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基于多维数据的环渤海海岸带地区生态韧性评价及其尺度依赖性分析

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生态学杂志 2024年

作者：李德刘百桥孟伟庆徐文斌李洪远天津师范大学地理与环境科学学院南开大学环境科学与工程学院

为了解海岸带地区生态韧性的区域差异及其相关驱动因素，以环渤海海岸带地区为研究对象，通过构建包括抵抗力、适应力和恢复力的生态韧性评估框架，评估了2000、2010和2020年环渤海海岸带地区的生态韧性水平，并使用地理探测器分析了关... 详细信息

为了解海岸带地区生态韧性的区域差异及其相关驱动因素，以环渤海海岸带地区为研究对象，通过构建包括抵抗力、适应力和恢复力的生态韧性评估框架，评估了2000、2010和2020年环渤海海岸带地区的生态韧性水平，并使用地理探测器分析了关键驱动因素，最后探讨了生态韧性评价的空间尺度依赖性特征。结果表明：（1）2000—2020年，环渤海海岸带地区生态韧性整体上呈现下降趋势。2000—2010年阶段整体下降率为2.2%；2010—2020年阶段整体下降率为10.8%，下降速率在加快，说明经济的快速发展导致了生态韧性的快速降低。（2）环渤海海岸带地区生态韧性在时空上具有明显的空间异质性特征。锦州、葫芦岛、山东半岛以及辽东半岛地区在近20年中生态韧性水平呈现逐步升高趋势，天津呈现快速、逐步下降趋势。（3）经济发展和环境保护措施是关键驱动因素，其中经济发展因素中的经济密度和人类活动强度指标对生态韧性产生较大的负面影响，环境保护措施中的林地、草地和湿地占比面积指标主要表现为正面影响，并且不同地区驱动因子表现强度不同。（4）不同的空间尺度导致不同的评价结果，表明生态韧性评估存在明显的尺度依赖性。较大的空间尺度（13 km×13 km）导致生态韧性分布趋于平均化，但掩盖局部的细节，而小尺度（1 km×1 km）使评估结果更加细化，细节特点更清晰。如果评价目标是为了了解大尺度的整体性特征，选择10 km×10 km以上分辨率较好，如果为了了解评价目标的细节特征，建议选择7 km×7 km以下更好。

关键词：生态韧性时空格局尺度依赖性环渤海地区

基于植物DNA条形码技术和功能性状研究黄土高原次生林群落构建及其尺度依赖性

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基于植物DNA条形码技术和功能性状研究黄土高原次生林群落构建及...

作者：田婷婷西北大学

学位级别：硕士

物种到达并在区域中成功定植,从而形成植物群落的过程一直是群落生态学的研究热点,而群落构建的尺度依赖性问题依然是其中的一项研究重点。基于中性过程的中性理论和确定性过程的生态位理论是解释群落构建机制的两种基本假说。黄土高原... 详细信息

物种到达并在区域中成功定植,从而形成植物群落的过程一直是群落生态学的研究热点,而群落构建的尺度依赖性问题依然是其中的一项研究重点。基于中性过程的中性理论和确定性过程的生态位理论是解释群落构建机制的两种基本假说。黄土高原是我国水土流失最严重的区域之一,辽东栎(Quercus wutaishanica)是黄土高原区域内分布广泛的优势物种,而辽东栎林是黄土高原区域演替过程中的顶极群落。越来越多的研究采用DNA条形码和功能性状结合的方法对群落形成的过程以及群落构建的尺度依赖性进行综合地探讨。本研究利用三个基因位点组合的DNA条形码技术重建了黄土高原演替顶极的辽东栎群落中共存木本物种的系统发育关系,并且选取代表植物特定生态策略的三个功能性状(植株高度,比叶面积,种子质量)分析了群落的功能结构。本研究通过三种建树方法(约束树,非约束树,APG树)构建了黄土高原主要木本植物的系统发育关系,对比与分析了三种进化树物种水平的分辨率和拓扑结构,并比较了群落整体和不同垂直结构层在三种空间尺度(100 m、400 m、2 500 m)上的功能和系统发育结构的差异。研究表明,结合了DNA条形码技术和APG分类系统大框架的约束树可以提供比非约束树和基于APG III分类系统的进化树更优的系统发育关系。本研究发现,尽管植物群落整体和乔木层的系统发育结构在三种不同的空间尺度上主要以随机分布的格局为主,但是灌木层的系统发育结构随着空间尺度的增加趋于分散。与木本植物群落和乔木层的系统发育结构表现出的尺度依赖性结果相比,灌木层的显著地功能结构表明了主导灌木物种聚集的生态过程有着显著的尺度依赖性。对于功能性状结构,群落整体和乔木层的比叶面积表现出功能趋同,而种子质量和植物高度表现出功能趋异;对于灌木层而言,这三种性状的功能结构在三种空间尺度上都表现出显著的功能结构收敛。在研究选取的中间和较大的空间尺度(400、2 500 m)上,种子质量和植株高度比比叶面积表现出更汇聚的模式,表明种子质量和植株高度的尺度依赖性更强。这些结果共同揭示了辽东栎群落基于功能性状和系统发育表现出了不同构建模式,证明确定性和随机过程共同塑造着黄土高原共存物种的功能组成和系统发育关系。此外,空间尺度对构建模式的影响主要取决于灌木层物种的更新,表明环境过滤和生态位分化在黄土高原森林中不同垂直层中发挥着作用。本研究首次将DNA条形码技术用于分析和探讨黄土高原辽东栎群落的形成机制,为群落构建机制的探讨提供了精确的物种水平的系统发育关系。结合了物种、系统发育结构、性状的研究方法在三种不同的空间尺度上和群落不同的垂直层进行了群落形成的研究,有助于为全面理解和解释黄土高原辽东栎群落生物多样性的维持和物种共存机制提供新的视角,以及为黄土高原森林区的生态建设给出了一定的理论基础。

关键词：中性理论生态位理论群落垂直结构层尺度依赖性竞争排斥环境过滤

多孔介质中双分子反应物质运移及尺度依赖性研究

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多孔介质中双分子反应物质运移及尺度依赖性研究

作者：张琪合肥工业大学

学位级别：硕士

多孔介质中反应性物质运移的量化研究是环境地质学科中的重点和难点问题之一,其研究成果对地下水污染防治、水环境管理和保护及地下工程建设等具有重要的指导意义。本文以亮蓝作为惰性溶质、硫酸铜(Cu SO)和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)... 详细信息

多孔介质中反应性物质运移的量化研究是环境地质学科中的重点和难点问题之一,其研究成果对地下水污染防治、水环境管理和保护及地下工程建设等具有重要的指导意义。本文以亮蓝作为惰性溶质、硫酸铜(Cu SO)和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)作为反应性溶质,分别开展了实验室大尺度的溶质运移实验和数值模拟研究;结合数字成像和图像处理技术对其运移过程进行动态监测和识别;建立对流-弥散方程(ADE)和考虑不完全混合的反应性对流-弥散方程(IM-ADRE),分别对惰性和反应性物质运移过程进行数值模拟,探究多孔介质中溶质运移的尺度依赖性。得到的主要结论如下:(1)图像分析法可有效监测和识别多孔介质中显色溶质运移的浓度变化过程。灰度值和对应浓度的线性相关系数R值大于0.989,说明图像分析法具有较高的识别精度,同时可以有效避免传统取样和传感器检测方法对运移过程的影响。(2)不同实验条件下多孔介质中水力梯度J与流速v存在明显的线性关系,符合达西定律,说明孔隙水流为达西流,且渗透系数K随着孔隙度增大而增大。(3)采用ADE模型对惰性溶质亮蓝的穿透曲线进行拟合分析,结果表明总体拟合精度较好,可以有效反映运移过程中的浓度变化趋势。同时穿透曲线存在早到、拖尾等非费克现象,且随着运移速度、介质粒径和运移尺度的增加较为明显。(4)采用IM-ADRE模型对双分子反应性物质运移的穿透曲线进行拟合,不同实验条件下实验与拟合结果的峰值误差均低于3.71%,拟合精度很高,改善了传统ADRE模型由于溶质间不完全反应而存在的拟合峰值“过度预报”问题,有效模拟物质在反应运移过程中浓度变化。IM-ADRE模型的参数D、m和β受到不同实验条件的影响。随着运移尺度的增加,参数D、m和β均增加;随着运移速度的增加,参数D和β值增加,m值减小;随着介质粒径的增加,弥散系数D增加,参数β和m值减小。基于敏感度分析可知模型受参数m影响最大,受参数D的影响最小。参数拟合结果和规律分析可为模型应用提供参考。(5)多孔介质中Peclet(Pe)数与纵向弥散系数与分子扩散系数的比值(D/D),满足D/D=a Pe的规律,符合孔隙介质水动力弥散研究的相关成果。(6)实验验证了多孔介质中弥散系数D在运移中存在尺度依赖性,与运移距离符合lg∝a lg L的分维理论经验公式,室内试验与场地弥散实验空隙介质的非均质差异,造成室内实验计算的分维数结果偏低。弥散系数的尺度依赖性还受介质粒径和运移速度的影响,随介质粒径和运移速度的增大,弥散系数均保持增加趋势。

关键词：多孔介质反应性运移图像分析法 IM-ADRE模型尺度依赖性

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局部Moran’s I的尺度依赖性

统计学与应用 2015年第3期4卷 162-168页

作者：冯金杰张辉国胡锡健新疆大学数学与系统科学学院新疆乌鲁木齐

文章针对局部Moran’s I值的计算公式,通过选取不同的尺度d,采用三种不同的标准化处理方法构造出不同的空间距离权重矩阵,求得相应的局部Moran’s I值。最后基于尺度的变化,对局部Moran’s I值进行显著性检验,检验结果表明尺度变化对局... 详细信息

文章针对局部Moran’s I值的计算公式,通过选取不同的尺度d,采用三种不同的标准化处理方法构造出不同的空间距离权重矩阵,求得相应的局部Moran’s I值。最后基于尺度的变化,对局部Moran’s I值进行显著性检验,检验结果表明尺度变化对局部Moran’s I值的变化的影响是显著的,证明了局部Moran’s I的值对尺度具有依赖性。

关键词：局部Moran’s I 空间距离权重矩阵标准化方法尺度依赖性

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地震现象的尺度依赖性及其与地震预测的关系

地震科技情报 1996年第6期 37-40页

水文格局对湿地植物群落生物量的影响:时空尺度依赖性

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水文格局对湿地植物群落生物量的影响:时空尺度依赖性

喀斯特常绿落叶阔叶混交林物种多度与丰富度空间分布的尺度效应

中国植物学会第十六次全国会员代表大会暨85周年学术年会

作者：兰志春陈亚松沈瑞昌黎磊金斌松陈家宽南昌大学流域生态学研究所复旦大学生物多样性研究所

水文格局是影响湿地植物生长的最重要的生态因子。关于水文格局对湿地植物的影响,一般都是在单个尺度上的研究,尤其是集中在区域尺度的研究,但是仍然不清楚研究的时空尺度如何影响水文格局对湿地植物群落生物量的影响。在不同的空间尺... 详细信息

水文格局是影响湿地植物生长的最重要的生态因子。关于水文格局对湿地植物的影响,一般都是在单个尺度上的研究,尤其是集中在区域尺度的研究,但是仍然不清楚研究的时空尺度如何影响水文格局对湿地植物群落生物量的影响。在不同的空间尺度（样线、子湖泊、全湖）和时间尺度（单个季节、不同季节、不同年份）,研究水文格局和土壤氮磷含量对植物群落地上生物量的影响。1.随着空间尺度的增加,水文格局和土壤氮磷含量对地上生物量的影响减弱,但是相对于土壤氮磷含量,水文格局的相对重要性增加。2.在秋季,水文格局对生物量变化的贡献大于土壤氮磷含量;在春季,土壤氮磷含量对生物量变化的贡献大于水文格局。在水淹时长较长的年份,水文格局的影响更大。水文格局和土壤氮磷含量对于植物群落的影响显著依赖于时空尺度。人类活动和气候变化在不同时空尺度都影响了水文格局和氮磷输入,我们需要开展多时空尺度的研究。

关键词：尺度依赖性限制性因子水淹时长水位低枯富营养化

来源： cnki会议评论

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生态学报 2012年第18期32卷 5663-5672页

作者：张忠华胡刚祝介东倪健广西师范学院化学与生命科学学院南宁530001 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093 中国科学院研究生院北京100049 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵阳550002 华东师范大学环境科学系.上海200062

物种多样性的空间分布格局及其尺度效应是生态学研究的重点,对于理解物种多样性的形成和维持机制以及生物多样性的管理和保护均具有重要意义。以贵州茂兰国家级自然保护区分布的亚热带原生性喀斯特常绿落叶阔叶混交林为研究对象,分析了2... 详细信息

物种多样性的空间分布格局及其尺度效应是生态学研究的重点,对于理解物种多样性的形成和维持机制以及生物多样性的管理和保护均具有重要意义。以贵州茂兰国家级自然保护区分布的亚热带原生性喀斯特常绿落叶阔叶混交林为研究对象,分析了2个1hm2(100m×100m)样地中物种多度和丰富度的空间分布特征及其与取样尺度的关系,采用方差和变异系数描述多度和丰富度在5个尺度(5m×5m,10m×10m,20m×20m,25m×25m,50m×50m)上的空间变异性。结果表明:(1)两个样地的物种多度和丰富度具有尺度依赖性特征;(2)由于多度具有叠加性,物种多度的方差随着尺度的增加呈线性增加,而变异系数呈线性下降;(3)丰富度的方差随尺度的增加表现出单峰分布的特征,在25 m×25 m尺度上达到最大值,变异系数则随取样尺度的增加而呈线性下降。研究表明,物种多度具有尺度推演规律,而丰富度却没有,因此,应慎重进行物种丰富度的尺度推演。在分析喀斯特森林物种多样性时,应注重尺度效应带来的影响。

关键词：喀斯特森林尺度依赖性多度丰富度物种多样性

城市化景观格局对本土植物多样性的多尺度影响——以北京市顺义区为例

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应用生态学报 2020年第12期31卷 4058-4066页

作者：彭羽王玟涛卢奕曈董吉会周艳秋尚佳欣李响米凯中央民族大学生命与环境科学学院北京100081

景观格局对植物多样性的影响已经在很多研究中得到了验证,但有关城市景观的影响仍然知之甚少。为了探究城市化景观格局对植物多样性的影响及其尺度效应,本研究在北京市顺义区调查了105个样地,计算每个样地的α和β多样性指数;并以100 m... 详细信息

景观格局对植物多样性的影响已经在很多研究中得到了验证,但有关城市景观的影响仍然知之甚少。为了探究城市化景观格局对植物多样性的影响及其尺度效应,本研究在北京市顺义区调查了105个样地,计算每个样地的α和β多样性指数;并以100 m为步长,分析了100~1000 m范围内的10个尺度43个城市的景观格局指数。结果表明:在所有尺度上,城市景观面积指数、核心类指数和边缘指数与本土植物多样性均呈负相关;形状复杂性指数在小尺度内有利于植物多样性,而面积加权复杂性指数则在较大尺度上影响明显。其他指数如城市斑块的连接性、邻近性、内聚性、破碎性和散布并列指数与本土植物多样性之间的关系轻微且不稳定。城市化强度与尺度呈负相关,与各个尺度的植物多样性呈负相关。合理将城市区域分为许多边缘简单的小斑块,能够更好地保护本土植物多样性。该研究提出了保护城市植物多样性的景观格局建议,为生态城市建设提供参考。

关键词：植物多样性城市化景观格局尺度依赖性相关分析

海南热带天然林木本植物多样性对地上生物量的影响及其尺度效应

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北京林业大学学报 2024年第12期46卷 1-10页

作者：姚杰丁易周超凡田立新臧润国中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 海南霸王岭森林生态系统国家定位观测研究站海南昌江272722 南京林业大学南方林业创新中心江苏南京210037 中国林业科学研究院资源信息研究所林木资源高效生产全国重点实验室国家林业和草原局森林经营与生长模拟实验室北京100091 江西省林业资源监测中心江西南昌330000

【目的】阐明海南热带天然林木本植物α-多样性和β-多样性对地上生物量的影响及其相对重要性,以及相应的尺度效应,旨在丰富生物多样性与生态系统功能关系研究的理论框架。【方法】基于海南热带天然林内建立的30个1 hm^(2)动态监测样地... 详细信息

【目的】阐明海南热带天然林木本植物α-多样性和β-多样性对地上生物量的影响及其相对重要性,以及相应的尺度效应,旨在丰富生物多样性与生态系统功能关系研究的理论框架。【方法】基于海南热带天然林内建立的30个1 hm^(2)动态监测样地,利用植被调查、树木空间分布和环境因子等数据,采用空间多尺度设计和多元线性回归模型,探讨热带天然林中木本植物多样性、环境异质性与地上生物量之间的关系及其随不同空间尺度的变化规律。【结果】(1)30个1 hm^(2)样地中,α-多样性和β-多样性均值分别为(10.85±3.63)和(0.30±0.16)。α-多样性在不同空间尺度上未表现出显著变化;β-多样性表现出随空间尺度增大而增加的趋势。(2)α-多样性和β-多样性对地上生物量的影响均为显著的正效应且多样性的影响强度随空间尺度表现出较为一致的变化趋势。(3)木本植物多样性对地上生物量的影响随空间尺度的增加表现为先增加(较小尺度400~3600 m^(2)),然后趋于平缓(中尺度3600~6400 m^(2)),最后下降(较大尺度6400~10000 m^(2))。(4)α-多样性对地上生物量的正效应显著强于β-多样性。(5)环境因子对地上生物量的影响均为正效应,且影响强度随空间尺度的增加而增强。【结论】本研究证实了生物多样性与生态系统功能(BEF)关系存在明显的尺度依赖性,表明影响BEF关系的主要机制可能会因不同空间尺度而发生变化。单一空间尺度或局域小尺度的研究不足以充分、全面地理解BEF关系的影响机制。尽管在解释地上生物量变异方面,β-多样性的作用低于α-多样性,但本研究通过实证分析,揭示了β-多样性在促进生态系统功能中的重要作用。这为进一步探索跨空间尺度的BEF关系提供了新的思路和分析视角。未来的研究应充分考虑β-多样性与多种生态系统功能(生态系统多功能性)之间的关系,以及β-多样性在不同空间尺度(如局域、区域和景观尺度)上对生态系统多功能性的影响机制。

关键词：生物多样性与生态系统功能 β-多样性尺度依赖性木本植物多样性生物量热带天然林

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