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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 9 期摇 摇 2012 年 5 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
不同土地覆被格局情景下多种生态系统服务的响应与权衡———以雅砻江二滩水利枢纽为例
葛摇 菁,吴摇 楠,高吉喜,等 (2629)
…………………
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放牧对小嵩草草甸生物量及不同植物类群生长率和补偿效应的影响 董全民,赵新全,马玉寿,等 (2640)……
象山港日本对虾增殖放流的效果评价 姜亚洲,凌建忠,林摇 楠,等 (2651)………………………………………
城市景观破碎化格局与城市化及社会经济发展水平的关系———以北京城区为例
仇江啸,王效科,逯摇 非,等 (2659)
………………………………
……………………………………………………………………………
江河源区高寒草甸退化序列上“秃斑冶连通效应的元胞自动机模拟 李学玲,林慧龙 (2670)…………………
铁西区城市改造过程中建筑景观的演变规律 张培峰,胡远满,熊在平,等 (2681)………………………………
商洛低山丘陵区农林复合生态系统光能竞争与生产力 彭晓邦,张硕新 (2692)…………………………………
基于生物量因子的山西省森林生态系统服务功能评估 刘摇 勇,李晋昌,杨永刚 (2699)………………………
不同沙源供给条件下柽柳灌丛与沙堆形态的互馈关系———以策勒绿洲沙漠过渡带为例
杨摇 帆,王雪芹,杨东亮,等 (2707)
………………………
……………………………………………………………………………
桂西北喀斯特区原生林与次生林凋落叶降解和养分释放 曾昭霞,王克林,曾馥平,等 (2720)…………………
江西九连山亚热带常绿阔叶林优势种空间分布格局 范摇 娟,赵秀海,汪金松,等 (2729)………………………
秦岭山地锐齿栎次生林幼苗更新特征 康摇 冰,王得祥,李摇 刚,等 (2738)………………………………………
极端干旱环境下的胡杨木质部水力特征 木巴热克·阿尤普,陈亚宁,等 (2748)………………………………
红池坝草地常见物种叶片性状沿海拔梯度的响应特征 宋璐璐,樊江文,吴绍洪,等 (2759)……………………
改变 C源输入对油松人工林土壤呼吸的影响 汪金松,赵秀海,张春雨,等 (2768)……………………………
啮齿动物捕食压力下生境类型和覆盖处理对辽东栎种子命运的影响 闫兴富,周立彪,刘建利 (2778)………
上海闵行区园林鸟类群落嵌套结构 王本耀,王小明,王天厚,等 (2788)…………………………………………
胜利河连续系统中蜉蝣优势种的生产量动态和营养基础 邓摇 山,叶才伟,王利肖,等 (2796)…………………
虾池清塘排出物沉积厚度对老鼠簕幼苗的影响 李摇 婷,叶摇 勇 (2810)…………………………………………
澳大利亚亚热带不同森林土壤微生物群落对碳源的利用 鲁顺保,郭晓敏,芮亦超,等 (2819)…………………
镜泊湖岩溶台地不同植被类型土壤微生物群落特征 黄元元,曲来叶,曲秀春,等 (2827)………………………
浮床空心菜对氮循环细菌数量与分布和氮素净化效果的影响 唐莹莹,李秀珍,周元清,等 (2837)……………
促分解菌剂对还田玉米秸秆的分解效果及土壤微生物的影响 李培培,张冬冬,王小娟,等 (2847)……………
秸秆还田与全膜双垄集雨沟播耦合对半干旱黄土高原玉米产量和土壤有机碳库的影响
吴荣美,王永鹏,李凤民,等 (2855)
………………………
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赣江流域底泥中有机氯农药残留特征及空间分布 刘小真,赵摇 慈,梁摇 越,等 (2863)…………………………
2009 年徽州稻区白背飞虱种群消长及虫源性质 刁永刚,杨海博,瞿钰锋,等 (2872)…………………………
木鳖子提取物对朱砂叶螨的触杀活性 郭辉力,师光禄,贾良曦,等 (2883)………………………………………
冬小麦气孔臭氧通量拟合及通量产量关系的比较 佟摇 磊,冯宗炜,苏德·毕力格,等 (2890)…………………
专论与综述
基于全球净初级生产力的能源足迹计算方法 方摇 恺,董德明,林摇 卓,等 (2900)………………………………
灵长类社会玩耍的行为模式、影响因素及其功能风险 王晓卫,赵海涛,齐晓光,等 (2910)……………………
问题讨论
中国伐木制品碳储量时空差异分析 伦摇 飞,李文华,王摇 震,等 (2918)…………………………………………
研究简报
森林自然更新过程中地上氮贮量与生物量异速生长的关系 程栋梁,钟全林,林茂兹,等 (2929)………………
连作对芝麻根际土壤微生物群落的影响 华菊玲,刘光荣,黄劲松 (2936)………………………………………
刈割对外来入侵植物黄顶菊的生长、气体交换和荧光的影响 王楠楠,皇甫超河,陈冬青,等 (2943)…………
不同蔬菜种植方式对土壤固碳速率的影响 刘摇 杨,于东升,史学正,等 (2953)…………………………………
巢湖崩岸湖滨基质鄄水文鄄生物一体化修复 陈云峰,张彦辉,郑西强 (2960)……………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*336*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄05
封面图说: 在交配的雨蛙———雨蛙为两栖动物,世界上种类达 250 种之多,分布极广。 中国的雨蛙仅有 9 种,除西部一些省份
外,其他各省(区)均有分布。 雨蛙体形较小背面皮肤光滑,往往雄性绿色,雌性褐色,其指、趾末端多膨大成吸盘,便
于吸附攀爬。 多生活在灌丛、芦苇、高秆作物上,或塘边、稻田及其附近的杂草上。 白天匍匐在叶片上,黄昏或黎明
频繁活动,捕食能力极强,主要以昆虫为食。 特别是在下雨以后,常常 1 只雨蛙先叫几声,然后众蛙齐鸣,声音响亮,
每年在四、五份夜间发情交配。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 9 期
2012 年 5 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 9
May,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:安徽省省级环保科研计划项目(安徽省财政厅财建函揖2011铱1251 号);UNEP / GEF 长江流域自然保护与洪水控制项目(GFL鄄 2328鄄
2740鄄4822,GF / 3030鄄04鄄05鄄01);环保公益性行业科研专项(200709029)
收稿日期:2011鄄03鄄25; 摇 摇 修订日期:2011鄄06鄄07
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: wunan0223@ 163. com
DOI: 10. 5846 / stxb201103250377
葛菁, 吴楠, 高吉喜, 王晓辉, 苏德毕力格, 张晨, Driss Ennaanay, 田美荣.不同土地覆被格局情景下多种生态系统服务的响应与权衡———以雅
砻江二滩水利枢纽为例.生态学报,2012,32(9):2629鄄2639.
Ge J, Wu N, Gao J X, Wang X H, Sudebilige, Zhang C, Driss Ennaanay, Tian M R. Responses and weigh of multi鄄ecosystem services and its economic
value under different land cover scenarios: a case study from Ertan water control pivot in Yalong River. Acta Ecologica Sinica,2012,32(9):2629鄄2639.
不同土地覆被格局情景下多种生态系统服务
的响应与权衡
———以雅砻江二滩水利枢纽为例
葛摇 菁1, 吴 摇 楠1, *, 高吉喜2, 王晓辉1, 苏德毕力格3, 张摇 晨3,
Driss Ennaanay4, 田美荣3
(1. 安徽省环境科学研究院,合肥摇 230071; 2. 环境保护部南京环境科学研究所,南京摇 210042;
3. 中国环境科学研究院生态研究所,北京摇 100012; 4. 美国加州斯坦福大学伍兹环境研究所,美国 加利福尼亚州摇 94305鄄5020)
摘要:在二滩水库集水区,按照当地生态政策发展以坡度为指标构建了 10 种未来土地覆被格局情景,研究生态系统减轻水库泥
沙淤积、减轻水库面源污染、产水发电服务及价值对未来覆被格局的响应程度,并兼顾相关产业收益的变化,权衡各种情景格局
的服务效益,优选利益相关方福祉提升幅度最大的情景格局。 结果表明:1)现有土地覆被格局对减轻水库泥沙淤积功效的发
挥不合理,而以退耕还林政策指导区域土地覆被格局变化,对集水区减轻河道和水库泥沙淤积具有较好功效。 10 种情景下,保
沙价值的高低关系同入库泥沙量正好相反,遵循“随地表林地和草地面积比例的增加,保沙价值增加冶的规律。 随产沙总量的
增加,高产沙强度像元呈现从水库周边逐渐向中上游蔓延的趋势。 2)退耕还林政策单纯以坡度作为指标,指导土地覆被的转
化,对集水区减轻水环境磷素非点源污染功效较差。 除了全为未利用地覆被的情景 10,余下 9 类情景模拟的入库磷素量及过
滤磷素经济价值的高低关系完全一致,呈农田>草地>林地的规律。 随入库磷素总量的增加,高强度磷素输出像元从雅砻江流
域源区和大河湾区,逐渐蔓延扩散至集水区整个水网。 3)随着集水区地表林地覆盖面积比例的减少,集水区生态系统总发电
净利润值增加,且高净利润像元呈现从冕宁和喜德县的东部逐渐向整个集水区东南部乃至整个下游蔓延的趋势。 4)从减轻对
环境的负效应以及提升利益相关方福祉的角度,以坡度 6毅上下划分林地和耕地的情景 5 和以坡度 15毅和 6毅为阈值划分林草农
的情景 3 为除极端的情景外,综合指标提升最高的两种情景。
关键词:土地覆被情景;多生态系统服务;响应与权衡;二滩水库
Responses and weigh of multi鄄ecosystem services and its economic value under
different land cover scenarios: a case study from Ertan water control pivot in
Yalong River
GE Jing1, WU Nan1,*, GAO Jixi2, WANG Xiaohui1, Sudebilige3, ZHANG Chen3, Driss Ennaanay4,
TIAN Meirong3
1 Anhui Academy of Environmental Science, Hefei 230071, China
2 Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China
3 Institute of Ecology, Chinese Research Academy of Environmental Sciences. Beijing 100012, China
4 Woods Institute for the Environment, Stanford University, CA 94305鄄5020, USA
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Abstract: 10 different future land cover pattern scenarios with slope criteria were built based on local ecological policies in
the watershed of Ertan reservoir. The responses of 3 different ecosystem regulating services which were avoiding reservoir
sedimentation, avoiding nonpoint source pollution of aquatic environment and water supply and energy produced and its
economic value to future land cover pattern were studied. The service benefit of various pattern scenarios was weighed by
integrating the change of income of agriculture, forestry and animal husbandry. The scenario which let the well鄄being of
related groups to maximal increase was selected. The results showed:
1) The existing land cover pattern was incongruous to exerting the ability of avoiding reservoir sedimentation. The land
cover pattern changed according to the national policies for returning farmland to forests was in favor of avoiding riverway
and reservoir sedimentation. The value of sediment retention忆 s ranks was contrary to sediment delivery. The value of
sediment retention followed the rules of “ the area percent of forest and grassland increasing as the value of sediment
retention冶 . Along with the increase of total sediment delivery, the high sediment delivery cells spread out from the region
around the reservoir to the middle and upper reaches of Yalong river.
2) The national policies for returning farmland to forests guided the land cover changes were based on the slope ranks.
It was unsuitable to avoiding phosphorus nonpoint source pollution of aquatic environment in watershed. The ranks of
phosphorus delivery were completely in line with the value of filtering phosphorus pollution except scenario 10 which was all
covered by unused land. The law was farmland>grassland>forest. Along with the increase of total phosphorus pollution
delivery, the high phosphorus pollution delivery cells spread out from the source region and big river bend of Yalong river
basin to the whole network of rivers of watershed except scenario 10.
3) Along with the increase of the forest area percent, the total net present value ( NPV) of energy produced in
watershed decreased. Along with the increase of total net present value (NPV) of energy produced, the high NPV cells
spreaded out from the eastern of Mianning and Xide county to the southeast of whole watershed and the lower reaches of
Yalong river.
4) From the viewpoint of lightening the negative effect to environment and letting the well鄄being of related groups be
maximal increase, The quantity of aggregative indicator on scenario 5 that 6毅 slope was a threshold in determining farmland
and forest cover and scenario 3 that 6毅 and 15毅 slope were threshold in determining farmland, grassland and forest cover
increased at the highest extent except the extreme scenarios.
Key Words: land cover scenarios; multi鄄ecosystem services; responses and weigh; Ertan reservoir
生态系统服务价值评估不仅需要考虑生态系统的现状和构成,还要评价其时空变化与对外来压力的敏感
性,以及运用模型预测价值的变化,从而准确计量人类行为对生态系统服务影响的成本、效益和损失[1]。 情
景分析可根据未来可能发生的变化,给出两种或多种可能会发生的事件及其结果。 情景分析之所以能够适用
于像生态系统这一类可控度低、不确定程度高的系统研究,是因为其考虑系统中重要的不确定性所决定的可
能未来,提供一个未来可能发展途径的框架,而不是关注对单一结果的精准预测[2]。 近年来情景分析在生态
系统研究中的应用越来越多,众多成功案例证明了其核心思维有抵御系统不确定性和拓展思维的功效[2鄄3]。
当前,以所谓发展作为目的的区域土地覆被变化往往追求其既定领域产出和经济利益的最大化,而其结
果却常对生物多样性和其他相关生态系统服务产生不可逆转的破坏。 千年生态系统评估 (Millennium
Ecosystem Assessment,简称 MA)情景研究组就在全球尺度上对生态服务引起的挑战、系统稳态转变、生态环
境前景的含糊性和不确定性、生态系统服务影响的利弊权衡等这些复杂的动力机制进行了定性和定量相结合
的系统评估[4鄄5]。 在区域尺度上,为了避免以牺牲多种生态系统服务的代价来换取某一种特定服务,迫切需
要对作为区域复合生态系统中最重要不确定性因素的土地覆被变化,及其所带来的相关多种生态系统服务能
力的改变进行综合、理性的管理、调节和权衡。 而采用定量、分布式的生态系统服务及价值评估模型辅助情景
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展开,再定量比较一组情景上模拟结果的变化与差别的方法框架则为此提供了一个合适的切入点。
土地覆被格局和承载于之上的生态过程是生态系统服务保育和发挥的物质基础[6鄄7]。 在闭合流域内部,
土地覆被的空间格局是泥沙运移、面源污染物质输出和产水等过程的载体,格局的变化会引起该随机面状生
态过程的改变;而过程中也包含众多塑造格局的动因和驱动力,其改变也会使格局产生一系列的响应。 减轻
进入水库的泥沙、面源污染物和产水功能是由流域尺度下土地覆被的分布格局和其与泥沙、污染物输移过程
和水循环过程相互作用而表现的,相应的服务由此产生,是 3 种功能满足人类福利的一种表现。
为了研究二滩水库集水区在现有气候条件下,生态系统减轻水库泥沙淤积、减轻水库面源污染、产水发电
服务及价值对未来可能的各种土地覆被格局的响应程度和评估模型的灵敏度,兼顾集水区相应农、林、牧各种
产业收益的变化,基于已构建的评估模型衡量各种生态系统服务在不同情景下的服务效益并进行优劣权衡,
选择使利益相关方福祉提升幅度最大的情景作为未来优先发展的情景格局,协调区域的“保护冶与“发展冶政
策,从而对集水区综合生态系统管理决策提供有力的支撑。
1摇 研究地区与研究方法
1. 1摇 自然概况
雅砻江(流域范围:25毅12忆22义—34毅9忆22义N,96毅47忆23义—102毅42忆21义E)位于四川西部、青藏高原东南(图
1),是金沙江的最大支流。 雅砻江水量丰沛、海拔高差悬殊,干支流蕴藏了丰富的水力资源。 从河源至河口,
干流全长 1571 km[8],流域面积约 13 万 km2,流域天然落差达 3830 m。 河口多年平均流量 1910 m3 / s,年径流
水量 600 亿 m3。 气候条件十分复杂,在水平和垂直方向上差异明显。 多年平均降水量 600—1800 mm,主要
植被类型为云南松(Pinus yunnanensis)、思茅松(Pinus kesiya var. langbianensis)、冷杉(Abies fabri)、铁杉
(Tsuga chinensis)和云杉 (Picea asperata)等乔木,蒿草属 (Kobresia)、薹草属 ( Carex)草甸,以及杜鹃属
(Rhododendron)、越橘属(Vaccinium)灌丛。 其中湿地草甸主要分布在海拔 3000 m 以上的江源地区,针叶林、
灌丛及萌生矮林则在各个海拔段分布比例变化不大。 而栽培植被多分布于海拔 1000 m左右的中下游河网周
边。 在坡度分异上,针叶林主要分布于流域内坡度大于 25毅的区域,且随坡度趋缓,分布比例递减。 草甸和草
本沼泽则在坡度大于 6毅的区域内广泛分布,且随坡度趋陡其分布比例呈现小幅波动。 灌丛则在各个坡度段
上分布比例差异不大。 而栽培植被在坡度 15毅以上区域所占面积比例达到一半以上。
二滩水电站是雅砻江下游河段开发的第一个梯级电站,是我国以发电为主的大型综合性水利枢纽工程,
已于 1999 年底竣工。 水库坝高 240 m,总库容 58 亿 m3。 水库呈不对称的树枝状,属延伸型峡谷水库,总面积
101 km2[9]。 近年来,库区周围的凉山、攀枝花等地化肥施用强度过大,且整个流域内坡度大于 25毅的旱地达到
旱地总面积的 45. 6% ,引发了较为严重的水土流失[8],加之雅砻江干支流河道又具有很强的输沙能力,致使
大量泥沙和其荷载的污染物随水流入库,对二滩水库的水质和库容造成了负面影响。
1. 2摇 评估模型
减轻入库泥沙服务物质量评估模型首先根据 DEM和水库位置派生出汇流至该水库的集水区域(即对于
该水库的产沙区域)。 在集水区范围内,采用栅格数据形式,通过通用水土流失方程(Universal Soil Loss
Equation,USLE)模拟出每个栅格单位面积的潜在侵蚀量和实际侵蚀量,两者相减得到每个栅格单位面积的土
壤保持量。 基于 DEM计算每个栅格像元的泥沙输移比(Sediment Delivery Ratio,SDR),与土壤保持量图层相
乘,得到集水区生态系统保沙使其不进入水库量的空间分布图。 价值量则基于单位体积的清淤费用,水库使
用年限和贴现率计算。 具体模型方法和数据来源参见文献[10]。
减轻水库水体面源污染服务物质量评估模型同样在集水区范围内,根据水文敏感系数(Hydrological
Sensitive Coefficient,HSC),结合各种土地利用方式的某种污染物质的输出系数识别出关键污染源区(Critical
Source Areas,CSA);最后沿汇流路径,结合每个栅格像元上不同土地覆被类型对该种污染物质的过滤能力系
数得到被植被移除的该污染物质量。 价值量模型则结合集水区出口断面的期望水质标准与净化该污染物的
边际成本进行计算。 具体模型方法和数据来源参见文献[11]。
1362摇 9 期 摇 摇 摇 葛菁摇 等:不同土地覆被格局情景下多种生态系统服务的响应与权衡 摇
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图 1摇 二滩水库集水区位置图
Fig. 1摇 The location of the watershed of Ertan reservoir
集水区生态系统产水供出口电站发电服务物质量根据降雨和潜在蒸散发及下垫面特征参数,结合耗水量
模拟其产出的年供发电水量。 由评估水电站的特征参数和集水区每个像元对总供水量的贡献率,采用水能资
源公式模拟集水区生态系统发电贡献量的空间分布特征。 价值量模型则结合电价及运行成本进行计算。 具
体模型方法和数据来源参见文献[12]。
1. 3摇 情景设定
根据当前二滩水库集水区的生态工程政策发展(天然林资源保护工程、退耕还林、退牧还草工程、长江上
游防护林体系工程等的实施)和当地实际情况,构建不同土地覆被格局情景。 各情景均采用 2000 年相关数据
资料作为评估模型的输入数据,进行上述 3 种生态系统服务物质量和价值量的模拟。
为排除集水区土地覆被组成格局中多要素的干扰,研究评估结果的可能变动范围,首先从理论上假设集
水区分别全部为草地、林地、耕地和未利用地覆被的 4 种极端情景(情景 1、6、9、10)。 假设集水区积极响应国
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家退耕还林政策,将坡度在 25毅以上的土地全部还林,并适当考虑坡度在 25毅以下的地区人口增长对耕地及牧
草的需求,根据国家林业局对耕地坡度等级的划分标准[13],分别设计了 4 和 7 两种情景模型。 鉴于二滩水库
集水区位置对于国家和当地生态安全的重要性,假设未来国家的生态保护政策,将坡度在 15毅以上的土地全
部还林,坡度 15毅以下的土地适当配置草地和耕地,设计了 3 和 8 两种情景模型。 最后,假设未来仅在坡度 6毅
以下的土地上发展农业,6毅以上的土地全部还林、还草,相应的设计了 2 和 5 两种情景模型,具体配置见表 1。
图 2 示例了其中 6 种土地覆被情景的空间格局。
表 1摇 二滩水库集水区土地覆被格局情景
Table 1摇 The land cover pattern scenarios of watershed of Ertan reservoir
情景类型 Types of scenario 土地覆被配置 Distribution of land cover
情景 1 Scenario 1 集水区内全部为草地。
情景 2 Scenario 2 集水区内坡度在 6毅以上土地全部为草地,坡度在 6毅以下为耕地。
情景 3 Scenario 3 集水区内坡度在 15毅以上土地全部为林地,6毅—15毅之间为草地,6毅以下仍为耕地。
情景 4 Scenario 4 集水区内坡度在 25毅以上土地全部为林地,6毅—25毅之间为草地,6毅以下仍为耕地。
情景 5 Scenario 5 集水区内坡度在 6毅以上土地全部为林地,坡度在 6毅以下为耕地。
情景 6 Scenario 6 集水区内全部为林地。
情景 7 Scenario 7 集水区内坡度在 25毅以上土地为林地,25毅以下全为耕地。
情景 8 Scenario 8 集水区内坡度在 15毅以上土地为林地,15毅以下全为耕地。
情景 9 Scenario 9 集水区内全为耕地。
情景 10 Scenario 10 集水区内全为未利用地。
2摇 结果与分析
2. 1摇 不同情景下入库泥沙及减淤服务价值的响应
进入水库的泥沙量模拟结果(图 3)存在以下规律:情景 9>情景 10>情景 7>情景 8>情景 2>情景 1>情景 4
>情景 3>情景 5>情景 6。 表明,随着集水区地表林地和草地面积比例的增加,耕地面积比例的减少,集水区生
态系统产沙进入二滩水库的量减少。 同时反映出集水区内的农田生态系统是二滩水库最为主要的产沙源,如
果对河谷坡地上的农田面积和开垦强度不加限制,将会造成强烈的侵蚀以及向河道和水库输移大量的泥沙,
加剧相关环境问题。 另外,2000 年二滩水库集水区农田和裸地面积比例分别仅占 5. 49%和 7. 46% ,林地和
草地总面积却占据了 86. 37% ,面积比例结构与情景 4 类似,但整个集水区 2000 年共产生了 4809. 89 万 t / a
的泥沙。 这也从侧面表明,现有的土地覆被格局对于减轻水库泥沙淤积功效的发挥并不合理,而国家的退耕
还林政策以坡度作为指标,指导区域土地覆被的良性转化对于集水区土壤保持以及减轻河道和水库泥沙淤积
具有较好功效。
由于采用的泥沙输移比(SDR)计算模型只针对地形条件的差异而建立,因此 10 种土地覆被情景在模拟
潜在入库泥沙量时采用的是相同空间分布的 SDR 和潜在水土流失量(RKLS)。 因此,模型针对 10 种情景分
析模拟得到的集水区生态系统保沙使其不进入水库的价值(图 3)的高低关系同入库泥沙量正好相反,遵循
“随地表林地和草地面积比例的增加,生态系统保沙价值量增加冶的规律。
由 10 种不同土地覆被格局情景模拟的产沙量空间分布(图 4)可以看出,随着产沙总量的增加,集水区内
高产沙强度的像元逐渐增多,且呈现从二滩水库周边逐渐向中上游蔓延的趋势。 针对各个情景来看,产沙强
度相对较高的像元也多分布于水库周边 30 km范围内,而产沙强度相对较低的像元多沿中上游河道分布,表
明水库周边为主要的产沙源区,对于该区的坡耕地以及土地覆被的恶性转化需要重点加以监测和管理。
2. 2摇 不同情景下入库磷素及减污服务价值的响应
进入水库的磷素量模拟结果(图 5)存在以下规律:情景 10>情景 9>情景 7>情景 8>情景 2>情景 4>情景 3
>情景 5>情景 1>情景 6。 总体趋势是,随着集水区地表林地和草地面积比例的增加,耕地面积比例的减少,集
水区生态系统输出磷素进入二滩水库的量减少。 情景 5 大多数为林地覆盖,仅在坡度 6毅以下设置耕地覆被,
3362摇 9 期 摇 摇 摇 葛菁摇 等:不同土地覆被格局情景下多种生态系统服务的响应与权衡 摇
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图 2摇 二滩水库集水区土地覆被格局情景
Fig. 2摇 Land cover pattern scenarios for the watershed of Ertan reservoir
图 3摇 不同土地覆被格局情景下模拟进入水库的泥沙量及保沙经济价值柱状图
Fig. 3摇 The histogram of simulated sediment delivery and economic value of sediment retention under different land cover pattern scenarios
但其入库磷素的模拟结果却达到 606. 70 t / a,相对于 2000 年增加了 181. 87% 。 这是由于集水区坡度 6毅以下
的区域多位于水文敏感区,污染物有着较高的向水体迁移扩散的能力,耕地的磷素输出系数很高,在向水体的
运移过程中未能经过林地或草地等此类强移除能力生态系统的截留移除,导致其入库磷素量较高。 为了减轻
二滩水库的磷素输入量,需要特别注意规划当地生态系统结构中农、林、草的合理布局,在水文敏感区种植林、
草缓冲带,对于农田等高磷素输出系数的生态系统,则应尽量布设于汇流路径始端,使其产生的非点源污染物
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产沙量/(t.km-2.a-1)
图 4摇 不同土地覆被格局情景下模拟产沙量空间分布
Fig. 4摇 The distribution of simulated sediment delivery to reservoir under different land cover pattern scenarios
图 5摇 不同土地覆被格局情景下模拟进入水库的磷素量及过滤磷素经济价值柱状图
Fig. 5摇 The histogram of simulated Phosphorus loads and economic value of Phosphorus filtered by vegetations under different land cover
pattern scenarios
质经过充分的过滤移除,减少进入水体乃至水库的量。 这也从一个侧面反映出,国家的退耕还林政策单纯以
坡度作为指标,来指导区域土地覆被的转化,对于集水区生态系统减轻水环境磷素非点源污染功效较差。
由于未利用地基本不具有过滤移除磷素的能力,因此其模拟移除磷素经济价值为 0。 其余 9 类情景生态
系统过滤移除其产生的磷素经济价值的高低关系同入库磷素量完全一致。 除了情景 6,其余 8 类情景的经济
价值均大于 2000 年。 这是由于在林地、草地占据主导的情景中,虽然其过滤移除磷素的能力较强,但其本身
输出的磷素量低,即可供其过滤移除的磷素量低,导致该项生态系统服务的绝对物质量较低,进而价值量较
低;而对耕地占据主导的情景(情景 9、7),则正好相反,耕地的过滤移除磷素能力虽不强,但此类情景中有大
量磷素输出,最终使其此项生态系统服务的绝对物质量较高,进而价值量较高。
由 10 种不同土地覆被格局情景模拟的入库磷素量空间分布(图 6)可以看出,情景 10 中,由于未利用地
无磷素的过滤移除作用,则不考虑磷素在其汇流至河道的路径上被植被的过滤移除效应,因而整个集水区入
库磷素量的空间分布同水文敏感区指数相同。 其他 9 类情景随着入库磷素总量的增加,集水区内高强度磷素
输出像元(>60 kg·km-2·a-1)逐渐增多,最初出现在雅砻江流域源区和大河湾区,接着呈现出逐渐蔓延扩散至
集水区整个水网的趋势。 针对各个情景来看,入库磷素强度相对较高的像元也多分布于流域源区和大河湾区
5362摇 9 期 摇 摇 摇 葛菁摇 等:不同土地覆被格局情景下多种生态系统服务的响应与权衡 摇
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的河网附近。
磷素量/(kg.km-2.a-1)
图 6摇 不同土地覆被格局情景下模拟入库磷素量空间分布
Fig. 6摇 The distribution of simulated Phosphorus loads to reservoir under different land cover pattern scenarios
图 7摇 不同土地覆被格局情景下模拟发电净利润柱状图
摇 Fig. 7 摇 The histogram of simulated total net present value of
energy produced under different land cover pattern scenarios
2. 3摇 不同情景下生态系统对电站供水发电利润的响应
总发电净利润值的模拟结果(图 7)存在以下规律:
情景 10>情景 1、2、9>情景 4、7>情景 3、8>情景 5>情景
6。 表明,随着集水区地表林地覆盖面积比例的增加,集
水区生态系统总发电净利润值减少。 情景 10 全部为未
利用地覆盖,地下几乎无植被根系汲取土壤水分用于植
被蒸腾,且其土壤蓄水容量小。 因此由情景 10 模拟的
实际供水量最大,相应的发电总净利润也最高,达到
1354. 81伊108元。 情景 6 全部为林地覆盖,其根系可以
从深层土壤汲取土壤水分用于植被蒸腾。 另外森林生
态系统的叶面积指数(LAI)较大,可以获得更多的冠层
净辐射能量用于植被蒸腾。 另一方面,森林生态系统土
壤自由水蓄水容量较大,蓄水能力强,且冠层具有一定
的截留降水能力。 因此由情景 6 模拟的实际供水量最
小,发电总净利润最低,仅为 564. 73伊108元。
由 10 种不同土地覆被格局情景模拟的总发电净利润空间分布(图 8)可以看出,随着总净利润值的增加,
集水区内单位面积高净利润的像元逐渐增多,且呈现从冕宁和喜德县的东部逐渐向整个集水区东南部乃至整
个下游蔓延的趋势。 针对各个情景来看,总发电净利润相对较高的像元也多分布于集水区东南部的冕宁—喜
德—西昌一带,而净利润相对较低的像元多分布于雅砻江的中上游。
2. 4摇 不同情景下 3 种调节服务的权衡与格局优选
在二滩水库集水区,限于研究水平和数据源,还很难兼顾到相关所有的生态系统服务类型。 对于本文涉
及到的与水库运营相关的 3 种主要的生态系统调节服务,若从服务价值的总量相对于 2000 年的变化率上来
衡量 10 种土地覆被格局情景的优劣具有一定的局限性。 因为对于某些服务类型,某种土地覆被格局在具有
较高服务价值的同时,对环境产生的负面影响也较高。 因此考虑从减轻对环境的负效应以及提升利益相关方
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摇 图 8摇 不同土地覆被格局情景下模拟发电总净利润空间分布
Fig. 8 摇 The distribution of simulated total net present value of
energy produced under different land cover pattern scenarios
和当地百姓的福祉角度,来优选土地覆被格局。
对“减轻水库泥沙淤积冶和“减轻水环境面源污染冶
两种服务类型,根据 10 种土地覆被格局情景的模拟结
果,分别采用入库泥沙和入库磷素物质量作为指标来衡
量其对环境的负效应。 再对相应的指标数值取倒数作
为环境系数,环境系数值越高,表示对环境的负面影响
越小,对利益相关方福祉的提升越有利。 而针对“产水
发电冶服务,则直接采用相应情景的服务价值来表征。
另一方面,还需要兼顾各种情景上,农、林、牧等产业的
产出。 按照 2000 年集水区单位面积耕地、森林和草地
上,相应的种植业、林业和牧业的产值[14],来分别评估
10 种土地覆被情景农、林、牧业在水库使用年限(50 a)
内的总产值,作为第 4 个选择未来最优先发展情景的
依据。
由于各个指标的量纲不同,无法进行综合衡量。 则
针对每种土地覆被格局情景下相应的评估指标数值相
对于 2000 年的变化率作为衡量依据,综合 3 种调节服
务与产业产出,对未来土地覆被格局进行综合优选
(表 2)。 摇
分析 10 种格局情景 4 种优选指标的综合变化率
(表 2),存在以下规律:情景 6>情景 1>情景 5>情景 3>
情景 4>情景 2>情景 9>情景 7>情景 8>情景 10。
情景 6(全部为林地覆盖)虽然产水发电的能力较
差,且四川省由于近年来各种生态工程的建设,而使得林业的单位面积产值很低(2. 87伊104 元·km-2·a-1),但
在入库泥沙和入库磷素方面相比 2000 年具有极大的改善,使得 4 个优选指标相对于 2000 年的综合变化率最
高,为 761. 39% 。 情景 1(全部为草地覆盖)是 10 种情景中唯一的 4 个优选指标相对 2000 年都有提升的情
景,其综合变化率仅次于情景 6。 情景 5 和情景 3 虽然在减轻入库磷素量、产水发电和农林牧产业收益方面
相比 2000 年都有少量的退化,但在减少入库泥沙方面有很好的表现,使其成为除去前两位极端的情景后,综
合变化率最高的两种情景。 由于四川省是全国的粮食主产区,单位面积种植业的产值很高(63. 73伊104 元·
km-2·a-1),使得情景 9(全部为耕地)农林牧产业收益方面相比 2000 年具有很大的提高,但全部为耕地覆盖却
大大增加了入库的泥沙和磷素,使其综合变化率为正值中最低。 情景 7 和 8 都允许在较陡的坡度上布设农
田,虽在一定程度上提高了农林牧业的总收益,但在减少入库泥沙和磷素以及产水发电方面相比 2000 年都有
所退化。 情景 10(全部为裸地)仅在产水发电价值方面有较大程度的提高,但没有农林牧业的收益,且极大的
增加了入库的泥沙和磷素,使得综合变化率为 10 种情景最低。
3摇 讨论
人类活动对自然生态系统的反馈机制大大增加了系统不确定性。 情景分析方法克服单一结果预测的局
限性,在对生态系统的研究过程中能从社会学和生态学交互作用的角度去分析系统不确定性和驱动机制,以
一种结构化的框架去构建系统可能未来景象,从而提供了一个对生态系统未来研究更具想象力、更为合理的
研究思路[2]。 在此思路的指引下,本研究通过对未来情景的模型模拟,并兼顾产业产出,从最大程度提升利
益相关方福祉的角度,提出了区域尺度上多生态系统服务效益权衡与情景优选的方法框架,能够较好的指导
决策者对当地生态系统服务进行理性的管理和调节。
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表 2摇 10 种土地覆被格局情景优选指标
Table 2摇 The optimization index of 10 different land cover pattern scenarios
指标 Indicators 2000 年Year of 2000
情景 1
Scenario 1
情景 2
Scenario 2
情景 3
Scenario 3
情景 4
Scenario 4
情景 5
Scenario 5
入库的泥沙量 / (10000 / (伊104 t / a))
Sediment delivery
2. 08 2. 79 2. 41 6. 1 4. 09 7. 09
相对 2000 年变化率 / %
Relative change rates to 2000 0. 00 34. 10 15. 72 193. 26 96. 60 240. 94
入库的磷素量 / (10000 / ( t / a))
Phosphorus loads 46. 46 49. 73 12. 79 14. 45 13. 52 16. 48
相对 2000 年变化率 / %
Relative change rates to 2000 0. 00 7. 04
-72. 47 -68. 90 -70. 90 -64. 52
产水发电总价值 / (亿元 RMB 10-1 billion)
Total net present value of energy produced
888. 66 1074. 79 1074. 79 747. 15 868. 03 640. 32
相对 2000 年变化率 / %
Relative change rates to 2000 0. 00 20. 95 20. 95
-15. 92 -2. 32 -27. 95
农林牧总收益 / (亿元 RMB 10-1 billion)
Gross earnings in agriculture, forestry and livestock
9032. 94 14132. 12 16054. 73 8098. 06 11953. 76 5226. 48
相对 2000 年变化率 / %
Relative change rates to 2000 0. 00 56. 45 77. 74
-10. 35 32. 34 -42. 14
综合变化率 / %
Comprehensive change rates 0. 00 118. 54 41. 93 98. 09 55. 71 106. 33
指标 Indicators 情景 6Scenario 6
情景 7
Scenario 7
情景 8
Scenario 8
情景 9
Scenario 9
情景 10
Scenario 10
入库的泥沙量 / (10000 / (104 t / a))
Sediment delivery
12. 7 0. 85 2. 34 0. 37 0. 45
相对 2000 年变化率 / %
Relative change rates to 2000 510. 76
-59. 22 12. 39 -82. 12 -78. 54
入库的磷素量 / (10000 / ( t / a))
Phosphorus loads 220. 22 6. 64 10. 14 3. 52 3. 25
相对 2000 年变化率 / %
Relative change rates to 2000 373. 99
-85. 71 -78. 17 -92. 41 -92. 99
产水发电总价值 / (亿元 RMB 10-1 billion)
Total net present value of energy produced
564. 73 868. 03 747. 15 1074. 79 1354. 81
相对 2000 年变化率 / %
Relative change rates to 2000
-36. 45 -2. 32 -15. 92 20. 95 52. 46
农林牧总收益 / (亿元 RMB 10-1 billion)
Gross earnings in agriculture, forestry and livestock
1182. 65 18052. 39 10702. 02 25869. 08 0
相对 2000 年变化率 / %
Relative change rates to 2000
-86. 91 99. 85 18. 48 186. 39 -100. 00
综合变化率 / %
Comprehensive change rates 761. 39
-47. 40 -63. 22 32. 80 -219. 08
研究所涉及的 10 种未来土地覆被情景模型仅参考了集水区现行的各种生态保护工程,从理论角度以坡
度为主要划分依据进行构建。 实际上,除坡度外,植被的自然生长和分布条件还与海拔高度、坡向以及土壤类
型、土壤水分条件等因素有很大的关系。 下一步研究应与利益主体的意愿、当地经济发展情况、土地利用规划
相结合,兼顾自然生态条件,对二滩水库集水区土地覆被未来情景做出更科学、合理的设定。 构建的方法上可
以参考 Roubelat[15]曾提出的将情景研究人员和系统相关利益主体以网络的方式组织起来进行情景构建,促
进他们集体参与到构想可供选择的未来方案的过程中。 强调网络式参与的情景分析可以使研究者分享相关
利益主体对系统各种理解,以便获取广泛的不一致意见,进而合理解释这种不一致性和考虑不同事件之间的
联系。
由于目前研究方法和数据源的限制,在二滩水库集水区还很难兼顾到相关所有的生态系统服务类型。 本
研究也仅涉及到与水库运营相关的 3 种主要的生态系统调节服务以及在农、草、林上的直接经济收益(供给
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服务),每种调节服务的评估方法也都存在着一些局限和假想[6鄄8],但相关研究结果对二滩水库运营的利益相
关方博弈和运用经济手段进行综合生态系统管理具有一定的指导作用。 下一步的研究应在包含集水区更大
的空间尺度上兼顾碳汇、生物多样性保育等生态系统服务,而在集水区包含的局域空间尺度上兼顾与当地百
姓生存相关的产品供给服务,更为全面、综合的选择未来优先发展的土地覆被格局情景。
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9362摇 9 期 摇 摇 摇 葛菁摇 等:不同土地覆被格局情景下多种生态系统服务的响应与权衡 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 9 May,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Responses and weigh of multi鄄ecosystem services and its economic value under different land cover scenarios: a case study from
Ertan water control pivot in Yalong River GE Jing, WU Nan, GAO Jixi,et al (2629)……………………………………………
Influence of grazing on biomass, growth ratio and compensatory effect of different plant groups in Kobresia parva meadow
DONG Quanmin, ZHAO Xinquan, MA Yushou, et al (2640)
……………
……………………………………………………………………
Stocking effectiveness of hatchery鄄released kuruma prawn Penaeus japonicus in the Xiangshan Bay, China
JIANG Yazhou, LING Jianzhong, LIN Nan,et al (2651)
……………………………
……………………………………………………………………………
The spatial pattern of landscape fragmentation and its relations with urbanization and socio鄄economic developments: a case study
of Beijing QIU Jiangxiao, WANG Xiaoke, LU Fei, et al (2659)…………………………………………………………………
Cellular automata simulation of barren patch connectivity effect in degradation sequence on alpine meadow in the source region
of the Yangtze and Yellow rivers, Qinghai鄄Tibetan Plateau, China LI Xueling, LIN Huilong (2670)……………………………
Evolution law of architectural landscape during the urban renewal process in Tiexi District
ZHANG Peifeng, HU Yuanman, XIONG Zaiping, et al (2681)
……………………………………………
……………………………………………………………………
Competition for light and crop productivity in an agro鄄forestry system in the Hilly Region, Shangluo, China
PENG Xiaobang, ZHANG Shuoxin (2692)
…………………………
…………………………………………………………………………………………
Evaluation of forest ecosystem services based on biomass in Shanxi Province LIU Yong, LI Jinchang, YANG Yonggang (2699)……
Research on the morphological interactions between Tamarix ramosissima thickets and Nebkhas under different sand supply
conditions:a case study in Cele oasis鄄desert ecotone YANG Fan, WANG Xueqin, YANG Dongliang, et al (2707)……………
Litter decomposition and nutrient release in typical secondary and primary forests in karst region, Northwest of Guangxi
ZENG Zhaoxia, WANG Kelin, ZENG Fuping, et al (2720)
……………
………………………………………………………………………
Spatial patterns of dominant species in a subtropical evergreen broad鄄leaved forest in Jiulian Mountain Jiangxi Province, China
FAN Juan, ZHAO Xiuhai, WANG Jinsong,et al (2729)
……
……………………………………………………………………………
Characteristics of seedlings regeneration in Quercus aliena var. acuteserrata secondary forests in Qinling Mountains
KANG Bing, WANG Dexiang, LI Gang,et al (2738)
…………………
………………………………………………………………………………
Xylem hydraulic traits of Populus euphratica Oliv. in extremely drought environment
AYOUPU Mubareke, CHEN Yaning, HAO Xingming, et al (2748)
…………………………………………………
………………………………………………………………
Response characteristics of leaf traits of common species along an altitudinal gradient in Hongchiba Grassland, Chongqing
SONG Lulu, FAN Jiangwen, WU Shaohong,et al (2759)
…………
…………………………………………………………………………
Changes of carbon input influence soil respiration in a Pinus tabulaeformis plantation
WANG Jinsong, ZHAO Xiuhai, ZHANG Chunyu, et al (2768)
…………………………………………………
……………………………………………………………………
Effects of different habitats and coverage treatments on the fates of Quercus wutaishanica seeds under the predation pressure of
rodents YAN Xingfu, ZHOU Libiao, LIU Jianli (2778)……………………………………………………………………………
Nested analysis of urban woodlot bird communities in Minhang District of Shanghai
WANG Benyao, WANG Xiaoming, WANG Tianhou, et al (2788)
……………………………………………………
…………………………………………………………………
Production dynamics and trophic basis of three dominant mayflies in the continuum of Shenglihe Stream in the Bahe River Basin
DENG Shan, YE Caiwei, WANG Lixiao, et al (2796)
……
……………………………………………………………………………
Effects of sedimentation thickness of shrimp pond cleaning discharges on Acanthus ilicifolius seedlings LI Ting, YE Yong (2810)……
Utilization of carbon sources by the soil microbial communities of different forest types in subtropical Australia
LU Shunbao, GUO Xiaomin, RUI Yichao,et al (2819)
………………………
……………………………………………………………………………
Soil microbial community characteristics under different vegetation types at the Holocene鄄basalt Platform, Jingpo Lake area,
Northeast China HUANG Yuanyuan, QU Laiye, QU Xiuchun,et al (2827)………………………………………………………
Effect of Ipomoea aquatica Floating鄄bed on the quantity and distribution of nitrogen cycling bacteria and nitrogen removal
TANG Yingying, LI Xiuzhen, ZHOU Yuanqing,et al (2837)
……………
………………………………………………………………………
Effects of microbial inoculants on soil microbial diversity and degrading process of corn straw returned to field
LI Peipei, ZHANG Dongdong, WANG Xiaojuan, et al (2847)
………………………
……………………………………………………………………
Effects of coupling film鄄mulched furrow鄄ridge cropping with maize straw soil鄄incorporation on maize yields and soil organic carbon
pool at a semiarid loess site of China WU Rongmei,WANG Yongpeng,LI Fengmin,et al (2855)…………………………………
Residues and spatial distribution of OCPs in the sediments of Gan River Basin LIU Xiaozhen,ZHAO Ci,LIANG Yu,et al (2863)…
Analysis on population fluctuation and properties of the white鄄backed planthopper in Huizhou in 2009
DIAO Yonggang, YANG Haibo, QU Yufeng, et al (2872)
………………………………
…………………………………………………………………………
Evaluation acaricidal activities of Momordica cochinchinensis extracts against Tetranychus cinnabarinus
GUO Huili, SHI Guanglu, JIA Liangxi, et al (2883)
………………………………
………………………………………………………………………………
Stomatal ozone uptake modeling and comparative analysis of flux鄄response relationships of winter wheat
TONG Lei,FENG Zongwei,Sudebilige,et al (2890)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Review and Monograph
Calculation method of energy ecological footprint based on global net primary productivity
FANG Kai, DONG Deming, LIN Zhuo, et al (2900)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Behavioral patterns, influencing factors, functions and risks of social play in primates
WANG Xiaowei,ZHAO Haitao, QI Xiaoguang,et al (2910)
…………………………………………………
………………………………………………………………………
Discussion
Spatio鄄Temporal changing analysis on carbon storage of harvested wood products in China
LUN Fei,LI Wenhua,WANG Zhen,et al (2918)
……………………………………………
……………………………………………………………………………………
Scientific Note
Variations in allometrical relationship between stand nitrogen storage and biomass as stand development
CHENG Dongliang,ZHONG Quanlin, LIN Maozi, et al (2929)
………………………………
……………………………………………………………………
Effect of continuous cropping of sesame on rhizospheric microbial communities
HUA Juling,LIU Guangrong,HUANG Jinsong (2936)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of clipping on the growth, gas exchange and chlorophyll fluorescence of invasive plant, Flaveria bidentis
WANG Nannan, HUANGFU Chaohe, CHEN Dongqing, et al (2943)
……………………
……………………………………………………………
Influence of vegetable cultivation methods on soil organic carbon sequestration rate
LIU Yang, YU Dongsheng, SHI Xuezheng,et al (2953)
……………………………………………………
……………………………………………………………………………
Integrated matrix鄄hydrology鄄biological remediation technology for bank collapse lakeside zone of Chaohu Lake
CHEN Yunfeng, ZHANG Yanhui, ZHENG Xiqiang (2960)
………………………
………………………………………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 9 期摇 (2012 年 5 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 32摇 No郾 9 (May, 2012)
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