秦嶺地質環境-生態環境-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屏障帶,也是維系國家生態安全的關鍵區域。受秦嶺山脈地形的影響，該地區氣候多變，暴雨局地性強、突發性高、雨量大且頻發，水土災害嚴重。秦嶺生態地質災害與人類活動和生態退化高度相關，且多集中于地質條件脆弱、地形起伏大的區域。近20年來，秦嶺城鎮擴張、交通建設與土地利用變化加劇，進一步加重了秦嶺地質–生態系統的多重壓力。因此，如何在保障經濟社會發展的同時，統籌考慮地質環境與生態系統的耦合協調關系，研究地質環境對生態環境的控制作用及人類活動對生態環境的影響,揭示地質環境-生態環境-人類活動的耦合互饋效應,對秦嶺自然資源開發、生態環境保護和經濟社會可持續發展具有重要指導意義。

基于這一科學問題和國家需求，地球環境所金釗研究員與長安大學彭建兵院士團隊合作，依托國家自然科學基金委專項項目《秦嶺生態地質環境系統演化與災害風險管控》，綜合運用多源數據與多種生態—地球系統模型，闡明了秦嶺地質環境、生態環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、地質與人類活動要素對秦嶺-關中平原過渡區生態系統健康的影響途徑，并進一步揭示了地形、土壤與人類活動要素如何共同調控植被對氣候干旱的響應規律，取得了以下系列進展：

1. 秦嶺地質環境、生態環境與人類活動的耦合互饋機制

秦嶺地質環境-生態環境-人類活動的空間異質性高,地質環境承載力控制了生態環境質量和人類活動范圍。2000~2020年,秦嶺地區人類活動表現為快速的經濟發展和城市化，人類活動的范圍持續擴大，生態環境總體呈改善趨勢。地質環境敏感性和生態環境質量高耦合度區位于中山區,表明在該區域地質環境對生態環境的控制性強。人類活動強度和生態環境質量的耦合協調度展示了秦嶺城市化發展和人地矛盾的空間不均衡分布。秦嶺地區生態環境質量的變化是氣候變化、人類活動與地質環境多重作用的結果，三者通過復雜的交互和反饋機制共同調控生態系統的分布、結構與功能（圖1）。

1. 氣候、地質與人類活動要素對生態系統健康的影響途徑

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

1. 地形、土壤與人類活動如何共同調控秦嶺植被對干旱的響應

秦嶺地區植被對干旱的響應受氣候、地形、土壤條件的共同調控（圖3）。2001-2020年，秦嶺EVI（增強型植被指數）的增幅顯著高于GPP（總初級生產力）和LAI（葉面積指數），表明干旱主要抑制GPP和LAI。研究發現，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節植被的抗旱性。土壤養分（N、P、K）通過調控生理過程增強植被的抗旱能力，而土壤和風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表在中國科學院一區期刊《中國科學：地球科學》、Catena和Ecological Indicators。長安大學和中國科學院地球環境研究所聯合培養博士研究生李超為論文第一作者，中國科學院地球環境研究所金釗研究員和長安大學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 秦嶺地質環境-生態環境-人類活動耦合互饋效應圖

圖2?秦嶺-關中平原過渡區藍田縣2000-2020生態系統健康指數空間分布圖

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