科研进展
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沈阳城市站发现城市森林与建设用地结构对PM2.5和臭氧污染影响存在显著季节性差异PM₂.₅和臭氧（O₃）是我国城市大气中的主要污染物，对其协同管控是实现空气质量持续改善的关键。然而，城市特征如何影响其浓度的具体机制尚不明确。 研究团队以中国北方典型工业城市沈阳为研究对象，集成多源数据并运用XGBoost-SHAP机器学习模型，系统分析了城市森林与建成区特征对不同季节PM₂.₅和O₃浓度的复合效应及非线性机制。研究发现，沈阳冬季PM₂.₅平均浓度（107.37 µg·m⁻³）约为夏季（26.97 µg·m⁻³）的4倍，而夏季O₃平均浓度（160.20 µg·m⁻³）约为冬季（63.26 µg·m⁻³）的2.5倍，表明空气污染特征存在显著的季节性差异。 模型预测结果表明，城市三维结构特征对污染物浓度的影响更为关键。具体而言，城市森林地上生物量（AGB）和植被指数（NDVI）的增加与更低的PM₂.₅和O₃浓度相关；而建成区比例（B_PLAND）偏高、建筑高度差异（BH_STD）过大，则与更高的污染物浓度相关。研究进一步识别出了多项特征的阈值，例如，当城市森林地上生物量高于35.87时，其对污染物的净化效应更为显著。 该研究强调了在城市规划中，需注重提升森林生物量、优化树种组成以增强空气净化能力，同时应改善建筑布局、减少高度差异。这些基于季节差异的针对性措施，旨在实现污染控制的协同增效，并促进城市环境的可持续改善。 该研究以“Assessing seasonal variations in the impact of urban forests and built-up areas on air pollution”为题发表于《Sustainable Cities and Society》。中国科学院沈阳应用生态研究所常宝亮为第一作者，东北林业大学王蕾教授与沈阳城市站站长何兴元研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。城市森林和建成区对PM2.5和O₃的季节效应示意图不同季节特征的相对贡献；特征的全局解释2025-12-19 -
沈阳城市站提出跨区域生态补偿新方案 以促进“排放”与“增绿”的公平性碳排放是气候变化的主要驱动因素。作为全球最大的碳排放国，中国在减排方面面临巨大挑战。在此背景下，植被绿化（即植被的扩展和改善）已成为增加碳汇的关键策略。然而，“排放者获益而增绿者承担成本”的区域间不公平现象，抑制了减排和增绿的动力。 研究团队通过评估2001–2021年间中国二氧化碳排放与植被绿化的时空动态，制定并比较了两种生态补偿方案——基于存量的补偿与基于增量的补偿，以缓解排放与绿化之间的区域不公平。研究发现，过去二十年间，中国的CO₂排放量增长了210.23%，高排放和快速增长区域集中在东部地区，省份间的排放差距呈扩大趋势。与之相反，中国植被净初级生产力（NPP）增长了19.13%，高值区主要集中在华南，而显著增长区则集中在中西部地区，省份间的植被NPP差距在缩小。 在生态补偿方面，基于存量的补偿方案表现出比基于增量的补偿更高的稳定性，但两种方案识别出的支付方与接收方高度一致：经济发达的东部省份（如江苏、山东、上海）是主要的补偿支付方，而欠发达的西部省份（如云南、西藏、黑龙江）则是最大的补偿接收方。基于存量的补偿能为接收方提供稳定的长期资金支持，但可能缺乏激励进一步改善的动力；而基于增量的补偿能直接奖励减排或增绿的努力，但其资金波动性较大。 该研究强调了生态补偿机制在应对中国碳排放与绿化努力区域不公方面的重要性。通过“向排放者征税，补贴增绿者”的原则，生态补偿能够加速气候目标的实现，促进区域公平与可持续发展。 该研究以“Interregional eco-compensation: towards equity between emitting and greening in China”为题发表于《Ecological Processes》（2025）。中国科学院沈阳应用生态研究所陈炳明为第一作者，陈玮研究员和于帅副研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划等项目的资助。图1 基于存量和变化的生态补偿20年平均值的分布和排名2025-09-12 -
沈阳城市站在城市森林树种多功能驱动机制方面取得新进展城市森林在固碳释氧、降温增湿、污染物去除、改善空气质量、减缓气候变化及提升城市居民福祉等方面发挥多种生态功能。城市树木作为城市森林主体，其生态多功能形成及驱动机制还认识不清。树种功能性状往往具有多样性（即性状功能多样性），进而也影响生态多功能，而且二者关系也易受环境因素的多重影响。针对这一问题，中国科学院沈阳应用生态研究所“植物多样性保护与可持续利用创新”团队提出，通过“多阈值与平均值耦合分析法”，解析了城市不同环境因子、功能多样性在树种多功能形成中的作用机制（图1）。尽管前期研究也明确功能性状与单一生态功能关联，但目前对城市-郊区梯度上性状功能多样性与树种多功能的阈值依赖关系及其环境驱动机制研究仍存在诸多空白。基于此，科研人员依托中国科学院沈阳树木园和国家林草局辽宁沈阳城市生态系统定位观测研究站对沈阳市城郊不同梯度下12种常见森林树种进行野外原位采样测定。结果表明，沈阳市区树种的多功能性显著高于郊区树种（p<0.05）。不同阈值情景下的树种多功能受环境和生物因素的影响效应存在显著差异（图2），在高阈值情景下，空气湿度和净光合速率的群落加权平均值（CWM Pn）是树种多功能形成的主要影响因素。在低阈值情景下，功能均匀度（FEve）起主导作用，但其对多功能的影响程度取决于所选树种类型及数量。有趣的是，研究发现CWM Pn和FEve对树种多功能的影响表现出较高的阈值依赖性，其阈值分别为61.18%和64.47%。此外，城郊环境异质性会对森林树种多功能的驱动机制产生显著影响，其中市区环境要素和CWM性状的直接效应占主导地位，郊区森林树种的多功能驱动则表现出多因素的耦合与级联效应。这些研究为深入理解复杂气候变化背景下城市森林生态系统服务功能的驱动及维持机制提供了新视角。相关研究成果以“Functional Evenness and Community-Weighted Mean Traits Jointly Drive Ecological Multifunctionality in Urban Forests”为题发表在Journal of Plant Ecology期刊上。中国科学院沈阳应用生态研究所博士生王瑞婷为第一作者，徐胜研究员和何兴元研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目的支持。原文链接：https://doi.org/10.1093/jpe/rtaf059图1 树种生态多功能形成的作用机制框架图2 环境和生物因素对不同阈值情景下的树种多功能影响效应2025-08-14 -
沈阳城市站揭示城市森林树种多功能性提升关键：叶片碳含量为核心性状城市森林具有高度多功能性，能同时提供多种生态系统服务。植物功能性状单独或共同影响树种生态多功能性，并调节其对环境变化的响应。然而，如何利用多性状组合来预测树种跨季节的多功能性，以及提升多功能性的性状阈值何在，目前研究尚不充分。 研究团队以我国东北城市森林中10个优势树种（包括5种乔木和5种灌木）为研究对象，在春、夏、秋三季测定了14项功能性状和7项地上、地下生态功能。研究发现，树种生态多功能性及其各项子功能在不同季节间存在显著差异。碳储氧与降温增湿、有机碳积累与养分循环等功能对之间存在稳定的协同关系，且地上部分多功能性在整体多功能性中占主导地位。 该研究首次系统量化了跨季节尺度上树种多功能性的核心驱动性状及其最优阈值，揭示了植物可通过调整性状组合来应对季节变化、管理不同生态功能间权衡关系的内在机制。研究结果为基于性状的城市森林精准管理和树种选择提供了直接的理论依据与实践指导。 该研究成果以“Quantifying and predicting trait combinations to enhance ecological multifunctionality of urban broad-leaf forest tree species: leaf carbon content is an essential trait”为题发表于《Journal of Forestry Research》。中国科学院沈阳应用生态研究所王瑞婷为第一作者，徐胜研究员和何兴元研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金等项目资助。图1 春季( a )、夏季( b )和秋季( c )植物功能性状对树种生态多功能性的影响。2025-08-04 -
沈阳城市站在氮沉降增强了微团聚体对多金属氧酸盐的吸附作用方面取得进展在大气氮沉降条件下，氮素有效性的增加使氮素有限的森林土壤中不稳定的有机碳（SOC）转化为稳定的SOC。然而，氮诱导的SOC稳定性的变化，在团聚体很少研究。因此，研究了氮沉降条件下团聚体固碳机理。土壤从N-修正和相邻的森林领域进行了采样，并分为大团聚体，自由微团聚体和粉砂和粘土（SC）部分。进一步分离微聚集体（mM）、粗颗粒有机物（cPOM）、细颗粒有机物（fPOM-mM和fPOM-m）和聚集体中包藏的SC级分（SC-M、SC-mM和SC-m）。测定了它们的质量分数、碳含量和木质素指数。1-2 mm大团聚体的分数质量，mM，SC-M，fPOM-mM和SC-mM的增加与2-8 mm大团聚体的碎片在N添加下。以mM、SC-M和SC-mM计的碳含量也随着质量的增加而增加。氮的加入引起了明显的木质素损失的闭塞SC级分。木质素氧化发生在mM、cPOM、fPOM-m和fPOM-mM中，而mM和cPOM在N富集下表现出增加的木质素/N比。结果表明，氮沉降促进了钙钛矿fPOM的保存，而不是富碳颗粒的保存。氮诱导的大团聚体中mM比例的增加和fPOM中mM碳稳定性的增加有助于研究领域中SOC的封存。大团聚体中mM和fPOM的定量和定性变化可以预测未来300年森林中SOC封存对长期大气氮沉降的积极响应。以上研究成果以“Simulated N deposition enhances recalcitrant POM occlusion in microaggregates within macroaggregates”为题在线发表在国际期刊 Plant and Soil （2024）上。沈阳城市站冯月副研究员为第一作者。该研究得到国家重点研究发展计划的支持。2024-12-01 -
沈阳城市站在城市群生态系统服务权衡与协同方面取得进展随着经济社会的快速发展和城市群建设的不断扩张，剧烈土地利用的变化带来了城市经济增长的同时也造成了自然环境持续退化等问题。导致生态脆弱性十分突出，威胁区域生态安全等问题日益严重。城市群的快速发展将导致ES问题由城市演变成区域性难题，人类社会经济活动与生态系统多样性之间的矛盾导致了ES的严重退化。为了促进城市群经济的快速发展，缓解社会发展和生态保护间的矛盾。有必要对城市群ESs的发展变化与TOS关系进行深入研究。 基于此，沈阳生态所城市森林研究团队，以辽中南城市群为研究对象，利用Pearson相关分析、地理加权回归、自组织映射分析和冗余分析等多种分析技术，从格网和县域两个尺度探究了辽中南城市群6种生态系统服务的时空动态及其驱动因素。结果表明：( 1 ) 2000 - 2020年间，产水量( WY )、土壤保持量( SR )、景观美学度( LA )和食物生产量( FP )总体呈上升趋势，而生境质量( HQ )和碳储量( HQ )总体呈下降趋势。( 2 )从网格尺度到县域尺度，TOS关系的集聚效应减弱，主要体现在供给服务( WY , FP)与其他服务之间。部分ES对之间的显著关系已趋于中性。在县域尺度上，所有ES的TOS关系的地理空间异质性也有所减弱。在格网尺度上比在县域尺度上能捕获更多的地理特征细节。( 3 )在两个尺度的分析中，我们识别出了5个具有不同生态功能特征和空间格局的ES丛。虽然LA束的面积从格网尺度增加到县域尺度，但连续性较差。( 4 )驱动因素对ES的影响方向在时间上并不是恒定的，在两个尺度上驱动因素对6个ES的影响程度存在差异。但是 NDVI是大部分生态系统服务价值的主要驱动因子。本研究有助于拓展我们对不同尺度生态系统服务之间关系的理解，并为多尺度的可持续生态系统管理提供参考。 以上研究成果以“Analysis of trade-off and synergy of ecosystem services and driving forces in urban agglomerations in Northern China”为题在线发表在国际期刊Ecological Indicators（2024）上。沈阳城市站助理工程师常宝亮为第一作者，姚婧副研究员与何兴元研究员为共同通讯作者，论文合作者包括博士生陈炳明、陈玮研究员、徐胜研究员和黄彦青高级工程师。该研究得到国家自然科学基金项目的支持。文章链接: https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2024.1122102024-11-29 -
沈阳城市站在保护区东北红豆杉种群结构及动态特征方面取得进展东北红豆杉被列为国家一级重点保护植物，野生个体稀少，具有重要的保护价值。通过系统的野外调查，研究了该虫的种群结构和动态特征。白什子国家级自然保护区的东北虎。共计313个记录数据，显示空间聚集分布。种群中幼龄个体占33%，种群径级结构呈现出种群规模减小的趋势。种群的生存曲线与Deevey-II型非常相似。这些结果表明，年轻个体的比例和强大的自我更新潜力。地理分布分析表明，坡度适中的北坡是其主要栖息地。自然保护区有效地促进了东北红豆杉种群。这些发现为自然保护区内建立了东北红豆杉的种群，支持了濒危物种种群的可持续发展。以上研究成果以“Population structure and dynamic characteristics of Taxus cuspidata in Baishilazi National Nature Reserve, China”为题在线发表在国际期刊GLOBAL ECOLOGY AND CONSERVATION（2024）上。沈阳城市站助理工程师常宝亮为第一作者，何兴元研究员与黄彦青高级工程师为共同通讯作者，该研究得到中国科学院青年创新促进会项目的支持。2024-11-12 -
沈阳城市站在基于集合模型的东北红豆杉潜在分布预测方面取得进展气候变化将对未来的物种分布产生重大影响，濒危物种东北红豆杉也不例外。预测了东北红豆杉对于决策者制定保护政策和明确实施保护措施至关重要。本研究采用组合模型预测东北红豆杉的潜在适生生境。结果表明，平均日较差（bio2）和等温线（bio3）是影响东北红豆杉分布在未来气候情景下，2070年代仅在SSP 126情景下适宜栖息地面积增加，在所有其他情景下均下降。在所有的气候情景中，适宜生境的重心最终都表现出向北移动的趋势。 适宜生境的减少主要发生在延边朝鲜族自治州、白山市和通化市。总的来说，这项研究强调了由于气候变化而导致的预计栖息地减少。这些建议包括战略性地建立自然保护区和实施旨在补充物种数量的举措。以上研究成果以“Predicting the potential distribution of Taxus cuspidata in northeastern China based on the ensemble model”为题在线发表在国际期刊Ecolsphere（2024）上。沈阳城市站助理工程师常宝亮为第一作者，于帅副研究员为通讯作者。该研究得到中国科学院青促会项目的支持。2024-08-26 -
沈阳城市站在河岸带植物叶片碳、氮、磷化学计量特征方面取得进展碳（C）、氮（N）、磷（P）是促进植物生长发育、维持生态系统结构和功能稳定的必需营养元素。分析植物叶片的C、N和P特征有助于了解植物的营养状况和营养限制。河岸带的季节性水位波动导致各种生态问题，如生物多样性减少和生态系统稳定性下降。因此，了解河岸带植物的化学计量特征及其对植物性状的营养响应对于深入了解河岸带森林生态系统具有重要意义。通过对大伙房水库库岸带44种木本植物叶片C、N、P含量的分析，探讨了该地区树木C、N、P的化学计量特征。结果表明，木本植物叶片的平均含碳量为446。平均氮含量为28.42 g kg −1 ;平均磷含量为2.26 g kg −1 。与全球和区域尺度相比，大伙房水库河岸带木本植物的N、P含量较高，但N：P比值较低。与其他河岸带相比，大伙房水库河岸带木本植物叶片氮含量和氮磷比相对较高。不同生活型植物化学计量特征的差异很小，只有乔木叶片磷含量显著低于灌木。木本植物叶片碳、氮、磷含量间无显著相关性，而比叶面积与叶片碳含量呈负相关。河岸带的树木叶片氮和磷含量高，主要是在生长季节的N-限制。 本研究揭示了河岸带木本植物叶片的化学计量特征，有助于深入了解河岸带植物生活型的叶化学计量格局及其影响因素。以上研究成果以“Characterization of carbon ，nitrogen ，and phosphorus stoichiometry of plant leaves in the riparian zone of Dahuofang Reservoir”为题在线发表在国际期刊Ecology and Evolution（2024）上。沈阳城市站助理工程师常宝亮为第一作者，于帅副研究员为通讯作者，该研究得到中国科学院青年创新促进会项目和辽宁省自然科学基金项目的支持。2024-08-20 -
沈阳城市站在对东北两种经济树木潜在分布的影响方面取得进展辽东楤木嫩芽和刺五加嫩叶是我国东北地区的两种主要经济林产品。然而，人类活动和气候变化对两树种的生境造成了严重威胁，极大地限制了经济林木资源的保护和开发利用。利用MaxEnt模型对两种经济树种的适宜生境进行了预测，并分析了影响其分布的主导因子。结果表明，黄粉虫的适宜生境区为：elata和E.结果表明，东北地区经济林的适宜生境均位于东北地区东部，东北地区经济林的适宜生境为159950k㎡和123449k㎡。气候因素（年降水量，降水季节性）和土地利用因素是影响这两种树木适宜栖息地变化的重要变量。 随着未来气候和土地利用的变化，两种经济林木适宜生境的总体趋势均呈现先北移后南移的趋势。研究结果可为制定资源保护和可持续利用的战略提供参考。建议选择稳定适宜的生境作为这两种经济树种的就地保护和繁育区。以上研究成果以“Predicting the impact of climate change and land use change on the potential distribution of two economic forest trees in Northeastern China”为题在线发表在国际期刊FRONTIERS IN PLANT SCIENCE（2024）上。沈阳城市站助理工程师常宝亮和高级工程师黄彦青为共同通讯作者。该研究得到国家重点研究发展计划项目的支持。2024-08-08