg·kg^-1,pH 6.71)进行盆栽试验,比较研究了巯基化海泡石(SGP,pH为9.31,施用量为0.5 g·kg^-1)、氨基化凹凸棒(ISS-1,pH为9.78,施用量为0.5 g·kg^-1)和腐殖质-海泡石复合体(ISS-2,pH为9.94,施用量为1.3 g·kg^-1)3种碱性调理剂对土壤溶液Cd浓度、0.1 mol·L^-1氯化钙提取态Cd浓度、水稻生长和糙米Cd含量的影响。试验结果表明,SGP、ISS-1和ISS-2这3种调理剂施用后前3周均能快速降低土壤溶液Cd浓度。施用SGP后,水稻分蘖期、拔节期和成熟期土壤氯化钙提取态Cd浓度分别降低47.2%、50.1%和48.6%,而施用ISS-1仅降低拔节期(25.4%)土壤氯化钙提取态Cd浓度,施用ISS-2只降低分蘖期(20.2%)和拔节期(25.3%)土壤氯化钙提取态Cd浓度。施用SGP和ISS-2后糙米Cd含量分别降低35.2%和34.7%,施用ISS-1对糙米Cd含量没有显著影响。不同调理剂对水稻株高、产量、有效分蘖数和千粒重,以及土壤pH均没有显著影响。土壤Cd生物有效性的降低可能主要与调理剂的吸附和络合等作用有关。在轻度Cd污染的中性农田土壤中,控量施用改性及复合黏土矿物调理剂(SGP和ISS-2)可以在不显著改变土壤酸碱性条件下有效降低土壤Cd生物有效性和稻米Cd含量。

东北地区是我国重要的粮食生产基地,垦殖率为38.58%,水田和旱地面积比例约为1∶4.75。近年来,单位面积化肥投入不断增加,农业活动带来的非点源污染威胁越来越严重。以东北3省为研究区,考虑降水年型差异和不同农田水媒氮流失途径,构建符合区域特点的氮流失风险评价体系,分析该地区氮流失风险及主要影响因子,重点探究作物类型和降水年型对氮流失的影响。结果显示,极高、高风险区主要集中在吉林省中部、辽宁省中南部和黑龙江省中东部。超过80%的水田属于极高、高风险区,远超旱地相应比例(35%),水田区域具有更高的流失风险。在中风险区以上级别区域内旱地面积占比最大,其氮流失风险占主导地位;尤其是玉米,其种植面积占比最大。不同降水年型东北3省氮流失风险县级分布有显著差异,丰水年对氮流失风险的影响较平水年和枯水年明显。通过氮流失风险及因子分布聚类将东北3省地级市分为4类,其中,需要优先管控的地级市为长春、盘锦、辽源、沈阳、四平和锦州。确定了东北3省氮流失风险的关键区域及其主要特征,以期为东北3省农田管理和非点源污染防治提供参考。

选择长沙市同升湖作为研究对象,采用平行定点实测与计算机流体力学(computational fluid dynamics,CFD)情景模拟交互验证的方法,研究夏季城市近郊湖泊"湿岛效应"的变化规律以及建筑因子对湖泊"湿岛效应"的影响。结果表明:(1)夏季城市近郊湖泊对周围环境存在增湿效应,日均增湿强度为0.99百分点,最大增湿强度可达2.02百分点;(2)湖泊水体的增湿作用与距湖岸距离呈显著负相关,在距湖岸0 m处最明显,对下风向区域的增湿效果明显高于上风向区域和垂直向区域;(3)建筑因子(建筑高度、建筑后退距离、建筑间距)是影响湖泊"湿岛效应"发挥的主要因素,对湖泊"湿岛效应"的分布特征及变化规律的影响呈现不同的差异性。建筑后退湖岸100和200 m,湖泊西北部区域相对湿度增加0.27~1.40百分点,增湿范围扩大100~300 m;建筑高度增加10和20 m,湖泊水体上方相对湿度下降0.60~0.87百分点,水体对西北部区域的增湿范围减小50~100 m;建筑间距增大2倍,东南部区域相对湿度下降0.59~0.81百分点,湖泊水体对西北部区域的影响范围为500~600 m。