秦嶺地質(zhì)環(huán)境-生態(tài)環(huán)境-人類活動的耦合互饋機制方面取得系列進展

秦嶺是我國中央生態(tài)屏障帶,也是維系國家生態(tài)安全的關(guān)鍵區(qū)域。受秦嶺山脈地形的影響，該地區(qū)氣候多變，暴雨局地性強、突發(fā)性高、雨量大且頻發(fā)，水土災(zāi)害嚴重。秦嶺生態(tài)地質(zhì)災(zāi)害與人類活動和生態(tài)退化高度相關(guān)，且多集中于地質(zhì)條件脆弱、地形起伏大的區(qū)域。近20年來，秦嶺城鎮(zhèn)擴張、交通建設(shè)與土地利用變化加劇，進一步加重了秦嶺地質(zhì)–生態(tài)系統(tǒng)的多重壓力。因此，如何在保障經(jīng)濟社會發(fā)展的同時，統(tǒng)籌考慮地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，研究地質(zhì)環(huán)境對生態(tài)環(huán)境的控制作用及人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響,揭示地質(zhì)環(huán)境-生態(tài)環(huán)境-人類活動的耦合互饋效應(yīng),對秦嶺自然資源開發(fā)、生態(tài)環(huán)境保護和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。

基于這一科學(xué)問題和國家需求，地球環(huán)境所金釗研究員與長安大學(xué)彭建兵院士團隊合作，依托國家自然科學(xué)基金委專項項目《秦嶺生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)演化與災(zāi)害風(fēng)險管控》，綜合運用多源數(shù)據(jù)與多種生態(tài)—地球系統(tǒng)模型，闡明了秦嶺地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境與人類活動之間的耦合互饋機制及作用過程，揭示了氣候、地質(zhì)與人類活動要素對秦嶺-關(guān)中平原過渡區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的影響途徑，并進一步揭示了地形、土壤與人類活動要素如何共同調(diào)控植被對氣候干旱的響應(yīng)規(guī)律，取得了以下系列進展：

1. 秦嶺地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境與人類活動的耦合互饋機制

秦嶺地質(zhì)環(huán)境-生態(tài)環(huán)境-人類活動的空間異質(zhì)性高,地質(zhì)環(huán)境承載力控制了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和人類活動范圍。2000~2020年,秦嶺地區(qū)人類活動表現(xiàn)為快速的經(jīng)濟發(fā)展和城市化，人類活動的范圍持續(xù)擴大，生態(tài)環(huán)境總體呈改善趨勢。地質(zhì)環(huán)境敏感性和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量高耦合度區(qū)位于中山區(qū),表明在該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境對生態(tài)環(huán)境的控制性強。人類活動強度和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的耦合協(xié)調(diào)度展示了秦嶺城市化發(fā)展和人地矛盾的空間不均衡分布。秦嶺地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化是氣候變化、人類活動與地質(zhì)環(huán)境多重作用的結(jié)果，三者通過復(fù)雜的交互和反饋機制共同調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)的分布、結(jié)構(gòu)與功能（圖1）。

1. 氣候、地質(zhì)與人類活動要素對生態(tài)系統(tǒng)健康的影響途徑

以藍田縣為例，揭示了秦嶺-關(guān)中平原過渡區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康受氣候因素、地質(zhì)因素和人類活動的三重影響。2000—2020年間，人類活動顯著擴張，加劇了景觀生態(tài)風(fēng)險；與此同時，河谷和丘陵地區(qū)的生態(tài)穩(wěn)定性有所改善，水土流失總體下降，整體生態(tài)健康狀況呈現(xiàn)改善趨勢（圖2）。土壤有機碳、海拔、坡度、降水和溫度等地質(zhì)和氣候因素通過個體及交互作用顯著影響生態(tài)系統(tǒng)健康，而人類活動主要通過增加水土流失和景觀生態(tài)風(fēng)險對生態(tài)系統(tǒng)健康產(chǎn)生負向效應(yīng)。氣候因素和地質(zhì)條件是生態(tài)系統(tǒng)健康變化的主要驅(qū)動力，人類活動的集聚化則是秦嶺-關(guān)中平原過渡區(qū)生態(tài)風(fēng)險上升的關(guān)鍵原因。

1. 地形、土壤與人類活動如何共同調(diào)控秦嶺植被對干旱的響應(yīng)

秦嶺地區(qū)植被對干旱的響應(yīng)受氣候、地形、土壤條件的共同調(diào)控（圖3）。2001-2020年，秦嶺EVI（增強型植被指數(shù)）的增幅顯著高于GPP（總初級生產(chǎn)力）和LAI（葉面積指數(shù)），表明干旱主要抑制GPP和LAI。研究發(fā)現(xiàn)，短期干旱在一定程度上促進了秦嶺植被的生長，而長期干旱總體上抑制植被生長。海拔、基巖深度和坡度等因素通過影響水分可用性和氣候條件調(diào)節(jié)植被的抗旱性。土壤養(yǎng)分（N、P、K）通過調(diào)控生理過程增強植被的抗旱能力，而土壤和風(fēng)化層的儲水能力限制了深根植被在干旱期間的水分獲取。人工植被對短期干旱表現(xiàn)出更高的敏感性，天然林在長期干旱期間受水分限制的影響更明顯。

上述研究成果分別發(fā)表在中國科學(xué)院一區(qū)期刊《中國科學(xué)：地球科學(xué)》、Catena和Ecological Indicators。長安大學(xué)和中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生李超為論文第一作者，中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所金釗研究員和長安大學(xué)彭建兵院士為論文共同通訊作者。

1. Li Chao,Jin Zhao*,Jiang Chengcheng,Shen Yanjun,Wang Rui,Peng Jianbing*. Coupled mutual feedback and interaction mechanisms among the geological environment,ecological environment and human activities in the Qinling Mountains. Science China Earth Sciences,2025,68(8):2663-2682.?https://www.sciengine.com/SSTe/doi/10.1360/SSTe-2024-0105

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1. Li?Chao,Jin Zhao*,Feng Li,Jiang Chengcheng,Peng Jianbing. Impacts of natural and anthropogenic factors on ecosystem health in the basin-Mountain transition region: A study based on a risk-process-value assessment framework. Ecological Indicators,2025,176: 113623.?https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2025.113623

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2. Li Chao,Jin Zhao*,Jiang Chengcheng,Shen Yanjun,Wang Rui,Peng Jianbing*. How topographic and pedological factors affect vegetation responses to drought: A study from the Qinling Mountains,China. Catena,2025,260: 109470.?https://doi.org/10.1016/j.catena.2025.109470

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圖1 秦嶺地質(zhì)環(huán)境-生態(tài)環(huán)境-人類活動耦合互饋效應(yīng)圖

圖2?秦嶺-關(guān)中平原過渡區(qū)藍田縣2000-2020生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)空間分布圖

圖3?氣候、地形和土壤要素共同影響秦嶺植被對干旱的響應(yīng)