脆弱性研究进展:从理论研究到综合实践

从20世纪60年代脆弱性概念提出到21世纪脆弱性逐渐成为一门独立的新科学,脆弱性已成为评价地区发展状况的依据以及衡量未来发展规划的判据。基于国内外脆弱性研究文献的回顾和总结,回顾了脆弱性概念起源与发展,梳理了脆弱性评价的定性和定量方法,科学评述了21世纪以来脆弱性研究的新进展:评价方法创新、多尺度精细评价、多源数据挖掘、关键要素阈值界定、人为活动影响和脆弱性演化机理综合研究。研究发现21世纪以来脆弱性进展迅速,主要特点为多元化、多角度、精细化和综合化,表现为评价数据和方法的多元化;横向空间对比和纵向时间序列的多角度分析;多尺度精细评价;关键要素阈值与演化机理综合研究。未来,脆弱性研究应完善脆弱性概念框架和理论体系,关注耦合系统脆弱性过程与机制,探究脆弱性驱动因素和演化机理,科学界定脆弱性关键要素阈值,挖掘和提取多源遥感数据信息,开展系统脆弱性动态评价和时空分析,实现脆弱性定量评价与综合实践,最终满足国家和地区可持续发展战略的需要。     

自然生态系统响应气候变化的脆弱性评价研究进展

以气候变暖为标志的全球气候变化已引起各国政府、国际组织和科学工作者的高度重视.气候变化给人类及自然生态系统带来的风险和危害日趋增大.生态系统脆弱性分析和评价是适应和减缓气候变化的关键和基础,已成为近年来气候变化领域和生态学领域的研究热点.目前国内外学者正在不同领域、不同空间尺度上开展响应气候变化的脆弱性评价,其中以自然生态系统为评价对象的脆弱性研究也有了长足的发展.本文通过对脆弱性的概念、气候变化脆弱性评价研究现状、自然生态系统响应气候变化的脆弱性定量评价方法的综述,探讨了该研究领域存在的问题和未来的发展前景.     

农业可持续集约化评价的研究进展与展望

农业可持续集约化是保障全球粮食安全,应对饥荒、贫困和气候变化的现实路径。本文采用文献资料法、归纳演绎法等,探索性构建了农业可持续集约化的研究框架,并从概念源起、指标体系、研究尺度和评价方法4个方面系统回顾研究进展,进而探讨未来发展路径,以期为深化多学科交叉视角下的农业可持续集约化评价及其相关研究提供参考。国际上农业可持续集约化研究成果多样,基于生产力、经济、环境、社会等多个维度赋予了其丰富内涵。农业可持续集约化评价涉及生产力、经济、环境、人类和社会等多个方面,形成了包括物质投入、资源生产率、环境经济效率等多元指标的综合评价体系。评价方法主要包括要素综合评价法和指数模型评价法两类。国内相关研究相对较少,有待进一步丰富,未来应突破传统理论方法框架的约束,瞄准国际发展所带来的变革性科学议题,探索多学科交叉融合下的农业可持续集约化研究范式。     

区域生态系统健康评价——研究方法与进展

生态系统健康评价是当前宏观生态学与生态系统管理研究的热点问题之一,区域尺度的生态系统健康评价则是生态系统健康评价研究的一个重要发展方向。在探讨生态系统健康时空尺度特征的基础上,明确界定了区域生态系统健康及其评价等相关概念,结合目前区域尺度生态系统健康评价的相关研究进展,从评价的区域类型、目标单元、模型方法、指标选取及其阈值、权重设定等方面探讨了区域生态系统健康评价的基本原理与方法,并展望了进一步研究的重点方向,即评价结果的多尺度综合与尺度转换、景观生态学理论与方法的应用、3S技术的综合应用等理论与技术问题。     

景观服务研究进展

生态系统服务强调了生态组成要素对人类福祉贡献的服务功能特性,近年来逐渐成为生态学研究的热点。然而,如何从生态组成要素的综合格局——景观的服务角度阐述生态系统服务,仍然是当前研究的巨大挑战。本文详细介绍了景观服务的概念、分类和应用尺度,并从制图方法和评价指标两方面阐述了景观服务的定量化方法,在此基础上探讨了景观服务在规划设计中的应用问题。最后,提出了新的研究展望,即要继续完善景观服务概念及分类体系,探讨景观服务的多尺度相互影响机理,寻求有效的景观服务空间定量化制图方法,评价景观服务未来发展变化,探索多项景观服务间的相互影响机理以及系统的景观服务规划方法,以期为今后景观服务的应用研究提供方向性参考意见。     

生态脆弱性评价与预测研究进展

如何定义和观测生态脆弱性,如何对生态脆弱性进行客观评价和有效预测,对于维持生态系统稳定、实现区域可持续发展有着重要的理论参考价值.本文在分析国内外相关研究进展的基础上,讨论了生态脆弱性的研究方向、研究尺度和研究方法等问题,并对生态脆弱性评价和预测进行了总结.当前生态脆弱性研究中,存在着研究框架不完善,研究方法不统一,以及研究尺度与精度之间难协调等问题.未来生态脆弱性研究应关注:1)进一步增加生态脆弱性研究的广度和深度;2)生态脆弱性研究与其他学科的交叉与融合;3)利用“3S”技术建立更加系统和完善的集脆弱性动态监测、综合评价和趋势预测为一体的生态脆弱性研究体系;4)生态脆弱性应对政策的研究.     

宏观生态系统科学整合研究的多学科知识融合及其技术途径

综合认识大尺度的宏观生态系统结构功能、空间变异和动态演变的过程机理和模式机制,实现对生态系统变化及其对人类福祉影响的定量模拟、科学评估和预测预警,服务生态系统的利用保护及调控管理,是当代宏观生态系统科学的重要发展方向,正在孕育并形成大尺度的宏观生态系统科学整合生态学(IEMES)研究新领域。本研究通过对宏观生态系统科学整合生态学研究的基础理论、多学科知识融合途径及其关键技术问题的系统分析,形成以下几个基本认识: 1)宏观生态系统科学整合生态学研究是以区域、大陆和全球尺度的宏观生态系统为研究对象,采用多学科知识融合方法和技术,致力于解决人类社会发展的食物安全、资源安全、生态安全、环境安全等重大资源环境问题。2)宏观生态系统科学整合生态学研究的基本科技任务是: 理解宏观生态系统的结构功能基本属性,监测生态系统状态变化,解释生态系统时空演变规律,认知生态系统运维过程机理,定量评估生态系统功能状态及服务能力,预测生态系统动态演变及地理格局,预警生态系统变化及生态环境灾害。3)宏观生态系统科学整合生态学研究需要重新构造“多源数据分析-多模型模拟-多学科知识融合”的理论和方法学体系,发展“多尺度观测、多方法印证、多过程融合、跨尺度模拟”的多学科知识融合关键技术。4)大陆尺度的地基-空基-天基多时空尺度生态系统观测试验网络是承载多学科知识深度融合研究的基础科技设施,需要围绕区域、大陆和全球尺度的宏观生态系统科学问题,发展多要素-多过程-多界面-多介质-多尺度-多方法的多学科维度生态学知识融合关键技术。     

生态承载力研究和应用进展

生态承载力研究是解决资源-环境矛盾、实现区域可持续发展的重要基础,也是地理学、生态学和经济学关注的热点与前沿领域.本文在综述国内外相关研究成果的基础上,阐述了生态承载力的概念内涵,即对复合生态系统支持力和压力的表征;评述了常用的研究方法,即净初级生产力估测法、生态足迹法、供需平衡法、综合指标评价法和系统模型法;介绍了目前较为关注的流域、生态脆弱区、城市、农业区和旅游区生态承载力的研究进展;总结了目前生态承载力研究存在的缺乏科学完整的研究体系、阈值的生态学指示意义不明确、动态演化与预测研究不够深入、空间尺度与格局分异涉足较少等问题;并据此提出未来应在作用机理、模型构建和实践应用方面加强研究.     

生态脆弱性及其研究进展

生态脆弱性已成为当前全球变化与可持续发展研究中的热点问题.有关生态脆弱性的研究,正逐渐从重点考察某单一生态要素发展到关注区域人地系统的整体性响应.当前生态脆弱性研究的内容主要包括系统变化分析、系统自身的敏感性与外部扰动的潜在影响,人地系统的适应性等.主要的研究方法有情景分析法、生态模拟法和指标评价法.目前生态脆弱性研究中存在的问题主要是情景分析与模拟的不确定性、适应性能力与社会经济发展的关系不明晰、自然因素与社会经济因素脆弱性研究相对不足等.生态脆弱性未来研究的重点是推进脆弱性研究多学科、跨尺度的融合,加强脆弱性中自然与人文因素的厘定和耦合研究,并开展基于历史变化史实的生态脆弱性实证分析.而作为脆弱性研究归宿,适应性研究不仅需要探讨能力建设和策略优化,还应深入研究适应性能力阈值与社会经济发展的关系以及国家、区域和群体之间适应性能力的总体协调与管理.最后,需要加强人地系统对极端自然灾害事件的脆弱性的研究.     

“城市-街区”尺度下绿地景观格局对雨洪滞蓄效能的影响研究进展

在雨洪灾害频发和存量规划的背景下,阐明不同尺度下城市绿地景观格局与雨洪滞蓄效能间的关系与机制,成为实现有限城市绿地的最大雨洪滞蓄效能并提高城市防洪能力的关键科学问题。本文系统归纳了城市和街区尺度下绿地景观格局对雨洪滞蓄效能的影响要素、作用机制和尺度差异。并基于研究结论差异致因和研究不足,指出未来应增加流域尺度研究、拓展三维绿地景观格局的研究,还应分别聚焦城市和城郊区域,针对不同雨洪敏感区和街区结构,建立具有雨洪过程指示意义的研究指数集合,以定量揭示城市和街区尺度的绿地景观格局对雨洪过程作用机理,为城市规划及城市雨洪安全格局构建提供理论指导。     

城市蓝绿基础设施降温效应研究综述

蓝绿基础设施对于调节城市气候、应对未来气候变化和增强城市韧性极为重要。采用文献分析法系统梳理城市蓝绿基础设施降温效应研究特点，结合气候区特征从景观、类型和群落斑块尺度上分析蓝绿基础设施降温效应及其关键影响因素，并尝试运用Meta分析统计城市蓝绿基础设施降温效应的定量指标，最终面向规划设计实践需求提出未来城市蓝绿基础设施降温效应研究的三大挑战：（1）衔接城市和街区尺度上蓝绿基础设施降温效应研究，筛选关键的蓝绿基础设施热缓解参数，指导城市绿地系统规划定量指标的设定；（2）整合水平与垂直的多维度蓝绿基础设施降温效应研究，结合街区特征确定降温阈值，以指导控制性详细规划中的蓝绿基础设施布局；（3）探究影响不同单体植物降温效率的核心要素，筛选最优降温植物群落配置，指导场地尺度上植物降温的种植设计。     

石化基地生态环境系统脆弱性演化机理——以连云港为例

通过梳理国内外文献,挖掘脆弱性本质,提出普遍适用于生态系统脆弱性的PIR理论框架,并从人-环境耦合角度构建演化模型探究石化基地生态环境系统脆弱性演化机理。研究发现：生态系统脆弱性来源于压力扰动,体现在暴露性与敏感性的联合效应,而最终取决于弹性应对影响的状态。石化基地是一个多层次闭环系统,在压力影响下,暴露性、敏感性及弹性彼此间的双重导向作用决定着脆弱性的演化进程;内外部人文与环境因素变化是脆弱性的潜在驱动力,而压力源增多、暴露比例扩大、敏感性上升、弹性退化以及缺乏环境治理能力是加剧脆弱性的具体表征。以欠发达地区连云港石化基地为例,模拟其系统脆弱性演化过程,并从压力、暴露性、敏感性、自我恢复能力和人工修复能力方面构建评价指标体系。结论与建议不仅对石化基地所在欠发达地区的可持续发展具有启示意义,还为其生态环境系统脆弱性的进一步评价提供理论依据。     

基于文献计量的居民食物消费碳排放研究进展及发展态势

食物是人类生存和发展的基础，然而城市化过程中食物消费产生的碳排放也影响着生态环境与人类福祉。双碳目标下，如何协调食物消费增长与低碳减排之间的矛盾，亟需从不同尺度制定绿色消费优化策略。基于此，从居民食物消费碳排放研究的发文态势、研究方法以及研究内容3个方面进行归纳和梳理。研究发现：①由居民食物消费引起的碳排放问题仍是未来学术界的研究热点之一；②从生产端、消费端及系统视角3个方面对居民食物消费碳排放概念和内涵进行理解，有助于界定碳排放核算边界；③目前居民食物消费碳排放核算的主流测算方法包括生命周期评价（LCA）、碳排放系数、投入产出分析（IOA）和物质流分析（MFA）方法这4种；④从碳排放分布特征看，国内外学者从不同尺度（全球、国家、地区、省域、城市）、不同方式（直接与间接）、不同环节（生产与消费等）、不同消费结构（植物型与动物型）等多角度对其进行探讨；⑤从影响机制来看，基于多尺度时空融合视角量化分析居民食物消费碳排放作用机理这一科学问题值得关注。因此，综合考虑人口、社会、经济等多要素，同时考虑空间异质性，识别居民食物消费碳排放关键机制，构建面向双碳目标的碳减排潜力情景并揭示不同情景下的碳减排贡献，将有助于提出最优的居民生活绿色消费模式。     

基于社会-生态系统的沙漠化逆转过程脆弱性评价指标体系

土地沙漠化是当今世界最为严峻的生态环境问题之一。沙漠化逆转作为其反向转化过程,存在一定的脆弱性和不稳定性,即沙漠化逆转趋势减弱或反向发展的倾向。社会-生态系统理念是当今世界生态系统分析的新思路,从该视角界定沙漠化逆转过程的脆弱性概念,选取Driving-Pressure-Status-Impact-Response(DPSIR)分析框架,以农牧交错带典型沙漠化逆转区宁夏盐池县为案例,针对沙漠化逆转的因果联系和过程特点,构建一套涵盖气候湿润指数、生态治理指数、沙地所占比例在内的4层、5要素、41指标的评价体系,进而探讨驱动力、压力、状态、影响、响应5项要素间的逻辑因果关系及其脆弱性定量化计算方法,以期科学评估沙漠化逆转过程的脆弱性,为该类型区沙漠化问题的进一步治理和调控提供科学依据。     

黄土高原生态水文过程研究进展

以黄土高原水文过程为主线,围绕水资源短缺、水量分布不均衡、水文过程的复杂性和非稳态等特性,梳理了黄土高原水文过程的主要现状及研究进展,包括水资源分布、水量平衡和水文循环等过程;融合生态水文尺度效应,从土壤、微生物、植物冠层、坡面、流域和景观等方面归纳和总结了黄土高原生态水文过程;针对该区生态水文过程的时空异质性,提出未来更需要通过多学科交叉与融合手段,加强宏观与微观过程的集成与联网研究;采用多尺度、多要素、多时空的综合观测与模拟手段,定量重要生态功能区水分承载力及生态阈值;从生态学和水文学方面揭示不同时空尺度下水分转移与分配特征;为解决黄土高原水资源的宏观调控与最优分配模式提供理论基础。     

多尺度植物色彩表征及其与人体响应的关系

色彩是人们对植物外观的第一印象,与植物视觉特征和人体响应关系密切,因此,对森林美景度提升和公众适宜性契合具有重要作用。结合色彩学形成的历史关键节点和1个世纪以来植物色彩的研究动态,将植物色彩研究的发展历程划分为萌芽、形成、发展和繁荣等4个阶段,并简介了各阶段的主要特点。同时,从植物器官、植物个体、植物群体(涵盖种群和群落)、整体景观等4个视觉尺度以及审美、生理与心理等3个影响层面,阐述与评价了植物色彩传达机制与人体响应关系的相关研究。在此基础上,围绕植物色彩特征提取中存在的色彩要素定量、特征因子选取、色彩量化方法等方面的不足之处,对未来研究方向进行展望,提出植物色彩尺度与公众响应关系剖析、较大尺度色彩评价因子的深入挖掘、色彩量化方法的多学科融入、公众对植物色彩响应关系综合比对、森林景观美景度提升实践等5个方向的发展趋势,以期为全面地了解植物色彩的传达机制与影响、科学地开展不同精度和尺度下的植物色彩研究提供参考。     

西部干旱区煤炭开采环境影响研究

大规模煤炭资源开采与干旱脆弱生态环境的空间耦合将会诱发日益严峻的社会、环境问题。分析了我国西部干旱区煤炭地下开采对植被、土壤水、地下水、土壤等关键环境要素影响的研究进展与不足;指出现有研究主要以单一环境要素、局部尺度为主,缺乏多尺度综合的环境要素协同损伤规律与井上下联动响应机理等基础研究。因此,现有成果还无法满足指导煤炭开采技术改进与控制环境损伤的需要。建议从井下到井上,从工作面、矿井、矿区、流域多尺度综合实现地空一体化同步监测,加强对西部干旱矿区各关键环境要素的协同损伤规律研究;加强对井上下环境要素对开采地质条件响应机理研究;建立不同开采条件、不同评价尺度下,矿区开采环境损伤的评价与预测模型。     

多尺度滑坡灾害生态风险评价与风险管理——以三峡库区万州-巫山段为例

进行生态风险多尺度综合评价，对环境管理及风险决策具有重要意义。以三峡库区滑坡重点监测县域为例，基于“危险性-脆弱性-潜在损失”三维模型，以随机森林模型评估滑坡危险性，采用景观格局指数表征生态脆弱性，利用生境质量核算潜在生态损失，进行格网、行政、子流域多尺度下的滑坡灾害生态风险评价，提出适合各尺度的风险管理措施，在此基础上选择最适宜尺度并结合研究区实际情况进行验证。结果表明，生态风险等级较高区域集中于长江两岸沿线，三峡库区建设对研究区滑坡生态风险产生较大影响；两两尺度风险分布结果具有一定相似性，而三种尺度共同作用结果又存在一定差异；子流域尺度在保证生态结构完整性的前提下评价结果好于其他两种尺度，更适合三峡库区县域的生态风险评价；研究区东部风险防范类型相对单一，而西部风险防范类型较多，需做到精细化管理。研究增加了多尺度综合评价实例，对今后开展整个三峡库区滑坡生态风险研究奠定一定理论和实践基础。     

三江平原湿地生态脆弱性研究

建立了湿地生态脆弱性评价指标体系和方法,并利用该方法对三江平原湿地进行了评价,依据湿地生态特征和发展演化规律选择评价指标,利用层次分析法（AHP）进行指标权重,用综合指数法评价湿地生态脆弱性程度,实践表明该方法科学,实用,对湿地资源的合理利用与保护具有指导意义,具有推广价值。     

面向生态系统评估的多源数据融合体系

基于生态系统服务功能的生态系统评估是识别生态环境问题、开展生态系统恢复和生物多样性保护、建立生态补偿机制的重要基础，也是保障国家生态安全、推进生态文明建设的重要环节。生态系统评估涉及生态系统多个方面，需要多要素、多类型、多尺度的生态系统观测数据作为支撑。地面观测数据和遥感数据是生态系统评估的两大数据源，但是其在使用时常存在观测标准不一、观测要素不全面、时间连续性不足、尺度不匹配等问题，给生态系统评估增加了极大的不确定性。如何融合不同尺度的观测数据量化生态系统服务功能是实现生态系统准确评估的关键。为此，从观测尺度出发，阐述了地面观测数据、近地面遥感数据、机载遥感数据和卫星遥感数据的特点及其在问题，并综述了这几类数据源进行融合的常用方法，并以生产力、固碳能力、生物多样性几个关键生态参数为例介绍了“基于多源数据融合的生态系统评估技术及其应用研究”项目的多源数据融合体系。最后，总结面向生态系统评估的多源数据融合体系，并指出了该研究的未来发展方向。