基于微波遥感技术探测森林地表土壤含水率

森林地表土壤含水率是森林生态系统中的重要参数,使用微波遥感技术快速准确地估算区域尺度上的森林地表土壤含水率,对于森林生态系统研究具有重要的现实意义.本文利用TDR-300土壤含水率速测仪测得黑龙江大兴安岭地区塔河林业局盘古林场内120块样地的森林地表土壤含水率作为因变量,利用C波段全极化SAR数据的极化分解参数作为自变量,构造多元线性回归统计模型和BP神经网络模型,定量估测森林地表土壤含水率,通过模型反演获得区域尺度上森林地表土壤含水率的空间分布.结果表明: 多元线性回归统计模型的精度为86.0%,均方差根误差(RMSE)为3.0%;BP神经网络模型的精度为89.4%,RMSE为2.7%.说明利用BP神经网络模型定量估测森林地表土壤含水率优于多元线性回归模型,将全极化SAR数据通过BP神经网络模型进行仿真,最终得到研究区域的森林地表土壤含水率空间分布图.     

基于BP神经网络模型的平潭岛植被景观模拟

以GIS为技术平台,利用Matlab7.0,选用2km×2km网格图对平潭岛植被景观进行切割,得到50个样方数据,其中,44个用于模型训练,6个用于模型检验,在此基础上,选取分维数、Shannon多样性指数、蔓延度指数作为模型输出数据,选取居民点个数、风速和距海边距离作为影响因素,建立平潭岛植被景观的BP神经网络模型,并进行误差检验.结果表明:影响平潭岛植被景观空间格局和植被多样性状况的主要因素为风速、距海岸距离,人为因素对研究区植被景观的空间连接程度造成较大影响.BP神经网络模型对研究区植被景观与环境及人为影响因子之间关系的拟合与实际情况基本吻合,平均误差为7.4%,最小误差仅0.2%,模型模拟误差较小,拟合度较高,可用于对研究区植被景观的定量预测模拟.     

区域植被恢复对生态安全的影响预测 ——以岷江上游干旱河谷为例

退化生态系统恢复是保障区域生态安全的重要途径之一。在生态系统结构功能严重受损,威胁到区域生态安全时,通过引入物种进行主动的植被恢复可以有效地加速生态系统恢复进程,维护区域生态安全。但是区域尺度的植被恢复是一项规模浩大的工程,其效果和影响难以立即显现。为了评估区域植被恢复的生态风险,根据岷江上游干旱河谷区域植被恢复格局的设计结果,预测了区域植被恢复对生态安全的影响。通过对比分析现状植被盖度及生物多样性与植被恢复格局预测结果的差异,对区域植被恢复的效果进行评价,认为尽管植被恢复格局设计使部分区域生物多样性下降,但它整体提高了地表植被覆盖度,增强了抵御土壤侵蚀的能力。对保障区域生态安全具有积极的效果。     

退化森林生态系统恢复评价研究综述

森林退化是一个世界性的问题,对退化的森林进行恢复评价是合理地进行森林生态系统管理的基础。介绍了森林退化的概念,综述了退化森林生态系统恢复评价的一般程序,主要包括恢复目标的确定、参照系的选择、评价指标体系的构建及定量评价等几个方面。目前,大多数退化森林恢复评价主要包括物种多样性、植被结构和生态学过程3个方面。其中,物种多样性包括物种丰富度和多度等;植被结构包括植被盖度、乔木密度、高度、胸高断面积、生物量和凋落物结构等;生态学过程包括养分库、土壤有机质以及生物间的相互关系等。不同的研究者或管理者由于对恢复其生态系统服务功能的需求存在差异,评价退化生态系统恢复的角度也不一样。恢复评价可以从特殊种群到整个生态系统的不同层次进行。在深刻理解森林退化定义的基础上,建立现实的目标和正确地选择参照系是恢复评价的前提。     

受损常绿阔叶林生态系统退化评价指标体系和模型

为了对受损常绿阔叶林生态系统退化程度进行定量评价,在浙江天童亚热带常绿阔叶林生态系统研究的基础上,以地带性顶级群落——栲树林为参照,选取不同退化程度的次生类型：木荷林、马尾松＋木荷林、马尾松林、灌丛以及裸地,从轻到重分别代表5种不同退化程度。根据对这5种退化阶段群落的观测结果,从生态系统的组成结构、功能和生境3方面选取了43项指标,再运用主成分分析、无重复双因素方差分析等数学分析方法经过两轮筛选,得到了一个包含13项指标的常绿阔叶林生态系统退化程度诊断的指标体系。根据层次单排序的结果,进行层次总排序,在得到各级指标的权重基础上,构建了常绿阔叶林生态系统退化综合评价模型,并就模型分析结果,用生态退化指数将常绿阔叶林的退化程度分为5级：Ⅴ级——极端退化（〉0．75）,Ⅳ级——重度退化（0．59—0．75）,Ⅲ级——中度退化（0．52—0.59）、Ⅱ级——轻度退化（0．18—0．52）和Ⅰ级——正常（〈0．18）。再利用鼎湖山国家自然保护区有关退化植被的研究数据对模型进行了验证,评价结果与模型所给出的退化评价标准较为符合,表明了本评价指标体系和模型的适用性。     

喀斯特脆弱生态系统复合退化控制与重建模式

以西南喀斯特地区为例,通过总结前人的研究成就和采集中国科学院亚热带农业生态研究所喀斯特生态实验站部分收集整理和试验数据,系统分析了喀斯特脆弱生态系统及其退化的机理,从"人-自然-经济复合生态系统"的观点出发,以干扰程度、群落类型、服务功能、土地退化和贫困状况为指标,创新性地提出了喀斯特脆弱生态系统的复合退化模式(含4个阶段),运用现代生态恢复学原理、方法和现代管理学创新理论,建立了喀斯特脆弱生态系统复合退化的控制模型.以此为基础,在喀斯特石山区、半石山区和土山丘陵区3个区域环境尺度范围内,针对性地建立了生态保护型、外向经济型和双三重螺旋3种生态恢复与重建模式,以促进喀斯特区域生态、经济、社会的全面协调与可持续发展.     

西南喀斯特石漠化区域生态系统退化与恢复探讨

中国西南喀斯特石漠化区域生态系统的退化和恢复受到人为干扰的直接影响, 并受到植被、土壤、土壤生物的协同调控。生态环境的脆弱性和持续石漠化, 增加了石漠化治理和退化生态系统恢复的难度。采用持续稳定的生态恢复长效措施, 减少不合理的生产方式, 充分发挥草本植物在生态系统恢复初期的突出优势, 重视凋落物对水土保持和生态恢复的促进作用, 有利于驱动喀斯特退化生态系统的自然恢复。     

退化草原的恢复状态:气候顶极或干扰顶极?

针对世界性的草原普遍退化,以及人类利用的影响问题,该文阐述了生态系统恢复、生态演替中气候顶极、环境变化与草原状态转移、放牧利用与干扰顶极,以及人工辅助干预恢复,提出了退化草原生态系统恢复的路径与状态模式。该文特别强调:应该以生态系统为视角开展退化草原恢复,而非仅考虑植被或土壤等单一过程;同时注重干扰下的退化草原恢复,其恢复状态可能存在多个选择。退化草原恢复包括3种基本方式:1)依渐进式恢复的生态演替理论,在环境条件较好,退化程度处于中轻度的草原,借助系统自组织性,以“自然演替”能够达到顶极或近顶极状态; 2)人工辅助干预恢复:对重度或极度退化草原,突破由于非生物(土壤物理、养分等)与生物(植物定植、物种相互作用等)因素带来的限制,使用工程、物理、化学及生物生态等方法,可以恢复到某种平衡或稳定状态,或者顶极状态;3)放牧干扰恢复:通过适度家畜放牧,调控生态系统基本结构(物种组成、多样性)、主要过程(生产力形成、养分循环、反馈作用),进而促进与维持较高的草原生态系统多功能性与稳定性,对于处于中轻度的退化草原可以选择这种恢复方式。总之,退化草原恢复的目标是实现其长期稳定的生态系统多功能性。     

生态公益林补偿政策对植被覆盖时空格局的影响——以杭州市临安区为例

生态补偿政策绩效评价对完善政策调控和促进植被恢复具有重要意义。分析了临安2001—2015年植被覆盖的时空格局和变化,建立了植被退化地区土地利用变化矩阵。在Arc GIS软件中建立了临安地区归一化植被指数(NDVI)、国家级和省级公益林覆盖边界(重点生态公益林补偿边界)、道路、海拔、中心城镇用地边界、重点森林保护区、河流边界和地形湿度指数的多要素地理空间数据集。采用多元回归模型量化了重点生态公益林补偿政策、自然因素、城市化和其他人类活动对植被覆盖变化的影响。结果表明,2001—2015年间,临安大约有97%的林地呈现出不同程度的退化,其中中等退化程度的林地所占比例最高。多元线性回归模型的结果表明重点生态公益林补偿政策、海拔、河流距离、重点森林保护区距离和中心城镇距离对植被退化有抑制作用,道路和地形湿度指数对植被退化有促进作用。海拔在所有的外部影响因素中对植被退化的影响最大。政策覆盖地区的植被退化面积在每一个退化等级上都小于无政策覆盖地区。生态公益林补偿政策的实施对加强植被的保护,限制不合理的林地利用和改善区域环境质量具有十分重要的积极作用。     

基于植被降水利用效率和NDVI的黄河上游地区生态退化研究

提出了一种植被降水利用效率和NDVI变化趋势分析相结合识别生态退化、生态恢复区域的方法。利用黄河上游地区1982—2006年的AVHRR NDVI数据及同期16个气象站的降水量数据为基础数据源,计算每个像元的降水利用效率及其变化趋势,结合NDVI变化辨识生态退化和生态恢复的区域范围。结果表明,研究区域80%处于生态恢复阶段,恢复现象较为明显的区域主要位于东南部;生态退化显著的区域主要集中在玛多县县城,扎陵湖、鄂陵湖附近和龙羊峡库区周边。该结果与黄河上游地区草地退化的现状基本吻合,表明该方法可靠性较强,可以作为评估区域生态退化或生态恢复的方法。植被降水利用效率与NDVI变化趋势相结合的方法可以避免仅使用降水利用效率可能产生的误判。研究可为黄河上游地区开展生态恢复工程,合理规划和调整生态建设布局提供科学依据。     

基于生态监管的生态保护修复工程实施成效评估指标体系

生态监管是保障生态保护修复工程有效实施的重要途径，生态保护修复监督评估是我国当前维护生态环境安全的迫切需求和生态监管开展的有力抓手。在对国内外已有生态保护修复成效评估相关理论方法进行分析的基础上，围绕生态保护修复工程实施目标，结合生态监管要求，统筹考虑“山水林田湖草生命共同体”理念、生态保护修复工程类型、指标可操作性和兼容性等因素，综合运用频度分析法、专家咨询法和层次分析法等方法，提出了生态保护修复工程实施成效评估指标体系，构建了包括生态环境成效和工程管理成效的指标体系。其中，生态环境成效指标由共性指标和个性指标组成，共性指标包括生态系统格局、生态系统功能、生态干扰等方面的具体指标，个性指标包括森林保护修复工程、草原保护修复工程、湿地保护修复工程、矿山修复工程、防沙治沙工程、石漠化治理工程、水土流失治理工程、地质灾害治理工程、流域综合治理工程等不同工程类型的具体指标。工程管理成效指标主要包括工程绩效、工程实施及公众满意等方面的具体指标。在对各项指标评估的基础上，通过综合评估计算对生态保护修复工程实施成效进行评估。基于生态系统格局指数、生态系统功能指数、生态干扰指数、工程管理成效指数及不...     

河岸带生态系统退化机制及其恢复研究进展

恢复和重建自然和人为干扰导致的退化河岸带生态系统是目前恢复生态学、流域生态学等学科研究的重要内容之一．对河岸带生态系统的干扰表现在河流水文特征改变、河岸带直接干扰和流域尺度干扰3个方面,分别具有不同的影响机制．河流水文特征改变通过改变河岸土壤湿度、氧化还原电位、生物生存环境以及沉积物传输规律对河岸带生态系统产生影响;河岸带直接干扰通过人类活动及外来物种入侵而直接影响河岸带植被多样性;流域尺度干扰则主要表现在河道刷深、河道淤积、河岸带地下水位降低和河流冲刷过程改变等．河岸带生态恢复评价对象包括河岸带生态系统各要素,评价指标已从单一的生态指标转向综合性指标．河岸带生态恢复应在景观或者流域尺度上进行考虑,识别对其影响的生物和物理过程以及导致其退化的干扰因子,通过植被重建与水文调控来进行．扩展研究尺度和研究对象及采用多学科的研究方法将是今后相关研究中的重要问题．     

青藏高原重大建设工程生态修复综合效益评估指标体系

青藏高原作为我国重要的生态屏障和战略资源基地,兼顾经济社会的发展和生态环境的保护,是当前区域发展的主要目标。为实现该目标,国家先后开展了多项推动当地经济发展的重大建设工程项目,并在项目开展的过程中,针对出现的生态问题,实施了一系列的生态修复措施。目前针对青藏高原重大建设工程生态修复的研究,在多工程类型修复效益的融合,以及宏观空间布局尺度上对生态修复成效的评估还相对较少,并且缺乏统一的评价标准。故本研究选取青藏高原道路、水电和矿产开发三类典型的重大建设工程,结合区域及工程特点,通过文献调研、业界专家咨询等方法手段,以生态修复后的生态系统结构、质量和服务为核心架构,筛选能够综合客观的反映该地区生态修复效益的具体指标,最终构建系统、合理和科学的青藏高原重大建设工程生态修复综合效益评估指标体系。该评估指标体系涉及生态系统结构、质量和服务三大指标类别,包括10个主题指标,21个具体指标。以期为青藏高原重大建设工程生态修复效益的总体认知和长期监测,以及未来生态修复工程的制定、建设工程的布局及其他生态系统管理措施的实施,和未来生态修复评估的相关研究提供科学参考和理论支撑。     

生态技术评价方法及全球生态治理技术研究

全球范围内生态退化形势严峻,生态技术在遏制生态退化进程中发挥着重要作用。长期以来,对生态技术缺乏系统研究和评价,影响了其在脆弱生态区生态治理中的应用与推广。"生态技术评价方法、指标体系及全球生态治理技术评价"项目(2016YFC0503700)获得国家重点研发计划"典型脆弱生态修复与保护研究"专项支持。该项目旨在厘清全球生态退化状况及其对生态技术的需求,建立生态技术评价指标体系与方法模型,评价国内外不同类型生态技术以及重大生态工程区和不同生态退化区域的生态技术实施效果,筛选和推介满足我国及发展中国家生态治理需求的生态技术,建立生态技术评价平台和集成系统,为推动我国生态文明建设和发展中国家生态治理提供科学支撑。     

生态系统健康评价的研究进展

生态系统健康评价是环境管理和生态系统监控的基础,生态系统监控可促进生态系统健康评价。首先介绍了生态系统健康概念的产生,发展及其不同的内涵,并着重回顾和讨论了生态系统健康评价指标及其存在的问题,生态系统健康评价指标包括生态指标,物理化学指标,人类健康与社会经济指标3大类,生态指标是反映生态系统特征和状态的生物指标,它分为生态系统,群落和种群与个体等不同层次的指标或指标体系,物理化学指标是检测生态系统的非生物环境的指标。人类健康与社会经济指标着眼于生态系统对人类生存与社会发展的支持作用,采用经济参数和社会发展的环境压力指标等来衡量生态服务的质量与可持续性,根据其敏感程度和功能性,生态系统健康评价指标分为早期预警指标,适宜程度指标和诊断指标3类,一个完整的生态系统评价应包括上述3大类指标或指标体系,但在具体的评价实践中往往因评价目的和对象的不同而有所选择,生态系统健康评价目前有两个亟待解决的问题,如何有效确立评价标准与参照系以及如何正确区分人为压力和自然干扰。     

生态效益评价内容和评价指标筛选

生态效益评价的重要性已经广为人知,但评价内容和指标不统一,大大影响了评价结果的可信度。基本上是各说各有理,很难相互比较。在分析国内外相关生态系统评价方法基础上,提出生态效益评价框架,强调生态效益与经济效益和社会效益共同构成了人类社会的价值判断标准和决策依据,是经济效益和社会效益的基础,应该包括生态系统整体贡献,考虑与生态系统的动态变化的关系;并探讨了生态效益评价指标筛选的原则(关联性、灵敏性、层级性、决策导向性、代表性、可行性、独立性及经济适用性和社会可接受性);提出了生态效益指标筛选的多准则综合法和生态效益评价指标检验的3个标准(可定量化、专一化和震撼性)。本研究将为生态效益指标体系的构建提供重要参考。     

基于生态系统评价的山水林田湖草生态保护与修复体系构建研究——以乌梁素海流域为例

山水林田湖草系统保护与修复工程实施的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。从乌梁素海流域山水林田湖草的生态现状与功能出发,对乌梁素海流域水土流失、土地沙化等生态敏感性及土壤保持、水源涵养、生物多样性等生态功能重要性进行系统评价,形成基于生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果。以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,以乌梁素海流域生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果为基础,制定了“一中心、二重点、六要素、七工程”的乌梁素海山水林田湖草生态保护与修复体系,并基于此将乌梁素海流域生态保护修复分为6个主要治理区域,形成“四区、一带、一网”的生态安全格局,通过具体工程实施,流域生态环境质量和生态服务能力将取得明显提升,防风固沙能力有效增强,生物多样性持续改善,水环境质量稳定达标,生态系统的稳定性明显加强。通过乌梁素海流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复关键区域的识别提供了定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径。     

Learning from scientific literature: Can indicators for measuring success be standardized in “on the ground” restoration?

The Society for Ecological Restoration (SER) Primer identifies key ecosystem attributes for evaluating restoration outcome. Broad attribute categories could be necessary due to the large variety of restoration projects, but could make overall evaluations and assessments challenging and might hamper the development of sound and successful restoration. In this study we carry out a systematic review of scientific papers addressing evaluation of restoration outcome. We include 104 studies published after 2010 from Europe or North America, representing different types of restoration projects in terrestrial and freshwater ecosystems. We explore the main ecological and socioeconomic attributes used to evaluate restoration outcome, and related indicators and specific methods applied to measure this, in relation to ecosystem and type of restoration project. We identify a wide range of indicators within each attribute, and show that very different methods are employed to measure them. This complexity reduces the opportunity for meaningful comparison and standardization of evaluation of restoration outcome, within and between ecosystems. Socioeconomic indicators are rarely used to evaluate restoration outcome, and studies including both ecological and socioeconomic indicators are nearly absent. Based on our findings we discuss whether standardization and streamlining of indicators is useful to improve the evaluation of “on the ground” restoration, or if this is not appropriate given the diversity of goals and ecosystems involved. Species‐specific traits are used in many projects and should be considered as an addition to the original SER attributes. Furthermore, we discuss the potential for restoration evaluation that encompasses not only assessment of ecological but also socioeconomic indicators.     

草地生态系统植被变化的自然与人为因素定量区分方法

定量区分导致草地生态系统植被变化的自然和人为因素,是生态系统科学管理和保育的关键。因此,综述当前应用较为广泛的定量区分方法,包括主成分分析法、层次分析法、残差趋势法和模型差值法等,比较不同方法的计算原理、优势及误差来源,进而结合典型区域或典型生态系统,对不同方法进行对比和分析。总体而言,每种方法各有其优势和缺点,当前采用同一方法在不同区域或生态系统类型应用的研究较多,但针对方法本身改进或优化的研究较少。此外,针对同一区域开展的不同区分方法间的结果也存在差异。定量区分的结果除受方法本身算法的局限外,也受数据源的时空连续性及分辨率的影响。未来定量区分方法将强调：(1)在指标的选取上,要兼顾全面、多角度、不冗余等原则;(2)进行多源数据与多时空尺度融合,在更高时空分辨率定量区分自然与人为因素,从单一因子的贡献率区分到更多综合性指标的贡献率区分;(3)对定量区分方法本身的改进,这是当前的重点与难点。以期为生态系统适应性管理与关键生态功能的针对性保育提供科学依据和政策导向。