基于遥感与GIS的干旱区生态资产评估研究

在3S技术的支持下, 利用地面Landsat TM数据、中巴卫星数据、气象数据和MODIS数据, 以及地表覆盖类型和野外测定观测等数据, 在景观生态学的基础上研究干旱区生态资产单位面积价值, 建立了基于遥感与GIS的干旱区生态资产价值评估模型, 并结合野外测验数据, 以2003年的新疆玛纳斯河流域为例, 将流域划分为4个生态资产区, 对其生态系统的生态资产进行了定量的计算, 并分析了生态资产空间分布特征, 编制了生态资产空间分布图, 分析了其空间分布特征. 结果表明: 玛纳斯河流域生态系统2003年的生态资产总价值为1494.54亿元人民币, 生态资产的分布具有从高山向平原、从绿洲向荒漠逐渐减少的趋势, 具有和干旱区植被地带性分布一致的特征. 测量结果更加客观地反映干旱区流域生态资产及其空间分布的现实情况, 为全面开展生态资产测量进行了初步的探索研究.     

京津风沙源地表沙尘释放及其区域分异

土壤风蚀引起的地表沙尘释放及其输移过程,是干旱半干旱区最为重要的地表过程之一.准确估算地表沙尘释放是揭示沙尘暴发生机制、阐明地表沙尘释放与陆地生态系统耦合作用的基础,也是制定防沙治沙和大气环境治理规划和决策的依据.基于野外调查、表层土壤采集及其室内实验、遥感影像以及气象站观测资料,估算了4个不同时期4个粒径组地表沙尘释放,揭示了京津风沙源地表沙尘释放的时空分布及其对粒径的响应,明确了京津风沙源不同区域和土地利用地表沙尘释放的贡献.在此基础上,从控制地表沙尘释放及其对区域大气环境中可吸入颗粒物影响的角度,提出京津风沙源治理的重点区域是农牧交错带、燕山丘陵、荒漠草原、晋北山地丘陵,治理的土地利用核心是耕地,而不是沙地,为京津风沙源治理工程的优化布局提供科学依据.     

干旱区生态资产遥感定量化评估及其动态变化分析

生态资产是生态系统生物资源直接价值及其生态服务功能价值的总和,在3S技术的支持下,利用卫星遥感Landsat TM数据、中巴CBERS数据、NOAA数据和MODIS数据,以及地表覆盖类型和野外测定观测数据等生态参数,在传统生态学生态资产单位面积价值研究的基础上,建立了基干遥感定量测量的生态资产价值评估模型,以天山北坡昌吉地区1990,1995和2003年生态资产评估的时空分析为例,开展了生态资产遥感动态测量,进行了GDP的比较分析,编制了生态资产空间分布图,分析了其空间分布特征．研究结果表明:天山北坡典型干旱区生态资产的分布具有从高山向平原,从绿洲向荒漠逐渐减少的趋势,具有和干旱区植被地带性分布一致的特征,其测量结果可以更加客观地反映干旱区生态资产及其空间分布的现实情况,为今后开展相关研究奠定良好的基础,同时可将生态系统服务功能研究与区域规划相结合,使之成为区域规划的一个重要依据．     

毛乌素沙地南缘沙丘表面径流特征

为探明生物土壤结皮在半干旱沙地生态系统有限降水资源再分配过程中所扮演的重要角色,对毛乌素沙地南缘沙丘生物土壤结皮表面径流进行了实验观测.结果表明在观测期间的6次降雨事件中产生径流2次.不同类型生物土壤结皮的径流量差异较大,径流量由小到大依次为浅色藻类结皮、深色藻类结皮、苔藓结皮,显示径流量随生物土壤结皮的发育呈增加的趋势.径流在次降雨量中所占的百分比由浅色藻类结皮经深色藻类结皮至苔藓结皮依次增加,显示不同类型生物土壤结皮对降水的再分配比例有差异.生物土壤结皮表面径流受降雨量、降雨强度、雨前结皮表面的水分饱和程度及生物土壤结皮发育程度的共同影响.生物土壤结皮在沙丘表面的发育改变了半干旱沙地生态系统水分的空间分布,加大了水分和养分等资源的异质性.因此,暴雨季节对生物土壤结皮进行适当的人为干扰活动有益于半干旱沙地生态系统的资源均衡.     

干旱区荒漠无机固碳能力及土壤碳同化途径

干旱区荒漠的非生物固碳能力一些学者至今怀疑,关键在于地上通量观测到的CO_2吸收结果是否在土壤碳库得到体现.本研究在我国西北干旱区,将荒漠划分为砾质荒漠(戈壁)、沙质荒漠(沙漠)和壤质荒漠三大类,从颗粒组成、总含盐量、有机碳和无机碳含量等方面测定分析,研究不同类型荒漠土壤有机碳和无机碳(soil inorganic carbon,SIC)密度和储量变化,并与高寒生态系统进行比较.结果表明,不同类型荒漠平均0~30 cm表土层和1 m深土壤SIC密度分别为2.8和10.1 kg C m~(-2).相比较,壤质荒漠的SIC密度最高,1 m深土壤达到12.1 kg C m~(-2).针对土壤对CO_2的吸收和无机固定,提出土壤碳同化(soil carbon assimilation)概念.荒漠生态系统固碳是植物碳同化与土壤碳同化,即有机和无机过程的结合,荒漠土壤无机碳密度和储量是有机碳的5倍.土壤碳同化途径分为3个阶段:CO_2与H_2O反应阶段、CO_2或弱碳酸与土壤溶液阳离子反应阶段、生成溶解碳酸盐与沉淀碳酸盐附着于土壤颗粒和向下沉积阶段.土壤碳同化能力随着土壤有机碳含量、含盐量、水分、粉粒和黏粒含量的增加而提高.     

青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈

近几十年来,青藏高原正经历快速的气候变化,高原生态系统因此发生了深刻变化,并对周边地区产生了深远影响.本文围绕青藏高原生态系统结构和功能对气候变化的响应与反馈这一主线,系统总结了气候变化对物候、高山树线、生物多样性、植被生产力和生态系统碳汇功能的影响,阐述了青藏高原植被变化对区域气候的反馈及对亚洲季风的远程影响的研究进展.主要结论如下:气候变暖导致植被返青期总体提前,高原树线位置上升,高寒草原植物物种丰富度和多样性下降;气候变暖总体促进了高原植被生产力、增强了生态系统碳汇功能,但受限于土壤极大的空间异质性和对深层土壤碳动态理解的匮乏,目前对高原土壤碳库及土壤碳汇功能大小的估算仍具有较大不确定性.同时,青藏高原植被变化对近地表气温产生"负反馈"作用;植被活动增强还对东亚季风产生远程影响,导致我国东部夏季降水变化呈现"华南增加-长江黄河中间区域减少"的空间分异格局.未来的研究需要在完善观测体系基础上,加强对高寒生态系统对气候变暖的适应机理及生物地球物理反馈等过程的认知,为优化生态系统管理和保障青藏高原的生态安全提供理论基础.     

人类工程活动影响下冻土生态系统的变化及其对铁路建设的启示

通过样带与样方结合的调查方法, 从冻土生态系统结构、群落种类、生物多样性以及生物生产力等生态要素和生物生境条件: 如土壤环境、冻土环境等方面研究了青藏公路沿线多年冻土区公路工程干扰迹地生态系统的变化特征. 结果表明, 经过近25年的自然恢复, 在生态系统恢复的生物学方面, 高寒草原生态系统明显优于高寒草甸生态系统, 表现在高寒草原的优势建群植物种类已出现并占据优势地位, 局部地带生物物种多样性与种群多度恢复到接近甚至高于自然未干扰草原系统水平; 在土壤环境方面, 高寒草原干扰迹地土壤有机质含量平均减少61.65%, 全氮含量减少52.51%, 但大部分地区其表层土壤养分现状与干旱区主要草原土壤相当, 有利于耐寒旱生物物种生长; 高寒草甸干扰迹地土壤(寒冻雏形土)平均养分含量高于天然寒冻干旱土壤, 保存草甸土壤结构的完整程度对于高寒草甸生态系统恢复至关重要. 受扰动高寒草原生态系统的恢复程度与冻土环境没有明显制约关系, 高寒草甸生态系统的分布和保育与冻土环境关系密切, 受工程活动破坏后恢复困难. 类比青藏公路沿线生态系统变化规律, 提出了青藏铁路建设过程中保护生态环境的几点启示.     

温带森林土壤浸提液和渗漏液中溶解性有机碳降解及其与紫外吸收的关系

森林地表溶解性有机碳(DOC)含量及其生物可降解性影响到表层土壤异养呼吸碳排放和矿质层土壤碳素蓄积.研究森林生态系统不同来源的DOC动态及其稳定性对于正确认识森林土壤碳循环关键过程以及对全球变化的适应和响应均有重要意义.由于     

浅谈我国地球环境与生命过程研究中的一些科学问题

社会可持续发展的需求与人类环保意识的增强对地球地表环境与生命协同演变的研究提出了更高和更具体的要求. 地球表层环境生物地球化学过程及地生物学效应是认识与解决地表环境与生命演化的关键科学问题, 其核心研究内容概括为生源要素的环境生物界面动力学及生态效应; 毒害污染物的环境生物地球化学过程及机体影响; 地表环境变化的地生物学响应与生命适应机制; 污染地表环境的生态风险评估与生物修复等. 古生物学作为一门地质学和生物学的古老交叉学科, 在地球系统科学研究中能够发挥独特的作用. 古生物学家和地质学家应当更加关注地质历史时期环境的变化对生物演化的影响, 从而为研究现代环境和生物多样性的关系提供更多历史的借鉴. 基于我国地层古生物学研究的现状和资源的优势, 提出了我国在地史时期环境变迁与生命演化研究领域值得关注的几个热点的科学问题. 经济的快速发展推动了地球科学发展的同时也产生一些新的问题, 如荒漠化加重、环境污染的加重、化石资源的破坏等, 这些都对我国地球环境与生命过程的研究提出了严峻的挑战.     

极端干旱荒漠的“荒漠化”

本文所研究的极端干旱荒漠(简称极干荒漠)的“荒漠化”是指, 由于全球变化和人类活动在内的种种因素造成的极端干旱荒漠的土地退化. 极干荒漠占中国干旱区总面积的36.9%左右, 包括部分沙漠、戈壁、高寒荒漠、盐渍化土地、“吐加依”和劣地等类型, 其中约50%左右的土地有一定的生产力, 而且往往是荒漠地区的生物地球化学循环系统的终端, 不仅有重要的科学研究价值和新发现的巨大潜势, 并且是国民经济发展的新前沿阵地, 在能源、矿产、水资源、生态、生物多样性、旅游和特色农业等方面具有重大意义. 在当今人口越来越多、耕地越来越少的全球化的世界, 面对这些大面积还具有生产潜力的“边缘”土地, 需要重新认识和评价. 由于极干荒漠地区自然条件十分严酷, 沙尘暴肆虐,土地退化极为严重, 面临全球变化和愈来愈严重的人类干扰的挑战, 发生了一系列生态和环境的重大事件. 如荒漠盆地生物地理结构与格局和生物地球化学循环过程遭到极大的改变和破坏; 荒漠中有价值的野生动植物种质资源和珍贵基因的丧失; 荒漠自然历史和文化遗产的破坏和丧失等. 极干荒漠的荒漠化的客观存在, 是对国民经济发展和人民生活的灾难, 在当前我国国民经济强大实力和需求下, 充分发挥科学的作用, 打造出由土地-水-荒漠化防治的高端技术, 建立极干荒漠的荒漠化新概念及其治理与保育的时机已成熟. 本文根据多年考查实验, 提出极干荒漠的荒漠化分类、特征、保育和重建技术措施等.     

第3届亚洲中部环境变化国际学术会议召开

亚洲中部干旱区是全球干旱区的重要组成部分,包括中国、蒙古、中亚五国的广大内陆干旱区,因受中高纬西风环流和低纬亚洲季风环流的交互影响,频繁的地表覆盖／景观变化和强烈的沙尘暴活动,该区域已经成为国际全球变化的区域响应和影响的研究重点．继2001年中国兰州会议和2003年德国柏林会议之后,第3届“亚洲中部环境变化国际学术会议（Third International Conference on Environmental Change in Central Asia）”于2005年5月24-27日在蒙古乌兰巴托召开,会议得到国际有关机构和学者的广泛关注,来自亚洲、欧洲和北美洲的60多位学者出席了会议,我国有9位学者出席了该讨论会．     

渐进式生态修复理论

生态修复是建设生态文明和实现可持续发展的重要途径.发达国家学者多主张将生态系统修复至退化前状态,这种模式在生态系统遭严重退化的地区短期内难以推广应用.本研究提出了渐进式生态修复理论,旨在充分考虑生态系统退化状况,分阶段、分步骤地采取"环境治理、生态修复、自然恢复"的修复治理模式,对受损生态系统进行循序渐进的修复.该理论强调在生态监测的基础上,科学选择参考生态系统,并精准定位生态修复目标.渐进式生态修复应当充分考虑气候变化影响,面向"未来"进行修复,而非修复"历史".这种修复模式需要厘清修复场地与流域/区域之间的关联与互馈关系,坚持系统治理的思路;也需要充分利用生态大数据,发挥遥感、无人机等新技术作用.同时,渐进式生态修复需要明晰生态修复与居民生计和人类福祉之间的关系.渐进式生态修复为全球生态系统保护和修复提供了重要理论.     

生态气象:起源、概念和展望

生态气象是应人类面临的生存环境危机而兴起的地球系统科学新兴学科,已经成为大气科学的二级学科.本文阐述了生态气象的学科起源、概念、主要研究内容与特征,指出生态气象是研究生态系统与气象条件之间相互关系的科学,是地球系统多圈层相互作用的核心,服务于人与自然和谐发展;探讨了生态气象观测的主要指标与可能的业务服务产品;阐释了生态气象研究与生态文明气象保障、气象防灾减灾和应对气候变化的关系;指出当前生态气象迫切需要开展的重点研究任务:(1)生态气象长期观测联网研究;(2)基于大数据与人工智能的生态气象信息提取与分析技术;(3)生态系统对气候变化的适应性及其变化归因;(4)生态系统主要气象灾变机制及其致灾临界气象条件;(5)陆地生态系统关键物候期对多环境要素响应的生理生态机制与模拟模型研究;(6)耦合生物-物理-化学-管理过程的生态气象数值模式研发;(7)陆地生态系统变化对气候系统的反馈作用与可持续发展对策研究.     

“地球生命”计划正在进行

正●国际生物多样性组织将开展各类评估,希望阻止人类继续破坏地球生态系统。生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台,简称"IPBES",目的是阻止人类破坏生态系统,记录地球生态健康状态。2014年6月研究学者齐聚德国波恩,讨论评估项目——蜜蜂和其他传粉昆虫的现状。这是该组织的第一次科学会议,科学家们将研究传粉昆虫的评估资料,分析蜜蜂数量减少的原因,以及这种情况如何影响粮食生产。这是在一系列复杂的生物多样性评估中,产生     

基于遥感观测的21世纪初中国区域地表土壤水及其变化趋势分析

综合利用3组最先进的AMSR-E地表土壤水反演产品,通过集合分析的方法,生成中国区域内2003～2010年月平均地表含水量集合数据.在此基础上,分析了21世纪初中国区域内地表土壤水的时空分布格局及变化趋势.发现:(1)集合分析数据能在一定程度上克服单一反演产品中的系统偏差,弥补了单一反演产品的局限性,得到更加客观的中国区域内遥感地表土壤水时空分布信息;(2)在这期间,中国区域内干旱区以变湿为主导,半干旱区以变干为主导,总体上变干的面积大于变湿的面积;(3)三套反演数据年和季的变化趋势各自不同,但它们都一致显示在夏季变干为主导,而且这些变干的区域主要分布在我国主要粮食产区;(4)结合GPCP降水变化趋势,发现气候变化可能是导致干旱区变湿以及半干旱区变干的因素之一;(5)结合MODIS地表温度变化趋势,发现过去8年中降湿增温区面积最大(33.2%),依次为降湿降温区(27.4%),增湿增温区(21.1%)和增湿降温区(18.1%).其中降湿增温区和降湿降温区主要分布在我国的重要粮食产区,而增湿增温区则主要分布在西北部和西藏等非农业区.这样的变化趋势对我国的农业可持续发展和生态维护是十分不利的.     

全球变化下的地下生态学: 问题与展望

生态学100多年的探索和发展主要集中在地上部分. 然而, 当今的生态学家已经越来越强烈地认识到, 鲜为人知的地下部分已成为生态系统结构、功能与过程研究中最不确定的因素, 因而严重制约着生态系统与全球变化研究的理论拓展. 自1990年代后期以来, 伴随着全球生态学研究的深入, 一个新兴的生态学领域——地下生态学(belowground ecology)开始形成, 并得到了快速发展. 地下生态学从不同学科层次探索地下部分的结构、功能、过程以及与地上部分的关系, 并特别关注其对全球变化的响应. 它的研究对象包括植物根系、地下动物和土壤微生物. 分析了生态系统地上和地下部分的关联、根系生态、根系生物地理, 以及地下生物多样性等方面的主要研究进展和亟待解决的问题, 着重评述地下过程对全球变化响应的若干理论问题, 指出地下生态学将是21 世纪生态学的重要发展方向.     

红树林土壤pH和其他土壤理化性质之间的相互作用

红树林生态系统具有强大的固碳、储碳能力,在防治污染、净化水体和维持生物多样性等方面也发挥着重要作用.然而在气候变化和人类活动双重影响下,红树林生态系统正面临着面积锐减、生态系统结构简化、生物多样性降低、生态功能退化等巨大考验.红树林湿地土壤的理化性质如pH、养分含量及盐度等直接或间接影响着红树林的生长状况和生态功能.红树林土壤中pH和其他理化性质之间的相互关系,除了两个因素之间相互作用外,也同样受其他理化条件的影响.红树林土壤pH只有维持在合理范围,才能维持和提高红树林生态系统的固碳作用,发挥其强大的固碳功能.红树林土壤通常多是酸性硫酸盐土,硫含量较高,土壤pH与全硫含量一般呈负相关关系.红树的数量、种类、密度、分布以及种群结构都直接影响着土壤中的硫含量,而土壤的氧化状态、硫含量及硫化物的种类和分布又是决定土壤pH的重要因素,同时pH也影响土壤中硫化物的赋存状态.红树林土壤中有机物的摄入和分解是不断进行的过程,其中有机碳的含量和种类通过影响土壤细菌的种群结构、生长、生理过程,进而影响土壤pH;同时,土壤pH的平衡又影响着红树林土壤中的有机碳含量和种类.高含盐的红树林土壤的pH与盐度之间,一般呈正相关关系;然而盐度到底是直接影响,还是间接影响了pH的变化,还有待进一步研究.因此,探索红树林土壤理化性质的相互关系具有重要意义.本文首先以pH为切入点,综述了红树林湿地土壤pH和其他理化性质之间的相互关系和作用,包括pH与硫含量、有机碳、盐度、溶解氧以及N、P含量的相互关系.然后探讨了气候变化和人类活动可能对红树林土壤pH产生的影响.最后,尝试通过上述内容,推理出土壤pH和其他理化性质对具体的气候变化现象和人类活动(如海平面上升、红树林重建等)可能做出的响应.本文涉及的研究内容和分析方法对于发挥红树林储碳能力、修复和重建红树林都具有重要的参考意义.     

青藏铁路建设对沿线高寒生态系统的影响及恢复预测方法研究

采用遥感和地理信息系统技术, 编制了青藏铁路沿线50 km范围生态系统类型和脆弱度分区图, 用叠图法研究了各类工程活动对沿线生态系统的影响范围和影响面积以及影响指数. 类比青藏公路, 研究了青藏铁路高寒生态系统的恢复机制, 预测了其恢复程度和恢复速度. 研究表明, 铁路工程对高寒生态系统的影响程度主要取决于地表原始土壤受破坏和扰动的程度以及生态系统本身的脆弱性. 植被覆盖度与物种丰富度的恢复与地表原始土壤的破坏程度呈显著负相关关系, 与恢复年限、年平均降水量和年平均相对湿度呈显著正相关关系, 而与海拔高度及气温无明显的相关关系. 在年降水量大于200 mm的地段, 只要地表能够保留一定比例的原始土壤, 工程结束后30年左右物种多样性基本上可恢复到破坏前的水平, 而植被覆盖度至少需要45~60年以上才能恢复到破坏前的水平.     

末次冰盛期以来我国气候环境变化及人类适应

该项目以末次冰盛期以来我国气候环境变化及人类适应为主攻目标,通过多种高精度地质-生物记录的研究,在全球温度变化对季风的影响、全球增温与我国干旱-半干旱区环境、自然和人为因素在环境变化中的作用等方面取得一批新进展.这些成果不仅涉及轨道和亚轨道尺度的亚洲季风动力学、生态系统对气候变化的响应机理和大气温室气体浓度变化的控制因素等古气候学基础前沿问题,而且对气候变化影响评估具参考价值.     

洪水灌溉对策勒绿洲优势植物及生境的影响?

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲前沿的优势植物疏叶骆驼刺(Alhagi.sparsifolia SHAP.)-里海旋覆花(Karelinia caspica Less)群落为研究对象,利用人工模拟洪水的方法在生长季内对群落进行了3次灌溉.通过灌溉与非灌溉对照实验,研究灌溉对策勒绿洲前沿多年生植被的更新、生长、群落物种组成以及土壤水分和养分的影响.结果表明:(1)多次灌溉对多年生植物疏叶骆驼刺和里海旋覆花的更新和生长具有明显的促进作用,其中更新方式以根蘖苗更新为主,种子实生苗更新较少;(2)灌溉使得群落中的一年生杂草大量出现,群落物种多样性增加,群落盖度也相应的增加;(3)灌溉有效地增加了群落生境中土壤上层的水分和养分,同时改变了土壤养分在垂直剖面上的再分布,地表以下3m范围内土壤速效N,P,K和全量P,K含量显著地增加.从长远来看,这种模拟洪水灌溉的生态学意义在于说明洪水作为一种生态脉冲对干旱区生态系统中植物的更新、地下水位的补充以及土壤养分的增加有重要的促进作用.