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.     

纵向岭谷区生态承载力的时空动态及驱动因子研究

纵向岭谷区(LRGR)是中国生物多样性保护的关键地区,该区资源富集、环境复杂、生态脆弱,区域生态系统的安全水平和生态承载能力差异较大,生态系统受到的扰动和变化显著,分析生态承载力时空动态及其驱动因子对区域生态管理具有重要意义.以纵向岭谷区核心区各县(市)为研究对象,在GIS的支持下,从市级和县域两个尺度上研究区域生态承载力的时空动态变化;进而利用主成分分析法(PCA),辨识区域生态承载力空间分异的驱动因子.结果表明:纵向岭谷区各地州人均生态足迹、人均生态承载力与生态安全水平地区差异显著;区域生态承载力随时间呈下降趋势,空间分布格局由北部、南部向中部递减;驱动力分析表明,人均生态承载力受社会经济发展和人口增长因素影响较大,主要驱动力为国内生产总值、人口等指标,驱动力的空间变异决定了生态承载力时空动态.     

论草牧业的理论体系及其实践

"草牧业"是在传统畜牧业和草业基础上提升的新型生态草畜产业,包含饲草料生产、加工以及畜禽养殖(含加工)三个生产过程,其精髓在于"草-畜结合""草-畜协调""草-畜互为依存、不可分割".草牧业试图解决长期困扰我国饲草料生产和畜牧业发展中的草畜矛盾、草畜"两张皮"的问题,强调饲草料(广义的牧草、饲草,包括饲用作物和饲用木本植物)在畜牧业发展中的基础和决定作用;与传统畜牧业相比,它具有明显的科学性、生态性和先进性.本文在简述草牧业内涵及其意义的基础上,论述了我国草牧业发展中存在的关键科技问题及其解决的途径;提出了发展草牧业应遵循的8个基本原理,即草畜良种选育原理、人工草地建植原理、天然草地保护恢复与适度利用原理、草地的生产功能和生态功能合理配置原理、饲草高效收获与加工原理、畜禽高效饲喂原理、水分有效利用原理以及区域系统发展原理,它们构成了草牧业发展的科学基础.为了践行"草牧业"理念,在内蒙古呼伦贝尔农垦集团开展了草牧业试验示范工作,取得了显著的生态和经济效益.     

“典型山地水土要素时空耦合特征、效应及其调控”项目简介

正本项目拟破解的关键科学问题:山地不同时空尺度水土要素耦合过程与资源效应;变化环境下山地水土作用失衡的发生机理与灾害风险;山区水土资源承载力与国土空间功能优化关联机制。其主要研究内容:气候、地形、地质条件约束下的山地水文过程;土地空间变异特征、功能及控制机制;山地水土要素时空耦合格局及其对生态稳定性和脆弱性的影响;新构造运动活跃区水土作用失衡机制与灾害风险评价;山区国土空间功能优化与人地关系协调机制。其总体目标是:通过对我国易受水分快速胁迫的太行山区、横断山     

我国草原牧区可持续发展的科学基础与实践

改革开放以来,我国城乡居民膳食结构发生了重大变化,口粮消费减少,肉蛋奶等动物性食品消费增加,伴随而来的是饲料需求的急剧增加.然而,我国种植结构并没有进行相应调整,导致大量粮食被用作饲料.我国4×10~8 hm~2草地本应在保障国家生态安全和粮食安全方面发挥巨大作用,但由于我国草业长期以来粗放的生产方式和国家对草地畜牧业投入不足,导致生产经营规模小、草地退化严重、生产力水平低下,草产品产量远不能满足畜牧业发展的市场需求.分析表明,发展人工草地是大幅提升我国草地生产功能的有效途径,集约化的人工草地可以使优质饲草产量提高10倍以上.为此,本项目组提出"用小保大"的"草牧业"发展模式,即利用小面积的优质土地(不多于区域面积10%的土地)建立集约化人工草地,大幅提高优质饲草产量;而对大部分天然草地(大于90%的土地)进行保护、恢复与合理利用,提升其生态功能.为践行"草牧业"发展模式,本项目组提出在草原牧区建设"生态草牧业试验区"的构想,即在较大的区域内,进行自然-经济-社会复合系统诸要素的科学配置和调控,形成以人工草地和现代化畜牧业为主,特色生物产业和文化产业为补充的多元产业结构,并大幅提升草地的生态功能.本文还在梳理我国草原牧区发展瓶颈问题的基础上,提出了牧草良种选育、人工草地种植、牧草高效收获、水分有效利用、天然草地保护与适度利用、草地生产和生态功能合理配置、以及牧区系统发展等我国牧区发展应遵循的7个原理.     

系统认知土地资源的理论与方法

耦合格局与过程作为系统认知土地资源的基础要点,为明晰土地系统"格局–过程–服务"级联关系提供理论支撑.识别多功能景观,评估生态系统服务,构建生态安全格局,可为土地资源资产管理和空间规划提供方法保障.     

干旱区生态水文过程研究若干问题评述

评述了干旱区生态水文过程研究的若干进展,提出了临界生态需水量、最适生态需水量和饱和生态需水量的概念,探讨了相应的确定方法。强调了人工植被的建立应在加强对干旱区天然植被格局与生态水文效应、具有水力提升功能植物识别、植物吸收的水分来源、生态需水量及生态地下水水位等方面研究的基础上,从恢复生态学和生态水文学的角度,确定干旱区适宜人工植被的种类组成和格局。     

生态建筑和谐之居

引领我们要建立一个远期与近期相结合的科学合理的可望可及的生态建设目标,走调整、完善、提高与自然相协调的道路,是每个建筑设计人的责任.未来是与生态息息相关的,走"可持续发展之路",创和谐之居.     

草地生产与生态功能合理配置的理论基础与关键技术

草地生产功能和生态功能的合理配置对于生态草业的可持续发展至关重要.本文总结了国内外草业发展现状,特别是我国草地经营管理中存在的主要问题;介绍了草地生产与生态功能合理配置的6个基础理论:放牧优化假说、中度干扰假说、放牧促进/减缓生态系统养分循环假说、草畜平衡理论和草地农业系统理论.在分析生态草业发展面临的主要技术瓶颈基础上,提出了生态草业建设的核心技术体系,着重介绍了退化草地恢复与培育的4项技术、天然草地保护与合理利用的2项技术,以及人工草地建设与管理的技术.最后介绍了天然草地和人工草地配置的原则,以及人工草地的类型选择与合理布局的技术.所述理论和技术对于指导我国生态草业建设和可持续发展具有重要指导意义.     

城市水文学研究综述

城市水文学是水文学的一个重要分支,20世纪80年代正式独立成为一门学科.城市水文学发展早期重点关注城市供排水工程设计等水文计算问题.随着全球城市化进程的推进,城市水文过程演化及其伴生效应日益凸显,城市水循环机理发生了深刻变化.城市"雨岛效应"、"干/湿岛效应"等现象日益明显,城市暴雨内涝、水污染等事件频繁发生,这些新问题使城市水文学研究出现了新任务和新领域.目前城市水文学基础研究大体可分为两大主要方向:城市化的水文过程及其伴生效应识别与描述;城市水文过程机理解析与模拟计算.城市化的水文效应方面的研究较多,对"雨岛效应"产生机理的认识也较统一,但对城市"干/湿岛效应"的研究结论在不同地区并不一致.城市化伴生效应方面,近些年对水环境以及水生态效应的研究得到了重视和加强,建立了城市水质模型和生态承载力理论等.城市水文过程机理解析与模拟方面,"自然侧"的降水-产汇流研究比较系统,已建立了包括城市屋面、硬化地面、城市绿地等复杂城市下垫面的降水-蒸发-径流定量模拟模型;"社会侧"对城市用水规律和需求预测研究比较充分,然而对城市人工取用水的耗水机理研究较少.总的来看,城市水文学未来的发展需从城市耗用水机理、城市水文极端事件模拟与综合应对,以及城市群叠加水文效应的定量评估和预测等方面寻求突破.     

建立流域生态补偿制度的理论分析

建立流域生态补偿机制为我国解决区域社会经济失衡、保护流域水资源生态安全问题的重要手段和迫切需要.经济学家用不同的学说对生态补偿的理论基础进行分析解释,从不同的角度论述了对环境资源利用进行生态补偿的合理性,其基本思路是通过恰当的制度设计使环境资源的外部性成本内部化,由环境资源的开发利用者来承担由此带来的社会成本和生态环境成本.     

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.     

植物受体激酶的结构与功能研究进展

作为多细胞营固着生长的生命体,植物需要对外界多变的环境及内部不同组织细胞之间协调发育的多样信号做出精确的反应.与多细胞动物主要通过数量巨大的GPCR等受体蛋白参与细胞与环境及细胞之间的交流不同,植物主要靠数目庞大的植物受体激酶来完成相应功能.通过30多年的深入研究,植物受体激酶的功能研究取得了极大的进展,研究发现,植物受体激酶参与植物多种多样的生理病理过程,包括生长发育、气孔发育、分生组织发育、抗病、花粉管吸引和自交不亲和等.这些受体激酶的结构生物学研究在近10年取得了一系列重要的成果,使我们对各种受体激酶的配体识别及活化机制有了系统的认识.2017年国家自然科学奖二等奖授予"油菜素内酯等受体激酶的结构与功能研究",也是对这些成果的肯定.本综述对参与不同过程的受体激酶结构进行总结描述,随后对受体激酶的识别及活化规律进行总结,最后对该领域尚未解决的问题及研究方向提出展望.     

不同品系间斑马鱼的细胞核移植

以斑马鱼AB品系囊胚晚期胚胎细胞为细胞核供体,以斑马鱼长鳍品系未受精的去核卵为受体,进行不同品系间斑马鱼的细胞核移植,采用显微注射法,操作胚胎1119枚,获得克隆鱼14尾,RAPD分析显示,克隆鱼与细胞核供体鱼的DNA扩增带纹一致而与受体鱼不同,表明克隆鱼的遗传物质来源于供体细胞核,模式动物斑马鱼的细胞核移植技术的建立,有望在研究动物发育过程的基因功能、细胞核的发育潜能及核质关系等重要问题上发挥作用。     

青藏高原关键区域土地覆被变化及生态建设反思*

青藏高原独特而敏感的生态系统,是中国生态安全屏障的重要载体,也是区域经济发展的必要基础。生态建设是生态文明的需求,也是社会经济可持续发展的保障。由于青藏高原内部自然条件差异显著,各区生态功能及区域问题也不尽相同,生态建设亟需因地制宜地提出建设与保护的对策和措施。本文从生态系统的主要功能、脆弱程度、变化趋势及面临风险等特征,辨识出阿里西部、那曲中南部、三江源地区和三江并流区等4 个生态建设的关键区;并在分析各区环境和生态特征与土地覆被变化及其原因的基础上,提出了稳定和提升青藏高原生态安全屏障功能的措施与建议,对于高原生态安全屏障保护与建设具有重要的参考价值。     

西藏地区草地承载力及其时空变化

在不适合和不能放牧区域划定、满足生态保护需要的牧草生物量估算、草地生产能力修正等的基础上,开展西藏地区县域草地承载力及其时空变化研究,分析农业、林业等补饲对草地承载力的影响机制,以及草地承载力与草地生态状况变化的相互关系.结果表明:(1)西藏地区县域草地载畜量和补饲载畜量呈显著的地域差异,主要影响因素分别为水分条件和热量因素;(2)2011年藏东南、藏西北部分县域草地资源仍有盈余,但是全区及其多数县域草地生态系统处于超载状态且自2000年以来不断加剧,草地承载状况及其动态变化的空间自相关性下降、空间异质性增强;(3)牲畜存栏量增长过快、草地资源供需空间匹配不协调是造成草地超载且不断加剧的主要原因;(4)通过缓解草地资源供需的不平衡性和不协调性,农业、林业等补饲可以改善全区尤其是农业县、半农半牧县草地承载状况,但对草地承载状况变化趋势的影响有限;(5)县域草地生态状况的下降趋势与其草地超载、草地承载率下降具有较强的相关性.因此,适合放牧区域划定、牲畜存栏量控制和畜牧业布局优化是改善西藏地区草地承载状况、减缓其草地生态状况下降趋势的主要途径.     

中国西北干旱区土地退化与生态建设问题

本文阐述了西北干旱区自然环境的基本特点，讨论了土地退化中土地沙漠化、土地盐渍化和草地退化问题。指出生态建设应当尊重自然,不宜大面积植树造林，采取生态修复措施和建立自然保护区有助于环境整治与生态建设。在区域发展中应当重视土地与水资源的合理开发利用以及区域间环境与发展协调等问题。     

土壤生物多样性研究:历史、现状与挑战

土壤生态系统是地球上生物多样性最丰富的生境.土壤生物多样性在维持陆地生态系统碳动态和养分循环方面具有重要的作用,是目前土壤生态学领域最为重要的热点研究问题.本文综述了过去20年对土壤生物多样性研究经历的过程和取得的成果.首先,介绍了土壤生物多样性研究的历史发展过程,从早期问题的提出与研讨,到大规模的实验研究,再到对土壤生物多样性的监测、评价和保护.其次,重点介绍了土壤生物多样性研究领域的4个核心问题及其进展,包括土壤生物多样性的维持机制、土壤生物多样性与生态系统功能之间的关系、土壤生物多样性的分布格局及土壤生物多样性与植物多样性之间的关系.最后指出,尽管人们对上述土壤生物多样性的问题取得了一些研究成果,然而,在土壤生物多样性的研究方法、土壤生物多样性的大尺度地理分布格局及其机制、人类活动和全球变化对土壤生物多样性的影响以及土壤生物多样性在污染治理和生态恢复中的应用等方面还面临着巨大的挑战.     

景观格局与生态过程的关系及其对生态系统服务的影响*

景观格局与生态过程是景观生态学研究的核心内容,两者相互作用,呈现出一定的景观功能,构成生态系统服务的主体。由于人类对自然资源和环境影响的加剧,生态系统面临着严峻的考验,呈现出结构性破坏和功能紊乱的特点。笔者对景观格局与生态过程的耦合及其与生态系统服务的关系进行了论述,并对其在生态系统管理中的应用进行了探讨。     

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.