“山水林田湖草沙生命共同体”耦合框架、模型与展望

“山水林田湖草沙生命共同体”系统保护与修复是我国生态文明建设的重要内容。明确生命共同体的耦合机制，是科学地进行生态保护和修复工作的关键。针对当前生命共同体耦合机制不清、理论和方法不健全的问题，从耦合的视角出发，在小流域尺度上单一生态系统内部生态要素的耦合、流域尺度上不同生态系统之间的耦合、区域尺度上人与自然的耦合三个方面进行整合，在此基础上探讨了多尺度山水林田湖草沙耦合理论，提出了一般性的山水林田湖草沙耦合理论框架。梳理并比较了当前主要的生态系统模型、景观模型、统计学模型以及复合生态系统的多模型耦合方法，综合提出了一个适用于"山水林田湖草沙生命共同体"耦合研究方法。对进一步完善山水林田湖草沙一体化保护修复提出了建议，包括：一是构建多源信息数据库，推进定量化耦合机制研究；二是开展全生命周期监测与评估，探索适应性治理路径；三是强化多元主体参与，完善协同保护机制。     

山水林田湖草生态保护修复的系统性认知

系统治理是山水林田湖草生态保护修复的核心,然而在工程实施和评估中如何有效落实和考核山水林田湖草生态保护修复的系统性仍是目前一大难题。通过厘清系统性与整体性的逻辑关系,从山水林田湖草生态保护修复的对象、主体及其耦合联系入手,明晰系统治理是山水林田湖草生态保护修复的必然选择,进而提出关键要素控制与全要素耦合相结合的治理思路,并以云南抚仙湖项目区为例阐明系统治理在山水林田湖草生态保护修复中的实践路径。最后,依据结构-功能复杂度、要素关联紧密度及其认知,将山水林田湖草治理系统分为形态系统、级联系统、过程-响应系统、控制系统等四级递进系统,从流域内和流域外的空间视角出发,提出基于“目标-约束-成本”的山水林田湖草生态保护修复系统性评估方法,为山水林田湖草系统治理的实施与考核提供核心科学支撑。     

生态系统服务理论与山水林田湖草生态保护修复的应用

科学有效的理论基础是推进山水林田湖草生态保护修复工程顺利实施的保障。探讨了生态系统服务理论在山水林田湖草生态保护修复中的应用,以“压力-状态-响应”为主线构建了不同时空尺度上山水林田湖草与生态系统服务之间的关系认知框架,分析了山水林田湖草系统修复工程中生态系统服务研究的关键问题：（1）山水林田湖草系统修复工程区主要生态系统服务的时空演变规律与驱动机制;（2）山水林田湖草系统修复工程区多种生态系统服务之间的权衡与协同关系;（3）山水林田湖草系统修复工程区生态系统服务集成与生态系统管理策略;（4）山水林田湖草系统修复工程调控及其尺度效应;（5）探索优质生态产品价值实现机制,阐述了生态系统服务理论在山水林田湖草系统修复中的现实意义,以期有效推动山水林田湖草生态保护修复工程从科学到实践的深入。     

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。     

青藏高原山水林田湖草生态保护修复模式——以拉萨河流域为例

山水林田湖草生态保护与修复是推进生态文明建设的必然要求。青藏高原是我国生态屏障区、水源涵养区和生态脆弱区,生态地位独特、生态保护责任重大。为此,中央及地方政府高度重视青藏高原生态文明建设,积极开展山水林田湖草生态保护修复试点工程。从青藏高原山水林田湖草生态保护与修复试点的特殊性出发,以拉萨河流域为例梳理了其主要的生态保护修复工程项目,提炼了青藏高原山水林田湖草生态保护与修复的技术路线,从参与主体、整合要素、运行保障、实施目标等方面总结了青藏高原多部门跨区、多要素综合、多渠道协作、多目标耦合的山水林田湖草联动治理模式,从山、水、林、田、湖、草六大生态要素出发归纳了青藏高原生态保护修复的分类指导-精准施策的实践框架,以期对青藏高原山水林田湖草生态建设情况有一个清晰的认识,并为全国其他地区系统开展山水林田湖草生态保护修复工作提供借鉴。     

黄土高原典型流域生态问题诊断与系统修复实践探讨——以山西汾河中上游试点项目为例

流域生态系统涵盖山、水、林、田、湖、草等自然生态各要素,对流域生态系统进行总体保护、系统修复和综合治理,是践行习近平总书记生态文明建设理念的重要抓手。黄土高原地处半干旱半湿润气候带,水土流失严重,生态环境脆弱,探索黄土高原典型流域生态保护修复的理论与实践,对于实现国家生态文明建设具有重要作用。从黄土高原典型流域生态系统特征及存在的生态问题出发,提出流域生态系统修复治理的四大核心理念：（1）宏观规划调控与局地修复调整相结合理念;（2）区域生态功能提升与社会经济发展相协调理念;（3）由“头痛治头、脚痛治脚”转向“整体把脉,系统治疗”理念;（4）由“开刀治病”工程治理向“健康管理”自然恢复逐步引导理念。以山西省汾河中上游为例,在梳理山水林田湖草生态保护修复工程项目实践设计思路的基础上,详细介绍了汾河中上游五大生态保护修复分区（管涔山汾河源头水源涵养及生物多样性保护区、汾河干流中上游水生态保护修复区、水土保持生态保护修复区、汾河上游水源涵养生态保护修复区和矿山生态环境治理修复区）及其修复任务。总结山水林田湖草生态保护修复基本经验,并对完善黄土高原典型流域生态保护修复体制建设与技术服务进行展望,以期为黄土高原乃至全国区域开展流域生态保护修复工作提供借鉴和参考。     

流域生态系统服务和水土资源匹配研究进展

生态系统服务精确评估和水土资源匹配状态，对统筹流域山水林田湖草一体化保护和修复，以及构建流域国土空间开发保护新格局具有深远影响。以生态系统服务与水土资源的响应关系为出发点，系统梳理了流域生态系统服务评估及水土资源匹配研究现状。主要贡献包括：(1)筛选大尺度生态系统服务评估精确性方法及其优势阐述；(2)提出将信息熵理论与多目标优化相结合的水土资源匹配模型算法；(3)指出基于系统耦合协调理论进行流域生态系统服务与水土资源响应机理研究的必要性。研究以期阐明流域生态系统服务与水土资源的关联性及其响应机制，为最终实现流域“土地利用经济-生态效益最大、缺水总量最小”的过程目标导向和“生态系统服务效益最大”的结果目标导向，提供理论支撑和技术指导。     

景感生态学在流域生态系统保护与修复实践中的应用——以大凌河流域北票段为例

生态系统保护与修复已成为我国生态文明建设的一项核心内容，自2016年以来，在全国24个省（自治区、直辖市）已开展了25个山水林田湖草生态保护修复工程试点工程。以大凌河流域北票段为研究区，探讨了景感生态学理论在山水林田湖草生态系统保护与修复实践中的应用。基于景感生态学理论，构建大凌河流域北票段生态系统保护与修复综合治理框架，以保持、改善和提升生态系统服务，实现可持续发展为目标，构建了"一中心、二重点、五要素、六工程"的生态系统保护与修复景感空间体系，并基于此将大凌河流域北票段生态系统保护与修复分为5个重要治理区域，形成"一带四区"的生态安全格局，提出了应用景感生态学理论，构建区域居民的共同行为规范，引导并实现人类对自然生态系统的有利影响，进一步提升生态系统保护与修复效果的对策建议。通过大凌河流域北票段的分析案例，以景感营造的理念开展区域生态系统保护与修复顶层设计，为促进区域可持续发展提供思路和途径。     

平行岭谷生态区生态保护修复的思路、模式及配套措施研究——基于重庆市“两江四山”山水林田湖草生态保护修复工程试点

山水林田湖草生态保护修复是新时代生态文明建设和国土空间综合整治的重要内容。基于重庆市“两江四山”山水林田湖草生态保护修复工程试点,探索平行岭谷区山水林田湖草整体保护、系统修复、综合治理的科学思路以及“山岭”“谷地”“江河”差异化的生态保护修复模式与措施。研究发现：平行岭谷区特殊的地形地貌条件决定了生态系统各要素具有纵向差异大、层次性强的特点,其山水林田湖草生态保护修复宜按照“山为骨、水为脉、林田湖草为肌体”的脉络进行布局,并依据海拔高程自上而下,在“山岭”“谷地”“江河”分区分层采用差异化生态保护修复与治理模式：“山岭”区域采用“保育恢复”模式,以矿山地质环境治理、森林抚育和生物多样性保护为主,“谷地”区域采用“综合整治”模式,以土地综合整治与土壤污染修复为主,“江河”区域采用“防治结合”模式,以两江沿线地质灾害防治、水环境保护和岛屿生态系统治理为主;未来应从拓展重庆地票生态功能、实施自然资源确权制度、全面试行生态环境损害赔偿制度、健全生态保护补偿机制、建立激励引导机制等方面进行制度创新和机制创新,形成山水林田湖草生态保护修复的长效机制。     

环京津山水林田湖草多目标跨区联动保护修复模式

河北环京津山水林田湖草生态保护修复试点是国家第一批山水林田湖草生态保护修复试点之一。环京津试点区域位居京畿要地,是京津冀城市群的生态安全屏障。该区域生态系统服务退化,山水林田湖草要素资源约束趋紧,生态修复难度大任务重,联防联控与协同共建机制有待健全。为此,试点实施方案明确了“自然分区-突出问题-绿色奥运”三维导向的修复思路,制定了“指标引导-空间定位-任务聚焦-工程落地”四步推进的实施路径。试点实施2年多来,河北省协同京津全面开展山水林田湖草生态系统保护修复工作,区域生态环境协同治理取得了阶段性成果,形成了以本底层、管理层、政策层、目标层为基本构架,以多要素综合、多部门协作、多渠道保障、多目标优化为核心内容的山水林田湖草“多目标跨区联动”保护修复模式。     

基于生态系统服务提升的山水林田湖草优先区分析——以贵州省为例

山水林田湖草作为生命共同体,其生态保护与修复必须以生态系统服务功能提升为导向,而且需要考虑生态系统本身脆弱性,协调好保护与发展的关系。因此,生态保护与修复工程必须从整体统筹考虑,解决生态系统及要素分割管理的问题。研究以贵州省为案例区,通过对生态系统服务和景观脆弱度分析,得到生态系统服务重要性的空间分布,确定需要生态修复的重点流域;进一步从生态保护与经济发展角度,辨析保护与发展的冲突区。结果表明,贵州省的生态系统服务能力空间差异显著,水源涵养能力在贵州东部和东南较高;土壤保持能力东南和西北部较高;生物多样性服务在贵州省西南、东南、东北部较高。景观脆弱度在都柳江流域、赤水河流域最高,生态重要性高的区域主要在都柳江流域最高。生态保护与经济发展冲突分析结果表明,生态保护与经济发展在贵州省西北和东南部存在较多的冲突区,是保护与修复的优先区域。并以乌蒙山片区山水林田湖草优先区为案例区,进一步分析生态功能、生态问题,修复措施和工程特点。本思路既体现了山水林田湖草的完整性,又体现了生态恢复的优先性,为山地地区生态保护修复工程实施与决策管理提供参考。     

河南省南太行地区山水林田湖草生态保护与修复

综合景观管理是基于可持续土地管理（SLM）、可持续林业管理（SFM）和水资源综合管理（IWRM）提出的生态保护和修复方法,强调区域整体性、系统性和多功能性。《河南省南太行地区山水林田湖草生态保护与修复工程实施方案》还在规划设计阶段,概括分析了《河南省南太行地区山水林田湖草生态保护与修复工程实施方案》中提出的区域生态环境条件、问题、总体思路和目标、总体布局和生态功能分区、主要任务和工程等,并提出管控、修山、治水、护渠、复绿、整地、扩湿等综合性生态修复策略,实施矿山环境治理、流域水环境生态修复、生态系统保护、土地整治与污染生态修复、重要生态系统保育与生物多样性维护、科技创新工程,体现系统性和整体性。在此基础上,文章提出应加强综合景观管理,主要包括开展基于“生命共同体”的系统规划设计,加强“生命共同体”景观特征和生态过程研究,提升实施项目的多功能性,加强工程技术集成应用和研发,加强公众参与与合作等建议。     

基于生态系统服务的山水林田湖草生态保护修复研究——以南太行地区鹤山区为例

开展山水林田湖草生态保护修复是生态文明建设的重要内容,将生态系统服务评价成果与山水林田湖草生态保护修复工程相结合,以国家第三批山水林田湖草生态保护修复试点-河南省南太行地区鹤山区为例,探究生态系统服务评价成果在区域山水林田湖草生态保护修复中的应用。结果表明,近年来鹤山区生态系统服务价值整体呈下降趋势且生态环境破坏严重。其中,2014-2017年鹤山区各土地类型二级服务ESV减少了303.95万元。研究期内,水资源供给、气体调节功能、气候调节、净化环境、水文调节、土壤保持、生物多样性和美学景观等8项生态服务价值都出现不同程度的下降;在鹤山区生态保护修复工作中需要重点关注生态系统的水文调节、净化环境、土壤保持和生物多样性等服务功能,相应的生态保护修复工程应集中在河道生态修复与湿地保护、矿山生态环境修复与土地整治、森林及生物多样性保护修复;鹤山区山水林田湖草生态保护修复工程能够提升区域生态服务价值。其中,工程实施后的生态系统服务价值总量预计能达到36407.95万元,比2017年增加7741.96万元,增长率为27%且各项生态服务价值均有提升。研究结果对鹤山区山水林田湖草生态保护修复工程的实施有一定的指导性作用。     

气候变化对“山水林田湖草”重大生态工程的影响

“山水林田湖草”重大生态保护与修复工程是中国对复杂生态环境治理的重要探索。鉴于目前大多数重大生态工程未系统地考虑气候变化对重大生态工程的影响问题,针对气候变化对高寒草地、北方林区以及风沙源区生态的影响,以实施了多年的三江源生态保护工程、三北防护林工程和京津风沙源治理工程为重点,分析了重大生态工程对全球气候变化的响应,解构了重大生态工程与气候的反馈关系和影响程度,指出了中国“山水林田湖草”重大生态工程实施过程中可能存在的问题,并给出了应对建议。结果表明：（1）气候变化对重大生态工程影响研究不足,尤其是涉及区域生态系统结构、功能、生物多样性与脆弱性等方面以及气候变化在工程实施效果贡献率的研究。（2）缺乏有效区分气候变化和工程实施效果的评估方法。目前能够定量识别气候变化对生态系统恢复的试验和方法比较少见,且缺乏对气候变化未来风险预估,导致制订的措施不能有效适应气候变化从而达到生态效益的最大化。所以在今后设计和实施“山水林田湖草”重大生态保护与修复工程时,要充分考虑自然规律、地理地带性差异和气候因素对生态系统的影响,并且加强建设生态综合监测和工程评价体系,根据未来不同的气候变化情景制订不同的措施,并依据气候动态预估来适当调整措施,使得生态工程能发挥出最大效益,以保证修复工程的系统性、区域性和整体性。     

基于生态网络的山水林田湖草生物多样性保护研究——以广西左右江为例

“山水林田湖草是生命共同体”的理念强调生态系统的整体性,反映了自然界各生态系统之间的联系,表明对生态环境的治理要建立在系统论的思想方法上,怎样将“山水林田湖草”的理论思想落实到具体的地区已成为生态保护与修复的关注热点。生态网络的构建不仅可以连接破碎生境,而且能够综合考虑生态系统的各个要素,因此,以广西左右江流域为例,选取保护区作为生态源地,结合最小累积阻力模型（MCR,minimum cumulative resistance）和整体连通性指数（IIC,integral index of connectivity）,分析潜在生态廊道的结构组成以及源地重要性,探讨研究区潜在生态网络“山水林田湖草”空间分布。研究结果表明：通过构建生态网络识别出69条潜在生态廊道,但在研究区中部没有可利用的廊道,导致明显的南北阻隔;在51个源地斑块中,仅有3个斑块的重要性指数大于0.2,景观整体连通性较低;通过廊道景观构成的分析发现,耕地占廊道面积比例达20.28%,仅次于自然林地（74.16%）,说明耕地对生态网络的构建有重要影响。最后通过廊道与道路的叠加选取9个关键生态节点和23个断裂点,并提出相应的修复和优化对策。研究结果可为广西左右江流域生物多样性保护提供方法和建议,同时作为对“山水林田湖草”生态保护与修复的探索,能够为今后类似研究提供参考。     

基于生态系统服务供需平衡的宁夏固原生态修复分区与优化策略

科学开展生态修复分区是落实差异化修复策略和促进区域提质建设的重要前提。本研究以宁夏固原市为例,基于多源数据,运用InVEST模型、耦合协调度模型、空间自相关等方法,以乡镇为尺度单元量化区域生态系统服务供给量和需求量,构建供需匹配与协调关系,划定生态修复分区,并根据分区内部自然资源和社会经济发展特征提出相应优化策略。结果表明: 固原市产水、固碳、土壤保持和生境质量4种服务供给较高的地区主要位于南部乡镇,人口密度、经济发展水平较高且对生态系统服务需求较大的地区主要位于中心城区和各县城政府驻地所在乡镇。各乡镇生态系统服务供需匹配关系以低供给-高需求和高供给-低需求的空间错配型为主导,且平均协调度指数为0.5,表现为供需关系基本协调。结合生态系统服务供需关系和区域自然地理格局,将固原市划分为生态重点修复区、生态潜在修复区、生态经济重整改造区、特色农业发展区、生态核心保护区和生态产业提质建设区6类,同时提出差异化生态修复路径,为针对性开展生态修复实践提供科学支撑。