基于“参照系-现状-变化量”的生态系统评估方法

生态系统评估是开展生态系统管理的重要手段，其评估结果已成为衡量区域生态系统状况优劣的重要依据。由于没有充分考虑生态系统禀赋的区域差异性，缺乏有效区分气候变化和人类活动影响的手段，导致生态系统评估结果的实用性与区域可比性一直存有争议。在生态大数据背景下，基于生态完整性理论，结合长期地面监测数据、野外调查数据、遥感数据等海量数据，耦合生态系统过程模型，构建了基于“参照系-现状-变化量”(RSD)的生态系统评估体系，以受干扰较少接近原生、完整的地带性植被生态系统(完整的生态系统)作为参照系，其表现出来的组成、结构、功能等特征为参照条件，生态系统状况现状与参照条件的偏离程度作为评估生态系统优劣程度的依据，从而将现状评估转变为变化量评估，增强评估结果的时空可比性。并以生态系统过程模型为工具，利用RSD评估方法评估了中国陆地生态系统生产力功能，验证了该方法体系的可行性。评估结果显示，2000—2018年我国植被净初级生产力(NPP)参照值、现实值和变化量均表现为上升趋势，而NPP现实值与变化量的空间分布存在显著差异，基于RSD的评估方法较好地解决了评估结果区域不可比的问题。研究对完善我国生态系统评...     

尼泊尔生态系统质量评估与时空格局变化——基于参照条件的评估方法

良好的生态系统质量是维持人类社会供给需求和可持续发展目标实现的重要保障。针对尼泊尔自然地理环境复杂多样，区域间气候差异明显的特点，结合基于参照条件的评估方法可以得到生态系统质量的相对水平值，其结果能够反映出不同的变化信息。植被是区域生态系统质量变化的重要指示器，利用尼泊尔五大地理区以及四种主要植被生态系统类型划分出20个生态评估区，从表征植被生态系统的水平结构、生产功能和垂直结构3个方面计算生态参数相对密度指标（RVI），结合主成分分析法构建植被生态系统质量指数（VEQI），并以其国家自然保护区为参照，构建基于参照条件的生态系统质量评估模型，计算了尼泊尔2016和2020年基于参照条件的植被生态系统质量指数（VEQI''）并分析其生态系统质量的时空格局变化。结果表明：（1）2016至2020年，尼泊尔生态系统质量现实值VEQI的平均值增加了3.49%，总体上，在参照生态系统质量（VEQI_ref）提高（约1.41%）的背景下，生态系统质量相对水平值VEQI''增加了1.42%；（2）对于尼泊尔地区，评估区89%分位数的VEQI与其对应的国家自然保护区的参照值具有很强的相关性，总体差异较小，可以代替作为参照值；（3）从空间格局变化趋势来看，尼泊尔生态系统质量变好、基本稳定和变差的面积分别占植被生态系统总面积的74.16%、14.25%和11.59%。与数量不足、较难收集利用的野外观测台站数据相比，国家自然保护区更接近理想参照生态系统的假设，通过有限的自然保护区确定生态评估区的参照值，实现生态系统质量的快速评估，其结果具有更好的时空可比性，可以为区域生态质量变化评估及量化分析等方面提供参考。     

喀斯特石漠化综合治理及其区域恢复效应

国家加大生态保护与建设力度背景下,我国西南喀斯特石漠化面积实现"持续净减少",面临由传统高强度人为干扰向大规模自然恢复与人工造林的转变,石漠化治理也面临转型。现有喀斯特生态研究已阐明了喀斯特脆弱生态系统人为干扰退化机制,初步揭示了生态治理改善生态系统结构与功能的恢复机理,突破了保土集水与植被恢复的适应性石漠化治理技术与模式,评估了石漠化治理显著加速区域植被生长与恢复的固碳效应。但目前石漠化治理面临着治理成效巩固困难、治理技术与模式缺乏区域针对性、大规模低效人工林亟待改造、社会人文驱动机制不清等问题。未来喀斯特生态恢复应聚焦石漠化治理提质增效,从侧重单一生态要素、单一生态过程的研究向多要素综合、多过程综合以及喀斯特地表-地下过程耦合、景观格局与生态过程耦合、生态过程与生态系统服务耦合、自然与人文过程耦合等陆地表层系统集成的方向发展,为我国西南喀斯特地区石漠化治理与扶贫开发成效巩固、乡村振兴与美丽中国战略的实施提供科技支撑。     

中国西南喀斯特地区植被变化时空特征及其成因

2000年以来,国家在中国西南喀斯特地区开展一系列生态治理工程,该地区退化生态系统得到一定程度的恢复,而2008年开展石漠化综合治理工程以来该地区的植被覆盖和生产力如何变化尚不清楚。本研究利用遥感增强型植被指数(EVI)和总初级生产力(GPP)数据,研究2000—2015年西南喀斯特地区植被EVI年均值和GPP年总量的时空变化特征,重点探讨2008年以来石漠化综合治理工程、气候变化等因素对植被覆盖及生长的影响,进而评估石漠化综合治理工程的成效。结果表明,2000—2015年西南喀斯特地区植被EVI总体显著增加,其中2008—2015年植被EVI均值和变化率分别比2000—2007年高6.9%和85.7%,EVI显著增加的区域占西南喀斯特地区的13.4%;该区域GPP年总量亦呈显著增加趋势(20.58 g C m-2a-1)。2008—2015年气温和降水对植被EVI变化趋势的贡献仅占28.3%,退耕还林还草等生态恢复措施、大气CO2浓度、大气氮沉降的增加可能是该区域植被覆盖显著增加的主要贡献因子。在100个首批石漠化综合治理试点县中,大部分试点县植被EVI的变化趋势受非气候因子的影响,其中治理面积大的县受非气候因子的影响显著高于治理面积小的县,表明石漠化综合治理工程的实施有效地促进了试点县植被覆盖的增加。     

顾及石漠化敏感性的山地型城市生态网络构建——以云南省曲靖市为例

开展生态系统健康评价、构建生态安全网络是有效管理生态资本和保护生物多样性的重要举措，尤其对于石漠化广布、生态基底薄弱的滇东地区，其能够预防潜在生态风险和保障生态安全。将生态系统服务纳入到生态系统健康模型中，构建"活力-组织力-恢复力-生态系统服务"的生态安全评估体系，定量化地评估了曲靖市2000-2020年的生态系统健康状况，并据此识别生态源地，借助石漠化敏感性修正基于土地类型的基本阻力面，运用最小累积阻力模型和重力模型识别生态廊道，从而构建曲靖市生态安全网络。结果表明：（1）研究时段内，曲靖市的生态系统健康水平先上升后下降，整体呈下降趋势。除受人类活动影响较大的城镇建成区外，其余地区的健康状况总体稳定；（2）曲靖市生态源地共有8656.65 km²，占研究区总面积的29.92%，与自然保护区重合率达70.18%，由西北向东南呈不规则分布，集中分布于曲靖市北部及东南部地区；（3）潜在廊道143条，生态节点137处，生态断裂点82处，呈网状辐射分布，西南部未有源地和廊道分布，易形成生态孤岛，区域连通性亟待提升。顾及石漠化敏感性的生态网络能够更好地反映生物迁徙过程中受到的阻力，并可以通过生态廊道实现不同源地之间的连接。针对滇东喀斯特生态脆弱区的环境底质特征，构建顾及石漠化敏感性的山地生态网络格局，可为具有相似环境背景的中小型城市的生态网络优化提供新的思路。     

基于生态监管的生态保护修复工程实施成效评估指标体系

生态监管是保障生态保护修复工程有效实施的重要途径，生态保护修复监督评估是我国当前维护生态环境安全的迫切需求和生态监管开展的有力抓手。在对国内外已有生态保护修复成效评估相关理论方法进行分析的基础上，围绕生态保护修复工程实施目标，结合生态监管要求，统筹考虑“山水林田湖草生命共同体”理念、生态保护修复工程类型、指标可操作性和兼容性等因素，综合运用频度分析法、专家咨询法和层次分析法等方法，提出了生态保护修复工程实施成效评估指标体系，构建了包括生态环境成效和工程管理成效的指标体系。其中，生态环境成效指标由共性指标和个性指标组成，共性指标包括生态系统格局、生态系统功能、生态干扰等方面的具体指标，个性指标包括森林保护修复工程、草原保护修复工程、湿地保护修复工程、矿山修复工程、防沙治沙工程、石漠化治理工程、水土流失治理工程、地质灾害治理工程、流域综合治理工程等不同工程类型的具体指标。工程管理成效指标主要包括工程绩效、工程实施及公众满意等方面的具体指标。在对各项指标评估的基础上，通过综合评估计算对生态保护修复工程实施成效进行评估。基于生态系统格局指数、生态系统功能指数、生态干扰指数、工程管理成效指数及不...     

喀斯特峰丛洼地石漠化治理与生态服务提升技术研究

针对峰丛洼地区域石漠化面积削减较为迅速、亟需从前期治理侧重遏制面积扩张转向生态服务提升为主的新阶段后面临的治理投入与分区较为粗放、治理技术与模式缺乏针对性、综合效益亟待提升等问题,以生态服务提升为核心目标,系统研究生态工程实施以来区域石漠化演变的关键因子、水土流失/漏失关键过程与调控、植被恢复与人工诱导提升土壤生态功能机理,突破面向生态功能优化的区域生态系统监测评估、表层岩溶水生态调蓄与高效利用、有机物资源利用与退化土壤肥力提升、耐旱型植物群落构建与规模化建植、可持续性生态衍生产业培育等关键技术,形成生态服务提升与民生改善的区域石漠化治理系统性解决方案,为石漠化治理二期工程与扶贫提供科技支撑与示范样板。     

基于水源涵养参照系的中国生态系统水源涵养功能优劣评估

为解决水源涵养优劣评估结果空间可比性差的问题,在拟合1990—2018年中国生态系统水源涵养动态数据基础上,构建基于参照系的水源涵养功能优劣等级评估方法体系,从全国和分区尺度揭示中国生态系统水源涵养功能优劣格局与演变规律,阐明该方法的优越性。结果表明：(1)2015年中国全国生态系统水源涵养功能以差级别占主导,约占总面积的44.8%,主要分布于西北、青藏高原、华北平原和东北平原。1990—2018年中国生态系统水源涵养功能中等级面积极显著降低,差等级面积显著增加,其余类型呈波动变化。(2)各气候区生态系统水源涵养优劣等级构成因气候、生态系统构成等差异而不同,一般为气候区愈湿润,其优良等级比重愈高。1990—2018年,共有10个气候区的优、良、中、低或差等级面积发生了显著变化,主要为优、良、中等级以显著降低为主,差等级全显著增加。(3)与其他方法相比,基于参照系的生态系统水源涵养功能优劣评估法因引入分区分类评估思想,评估结果更科学,空间可比性显著提高。     

2001—2019年蒙古高原生态系统质量时空格局变化及归因分析

蒙古高原作为典型内陆干旱半干旱区，其生态系统质量变化是全球及区域气候变化与人类活动影响的最直接指示。在气候变暖背景下，厘清蒙古高原生态系统质量时空变化及驱动因素，对蒙古高原如何应对气候变化和改善生态环境质量具有重要意义。本研究通过构建生态系统质量综合评价模型，评价2001—2019年蒙古高原不同生态区生态系统质量的时空变化特征，并量化气候因子和人类活动的影响。结果表明：2001—2019年蒙古高原生态系统质量空间分布呈东北高西南低的特点，多年平均值为50.89,混交林的生态系统质量均值最高，针叶林次之；受气候变化和人类活动协同影响，研究时段内生态系统质量整体以0.48 a^-1速率呈好转趋势，显著好转区域面积占31.07%;蒙古高原生态系统质量时空异质性大，变异系数由中部典型草原向北部(针叶林、落叶林)和南部(沙漠)逐渐递减，其中中等波动区域最多，占研究区面积的30.69%;影响因素中降水量占主导作用，中东部典型草原和西北部森林草原受其影响显著。2001—2019年人类活动对生态系统质量的变化表现为积极影响，退耕还林、荒漠化治理等生态修复工程促进了生态系统质量水平的...     

基于历史参照系的三江源区径流调节功能及变化评估

以20世纪70年代植被类型图作为参照生态系统,采用径流量和径流系数作为径流调节功能的表征指标,建立了基于历史参照系的三江源区径流调节功能评估模型,以参照系径流系数与实际径流系数的比值作为径流系数质量指数,分析了2000-2017年三江源区生态系统径流调节功能参照值、现状值及变化量的时空变化规律。结果表明：2000-2017年,三江源区多年平均径流量为495.15亿m³,地表径流量为96.64亿m³,参照系条件下多年平均径流量为468.37亿m³,地表径流量为68.60亿m³。相比参照系,三江源区生态系统的径流蓄纳能力降低,总径流量和地表径流量均明显增加。空间上,基于参照系和实际生态系统的多年平均径流量表现为东南高西北低的空间分布特征,地表径流量则呈西部高东部低的空间分布特征。从时间变化看,实际径流和参照系径流的差别率在4%-9%之间,实际地表径流和参照系地表径流的差别率在22%-58%之间。径流系数质量指数得分显示,2000-2017年,三江源区径流系数质量指数平均得分为98.63,地表径流系数质量指数平均得分为96.98,两者均呈现先降低后增加的趋势,地表径流系数质量指数变化更为明显。2000-2017年,各县（镇）径流系数和地表径流系数质量指数得分具有较大差别,但各县（镇）得分变化均不明显,变化率分别在-1.95%-0.71%和-0.35%-1.90%之间。通过建立基于历史生态系统的评估参照系,定量评估了三江源区参照系和实际条件下的径流变化过程,实现了不同时间、不同区域生态系统径流调节功能的可比较,可对量化生态系统恢复进程提供支撑。     

On integrating climatic change and culture change studies

In the last few decades, advances in understanding and modeling climate have paralleled the growth of an impressive log of radiocarbon dates and quantitative analyses of climatic indicators including pollen, tree rings, and lake levels. At the same time, archeological research has given us an impressive assemblage of cultural information. We also have the tools for sorting out the diverse sources of variance in our datasets. The time has come to begin to integrate these lines of scientific endeavor to produce a mutually coherent picture of at least one of the mechanisms that have affected the history of humankind, and one that undoubtedly will affect the future as well.     

中国遥感干旱指数时空特征及其对气候和地表覆盖变化的响应

干旱严重影响植被生长,威胁粮食安全,基于遥感计算的植被状态指数（Vegetation Condition Index,VCI）、温度状态指数（Temperature Condition Index,TCI）和植被健康指数（Vegetation Health Index,VHI）是常用的干旱指数,被广泛应用于干旱监测。为了探究近年来我国干旱特征及其对气候和地表覆盖变化的响应,分析了2003-2016年期间VCI、TCI和VHI的时空变化特征;采用最小二乘（OLS）和偏相关分析方法分析了这些指数对气候和地表覆盖变化的响应。基于上述干旱指数计算的干旱频率表明,中温带中部和南温带等地区干旱发生频率高,干旱指数变化趋势表明在2003-2016年期间中国大部分地区干旱缓解,但在中温带、南温带和高原气候区等局部地区干旱加剧;总体而言,干旱指数随着年平均温度的上升和年降水量的降低而减小,VHI与温度和降水量的相关性在不同气候区的一致性优于VCI和TCI;裸土的减少和植被的增加导致干旱指数增大,树木转变为低矮植被干旱指数降低。     

Response of Chlamydomonas to Temperature Change

SYNOPSIS. Response of Chlamydomonas to temperature change was investigated. When the temperature of the medium was suddenly increased (decreased) the abrupt velocity rise (drop) was observed. This abrupt velocity change was induced immediately after the temperature change. Then, the high (low) level of the velocity was maintained for a few minutes. Finally the velocity decreased (increased), tending to a stationary level at the new temperature with the decay time of a few minutes. The rate of the temperature change determined the magnitude of response. The threshold value was found in the rate of the temperature change to produce the transient change of the velocity. It was ∼ 0.2 C/sec.     

Current issues in tropical phenology: a synthesis

We retrace the development of tropical phenology research, compare temperate phenology study to that in the tropics and highlight the advances currently being made in this flourishing discipline. The synthesis draws attention to how fundamentally different tropical phenology data can be to temperate data. Tropical plants lack a phase of winter dormancy and may grow and reproduce continually. Seasonal patterns in environmental parameters, such as rainfall, irradiance or temperature, do not necessarily coincide temporally, as they do in temperate climes. We review recent research on the drivers of phenophase cycles in individual trees, species and communities and highlight how significant innovations in biometric tools and approaches are being driven by the need to deal with circular data, the complexity of defining tropical seasons and the myriad growth and reproductive strategies used by tropical plants. We discuss how important the use of leaf phenology (or remotely‐sensed proxies of leaf phenophases) has become in tracking biome responses to climate change at the continental level and how important the phenophase of forests can be in determining local weather conditions. We also highlight how powerful analyses of plant responses are hampered at many tropical sites by a lack of contextual data on local environmental conditions. We conclude by arguing that there is a clear global benefit in increasing long term tropical phenology data collection and improving empirical collection of local climate measures, contemporary to the phenology data. Directing more resources to research in this sector will be widely beneficial.     

Ecological implications of climate change will include surprises

In addition to assessing the impacts of CO₂ doubling on environment and society, more consideration is needed to estimate extreme events or surprises. This is particularly important at the intersection of disciplines like climate and ecology because the potential for large discontinuities is high given all the possible climate/biota interactions. The vast disparities in scales encountered by those working in traditional ecology (typically 20 m) and climatology (typically 200 km) make diagnoses of such interactions difficult, but these can be addressed by an emerging research paradigm we call strategic cyclical scaling (SCS). The need to anticipate outlier events and assign them subjective probabilities suggests emphasis on interdisciplinary research associations. The desire to reduce societal vulnerability to such events suggests the need to build adaptive management and diverse economic activities into social organizations. The effectiveness of adaptation responses to anticipated climatic changes is complicated when consideration of transient changes, regional disturbances, large unforseeable natural fluctuations and surprises are considered. Slowing down the rate of disturbances and decreasing vulnerability are advocated as the most prudent responses to the prospect of human-induced climatic changes.     

应用SWAT模型研究潮河流域土地利用和气候变化对径流的影响

为定量分析潮河流域土地利用和气候变化对流域径流变化的影响,应用SWAT模型对流域上游至下游的大阁、戴营和下会3个水文站径流进行模拟,采用情景法分析径流对土地利用和气候变化的响应。在模型校准期和验证期采用两个参数:p因子和r因子来评价模拟的拟合度及不确定性。结果表明,3个水文站在校准期和验证期的p因子值分别为:0.70和0.77,0.87和0.82,0.92和0.78,r因子值分别为0.63和0.90,0.97和0.79,0.88和0.92,评价整个流域模拟有效性的模型目标函数g最佳值为0.66,说明该模型对潮河流域的产水量模拟具有很好的适用性。以1981—1990年为基准期,1991—2000年流域土地利用变化造成年径流量减少了4.10 mm,而气候变化导致年径流增加了29.68 mm;2001—2009年土地利用变化造成年径流量减少2.98mm,气候变化造成年径流量减少了14.30 mm。与1999年土地利用条件模拟径流值相比,几种极端情景法模拟分析结果表明:灌木林地情景下年径流增加了158.2%,草地情景下年径流增加了4.1%,林地和耕地情景下年径流分别减少23.7%和41.7%;不同气候变异情景模拟结果显示,径流对降水的变化敏感性高于对温度变化的敏感性,降水每增加10%,径流平均增加23.9%。温度每增加12%,径流平均减少6%。因此,在气候变化背景下,优化土地利用结构与方式是实现流域水资源科学管理的途径之一。     

A methodology for mapping current and future heat stress risk in pigs

Heat stress is a global issue constraining pig productivity, and it is likely to intensify under future climate change. Technological advances in earth observation have made tools available that enable identification and mapping livestock species that are at risk of exposure to heat stress due to climate change. Here, we present a methodology to map the current and likely future heat stress risk in pigs using R software by combining the effects of temperature and relative humidity. We applied the method to growing-finishing pigs in Uganda. We mapped monthly heat stress risk and quantified the number of pigs exposed to heat stress using 18 global circulation models and projected impacts in the 2050s. Results show that more than 800 000 pigs in Uganda will be affected by heat stress in the future. The results can feed into evidence-based policy, planning and targeted resource allocation in the livestock sector.     

毕节试验区石漠化时空演变过程和演变特征

基于RS和GIS技术,解译了2000、2005和2010年3期毕节试验区石漠化数据,利用空间分析和数理统计分析方法,在探讨石漠化时空演变总体特征的基础上,选取演变方式、演变方向和演变速率等指标,重点分析了不同石漠化强度之间的内部转移特征,演绎了10年间毕节试验区石漠化演变过程。研究表明:(1)10年间,石漠化总面积呈现先增加后趋稳的演变态势,石漠化扩张趋势虽然初步遏制,但局部地区还在恶化,防治形势仍很严峻;(2)石漠化演变方式以渐变式为主,跳跃式为辅,返变式最少;(3)石漠化演变的方向既存在改善也存在恶化,且轻度改善和轻度恶化的面积均比较大,一边治理、一边破坏的现象还没有根本遏制;(4)非石漠化与石漠化相互转换非常活跃,潜在石漠化虽被定义为非石漠化,但并不稳定,容易转变为石漠化;(5)石漠化演变速率分为转入速率、转出速率和综合速率,中度石漠化综合速率最高,转入速率大于转出速率,潜在石漠化和轻度石漠化是中度石漠化增加的主要来源;(6)石漠化时空演变特征与生态环境建设及社会经济发展具有一定的相关性。该研究成果为喀斯特山区生态环境保护和石漠化防治提供了有益的参考。