阿勒泰地区地处新疆北部,内部地貌类型复杂多样,地形起伏较大,生态系统脆弱。研究该地区土地利用变化对生境质量的影响,对区域生态保护与发展、合理规划与利用、保障生态环境的可持续发展等具有重要意义。本文以InVEST模型为基础,结合土地利用面板数据及阿勒泰地区的地形起伏度,对研究区1995-2018年生境质量进行研究。结果表明：1995-2018年耕地、水域和建设用地的面积逐渐增加,草地和未利用地逐年减少,林地在前5期基本保持稳定,2018年出现大幅增加。1995-2018年各土地利用类型均发生了转移,主要转移发生在平坦区和微起伏区的耕地、林地、草地和未利用土地之间。1995-2018年间较差生境质量占主导地位。2015年生境质量显著下降,这与威胁源耕地和建设用地的面积迅速扩张及敏感因子林地和草地面积的减少有关。由于大量的耕地和未利用土地转换成生境适宜性较高的林地和草地,2018年生境质量显著提升。土地利用类型对生境质量有重要影响。生境质量在地形起伏度上的分布特征由好到坏依次为大起伏区>中起伏区>小起伏区>平坦区>微起伏区。研究结果对该地区及类似地区的社会、经济、生态协调发展等具有重要意义。
植被动态的定量评价和驱动机制分析对于促进区域可持续发展至关重要。近20年来,全球变暖导致阿勒泰地区的生态环境显著改变。同时,随着人类活动的增强,该地区的植被时空格局和驱动机制尚不明确,难以准确评估。因此,我们基于谷歌地球引擎(GEE)合成归一化植被指数(NDVI),对植被生长进行量化,在像素尺度上分析了植被的时空格局。最后基于NDVI与气象数据的相关性分析结果,利用显著性阈值分割方法,量化气候变化和人类活动对植被变化的贡献。结果表明：（1）阿勒泰地区植被覆盖主要集中在北部,2000-2019年植被显著恢复和显著退化的面积分别占阿勒泰地区的24.08%和1.24%;（2）阿尔泰地区NDVI与气温、降水和日照时数显著相关的区域分别占3.3%、6.9%和20.3%;（3）在植被显著恢复的区域,由多重因素控制主导的显著恢复占18.94%,由人类活动主导的恢复占3.4%,而由气候变化主导的显著恢复占1.74%,在植被显著退化区域,异常退化和气候变化主导的显著退化分别占1.07%和0.17%。本研究揭示了阿勒泰地区植被动态变化及其驱动机制,可为阿勒泰山水林田湖草生命共同体机制机理与关键修复技术研究提供科学依据。
阿勒泰地区的草地退化严重阻碍了当地经济的可持续发展和畜牧业的稳定运行,如今受到了广泛的关注。而气候变化和人类活动被认为是草原退化的主要诱因,定量评估气候变化和人类活动对草地变化的相对作用,对于探究草地退化机制和控制草地退化具有重要意义。本文采用Carnegie-Ames-Stanford Approach和Thornthwaite memorial模型,模拟了2000-2019年阿勒泰地区的实际(NPPA)和潜在净初级生产力(NPPP),并采用两者之差来反映人类活动对草地净初级生产力的相对作用(NPPH)。在此基础上,我们利用皮尔逊相关系数验证了模拟NPP的可行性,探究阿勒泰地区草地净初级生产力的时空变化,并构建综合情景以定量评估气候变化和人类活动对草地变化的相对作用。结果表明：（1）本文模拟的NPPA与MOD17A3数据集在空间分布上具有高度一致性;（2）NPPA增加的地区占总面积的70.53%,而NPPA减少的地区则为总面积的29.47%。研究期间,NPPA呈现出轻微的增加趋势(0.83 g C m?2 yr?1),而NPPP和NPPH则呈现出下降趋势(?1.31和?2.15 g C m?2 yr?1);（3）人类活动在草地恢复过程中起到了关键作用,人类活动促进了66.98%的区域发生恢复。气候变化则是导致草原退化的主要原因,导致55.70%的草地退化。这些结果可以揭示气候变化和人类活动所引起的草地变化机制,并进一步应用于制定阿勒泰地区防治荒漠化的有效措施。
生态环境作为满足人类生存以及社会可持续发展的物质承载体其完整性和整体健康水平正在不断下降,在社会经济不断飞速发展的今天,进行生态安全评价研究,为生态文明建设以及人与自然和谐共生提供科学指导和建议十分必要。以阿勒泰地区为研究区,收集整理区域地质、地理、人文、社会经济、统计资料以及前人研究成果,结合DPSIR-EES框架模型,运用层次分析法、熵值法、线性加权求和函数法构建了阿勒泰地区土地资源生态安全评价指标体系开展评价研究工作。结果表明：（1）阿勒泰地区总体生态安全状况较为安全,局部生态安全状况较为脆弱,其中生态环境状况为安全和较安全的区域共占38.72%,处于临界安全的区域占30.83%,较不安全和不安全的区域共计占比30.45%。空间特征上生态环境不安全区域主要分布于研究区西部与东部,而生态环境较为良好的区域则是分布在研究区的北部。（2）大规模的矿山开采活动、地质灾害频发、耕地的大面积开垦与长期耕种、长期大规模放牧活动致使草地与植被遭到破坏等是致使阿勒泰地区土地资源生态安全问题突出的主要因素,因此在城市经济不断发展的过程中应注意人与自然和谐相处,积极有效地提倡与落实退耕还林、退牧还草以及矿产资源整合开采等政策措施。
阿勒泰额尔齐斯河流域是新疆乃至中亚地区的水源涵养区和重要的生态屏障。基于“山水林田湖草是一个生命共同体”理念,聚焦额尔齐斯河流域“山水林田湖草”生态保护与修复试点的特殊性,针对生态用水减少、水土流失、森林和草地退化、矿山生态破坏、水环境污染等问题,提炼了额尔齐斯河流域山水林田湖草生态保护与修复的技术路线。以整体保护、系统修复、分区施策、突出问题导向为总体思路,设计并实施了7大类44个大项162个子项的工程方案。总结了在项目实施过程中的若干值得推广的管理经验,包括运用法治手段解决历史遗留问题、科学论证与第三方评估、积极引导百姓参与、现代信息技术支撑、与地方可持续发展融合等。最后文章提出应形成以流域为基本地理单元的系统性保护修复典范,建立健全体制机制的重点薄弱环节,着力弥补区域人才、科技和资金等短板,推进“山水林田湖草工程”融合“产城人游”构成大系统工程等建议,以期为其他地区系统开展山水林田湖草生态保护修复工作提供借鉴。
阿勒泰地区是我国西北地区重要的生态屏障,开展生态系统服务价值研究对于推动地区绿色高质量发展和维护生态安全具有重要意义。本研究基于2000-2015年欧空局全球土地覆盖数据,对阿勒泰地区开展生态系统服务之间协同权衡关系及驱动力分析研究,结果表明：（1）2000-2015年阿勒泰地区生态系统服务价值持续增加,由2000年的1135.21亿元增加至2015年的1157.77亿元,增幅约1.98%;生态系统中耕地增加最为显著;生态系统服务中支持服务增加最为显著。（2）生态系统服务价值在分布上存在明显的空间集聚特征,热点区域主要集中于“两河一湖”以及西北部山区,冷点区域主要为北部山区的林草覆盖区域以及吉木乃县境内。（3）各生态系统服务间协同权衡关系主要为协同关系,共有77.78%的生态系统服务相对关系在0.01水平上呈现显著正相关。（4）经济因素和产业结构是影响阿勒泰地区生态系统服务价值的重要因素,生态系统服务价值与人均GDP、第三产业总产值呈正相关,与第二产业产值呈负相关。
从系统角度、采用基于自然的解决方案是当前生态保护修复的重要热点和亟需加强的领域。本文以在国家和一带一路具有“生态屏障”地位,但生态脆弱亟需加强生态保护修复的阿勒泰地区为例,以山水林田湖草生命共同体理念为指导,研究分析阿勒泰地区山水林田湖草生命共同体各要素耦合关系、主要生态问题及一体化保护修复对策。研究表明,阿勒泰具有典型的山地-绿洲-荒漠复合系统结构,并且河湖联通使区域内部生态关系更加紧密;水生态系统资源-环境-生态问题交织、森林草地农田等陆地生态系统质量退化、生态系统破碎化严重、生态风险持续加大等是区域主要生态环境问题。研究提出,把生态系统健康与功能提升作为阿勒泰地区生态保护修复的核心和关键,从生态系统整体性角度建立分区治理格局,以功能协同提升为目标设计不同分区的治理策略,从生态系统服务功能角度明确不同分区重点工程任务。山水林田湖草生态保护修复是基于自然的解决方案在中国的应用与发展。本文研究构建了识别区域生命共同体、诊断生态保护修复分区问题、分类提出山水林田湖草生态保护修复工程对策的分析框架,研究结果将进一步丰富山水林田湖草系统保护修复的理论技术,可为阿勒泰地区一体化生态保护修复实践提供重要指导。
大运河沿线区域是一个复合社会生态系统网络,当前其经济社会发展诉求与自然资源保护矛盾突出,生态修复与环境保护迫在眉睫。本研究基于ArcGIS、Conefor、Linkage Mapper等软件平台与工具,按照生态网络格局构建的技术流程与框架,将基于“属性-功能-结构”指标体系综合选取生态源地—基于多源数据信息构建景观阻力面—基于最小费用路径方法模拟潜在的生态廊道—基于中心性分析方法评估生态源地与廊道重要性—基于电路理论与移动窗口搜索法辨识关键生态节点等技术分析方法进行系统整合,搭建了生态网络格局构建的整合分析框架,系统解决了生态网络格局构建中的生态源地选取、潜在生态廊道模拟、源地与廊道重要性评价、关键生态节点辨识等科学问题,科学构建了大运河沿线区域生态网络的总体格局。研究结果表明：（1）研究区共筛选出88处重要生态源地;中心性高值区主要集中于大运河研究区南部山区、太湖周边区域和中部部分河流水网,宁波市生态源地数量最多。（2）研究区共识别138条重要生态廊道,南部生态廊道较为密集,景观连通性较好,中部和北部存在较大的廊道真空区域;极重要廊道多出现于重要斑块之间,非常重要的廊道主要分布在研究区中部;苏州市生态廊道数量最多。（3）研究区提取生态夹点共计15处,主要集中于黄河以北片区和浙东片区;障碍点区域多集中在隋唐大运河南片区,并在研究区北部出现,不同廊道之间均存在若干有待提升的障碍点区域。（4）结合生态保护与发展诉求,大运河滨河文化带形成“一轴、五片、多核、多点”的整体生态网络格局。研究结果可为大运河沿线区域的生态修复和跨区域生态保护协作提供决策参考与空间指引。
脆弱性定量评价是湿地脆弱性研究的核心内容。以华北平原白洋淀湿地为研究对象,采用“成因-结果”模型,选取包括自然、社会、科技和经济4要素中具有代表性的23个指标构建评价指标系统。采用熵权法确定指标权重,依据模糊评价中的隶属函数计算隶属度得到模糊关系矩阵,最后将熵权矩阵与模糊关系矩阵进行合成运算,定量评价白洋淀湿地2010-2017年期间的生态脆弱性。结果表明,白洋淀湿地生态脆弱性在2010年表现为Ⅱ级,2011-2013年为Ⅲ级,2014年升高至Ⅳ级,2015-2017年回落到Ⅲ级,反映其在2010-2014年期间湿地生态在退化,而从2015年开始有所改善。但在区域环境问题未能有效解决的条件下,白洋淀湿地生态状况总体上并不乐观。通过比较23个评价指标的权重,发现对白洋淀湿地生态脆弱性贡献最大的因子是工业烟尘排放量,其次为湿地水面积、水体中的氨氮和总磷含量、工业固废处置率以及人均GDP等。
湿地公园具有维持区域生态平衡、涵养与补偿水源等生态作用,以哈尔滨群力国家城市湿地公园为研究对象,对湿地公园内植物资源多样性进行调查与分析,旨在为城市湿地生态恢复与保护利用提供科学依据。采用实地调查法、样方法、资料收集法,对湿地植物资源及其生活型、生态类型、分布类型等进行研究。研究表明,群力国家城市湿地公园内共有湿地植物60科129属160种,其中被子植物56科123属151种,包含双子叶植物48科101属127种,单子叶植物8科22属24种;蕨类植物2科2属3种;裸子植物2科4属6种。科组成以分布10种及以上种的科占优势,优势科有菊科和蔷薇科;属组成以分布4种及以上种的属占优势,优势属有槭属、苹果属和蒿属。生活型分为6种,草本植物占优势,比例为62.50%。生态类型分湿生、中生和水生植物3类,湿生植物占比重最大,占湿地植物总种数的56.25%。植物科、属的分布类型分别为5个和10个,两者均以北温带分布为主,植物区系有明显的温带性特点。
近几十年来,人口的持续增长显著改变了全球的人居环境。人类居住区的变化,对人类发展、环境变化、资源配置、灾害预测与防治等方面带来了巨大的挑战。本文结合欧洲委员会、联合研究中心提供的数据产品和多源遥感数据,分析了1990 ?2014年不同地理分布全球人居环境的变化趋势。结果表明: 在全球尺度上,人类住区总体分布在欧洲、东亚、东南亚、南亚、美国东部、墨西哥湾沿岸和大洋洲沿岸,且大多分布在城市群和沿海地区。在过去的24年里,全球人类住区持续增长,主要分布在东亚、西欧和美国。欧洲东部的人类居住区面积略有减少。人类居住区的分布受气候、水和地形条件的影响。人类更有可能定居在气候湿润的温带地区,大多数人类定居点位于海岸线500 km以内和陆地水域30 km以内。本文的研究结果可为进一步研究变化世界中人类住区的时空动态及其与生态环境问题的关系提供参考。
封育是恢复退化草地最常用的方法之一,然而封育在草地植物及土壤恢复中的作用尚存争议,尤其在荒漠中,为了进一步评估封育对荒漠植物和土壤性质的影响,本研究以准噶尔荒漠3种典型的植物群系为研究对象,应用高通量测序技术,系统分析了封育前后植物、土壤的差异。结果表明,3种荒漠植物群系的土壤有机碳、全氮和全磷含量封育后有一定的增降变化,但差异不显著;封育后伊犁绢蒿群系植物高度、盖度、地上生物量和物种丰富度分别提高了58.99%、59.35%、33.29% 和51.21%;白梭梭群系分别提高了15.49%、33.52%、20.85% 和5.13%;盐生假木贼群系分别提高了83.80%、31.51%、76.66% 和33.33%。封育后3种植物群系细菌多样性也存在差异,其中伊犁绢蒿群系平均OTU数量和Shannon-Wiener指数显著增加了12.74%和2.92%;白梭梭群系平均OTU数量和Shannon-Wiener指数均显著升高了17.08% 和3.17%;盐生假木贼群系平均OTU数量和Shannon-Wiener指数均封育后虽有高低变化,但差异不显著。封育显著增加了荒漠植物、土壤微生物多样性以及荒漠植物群系群落生产力,但封育后荒漠土壤养分含量有一定的增加,但差异不显著。这些研究表明,封育是恢复荒漠生态的有效方法,但可能对土壤养分的固存意义不大。
脆弱性研究是可持续发展科学的核心问题和研究热点。本文引入“投入-产出”效率理论,构建“社会-经济-生态—压力-状态-响应”的村域社会-生态系统脆弱性分析框架,以上海市青浦区为例,采用数据包络模型、空间自相关模型、多元Logistic回归模型、地理探测器和层次聚类模型分析该区184个行政村社会-生态系统脆弱性的空间差异及其地理影响机制。研究结果表明：（1）基于熵权集结交叉的“投入-产出”效率模型对村域社会-生态系统脆弱性评价结果更具可信度和精确性,2018年行政村社会-生态系统脆弱性空间上呈现由东向西逐渐降低的变化趋势,其脆弱性均值为0.583,社会子系统脆弱成为限制该区社会-生态系统脆弱性降低的重要原因。（2）距上海市中心距离、距淀山湖距离、距青浦区中心距离和水域面积成为影响该区社会-生态系统脆弱性的4种主导地理因素,其地理影响力呈现系统结构空间差异和种类属性替代及程度转化。（3）依据地理因素影响力聚类分析将该区社会-生态系统脆弱性地理因素空间耦合模式分为10种,多地理因素耦合模式是主要决定类型,呈现中部多因素主导和两侧单因素主导并存的多元环状地域决定格局;且研究针对不同类型提出了10种修复区域社会-生态系统脆弱性的可行方式。该研究结果可为集“严格保护和大力发展”冲突区域的乡村空间重构、区域生态修复和可持续发展提供科学借鉴。
禾本科植物物种,如银草,在日本覆盖活动中通常被使用。相反,传统上,当地农民在日本的西阿瓦地区使用虎杖覆盖物种植茄科作物,该地区是全球重要的农业遗产系统所在地。我们以前曾评估过日本虎杖覆盖对茄子和马铃薯等茄科作物的积极作用。在本研究中,我们观察到,与采用禾本科植物覆盖相比,采用虎杖覆盖系统时,茄科作物中的自然发生疾病趋于减少。在日本虎杖覆盖下,茄子的叶片霉菌和白粉病减少。我们通过用菊苣假单胞菌（Pseudomonas cichorii）接种试验植物,进一步评估了日本虎杖覆盖的效果。我们观察了日本虎杖覆盖物和日本虎杖提取物喷洒后对细菌病和番茄花叶病毒的抑制作用。此外,在用日本虎杖提取物处理后,抗病基因在拟南芥中以高水平表达。结果表明日本虎杖在未来的可持续农业活动中具有潜在的应用。
