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黄土高原露天煤矿复垦土壤−植被系统恢复力及协同/权衡关系

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煤炭学报 2024年第11期49卷 4590-4602页

作者：陈浮朱燕峰骆占斌常媛媛杨永均马静河海大学公共管理学院江苏南京211100 中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心江苏徐州221116 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

土壤-植被互作互馈推动受损矿山生态系统修复趋向良性循环,但目前对露天煤矿区植被恢复与土壤功能之间关联和互馈机制认识尚浅,限制了矿区植被恢复策略的科学制定。选取黄土高原黑岱沟露天煤矿4个不同时序排土场复垦区,利用野外调查、... 详细信息

土壤-植被互作互馈推动受损矿山生态系统修复趋向良性循环,但目前对露天煤矿区植被恢复与土壤功能之间关联和互馈机制认识尚浅,限制了矿区植被恢复策略的科学制定。选取黄土高原黑岱沟露天煤矿4个不同时序排土场复垦区,利用野外调查、高通量测序和恢复力评估模型等方法,构建草地、灌木、针叶林、阔叶林和混交林等5类系统恢复力评估模型来探索生态恢复下土壤-植被系统功能之间权衡/协同关系。结果表明:①与未复垦裸地相比,复垦8~30 a土壤各项指标恢复介于30%~80%,植被各项指标恢复介于20%~75%;②第15年时草地和灌木土壤养分保育和生态碳汇的功能恢复速率达峰值,针叶林、阔叶林和混交林则第25年时达峰值。土壤系统恢复水平为混交林>草地>针叶林>阔叶林>灌木,植被系统恢复水平为混交林>阔叶林>针叶林>草地>灌木。③草地、灌木和阔叶林与其土壤系统功能恢复力以权衡关系为主,针叶林和混交林则以协同关系为主。黄土高原露天煤矿区植被恢复显著改善了复垦土壤物理、化学、生物性状和群落特征,复垦年限对土壤-植被系统功能恢复水平和速率有着显著的影响。随复垦年限延长,各功能恢复力之间呈现此消彼长的权衡关系。研究揭示了复垦土壤-植被系统恢复力具有强时序性,为黄土高原露天矿区生态恢复过程中适时调配植被建群策略,促进土壤-植物系统功能协同发展,科学制定和优化生态修复方案提供理论依据。

关键词：排土场复垦植被类型恢复弹性协同权衡黄土高原

山东沿海生态系统服务协同与权衡的空间格局及驱动力

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水土保持研究 2023年第2期30卷 384-392页

作者：盛舒童刘艳芳刘耀林陆砚池武汉大学资源与环境科学学院武汉430079 武汉大学地理信息系统教育部重点实验室武汉430079 武汉大学地理空间信息技术协同创新中心武汉430079

提升区域生态保护效能,可为区域生态治理科学决策提供政策依据,以山东省沿海地区为研究区,使用InVEST模型和CASA模型测度产水服务、土壤保持、植被固碳和生物多样性的时空演变,借助差异比较法探究生态系统服务协同权衡的时空分异机制,... 详细信息

提升区域生态保护效能,可为区域生态治理科学决策提供政策依据,以山东省沿海地区为研究区,使用InVEST模型和CASA模型测度产水服务、土壤保持、植被固碳和生物多样性的时空演变,借助差异比较法探究生态系统服务协同权衡的时空分异机制,进一步利用多尺度地理加权回归(MGWR)剖析了自然因素和人类活动因素对协同权衡的影响。结果表明:(1) 2018年研究区产水服务、生物多样性的均值为605.27 mm/a, 0.28,2010—2018年总量递增速率分别为0.21 mm/a, 0.23;土壤保持、植被固碳的均值为0.000 73 t/(hm^(2)·a),537.56 gC/(m^(2)·a),2010—2018年总量递减速率分别为0.62 t/(hm^(2)·a),2.1 gC/(m^(2)·a)。(2) 2010—2018年,生态系统服务的协同权衡具有显著的空间异质性,产水服务分别与土壤保持、生物多样性表现为强权衡弱协同;植被固碳分别与产水服务、土壤保持、生物多样性表现为强协同弱权衡。(3)产水服务、土壤保持、植被固碳三者存在显著相关性,受坡度、高程、日照时数等自然因素的影响大于人类活动因素的影响,其正负性和强度具有空间异质性。其余因子的解释力度较小且不固定,各项因素动态且综合影响协同权衡的变化。总之,研究区内4种生态系统服务之间协同与权衡具有显著的空间异质性,且影响因素的正负性和强度也具有空间异质性,研究结果可为山东省沿海地区生态治理提供参考。

关键词：生态系统服务协同权衡多尺度地理加权回归山东沿海地区

景观格局对生态系统服务的非线性影响和阈值调控--以福建省生态高效协同区为例

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生态学报 2024年第21期44卷 9535-9551页

作者：张紫怡仝照民张立亭刘耀林东华理工大学测绘与空间信息工程学院南昌330013 东华理工大学江西省流域生态过程与信息重点实验室南昌330013 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 武汉大学资源与环境科学学院武汉430079

考虑生态系统服务间协同权衡关系,摸清协同化背景下景观格局特征与生态系统服务整体效益(TES)间的非线性关联机制,明确主控因子和最优驱动阈值,有利于生态决策在顺应自然的前提下有效落实。研究方法:自组织特征映射神经网络模型、随机森... 详细信息

考虑生态系统服务间协同权衡关系,摸清协同化背景下景观格局特征与生态系统服务整体效益(TES)间的非线性关联机制,明确主控因子和最优驱动阈值,有利于生态决策在顺应自然的前提下有效落实。研究方法:自组织特征映射神经网络模型、随机森林(RF)+可视化表达算法。结果显示:(1)福建省生态高效协同区主要分布于高海拔地区,其内部TES整体呈现出西部高于东部的空间趋势。(2)耕、林和建设用地景观特征对TES的影响程度都呈现出面积>形状>空间布局的趋势。其中,耕、林景观面积的影响>斑块面积的影响,草、建设用地斑块面积的影响>景观面积的影响。(3)各景观格局因子对TES的影响存在最优驱动阈值区间和敏感调控区间,当建设用地面积占比超过10%后,其对TES的负面影响不再随建设用地扩张而显著增加。研究结论:各景观格局指数与TES间的关联过程是非线性的,其关联过程存在明显阶段性,不能用单一的线性模型拟合。在解决TES与景观特征因子间关联问题上,研究测试了机器学习模型和线性模型的拟合效果,其中随机森林模型表现最优异。本研究的方法和思路可为其他地区和尺度的生态系统服务协同权衡关系研究提供参考。

关键词：生态系统服务协同权衡随机森林景观格局指数国土空间规划

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垂直绿化生态效益研究综述

生态学报 2023年第12期43卷 5200-5210页

作者：石龙宇杜玫刘玲玉中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室厦门361021 中国科学院大学北京100049 中国社会科学院生态文明研究所北京100710

全球气候变化和城市化背景下城市生态环境问题越发凸显,面对日趋紧张的土地资源现状,垂直绿化建设成为重要的城市绿地补充手段,对改善城市环境具有重要意义。垂直绿化具有多种生态效益,且其效益发挥受到多因素共同影响。如何统筹协调生... 详细信息

全球气候变化和城市化背景下城市生态环境问题越发凸显,面对日趋紧张的土地资源现状,垂直绿化建设成为重要的城市绿地补充手段,对改善城市环境具有重要意义。垂直绿化具有多种生态效益,且其效益发挥受到多因素共同影响。如何统筹协调生态效益和影响因素之间的复杂关系,以使其综合生态效益最大化,是当前垂直绿化建设亟待解决的科学问题之一。基于文献综述法归纳了不同生态效益的机制及其关键影响因素,并对多效益和多影响因素进行了综合分析。结果表明,垂直绿化具有缓解城市热岛、建筑节能减排、固碳、净化空气、降噪、截留雨水和支持生物多样性等七种主要生态效益,并受到植被特征、设施结构特征、气象条件、空间格局等多方面因素的共同影响。基于对效益和影响因素的综合分析,进一步提出了两点规划思路:首先,关注环境需求和效益供给的耦合关系能够更加科学合理地指导区域垂直绿化建设布局。其次,关注生态效益间的关系,以区域关键生态环境问题为导向进行效益权衡并结合考虑其影响因素的重要性程度能为规划设计提供有效建议。

关键词：垂直绿化生态效益影响因素规划设计协同权衡生态基础设施

“冲突”抑或“协作”——生态博弈机制下的城市开发边界划定路径

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城市规划 2020年第3期44卷 115-129页

作者：马淇蔚浙江农林大学风景园林与建筑学院

自然资源紧约束增强背景下,基于生态视角划定城市开发边界的必要性已渐成共识,但既往研究较少考量生态机制用于边界设定的复杂性,即同一用地承载多样生态功能、功能间存在彼此增益的互助或此消彼长的竞争。对此,为统筹各服务功能保护与... 详细信息

自然资源紧约束增强背景下,基于生态视角划定城市开发边界的必要性已渐成共识,但既往研究较少考量生态机制用于边界设定的复杂性,即同一用地承载多样生态功能、功能间存在彼此增益的互助或此消彼长的竞争。对此,为统筹各服务功能保护与使用的均衡效益,本文通过生态系统服务(ESs)价值当量评价与协同权衡机制多元统计解析,推演较优生态博弈情景及约束条件,并交予元胞自动机(CCA)动态模拟,构建了ESs-CCA划定路径。杭州实例证明:"协作"模式限定的开发边界能精准规避高生态价值联合区域、有序释放非"冲突"低成本相交地区,科学配置自然资源"量"的价值分级和生态系统"质"的机制供给,为生态文明建设与国土空间规划编制提供技术、决策支持。

关键词：生态系统服务城市开发边界协同权衡博弈杭州

半干旱黄土区坡面整地与植被耦合对土壤多功能性的影响

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半干旱黄土区坡面整地与植被耦合对土壤多功能性的影响

作者：吴丹山西师范大学

学位级别：硕士

在生态环境脆弱的黄土高原地区,整地和植被可以改善土壤条件并提高生态系统多功能性。探究不同整地和植被耦合对半干旱黄土区土壤多功能性的影响,对优化黄土区土壤生态系统管理具有积极意义。本研究基于甘肃定西龙滩流域6种不同整地措... 详细信息

在生态环境脆弱的黄土高原地区,整地和植被可以改善土壤条件并提高生态系统多功能性。探究不同整地和植被耦合对半干旱黄土区土壤多功能性的影响,对优化黄土区土壤生态系统管理具有积极意义。本研究基于甘肃定西龙滩流域6种不同整地措施与植被耦合方式(柠条水平阶、侧柏反坡台、山杏水平沟、侧柏鱼鳞坑、油松反坡台和油松鱼鳞坑)的调查数据,选取与土壤肥力、营养物转化与循环、水源涵养相关的11个功能指标,采用平均值法量化2014和2021年的土壤生态系统多功能性,通过分析整地与植被耦合下不同年份单一生态系统功能和多功能性的动态变化,对不同组合维持多功能性的能力进行评价,同时明确土壤生态系统多功能性对驱动因子的响应机制。研究结果表明:(1)不同整地与植被耦合对土壤养分的吸收利用响应存在差异。除速效钾外,与土壤肥力相关的功能指标均存在显著性差异(P0.05)。(2)不同整地与植被耦合下土壤多功能性存在显著差异(P协同、中性和权衡关系均存在,但以中性关系为主。权衡关系中,土壤C:N与全氮、全磷、有效磷均为显著负相关,相关系数(r)值在-0.520--0.740之间(P权衡关系(P权衡关系中最强的功能对为土壤C:N-全氮(P协同关系中由强到弱的功能对为:有机碳-全氮、全氮-有效磷、有机碳-有效磷、有效磷-全磷、有效磷-速效钾、有机碳-速效钾、全氮-速效钾、有机碳-土壤总孔隙度、速效钾-土壤总孔隙度、土壤N:P-土壤总孔隙度,它们的r值在0.490-0.860之间(P土壤粘粒含量>地上生物量>土壤p H>坡度。因此,在本研究范围内,通过提高植物多样性可增加研究区的土壤生态系统多功能性。本研究结果有助于了解不同整地与植被耦合维持土壤生态系统多功能性的能力以及影响因素,对优化半干旱干旱区土壤生态系统管理具有积极意义,同时为研究区更可持续、更长期的整地和植被组合的选择提供了理论依据。

关键词：植被恢复整地措施土壤多功能性协同权衡驱动因子调控路径

长白山阔叶红松林优势树种冠层叶片功能性状空间变化特征

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长白山阔叶红松林优势树种冠层叶片功能性状空间变化特征

作者：康惠雯沈阳大学

学位级别：硕士

植物功能性状(plant functional traits)是植物对外界环境长期适应和演化后所呈现的相对稳定并可度量的特征参数,对性状的相关研究,可以深入了解生物的生活史、行为、适应性以及生物间相互作用,对于理解植物适应策略和物种共存机制具有... 详细信息

植物功能性状(plant functional traits)是植物对外界环境长期适应和演化后所呈现的相对稳定并可度量的特征参数,对性状的相关研究,可以深入了解生物的生活史、行为、适应性以及生物间相互作用,对于理解植物适应策略和物种共存机制具有重要意义。冠层是植物进行光合作用的重要场所,其复杂的结构在冠层垂直方向上形成高度异质的微环境。为适应林冠内异质性的微环境,叶片通过调整功能性状间协同变异关系以达到最适的生态位。为探究功能性状在冠层垂直方向上的协同变异特征,本研究在长白山阔叶红松林依托塔吊平台,分析叶片功能性状在不同物种间和沿冠层垂直层次的变化规律,同时分析沿冠层垂直层次叶片功能性状的种内和种间变异是否存在差异,并探究8个叶性状(叶厚度、比叶重、叶绿素含量、类黄酮含量、花青素含量、光化学有效量子产量、氮含量、碳氮比)间的协同与权衡关系,为更好的理解温带森林物种适应策略及共存机制提供理论依据。主要得到以下结果:1.长白山阔叶红松林16种优势树种叶片功能性状沿冠层垂直高度存在显著差异,随冠层高度的增加,叶厚度、比叶重、叶绿素含量、类黄酮含量、花青素含量和碳氮比呈增加趋势,光化学有效量子产量和氮含量没有明显的变化规律。不同功能型树种的叶性状也存在差异,耐阴树种的比叶重、叶厚度和叶绿素含量显著大于喜光树种,耐阴树种的花青素含量、氮含量显著小于喜光树种。叶片功能性状在种内和种间均存在不同程度的变异,叶厚度、比叶重、叶绿素含量、类黄酮含量、花青素含量、氮含量以及碳氮比这7个性状的种间变异更明显;种内变异在不同冠层高度存在显著差异,生化性状种内变异沿垂直高度的增加而减小,而种间变异在垂直梯度上变化不明显,表明种间变异对阔叶红松林物种共存具有重要的意义,但种内变异亦不可忽视。2.叶片光谱存在多样性,长白山阔叶红松林16种树种间的叶片光谱反射率在700nm-900nm达到最大,不同树种的光谱反射率在400nm-700nm波段范围差异最大;叶片光谱反射值沿冠层垂直高度在400nm-680nm差异明显,红松、春榆和假色槭上冠层的光谱反射率小于中层和下层,裂叶榆、春榆、水榆花楸、山槐、紫椴和假色槭在中冠层的光谱反射率大于上冠层和下冠层,在绿波段反射率值对叶片光谱的变化最敏感。3.长白山阔叶红松林16种优势树种的叶片功能性状(叶厚度、比叶重、叶绿素含量、类黄酮含量、花青素含量、光化学有效量子产量、氮含量、碳氮比)间存在显著的相关关系。不同冠层高度间性状的相关性存在差异,上冠层的叶绿素含量与花青素含量间存在显著正相关,而在中冠层没有相关性;下冠层的叶绿素含量与花青素含量间极显著正相关,花青素含量与氮含量和碳氮比没有相关性。主成分分析结果表明轴1的方差解释率为41.5%,比叶重对轴1的贡献最高(52.00%),长白山阔叶红松林内的物种多采用“快速投资-收益”型生态策略,更倾向于将资源用于增大叶面积和增加叶绿素含量。

关键词：冠层功能性状性状变异协同权衡