人类活动对生态系统服务流的影响

生态系统服务流对生态系统服务地形成、输送、转化和维持具有重要作用,搭建起了生态系统服务供给与人类需求之间的桥梁,成为近期学者关注的焦点之一。随着人口数量的急剧增加和经济社会的快速发展,人类的物质需求呈非线性方式增长。人类在利用生态系统服务流带来惠益的同时,也给生态系统服务流带来压力。综述了生态系统服务流的内涵和属性特征,包括生态系统服务流的定义、分类、时空尺度、载体特征和量化属性等。分析了人类活动对生态系统服务流的影响机制,即积极的与消极的人类活动通过对生态系统服务流的空间单元、传递载体和量化属性等方面的影响进而影响到具体的生态系统服务流并最终影响人类福祉。探讨了通过生态系统服务流价值和风险评估、生态系统服务流保护规划、生态系统服务流恢复与重建等积极的人类活动,来实现生态系统服务流传输功能的可持续。未来可以通过对生态系统服务流路径载体衰减效应研究、多尺度分析处理系统的使用和生态系统服务流传输网络动态耦合模型的构建等来制定合理的生态系统服务流集成管理。通过对人类活动与生态系统服务流相互关系的研究,有利于对退化的生态系统服务流进行保护和恢复,也可为生态系统服务流相关研究奠定基础。     

区域生态效应研究中人类活动强度定量化评价

人类活动及其干扰会产生不同的生态环境效应,定量化评价区域人类活动干扰的特点是分析人类活动对区域生态环境影响的基础。人类活动强度的定量评价有助于更好地理解生态系统变化的驱动机制,对于合理调控人类活动,预防或减少可能产生的生态危机以及区域的规划管理和政策的制定具有重要意义。目前研究主要是从压力变化和状态变化两方面对人类活动强度进行的评价。本文基于人类活动压力的视角,建立了基于权重的多指标叠加体系对人类活动强度进行评估;从状态变化的角度,从土地利用变化、生态系统服务变化或多因子状态变化等方面进行评价。介绍了在定量化评价人类活动强度中应用较为广泛的方法,如人类足迹指数、喀斯特干扰指数、生态足迹方法和景观发展指数等。指出了目前人类活动强度定量化评价研究中存在的问题及对未来发展提出了建议。     

生态系统生态服务的供应与消耗平衡关系分析

目前对生态服务功能价值的研究主要集中在自然生态系统的供应方面,而对人工生态系统,尤其是建设用地系统对生态服务价值的消费或影响重视不够。在Costanza全球生态服务价值研究成果基础上,采用替代成本法、防治成本法、影子价格法等多种间接市场方法给出人工生态系统对生态服务消费或影响的估算方法,并结合江苏省太仓市的应用实例,研究其生态系统服务1996—2003不同年度变化的供应及消费情况,并在此基础上分析生态服务的平衡状况,结果显示,1996-2001年间生态服务基本保持平衡,2001年后生态净服务（供需相抵后的生态服务）呈急剧下降之势,建议在今后的社会经济活动中应适量降低活动强度,尽量维持区域生态服务的平衡。不单单分析生态服务的供应状况,而是从整个生态系统生态服务的平衡着手,有利于引导人类的社会活动向维护生态服务的方向进行。     

基于生态流方法的土地整治项目对农田生态系统的影响研究

将土地整治活动作为外界对农田生态系统(项目区)集中性的外部激励,以陕西关中凤翔县典型土地整治项目为例,分析了项目实施前后生态流(物质流、能量流、信息流)变化状况,建立了土地整治生态影响概念性模型,明确了相应生态流的流向与路径关系,使用可用能法和能值法测算项目区外部输入及生态产品输出,应用生态流分析法,对土地整治项目生态流和系统效率进行了定量计算。根据设定的土地整治工程使用年限,评估了项目实施后区域净生态价值、自然资源依赖度、可更新资源依赖度、生态产出率、生态承载力和生态可持续度等指标的时间变化过程。得到以下研究结果:(1)可用能法和能值法测算出的系统生态效益均呈现由项目建设初期陡降为负值,而后指数增加,再趋于平稳的过程;(2)可用能法测算出项目实施后的第29年,生态效益由亏转盈,体现出系统从被扰乱后恢复自然平衡状态的过程;(3)能值法测算出项目实施后的第4年,生态系统趋于平衡状态;(4)研究区土地整治项目的经济效益为负,于项目实施3a后趋于平稳,总投资中农业生产年投入占资金总额的78.35%。通过可用能和能值方法的结合,可以定量计算系统稳定性,为土地整治项目的物质、劳动力和资金投资选择等提供借鉴。     

农田生态系统的概念、组成和特性

1　农田生态系统的概念农田生态系统是人类为了满足生存需要 ,积极干预自然生态系统 ,依靠土地资源 ,利用农作物的生长繁殖来获得产品物质而形成的半自然人工生态系统 ;是由农作物及其周围环境构成的物质转化和能量流动系统 ,在自然生态系统的基础之上 ,“迭加”了人类的经济活动而形成的更高层次上的自然与经济的统一体 ,具有自然和社会的双重属性。2　农田生态系统的组成农田生态系统的内部组成 ,也可分为非生物的环境部分——自然环境组分、人工环境组分 (包括电力、机械、肥料、农药、除草剂、防护林和水利设施等 )和生物部分——生产者…     

生态平衡概述

生态系统是生物圈固定能量和贮存物质的基本功能单位,它是生物和环境以及生物各种群之间长期相互作用而形成的一个相互依存、制约、协调的统一整体,包括自然生态系统和社会生态系统。前者包括受人类影响较少的各类自然生态系统,诸如森林生态系统、革原生态系统、荒漠生态系统、水生生态系统等。后者是以人类活动为中心的各种生态系统,诸如城市生态系统、农村生态系统、工矿生态系统等。人类在生态系统中具有特殊地位,既是生态系统中食物网络结构的组成成分,又是整个生态系统的控制和支配力量,可以能动地直接和间接控制、改造或者破坏     

基于物质流分析方法的生态海岛建设研究——以长海县为例

建设生态海岛是海岛生态经济系统实现可持续发展的重要途径。运用物质流分析方法对长海县的物质输入与输出状况进行计算,并用物质消耗强度、废物排放强度和环境负荷强度3个指标衡量了该海岛县生态效率的变化,分析了技术进步对海岛生态经济系统生态压力变化的贡献状况。结果表明,2003—2009年间,长海县物质输入总量、物质输出总量和环境负荷总量呈增长态势;生态效率明显提高;技术进步对减轻海岛生态经济系统生态压力的贡献没有抵消经济增长所产生的生态压力的增加量。为了减少物质输入和废物输出,减轻经济活动对海岛生态系统产生的压力,建立创新型管理机制有效促进技术进步,不断提高生态效率具有特别重要的作用。     

近40年青藏高原生态格局演变及其驱动因素

20世纪80年代至今近40年间,青藏高原自然与人工生态系统发生了广泛而深刻的变化,作为我国重要的生态屏障,亟需对其生态系统格局演变过程及其驱动因素进行系统定量的解析。本研究利用1980年至2018年间8期遥感解译土地利用与覆被数据,将青藏高原9类主要生态系统类型,森林、灌丛、草地、农田、城镇、水体与湿地、冰川、裸地、荒漠,依其主要构成组分,划分为以植被为主体的自然生态系统（森林、灌丛、草地）、以无机环境为主体的自然生态系统（水体与湿地、冰川、裸地、荒漠）,以及人工生态系统（农田、城镇）共三大类。统计分析表明1980至2018年的近40年来,青藏高原以植被为主的自然生态系统面积约占61.9%,其中草地生态系统变化率较大,局部年际变化逾30%/10a,草地灌丛面积扩张明显,最高可达约7%/10a。此外,青藏高原喜马拉雅山脉附近的冰川消减较快,下降速率约达25%/10a。青藏高原东缘向西城镇扩张明显,城镇面积占比增加约40%。研究还对气温和降水计算其变化速率,量化驱动生态系统演变的外部气候环境的时空动态特征,结合地理环境变量、人类活动强度、土壤侵蚀度、生物丰度等综合的驱动因素指标,建立多层级结构方程模型。研究发现,以植被为主的自然生态系统变化速率与气温、降水的变化速率呈现显著负相关,以无机环境要素为主的自然生态系统与气候因子的变化速率呈现显著正相关,人工生态系统则与外部环境因素耦合关系不强,结果表明青藏高原森林、灌丛、草地一类自然植被生态系统与环境变化之间呈现负反馈的保守性耦合关系,相比较水体与湿地、冰川、裸地和荒漠生态系统来讲,具有更强的韧性,因此保护区域自然植被将有利于维护青藏高原整体的生态屏障功能。     

生态资产评估及管理研究进展

生态资产是生态系统的自然资源属性和生态系统服务属性的综合体现,为人类社会可持续发展提供着基础支撑。如何准确评估生态资产状况和正确计量生态资产变化,实现生态资产的科学管理和合理使用,是实现人类社会可持续发展目标所需要解决的关键问题之一。对生态资产评估与管理的国外研究进行了系统梳理,提出了今后一段时期的研究重点。在生态资产内涵方面,尽管前期国内外学者理解有所不同,随着认知水平的不断发展,国内对生态资产的理解逐渐趋同于国外。在研究内容方面,生态资产评估与度量、核算与账户管理、服务于人类福祉和可持续发展等方面是研究的核心内容及热点领域,取得积极进展但也存在一些不足,特别是包括自然资源类和生态系统服务类的生态资产综合评估模型方面。今后需要加强基于自然生态系统的双重属性强化生态资产内涵研究和重要性认知研究,全要素生态资产评估方法及全流程核算与权衡管理研究。在我国,需要加强生态资产核算的基础标准、规范账户管理及应用体系研究。     

关中地区生态系统服务价值变化及其与经济发展耦合关系

探究区域生态系统服务价值变化及其与经济发展的耦合关系,对实现区域生态与经济可持续发展具有重要意义。关中地区人类活动剧烈,生态与经济可持续发展仍是该区域研究的热点问题之一。本文以2000—2018年为研究时段,基于改进的当量因子定量研究关中地区生态系统服务价值,并采用熵值法构建指标体系探讨区域经济发展水平变化特征,在此基础上,利用耦合协调度模型分析关中地区生态与经济的耦合关系。结果表明：关中地区生态系统服务价值呈现明显上升趋势,各土地利用类型中林地生态系统服务价值所占比重最大且增速最快;经济发展水平呈现上升趋势,空间上呈现以西安市为中心、咸阳市为副中心的双核分异特征;生态与经济发展协调度整体趋于好转,大多数县区由基本不协调趋于低度协调状态,但与良好协调状态仍有差距。     

生态网络分析方法研究综述

生态网络分析方法是分析生态系统作用关系、辨识系统内在、整体属性的一种有效的系统分析方法。总结了生态网络分析方法的主要研究成果:网络结构特性、网络稳定性、网络上升性、网络效能等;介绍了构建生态网络模型过程和群落构建规则;以德国西部城市诺伊斯河口氮循环为例,介绍David K是如何运用生态网络分析方法来揭示网络中的微动力流循环规律。生态网络分析方法的主要贡献:(1)对人们凭经验感知的生态系统分室间的关联关系,采用了严密的数学模型和推导进行了描述和证明;(2)为生态系统的微动力流循环的研究提供了方法,对生态系统中物质流的间接循环作用进行了科学论证;(3)不仅为分析生态系统提供了一种科学的数学方法,而且,它为探索生态系统提供了不同与牛顿世界观的崭新的认识论。总结与回顾生态网络分析方法,有益于该方法的运用和进一步完善。     

Ecosystem growth and development

One of the most important features of biosystems is how they are able to maintain local order (low entropy) within their system boundaries. At the ecosystem scale, this organization can be observed in the thermodynamic parameters that describe it, such that these parameters can be used to track ecosystem growth and development during succession. Thermodynamically, ecosystem growth is the increase of energy throughflow and stored biomass, and ecosystem development is the internal reorganization of these energy mass stores, which affect transfers, transformations, and time lags within the system. Several proposed hypotheses describe thermodynamically the orientation or natural tendency that ecosystems follow during succession, and here, we consider five: minimize specific entropy production, maximize dissipation, maximize exergy storage (includes biomass and information), maximize energy throughflow, and maximize retention time. These thermodynamic orientors were previously all shown to occur to some degree during succession, and here we present a refinement by observing them during different stages of succession. We view ecosystem succession as a series of four growth and development stages: boundary, structural, network, and informational. We demonstrate how each of these ecological thermodynamic orientors behaves during the different growth and development stages, and show that while all apply during some stages only maximizing energy throughflow and maximizing exergy storage are applicable during all four stages. Therefore, we conclude that the movement away from thermodynamic equilibrium, and the subsequent increase in organization during ecosystem growth and development, is a result of system components and configurations that maximize the flux of useful energy and the amount of stored exergy. Empirical data and theoretical models support these conclusions.     

生态系统生态学研究的关键问题及趋势——从“整体论与还原论的争论”看

在生态学领域中,存在着生态系统整体论与还原论的争论。Tansley A.G.提出,生态系统是"准有机体"。Odum兄弟提出的"生态系统能量说"被广泛接受,但也受到质疑,称其为"还原论者的整体论"。基于对上述质疑的回应以及对生态系统整体论的追求,Patten B.C.等提出"生态网络理论",运用"网络‘环境子’分析"方法,试图从物理层面分析解决生物层面的"涌现性"问题。不过,这一理论也受到批判,认为其在探究符号化的现象对生态系统的动态影响时,陷入了还原论困境。Jrgensen S.E.等更进一步,提出"系统论"的生态系统生态学,试图从系统科学的角度研究生态系统的"物质-能量-信息-网络"系统。这一理论受到生态学界高度重视,但是也存在着在具体研究过程中如何平衡能量视角和生物地球化学视角的问题。由上述争论可见,生态系统生态学研究的趋势是从"物质实体"到"能量流动",再到"网络信息",最后到"开放系统"层层递进。目前面临的关键问题是:如何在更好地定义生态系统整体性的基础上,采取相应的能够体现生态系统整体性的方法,去获得更多、更好的生态系统整体性的认识。     

Rapid development of indirect effects in ecological networks

Indirect effects are important components of ecological and evolutionary interactions that may maintain biodiversity, enable or inhibit invasive species, and challenge ecosystem assessment and management. A central hypothesis of Network Environ Analysis (NEA), one type of ecological network analysis, is that indirect flows tend to dominate direct flows in ecosystem networks of conservative substance exchanges. However, current NEA methods assume that these ecosystems are stationary (i.e. time invariant exchange rates), which is unlikely to be true for many ecosystems for interesting time and space scales. For the work reported here, we investigated the sensitivity of the dominance of indirect effects hypothesis to the stationary modeling assumption by determining the development rate of indirect effects and flow intensity, as expressed as the number of transfer steps, in thirty‐one ecosystem models. We hypothesized that indirect effects develop rapidly in ecological networks, but that they would develop faster in biogeochemically based models than in trophically based models. In contrast, our results show that indirect effects develop rapidly in all thirty‐one models examined. In 94% of the models, indirect flows exceeded direct flows by a pathway length of 3. This indicates that ecological systems do not need to maintain a particular configuration for long for indirect effects to dominate. Thus, the dominance of indirect effects hypothesis remains plausible. We also found that biogeochemical models tended to require more of the extended path network than the trophic models to account for 50% and 95% of the total system activity, but that both types of models required more of the power series than is typically considered in engineered systems. These results succinctly illustrate the complexity of ecological systems and help explain why they are challenging to assess and manage.     

Ecological network analysis of urban–industrial ecosystems

Sustainability of urban areas is paramount in the coming years as cities continue to grow in population and resource consumption. A number of methods to model cities have been developed, including material flow analysis and urban metabolism, but these accounting methods do not fully analyze the complex network dynamics present within cities. Ecological network analysis (ENA) provides a new perspective into these urban areas by using metrics designed for analysis of natural ecosystems. This study analyzes 29 urban–industrial ecosystems using ENA, comparing the networks to each other as well as comparing them to previously analyzed eco‐industrial parks and natural food webs. It is found that these systems perform similar to other human‐designed systems, which consistently lack in ecological performance when compared with the natural ecosystems. Additionally, the impact of specific actor types within these networks is shown indicating the importance of industry, agriculture, and the natural environment. Finally, the types of networks are determined to affect the ecological metrics, with the more linear‐based energy networks having the worst performance. This new dataset of ecologically analyzed networks provides a deeper understanding of urban networks and their infrastructure, while providing useful information on how to potentially improve their sustainability.     

产业生态系统新型定量研究方法综述

产业生态系统研究已成为当今学术界、产业界的研究重点和热点,对于充分利用资源、减轻环境压力、改造升级传统产业都具有不可估量的科学指导意义。目前,国内外对产业生态系统的研究定性较多,包括概念,特点,建设原则和经营理念的描述,而定量较少。然而,产业生态系统在发展当中也出现了大量的实际问题,急需加强对其定量研究,从而发现、提高和改进产业生态系统的结构及效率,增强可持续性。从近些年生态学的先进理论成果入手探讨了定量研究产业生态系统的一些方法——能值、(火用)、生态足迹和生态信息的方法。对这些方法的理论基础、发展历程、实践应用和适用特点依次进行了详细的梳理和归纳,并基于3个基本原则(生态维度和经济维度的整合,系统长期的恢复力,系统的广度和强度性质)对各个方法进行了综合比较分析,旨在为产业生态系统研究提供方向和理论指导。     

湖泊生态服务受益者分析及生态生产函数构建

生态系统服务管理作为生态系统管理的优化方式,是生态学研究的前沿方向。湖泊生态系统服务管理是指综合利用生态学、经济学、社会学和管理学等学科知识,对影响湖泊生态系统结构、过程、功能的关键因子进行调控,提高湖泊生态系统服务供给水平和供给能力的过程。近年来国内外学者针对湖泊生态系统服务内涵、分类、经济价值评估等方面开展了大量研究,极大地促进了湖泊生态系统服务从认知走向管理实践。然而,现有研究在开展湖泊生态系统服务价值评估时多忽略生态系统服务受益者和生态系统特征对生态系统服务的边际影响分析,无法揭示生态系统服务空间流动和转移特征及生态系统服务时空权衡关系,制约了生态系统服务研究与管理决策和政策设计结合。在综述湖泊生态系统服务定量评估方法的基础上,认为通过生态系统服务受益者分析确定湖泊生态系统最终服务,并通过构建生态生产函数确定湖泊生态系统服务权衡关系及湖泊生态系统特征对生态系统最终服务的边际影响,是生态系统服务走向管理实践和政策设计的科学依据,可以确保生态、社会、经济可持续发展。     

Assessment of regulated rivers with indices based on macroinvertebrates,fish and riparian forest in the southeast of Spain

The complexity of natural river ecosystems is driven by the natural flow regime. Alteration of the flow regime generates changes in geomorphological processes and poses a challenge to conservation of the integrity of biotic communities. The modifications of flow regimes can produce serious changes to the structure and function of aquatic ecosystems. The present study aims to evaluate these changes in two regulated rivers under different management regimes. The reaches are located upstream and downstream of two reservoirs in the Mundo and Segura Rivers (Southeast Spain) and were sampled in spring, 2006. According to the Water Framework Directive, ecological condition should be evaluated by observed deviation from the expected natural condition. In this study, we applied this concept to determine the degree of alteration in the regulated reaches. The evaluation of ecological status has been performed by applying a multimetric focus using indices derived from the community of macroinvertebrates (MCLM) and fish (SI) as biological elements as well as a riparian forest index (RQI), which analyzes a hydromorphological element. The assessment of ecological status revealed degradation in the quality of reaches downstream of reservoirs. These three biological indicators are sensitive to the alteration of natural flows produced by regulation. Flow regimes are modified due to a need to store water resources for economic purposes; however flow regimes should be planned in accordance with the natural cycle so that ecosystem quality is preserved and not further degraded in the future.     

高校校园生态系统可控性

在环境问题日趋严重的背景下,人类一直在探索将城市生态系统改造成能够自身循环、更好利用可再生能源、同时大幅减少排放的受控系统,但由于该系统的复杂度太高,可控程度较低,其实现难度很大。高校校园可视为比较典型的城市生态系统的子系统,在合理的管控与现代信息技术的支持下,高校校园最有可能实现生态系统可控化建设。对四个主要生态流(物质流、能量流、人口流、信息流)在高校生态系统中的作用进行理论阐述,针对具有中国特色、学生大规模集中居住的高校校园,提出了一种新的受控生态系统改造方案。通过对现有校园生态工程技术进行组装,完成校园生态系统基础构筑。利用综合的校园生态系统信息流管理平台监管校园物质循环、能量流动、人口流动,探讨了可实现的高校受控生态系统的建设模式,最终提出了高校受控生态系统建设的理论模型,以期达到高校校园物质与能源利用效率最大化,降低碳排放,改善局部小型气候群,进而改善环境大气候。研究结果如能较好的应用到实践中,将为城市生态系统建设提供重要参考,意味着现代生态学将为人类发展作出一定的贡献。