金沙威尼斯欢乐娱人城亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站王克林研究员团队在历史时期人类扰动对我国西南喀斯特地区土壤侵蚀的影响取得重要进展金沙威尼斯欢乐娱人城亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站王克林研究员团队在历史时期人类扰动对我国西南喀斯特地区土壤侵蚀的影响取得重要进展，相关研究成果近期以Human disturbance exacerbated erosion and deposition in the karst peak-cluster depressions during the Ming and Qing dynasties为题发表在Science China-Earth Sciences（中英文版）。大规模生态修复背景下，我国西南喀斯特地区成为近20年来全球植被覆盖“变绿”的热点区，然而，受碳酸盐岩地质背景制约，部分喀斯特地区人为破坏后自然恢复的植被正向演替缓慢，白云岩地区植被自然恢复以草丛为主，而石灰岩地区常常形成相对稳定的低矮灌丛，森林景观恢复困难，影响喀斯特地区“变绿”的可持续性。亟需了解历史时期的人类扰动事件对当前西南喀斯特地区难成林区石漠化的影响，以指导未来喀斯特地区精准还林还草。据史料记载与文献分析，人为毁林是造成石漠化的重要原因之一，但历史文献记载较为零散、且可能有一定的主观性，难以连续且定量衡量一个地区石漠化演变历史。针对这一问题，王克林团队利用人类干扰下喀斯特洼地沉积物的充填过程及沉积物赋存的历史环境信息，来剖析历史时期的流域地表过程及人类干扰成因基于洼地沉积物137Cs、210Pb和炭屑14C定年技术，量化了近五百年来洼地沉积物的沉积速率及产沙模数变化，结果表明明清时期产沙模数(2.51~13.11t ha−1 a−1)显著高于近百年(0.95~6.99t ha-1 a-1)，近百年来的前40年（1921-1963年）产沙模数高于近60年（1963-2021年）；并建立了历史时期（1500~2000 年）人口、耕地、粮食及森林面积等变化与同期毁林事件的经验联系，发现在明末清初(1628~1700年)瑶族迁徙、1573~1620年玉米引种后，广西全区的人口与耕地增加了3倍以上，而森林面积显著减少。研究表明，明清时期(1500~1800年)人类干扰是喀斯特森林破坏、洼地沉积加快的主要原因。该研究结合沉积物记录和史料记载，阐明了喀斯特地区历史人类扰动对自然环境演变的影响，对认识石漠化演变历史、理解当前植被恢复、评估和预测未来喀斯特植被恢复趋势和造林潜力有重要意义。该研究得到了国家自然科学基金项目和国家重点研发计划项目的资助。论文链接图1 喀斯特洼地人类扰动与侵蚀产沙沉积过程 图2 历史时期以来广西喀斯特地区人类扰动事件及人口、粮食、耕地与森林面积变化
近日，金沙威尼斯欢乐娱人城南海海洋研究所林强研究员团队在海洋生物物种分布模型构建中如何选择交叉验证方法取得新的研究进展，相关成果“Cross-validation matters in species distribution models: A case study with goatfish species”于2024年9月17日在线发表在国际顶尖生态学期刊Ecography上。联合培养研究生黄红伟、研究员张志新为本文共同第一作者，研究员林强和张志新为本文共同通讯作者。在全球生物多样性持续丧失的背景下，准确评估生物多样性的空间分布模式对于制定有效的保护和管理策略至关重要。物种分布模型（SDMs）已成为评估生物多样性的一种重要工具，它通过分析物种分布数据与生态因子之间的关系来预测目标物种的适宜栖息地分布。在模型构建过程中，交叉验证是评估模型预测性能的关键步骤。交叉验证通过在不同数据集上反复训练和验证模型，帮助研究人员选择最佳模型参数。虽然随机交叉验证方法是最常见的选择，但最近一些研究者提出了空间交叉验证方法，以解决随机交叉验证忽视空间自相关性的问题。该研究通过随机交叉验证与空间交叉验证方法，以海洋近海典型鱼类—羊鱼（Actinopteri: Syngnathiformes: Mullidae）为对象进行模型的参数优化和性能评估。研究发现，两种交叉验证方法在95%的物种中得出了不同的最佳模型参数组合，并且在预测当前和未来的栖息地分布方面存在显著差异（图1）。随机交叉验证方法在预测性能上可能存在过高估计的风险，而空间交叉验证方法倾向于保守。图1 基于随机交叉验证和空间交叉验证方法的模型预测能力和变量重要性同步研究结果表明，尽管随机交叉验证和空间交叉验证方法在物种分布预测上存在差异，但两者均一致得出印度-澳大利亚群岛是羊鱼物种丰富度最高的地区，并且最易受到气候变化的影响（图2）。图2 当前气候下基于随机交叉验证和空间交叉验证方法模型预测的空间及纬度分布格局本研究首次系统性地比较了随机交叉验证与空间交叉验证方法对SDMs结果的影响，揭示了选择交叉验证方法对SDMs预测性能和结果的重要影响，为生物多样性评估研究提供了新的视角。该研究工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目等的联合资助。相关论文信息：Hongwei Huang,Zhixin Zhang*,Ákos Bede-Fazekas,Stefano Mammola,Jiqi Gu,Jinxin Zhou,Junmei Qu,& Qiang Lin*,2024: Cross-validation matters in species distribution models: a case study with goatfish species. Ecography. DOI: 10.1111/ecog.07354.原文链接：https://nsojournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ecog.07354
金沙威尼斯欢乐娱人城南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）、全球海洋和气候研究中心（GOCRC）及广东省海洋遥感重点实验室（LORS）王春在研究员团队，利用一系列全球气候模式试验，证明了超级厄尔尼诺现象是热带三大洋相互作用的结果,并发现热带大西洋和印度洋的耦合效应在超级厄尔尼诺的形成和发展中起着至关重要的作用。研究成果由LTO博士后范汉杰（现任中山大学副教授）作为第一作者，王春在研究员作为通讯作者，中山大学杨崧教授等作为合作作者发表在Science子刊Science Advances上。厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是地球系统中最显著、影响最广泛的年际气候变率。对于极端强度的超级厄尔尼诺事件的形成机制和预测，是科学界面临的重大挑战。对此，王春在研究员的先前工作（Wang and Wang 2021）利用观测数据和CMIP6模式数据提出了超级厄尔尼诺的“印度洋-大西洋助推器”机制，认为超级厄尔尼诺的发生与两大洋的跨洋盆作用密切相关，即超级厄尔尼诺是三大洋相互作用的结果。为了进一步阐明和验证印度洋和大西洋对超级厄尔尼诺事件的影响，本研究采用了一个严谨的设计框架，进行了系列“完美模式”回报试验。试验分为四组：三大洋均活跃的CTRL组，解耦印度洋的dIO组，解耦大西洋的dAtl组，以及同时解耦两大洋的dInA组。结果显示，当缺少印度洋-大西洋跨洋盆作用时（即dInA组），热带太平洋的海温增暖难以达到超级厄尔尼诺的强度（即CTRL组），这验证了印度洋-大西洋助推器机制的重要性（图1）。更为关键的是，研究区分了单一洋盆作用与耦合作用的协同效应。单独作用的效果较弱且存在较大不确定性，而耦合效应则显示出更强的增暖作用，且不确定性较低。尤其是在大西洋和印度洋共同作用时，更显著地助推了太平洋海温的增暖效应（图2）。这种差异与对流敏感性的非线性特性密切相关（图3）：当两大洋同时影响太平洋时，能够更加有效地促进太平洋暖池向东扩展，增强热带太平洋的对流响应，最终形成更强的Bjerknes反馈，促成超级厄尔尼诺事件。本研究证实了三大洋跨洋盆作用对ENSO的重要性，明确了大西洋和印度洋在助推超级厄尔尼诺中的关键作用，指出了从单一大洋研究的局限性，强调了考虑协同耦合效应以更全面准确地理解三大洋相互作用的必要性。该研究得到了国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划项目和国家自然科学基金青年项目等的联合资助。相关论文信息：Fan,H.,C. Wang*,S. Yang,& G. Zhang,2024: Coupling is key for the tropical Indian and Atlantic Oceans to boost Ssuper El Niño. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adp2281.原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp2281图1. 赤道太平洋变暖对解耦印度洋和大西洋的响应。(A) 在CTRL试验中，从1月(0年)到3月(1年)的赤道(5°S-5°N)海表温度(阴影，°C，点状线表示95%置信水平上的重要性)和表面纬向风(等值线，m/s，仅显示超过95%置信水平的值)的异常。(B) 在CTRL试验中，从1月(0年)到3月(1年)的月度标准化Niño3.4指数。实线显示平均值，阴影表示Bootstrap方法得到的97.5%和2.5%界限之间的置信区间。(C)，(D) 类似于(A)，(B)，但显示的是dInA的结果。在(D)中，黑色线和阴影显示dInA的平均值和置信区间，而红线是CTRL的平均值。图2. 印度洋和大西洋对超级厄尔尼诺的单独和协同助推作用。(A) 从1月(0年)到3月(1年)的月度标准化Niño3.4指数对印度洋单独作用的响应（dAtl减dInA之差）。实线显示平均值，阴影表示Bootstrap方法得到的97.5%和2.5%界限之间的置信区间。(B) 与(A)相同，但针对大西洋的单独（dIO减dInA之差）。(C) 与(A)相同，但为两大洋单独作用的离线总和（(A)加(B)）。(D) 与(A)相同，但为考虑了耦合效应的协同作用（CTRL减dIO之差）。(E) 与(A)相同，但为考虑了耦合效应的协同作用（CTRL减dAtl之差）。(F) 与(A)相同，但为两大洋同时活跃的协同作用（CTRL减dInA之差）。Niño3.4指数时间序列上、下方的示意图展示了如何计算单独和协同助推作用。图3. 大西洋和印度洋的耦合效应增强跨洋盆作用的机制示意图。以大西洋为参考视角，（A）当大西洋单独作用于超级厄尔尼诺的发展时，太平洋暖池的东扩相对较小，背景对流较弱，因此对大西洋的远程效应响应相对不敏感；（B）当印度洋的作用与大西洋耦合时，太平洋暖池的东扩较大，背景对流增强，对大西洋远程效应的敏感性增强。
近年来，岩石水在地球关键带发挥的作用受到越来越多的关注。西南喀斯特地区受地质背景的制约，成土速度慢，土壤浅薄且不连续。另一方面，喀斯特区岩石裂隙、管道充分发育，具有区别于非喀斯特地区的表层岩溶带，在水文调蓄等方面发挥着重要作用。团队前期主要基于氢氧稳定同位素，建立根区水分与降水的关系，解析水分来源。研究发现喀斯特土石混合生境植物多吸收浅层水源，而在基岩出露生境植物依赖深层水源缓解水分胁迫（Nie et al., 2019; Ding et al., 2021; Luo et al., 2021; 2023）。但目前对不同生境土壤和表层岩溶带对植物蒸腾的作用机制尚不清楚，没有从植物水分获取和耗散连续体的角度定量分析植物对不同生境及干旱的响应。细根和气孔是植物吸水和蒸腾的重要通道，其生理特性的变化对植物获取和耗散水分具有极强的敏感性。因此，基于根系分布和叶片水势等生理特性，判断多石少土环境下土壤和表层岩溶带对植物的作用，对全球气候变化背景下植被恢复的可持续性评价和生态水文功能评估具有重要意义。近年来，岩石水在地球关键带发挥的作用受到越来越多的关注。西南喀斯特地区受地质背景的制约，成土速度慢，土壤浅薄且不连续。另一方面，喀斯特区岩石裂隙、管道充分发育，具有区别于非喀斯特地区的表层岩溶带，在水文调蓄等方面发挥着重要作用。团队前期主要基于氢氧稳定同位素，建立根区水分与降水的关系，解析水分来源。研究发现喀斯特土石混合生境植物多吸收浅层水源，而在基岩出露生境植物依赖深层水源缓解水分胁迫（Nie et al.,2019;Ding et al.,2021;Luo et al.,2021;2023）。但目前对不同生境土壤和表层岩溶带对植物蒸腾的作用机制尚不清楚，没有从植物水分获取和耗散连续体的角度定量分析植物对不同生境及干旱的响应。细根和气孔分别是植物吸水和蒸腾的重要通道，二者生理特性的变化对植物获取和耗散水分具有极强的敏感性。因此，基于根系和叶片的生理特性，判断多石少土环境下土壤和表层岩溶带对植物蒸腾的作用，对全球气候变化背景下植被恢复的可持续性评价和生态水文功能评估具有重要意义。近期，金沙威尼斯欢乐娱人城亚热带农业生态研究所陈洪松团队在植物学期刊Plant Cell &Environment在线发表了题为Species-specific root distribution and leaf iso/anisohydric tendencies shape transpiration patterns across heterogeneous karst habitats的研究性论文，旨在通过植物生理特性揭示土壤和表层岩溶带对植物蒸腾的作用机制。该研究以喀斯特基岩出露生境（以下简称石生境）为主，以临近土石混合生境（以下简称土生境）为对照，选择两种生境中共有典型代表性植物紫弹树（Celtis biondii）和粗糠柴（Mallotus philippensis）为研究对象，其中紫弹树为石生境优势种，粗糠柴为土生境优势种。研究发现，石生境中平均土壤厚度和含水量均低于土生境，土壤储水量仅约为土生境的70%。相应地，粗糠柴在石生境的蒸腾量也约为土生境的74%。但紫弹树相反，在石生境的蒸腾量是土生境的1.15倍。进一步研究发现，根系各参数与蒸腾量呈显著正相关关系。紫弹树根系穿插岩石的能力较强，细根紧贴岩壁，在石生境更加发达，其水分获取方式并不局限于土壤中，可通过细根直接吸收表层岩溶水。同时，紫弹树叶片具有较大的水力面积，呈非等水势行为，可支撑其气孔开放，便于获取水分。正因如此，在极端干旱时（2022年），表层岩溶水降低了干旱对紫弹树的影响，在石生境的蒸腾量较正常水文年仅下降11%（土生境降低25%）；而粗糠柴在两种生境均降低30%以上。以上研究定量解析了低土壤储水环境下，喀斯特石生优势种能通过较强的根系穿插岩石能力和叶片非等水势行为，利用表层岩溶水来缓解土壤水分不足的影响。研究结果揭示了表层岩溶水对石生生境植物的重要作用，为深入理解喀斯特植物对干旱的响应机制提供了重要理论依据。在全球气候变化背景下，应当因地制宜的优化物种配置，促进植被的可持续性恢复。该研究得到了国家自然科学基金重点基金、面上项目和金沙威尼斯欢乐娱人城青促会优秀会员的资助。论文链接2021（正常水文年）和2022（极端干旱年）年粗糠柴与紫弹树在石生境（RD）和土生境（SD）蒸腾月变化粗糠柴和紫弹树根系参数与蒸腾的相关关系粗糠柴和紫弹树在石生境（RD）和土生境（SD）水力面积
