我国沙区人工植被系统生态-水文过程和互馈机理研究评述

土壤水分是沙区主要的生态限制因子,沙区植被组成、格局和过程取决于水文过程,植被的演替又改变着水文过程.本文评述了干旱沙区人工固沙植被生态-水文过程研究所取得的进展,并以腾格里沙漠东南缘沙坡头地区人工固沙植被的演变为例,分析了50余年来我国在该领域的主要研究成果,进而结合沙区植被建设存在的主要科学问题,提出了未来研究的重点.     

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.     

我国沙区人工植被系统生态-水文过程和互馈机理研究评述

土壤水分是沙区主要的生态限制因子, 沙区植被组成、格局和过程取决于水文过程, 植被的演替又改变着水文过程. 本文评述了干旱沙区人工固沙植被生态-水文过程研究所取得的进展, 并以腾格里沙漠东南缘沙坡头地区人工固沙植被的演变为例, 分析了50余年来我国在该领域的主要研究成果, 进而结合沙区植被建设存在的主要科学问题, 提出了未来研究的重点.     

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．     

纵向岭谷区水汽通道作用及植被生产力响应

纵向岭谷区河谷“水汽通道”作用,使通道与其毗邻地区形成特殊的水热分布格局,并产生了强烈的生态效应,并对该区的生物产生了深刻的影响．在本区30年平均年降水、气温空间数据、净初级生产力、植被类型、地形(高度、坡度、坡向)、太阳辐射等数据基础上,构建纵向岭谷区“地-汽-水-生”系统数据库;通过河谷水汽通量、降水格局、“分水岭”空间分析,印证河谷“水汽通道”作用的并存;水汽通道作用对植被的垂直分布带谱南北差异和植物种类的反常分布产生了重要的影响;与相邻同纬地区比较,本区NPP(净初极生产力)值总体偏高,向北突出、延伸趋势显著,并且高值线的流动方向与河谷相一致;人工神经网络分析结果确定最低温度、海拔高度、降水、坡度是影响本区NPP的关键因子,它们的影响率依次为1．588,1．053,1．006和1．003．最后分析了各植被类型及同一植物物种的净初级生产力对水热条件的具体响应过程,“水汽通道”作用产生了重要的生态效应．     

干旱区生态移民的临界值理论曲线与驱动力构成

根据干旱区生态环境特点, 经对生态学、经济学等多学科相关问题的交叉综合研究, 并结合干旱区生态移民的实践经验, 提出了干旱区生态移民临界值的理论曲线. 结合这一理论曲线, 进一步从生态移民驱动力构成的自然行为角度和政府行为角度, 对生态移民理论进行探索, 并分析了生态移民的积极动力和消极动力, 指出了实施干旱区生态移民的时机和步骤. 所提出的理论曲线具有一定的创新性和应用性, 能为评价生态恶化程度提供量化方法和为科学实施生态移民工程提供理论依据.     

塔里木河下游输水廊道植被恢复的生态学评价

通过2002年10月和2003年10月, 下游断流河道英苏、阿拉干、罗布庄3个植被样带的两次实地监测资料的对比分析, 探讨了河岸林对生态输水的响应. 研究表明, 生态输水忽视了是季节性的洪水泛滥支配了胡杨林在河漫滩裸地的侵移过程, 而集中于地下水对植被的影响, 缺乏漫溢的输水方式偏离了河岸林生存和发展的内在规律, 抑制了河岸林的自然更新; 河岸乔灌木植物响应范围十分狭窄, 多数地段河岸林群落结构亦未得以优化; 输水未能结合河岸林植物生理生态学特性, 未见胡杨种子实生苗. 生态输水后, 近河道地段河岸林植被变化, 仅仅体现了中生性植物类型对地下水水位变化的响应. 目前的生态输水没有创造胡杨的实生苗发生环境, 难以实现种群的天然更新.     

黄土高原土地利用变化的生态环境效应

黄土高原是典型的生态脆弱区,随着我国退耕还林还草等一系列生态恢复和治理工程的开展,土地利用发生巨大变化.格局-过程-服务综合研究方法为理解土地利用变化的生态环境效应、科学指导生态恢复实践提供了途径.相关研究系统阐明了黄土高原土地利用格局对土壤水分、养分和土壤侵蚀过程的影响;揭示了植被恢复过程中固碳与产水服务的权衡关系及其时空变异规律,发现目前植被恢复已接近区域水资源承载力阈值;研发了区域生态系统服务综合评估与优化模型系统,提出了土地利用优化配置方案.上述成果推动自然地理学从定性结构分析向定量过程研究发展,引领生态系统服务研究深入到过程机制和综合集成,为黄土高原生态恢复提供了关键科学依据.     

西部干旱区生态环境

我国西部干旱区的生态环境系统十分脆弱，如不高度重视生态与环境建设，以牺牲生态环境作为代价，其后果将是灾难性的和不可恢复的，西部的生态问题包括土地退化，水土流失，植被破坏等，     

西部干旱区生态建设

中国西部拥有广阔的土地、丰富的资源、神奇的自然风光、多彩的民族风情，但同时也面临着干旱的气候、贫乏的水资源、稀少的植被、荒漠化的土地、频发的沙尘暴等一系列生态与环境问题。事实上，西部地区的自然环境一度有过良好的状态。但在漫长的历史进程中，由于受到开垦过度、人口剧增及自然条件变迁的影响，西部地区已经成为我国生态最为脆弱的地区．特别是西部干旱区，脆弱的生态与环境问题已经成为制约区域可持续发展的重要因素。关注和推进西部干旱区生态建设，不仅对西部开发起着重大的作用，对我国中东部地区的发展也有着长远的影响。     

植被与环境变化国家重点实验室简介

<正>植被与环境变化国家重点实验室的前身是1989年成立的中国科学院植被数量生态学开放研究实验室,2007年经科技部批准筹建,2009年通过验收,依托单位为中国科学院植物研究所。现任实验室主任为黄耀研究员,学术委员会主任为方精云院士。实验室紧密围绕国际重大前沿科学问题和国家战略需求,在植被格局与演变、生物多样性、全球变化、草业生态等领域开展前瞻性     

中国荒漠与沙地生物土壤结皮研究

生物土壤结皮广泛分布于干旱半干旱区,其盖度占该区域地表活体覆盖的40%以上,是联结荒漠地表生物与非生物成分的"生态系统工程师"和荒漠/沙地生态系统健康的重要标志,也是干旱区地球表面过程研究中生物学与地球科学交叉研究的热点科学问题.21世纪初,相关研究绝大多数来自国外,且集中在热带荒漠、寒漠和欧洲草原,很少有来自中国和温性荒漠的报道.本文评述了2000年以来中国学者在这一研究领域开展的系列创新性研究,涉及生物土壤结皮组成、分布和演替,对环境胁迫及全球变化的生理生态学响应,与土壤生态、水文过程,与维管植物和土壤动物关系,对干扰响应和人工培养及在生态恢复实践中的应用等,介绍了中国学者对国际生物土壤结皮研究所做的贡献.     

植被与环境变化国家重点实验室

正植被与环境变化国家重点实验室于2007年10月获得批准建设,其前身为1989年成立的"中国科学院植被数量生态学开放研究实验室".实验室围绕植被与环境变化的国际重大前沿科学问题和国家战略需求开展创新性研究,重点研究植被格局与演变、生物多样性与生态保育、全球变化的响应与适应以及草业生态与可持续性.其发展目标旨在植被与环境变化研究领域取得重大突破,为我国植被及生物多样性资源的可持续利用、生态环境的良性发展及建设生态文明提供理论依据和科学支撑;培养和造就该领域     

陆地植被生态水文过程前沿进展:从植物叶片到流域

陆地植被生态水文过程是生态学、水文学和全球变化研究关注的前沿领域,更是生态水文学的关键理论基础之一.近年来围绕植被生态与水相互作用的研究范畴涵盖了从植物细胞到大陆尺度的几乎所有空间尺度,在不同尺度上分别在生态学和水文学各自视角取得了较大进展.但从生态水文学交叉学科角度,迫切需要整合生态学与水文学多尺度相关研究进展,系统性地归纳和总结跨尺度理论和方法进展,梳理理论前沿热点问题.为此,本文从近年来关于陆地植被生态水文过程与模拟研究进展中,系统提炼和总结了以植物水分利用与调控机制、碳氮水耦合循环过程与模拟、水循环关键过程的生态作用、植被生态作用下的径流形成与变化、植被生态水循环变化对大气降水过程的反馈影响等为主要研究热点的理论前沿方向,系统总结了这五方面在不同尺度及跨尺度方面所取得的主要进展,特别关注了基于过程机理的定量模型方面的发展状态.基于这些前沿热点面临的挑战性难题,提出了未来需要重点关注的核心问题,包括探索植物水分利用与调控的多尺度关联机制、发展基于过程机制的碳氮水耦合循环精准模拟方法、径流形成与动态变化的生态因素甄别与定量刻画等.对深入理解生态水文学国际前沿发展趋势,引导我国生态水文学学科的发展方向等有参考意义.     

高原湿地功能退化的表征及其恢复中的生态需水量

湿地功能退化是指在自然或人为作用下湿地功能的消弱或失衡,进而导致湿地不能正常发挥其特有功能或者使其发挥功能的效果减弱的现象．文章利用模糊度函数进行湿地功能退化分级,求得湿地各功能指数值,对湿地功能退化进行定量分析,并根据综合功能发挥状况对应的水位和水量确定异龙湖湿地的各级需水量．应用该方法所取得的结果具有可比性、全面性及合理性．同时,将各级湿地生态需水量与湿地的生态恢复相结合确定不同级别的湿地恢复方案．结果表明:异龙湖湿地综合功能从20世纪50年代至今总体呈下降趋势;异龙湖湿地维持其功能正常发挥所需要的最小水量为1．30×108m3;异龙湖现在处于疾病状态,根据以上计算,提出三级恢复方案:低方案将其恢复到水位1414．53 m,水量为1．30×108m3,中方案将其恢复到水位1415．38 m,水量为1．78×108m3,高方案将其恢复到水位1416．87 m,水量2．14×108m3．文中计算的生态需水量考虑了各种补水、耗水及水污染等综合状况,未来如果在补水工程、污染控制等环境保护措施实施较得力的情况下,异龙湖维持其健康需要的各级水量会相应小于计算值．     

中国典型山地土地利用变化与资源生态效应

山区是土地分布最为复杂的区域,同时也是重要的生态屏障。山区土地利用的空间格局及动态变化都将影响山区生态功能的发挥,因此明晰山区土地的空间异质性特征及其相应的资源生态效应是山区可持续发展的关键。基于中国太行山区、横断山区以及黔桂喀斯特山区等三个典型山区,明确了其土地在垂直及水平方向的空间异质性特征,评估了典型山区产水量、土壤保持、碳储量以及生境质量等生态系统服务,并以中国山地为对象,分析了近30年来植被的变化趋势及其影响因子。     

裸地与柽柳生长条件下潜水蒸发计算模型

地下水是干旱区天然植被耗水的主要来源,通过潜水蒸发来研究天然植被的生态需水是一条有效的途径．为了研究塔里木河流域的生态需水,根据1989-1996年阿克苏水平衡站裸地潜水蒸发资料,分析了潜水蒸发、潜水埋深和水面蒸发的关系,以潜水蒸发极限强度为控制条件,以潜水蒸发与水面蒸发呈非线性关系这一客观规律为基础,建立了充分反映潜水蒸发规律的裸地潜水蒸发计算模式．根据2003-2004年柽柳生长条件下纯粹由蒸散发引起潜水位下降时期潜水埋深和土壤水分资料,计算了柽柳生长条件下的潜水蒸发量,建立了柽柳生长条件下潜水蒸发计算模型．以柽柳植被系数为纽带,可实现裸地和柽柳生长条件下潜水蒸发的互换计算．研究结果表明所建模型计算精度较高,适用于塔里木河流域．     

生态结构与结构生态学

本文提出了生态结构的概念。生态结构可以理解为生态单位（或生态实体）中构成要素的关系格局,可分为一级结构、二级结构和三级结构。文中还讨论了生态结构的动态特征、进化特征、耗散特征和多样性特征。在此基础上提出了结构生态学。结构生态学是以生态结构作为研究对象,其基本研究内容包括：生态结构的特征、生态结构与功能的关系、生态结构的动态与进化、生态结构的设计和保护。作者相信用“生态结构”这一概念来表述生态学研究中涉及的各种结构现象,并将此作为结构生态学的研究对象将会引起更多的注意,获得更多的成果,使学科间的综合有更坚实的基础。     

城市森林建设的意义和途径探讨

城市森林是城市生命支持系统的主体,具有最大的生态服务功能,能提高城市国有生态资源,减少绿地养护管理费用,丰富城市景观。因此,城市森林建设是将城市可持续发展由口号变成实际行动的生态工程,也是２１世纪城市园林绿化的必由之路。城市森林建设加强合理规划布局,遵循生态学原理,以乔火为骨架,以木本植物为主体,以生物多样性为基础,以植物群落为结构单位,以地带性植被为特征,以城乡一体化为格局,以提高绿地系统生态效     

中国植被净生产力的比较研究

利用3个光能利用率模式(CASA, GLOPEM和GEOLUE)和2个生态过程机理模式(CEVSA和GEOPRO)以不同空间分辨率和不同输入参数对中国植被净生产力(Net Primary Production, NPP)进行时空模拟, 对5个模式模拟的中国的NPP进行了时间序列和空间格局的对比分析所得结论如下: CASA, GLOPEM及CEVSA 3个模式对中国NPP的月、季和年的时空模拟符合中国植被季节变化规律和季风气候下的中国植被的空间变化规律, 近20 a来中国NPP变化趋势以增长为主; 5个模式模拟的中国平均NPP季节的值为春季约为(0.571±0.2) Gt C左右, 夏季约为(1.573±0.4) Gt C左右, 秋季约为(0.6±0.2) Gt C左右, 冬季约为(0.12±0.1) GtC左右; 中国植被净生产力年值约为(2.864±1) Gt C/a; 5个模式较好地模拟了中国不同类型生态群落的生物量的季节特征和空间格局状况. 研究为中国利用造林、再造林、森林和农田管理等人为活动引起的碳增汇用于抵消中国承诺的温室气体减排指标的计算及碳收支平衡的研究提供参考, 为植被净生产力总量的国家本底的确定提供了依据.