城市生态系统:高度空间异质性

城市生态系统复杂性不但体现在人与自然复合关系上,而且体现在空间异质性上。不同于传统的内部相对均质的生态系统,城市生态系统的构成元素(建筑物、植被和水体)在类型、密度、人类干扰强度和社会经济生态功能等方面都存在着很大的空间差异,形成了城市生态系统内部的高度空间异质性。城市空间异质性描述多采用以斑块为基础的景观格局指数法和斑块分类法等。城市生态系统的高度空间异质性,表现在城乡梯度上,生态系统要素、结构、过程、功能和服务都呈现出一定的城乡变化梯度。还表现在各类城市要素和功能单元的破碎化分布上,形成了多层级的斑块化格局。因此,城市空间异质性研究可以采用城乡梯度范式和层级斑块动态范式。这将为城市生态系统内部空间分异规律研究和城市规划管理提供重要的方法学基础。     

农业文化遗产生态系统服务的复合增益——以浙江瑞安滨海塘河台田系统为例

农业文化遗产是农村与其所处环境长期协同进化和动态适应下所形成的独特的土地利用系统和农业景观，具备丰富的景观要素。景观要素的耦合会对景观整体的生态系统服务供应产生影响。研究构建了多景观要素的“生态系统服务复合增益”理论框架，并以浙江瑞安滨海塘河台田系统为例，将其景观要素划分为农田生态系统和水域生态系统，并分别评估其景观要素生态系统服务价值、景观整体生态系统服务价值和生态系统服务复合增益价值。研究结果显示：(1)2019年浙江瑞安滨海塘河台田系统生态系统服务总价值为187.72亿元，文化服务价值最高，占总价值的91.8%;(2)农田的生态系统服务价值为6.03亿元，占总价值的3.2%,水域的生态系统服务价值为8.15亿元，占总价值的4.3%;(3)生态系统服务复合增益价值为173.54亿元，占总价值的92.5%。研究表明，农田和水域两种景观要素的耦合能提高浙江瑞安滨海塘河台田系统中食物供应、气体调节、盐碱地改良、休息游憩四种生态系统服务价值，致使其产生生态系统服务复合增益。     

生态系统游憩服务功能维度及其形成——以三江源国家公园为例

已有研究主要从规模角度分析生态系统游憩服务,较少分析其结构。结合生态系统服务理论与旅游体验理论,基于旅游者的生态体验提出生态系统游憩服务功能维度的理论模型,并以三江源国家公园为案例区,采用问卷调查搜集数据,运用因子分析与结构方程模型分析数据、验证假设。研究表明,生态系统游憩服务包括美感体验、游憩机会与适宜环境3个功能维度,其形成受到地形、地表覆被、独特景观、景观格局、植被、保护地空间类型、天气与海拔等要素的影响。在不同区域,由于生态要素条件、旅游者对生态要素与各功能维度的感知和态度存在区别,生态系统游憩服务结构呈现出功能和结构差异性。研究解析了生态系统游憩服务的功能维度,深化了生态系统游憩服务研究,有助于完善生态系统游憩服务理论,优化生态要素管理方式。     

农作物景观生态研究:概念框架与研究方向

针对当前农业系统中农作物景观变化迅速、人地关系趋于复杂、粮食安全保障需求迫切，提出景观生态学和农业科学交叉产生的农作物景观生态研究这一新兴研究方向。通过构建农作物景观生态研究的概念框架，辨明农业生产中复杂的景观等级结构，为农业可持续发展提供理论依据。综述从农业景观到农作物景观的研究变化，指出农作物景观具有高动态性、尺度性和格局复杂特征。针对由种植者、消费者、耕地及其周边自然环境组成的农业景观，需要遵循相应的生态和农业经济发展规律，研究农作物种植格局变化、农作物的社会-生态效应和农作物种植可持续性的景观生态途径。重点开展以下四个研究方面的内容，农作物景观时空动态及其形成机理、农作物种植的多功能评价与权衡、景观农艺管理措施及情景模拟、可持续的农作物景观生态评价。从而构建"格局-过程-服务-管理-可持续性"的农作物景观生态研究范式，为农业可持续发展提供综合的空间分析与管理途径，为实现农业农村现代化与城乡人类福祉提升提供科学支撑。     

生态功能区划理论研究进展

作为生态系统管理的重要手段,开展科学合理的生态功能区划,已成为世界各国走向可持续发展所面临的关键挑战之一。生态功能区划针对一定区域内自然地理环境分异性、生态系统多样性、以及经济与社会发展不均衡性的现状,结合自然资源保护和可持续开发利用的思想,整合与分异生态系统服务功能对区域人类活动影响的生态敏感性,将区域空间划分为不同生态功能区的研究过程。生态功能区划反映了基于景观特征的主要生态模式,强调了不同时空尺度的景观异质性。通过梳理生态功能区划的概念与内涵、形成与发展及其理论基础,提出了生态功能区划是以恢复区域持续性、完整性的生态系统健康为目标,基于区域的自然地理背景,界定生态功能分区及其子系统的边界,结合区域水陆生态系统、社会经济与土地利用的现状评价与问题诊断,识别生态系统空间格局的分布特征、生态过程的关键因子以及动态演替的驱动因子,明确影响生态系统服务功能的景观格局与结构、景观过程与功能以及景观动态变化,构建生态功能区划的指标体系与技术体系,实现生态功能多级区划,并为决策者更为全面和综合地开展生态系统管理提供科学依据。     

1980—2020年福建省景观生态风险与生态系统服务价值的空间关系

探讨景观生态风险与生态系统服务价值之间的关系,对于构建生态安全格局和促进人类福祉具有重要意义。以福建省为研究区域,利用1980、2000和2020年3期土地利用遥感监测数据,基于5 km×5 km评价网格重采样,定量评估景观生态风险和生态系统服务价值,分析二者的时空变化特征,采用双变量空间自相关分析方法和空间回归模型分析二者的空间关系。结果表明: 1980—2020年,福建省景观生态风险等级由中等风险转入较低风险,风险状况转好,各等级总体呈现东高西低的分布格局;生态系统服务价值总体下降,各单项生态系统功能结构相对稳定,各等级由高到低以高值区为核心向外依次扩散分布。景观生态风险与生态系统服务价值存在显著的空间负相关性,景观生态风险对生态系统服务总价值具有负效应,对供给功能价值的影响最大。     

城市地域生态调控的空间途径——以深圳市为例

城市地域的可持续发展必须以生态环境的可持续发展为前提和保障。景观生态学主要研究地表各种景观空间格局与生态过程及其相互作用,其原理和规律为在实践中通过优化景观格局,提高生态系统稳定性提供了理论框架。以深圳市为例,尝试综合运用生态敏感性与适宜性分析和景观格局整体优化的方法,通过对生态系统的格局分析与问题诊断,构建合理、稳定的生态系统结构,保障生态系统服务功能的正常发挥。案例研究将深圳市域的整体生态结构分为自然生态空间、城镇发展空间和生态廊道3部分。城镇发展空间具有文化支持的生态功能,自然生态空间具有环境服务和生物生产的生态功能;生态廊道主要起到加强生态联系,提高生态系统稳定性,并防止城市发展空间无序蔓延的功能。城镇景观斑块镶嵌于自然生态景观基质中,并通过多种类型的生态廊道相连,形成区域生态系统的良性循环。案例研究表明,景观生态规划方法的综合应用,可以将景观生态学原理和规律比较合理的运用于实践。     

基于类型和要素的城市多等级景观分类方法

城市区域的景观格局具有高度的异质性和复杂性,因而单一等级的景观分类方法难以揭示其复杂的多等级景观特征。基于等级斑块动态范式,探讨了针对城市区域基于景观类型和要素的多等级景观分类方法。以北京市为研究区,首先根据其景观类型和景观要素的特征,将城市区域划分为"城市"、"农田"和"森林"3种景观类型,同时确定"植被"、"裸地"、"水体"和"不透水表面"4类景观要素。然后,应用自上而下的分类思路和面向对象的分类方法对研究区进行了景观类型和要素的分类,其总体精度分别为93.36%和87.89%。相比单一等级的景观分类结果,多等级的分类结果不仅体现了城市生态系统不同等级的景观组成,还能揭示多级景观间的隶属关系,因而能更完整的描述城市景观格局,进而为认识城市生态系统的结构和功能提供新的视角。     

生态系统服务多样性与景观多功能性——从科学理念到综合评估

生态系统和景观是构成地球表层系统的基本功能单元。从对人类生存和发展支撑作用以及人类对环境合理利用和保护的角度,逐渐形成了生态系统服务和多功能景观的科学概念,相关的理论和应用研究也很快成为学术热点。但是从国内外主要进展上看,生态系统服务和景观多功能性的定量化研究都还比较薄弱。生态系统与景观具有等级关联性,前者是构成后者的基本要素,生态系统服务和景观功能具有同源性。因此,将生态系统服务与景观多功能性研究紧密结合既有现实基础又能够深化彼此研究的定量化水平,并进一步提出了生态系统服务与景观多功能性综合定量研究的整体性框架。从当前国内外研究文献看,该框架具有可行性,可以作为进一步深化生态系统服务和景观多功能性研究的现实途径。     

开创复合生态系统生态学,奠基生态文明建设——纪念著名生态学家王如松院士诞辰七十周年

王如松先生毕生致力于复合生态系统理论与可持续发展研究,为生态学发展和我国生态文明建设做出了杰出的贡献。他与导师马世骏先生共同创建了社会-经济-自然复合生态系统理论,开创了复合生态系统生态学新领域,为可持续发展与生态文明建设奠定了理论基础。他率先开展城市生态学与产业生态学研究,为生态学成为指导我国经济社会发展的科学基础发挥了引领作用。他提出了我国生态文明的内涵与建设途径,探索了我国生态县、生态市、生态省的可持续发展模式。王如松先生学术思想充满深邃的生态智慧、深厚的文化修养、富于科学远见的学术创新,所洋溢的爱国、爱民、爱科学的情怀,为后辈生态学工作者的楷模。     

Fluvial landscape ecology: addressing uniqueness within the river discontinuum

1. As rivers and streams are patchy and strongly hierarchical systems, a hierarchical patch dynamics perspective can be used as a framework for visualising interactions between structure and function in fluvial landscapes. The perspective is useful for addressing fundamental attributes of lotic ecosystems, such as heterogeneity, hierarchy, directionality and process feedback occurring across spatial scales and for illustrating spatio‐temporal linkages between disparate concepts in lotic system ecology such as the River Continuum Concept, the Serial Discontinuity Concept, the Flood Pulse Concept and the Hyporheic Corridor Concept. 2. At coarse spatial scales, the hierarchical patch dynamics perspective describes each river network as a unique, patchy discontinuum from headwaters to mouth. The discontinuum is comprised of a longitudinal series of alternating stream segments with different geomorphological structures. Each confluence in the steam network further punctuates the discontinuum because the sudden change in stream characteristics can create a `gap' in the expected pattern of downstream transitions. The discontinuum view recognises general trends in habitat characteristics along the longitudinal profile, but creates a framework for studying and understanding the ecological importance of each stream's individual pattern of habitat transitions along longitudinal, lateral or vertical vectors at any scale. 3. Object‐oriented modelling and programming techniques provide a means for developing robust, quantitative simulation models that describe the dynamic structure of patch hierarchies. Such models can simulate how the structure and function of lotic ecosystems are influenced by the landscape context of the system (the ecological conditions within which the system is set) and the metastructure (structural characteristics and juxtaposition) of finer‐scale patches comprising the system. 4. A simple object‐oriented, multiscale, discontinuum model of solute transformation and biological response along a stream channel illustrates how changing the branching pattern of a stream and the arrangement of its component patches along the downstream profile will result in substantial changes in predicted patterns of solute concentration and biotic community structure. 5. The importance of context, structure, and metastructure in determining lotic ecosystem function serves to underscore 27 ) concept that `every stream is likely to be individual.' Advancing the discipline of fluvial landscape ecology provides an excellent opportunity to develop general concepts and tools that address the individual character of each stream network and integrate the concept of `uniqueness within the river discontinuum' into our ecological understanding of rivers and streams.     

生态斑块重要性综合评价方法研究——以四川省为例

生态斑块为生物提供生存和发展的场所,城市化的推进引发生态斑块面积锐减且趋于破碎化,严重威胁生态系统服务。通过对生态斑块重要性的分析,可识别对保持景观连接度有关键作用的区域,是优化有限资金配置、实现高效生态保护和分级管理的有效途径。以2015年的四川省为例,从景观连接度出发,基于网络建模和拓扑指标计算,结合逼近理想点排序法(TOPSIS)和有序样品聚类进行了斑块重要性的综合评估和排序。研究结果表明,四川省内生态斑块呈现西北部相对连续,南部和东部零散而稀疏的分布特点,在此基础上构建的生态基础设施网络具有无标度性;所选拓扑指标结合综合评价方法后可有效评估斑块重要性,所有斑块可分为5个重要性层级,高层级斑块主要位于相对核心的位置,低层级斑块分布于全省边缘。针对不同层级斑块的特点提出了相应规划建议,从整体角度出发引导局部生态规划,以期为有限资源下省域尺度复合种群保护工作提供参考与借鉴。     

生态学范式变迁综论

拟总结生态学研究在若干方面的最新进展,并涉及到平衡与非平衡、同质性与异质性、决定性与随机性,以及单一尺度与等级关联等问题。在此基础上,作者将对生态学中的范式变迁作一论述。缀块动态观点和等级理论的结合,使尺度与空间异质性明确地联系在一起,从而正在形成一个新的生态学范式,并导致了关于生态学系统时空动态的新观点。等级缀块动态范式的主要内容包括缀块等级系统概念、系统动态与缀块变化观点、格局－过程－尺度观点     

基于多尺度协同的长沙市生态网络构建与层级优化

城市化背景下人类与自然环境的矛盾呈现出多尺度、层级化特征，而传统生态网络的构建方式较少考虑不同尺度下生态要素的关系，无法从区域落实到中心城区，难以形成系统性的解决方案。研究在综合梳理各尺度生态网络构建方法的基础上，以长沙市为例，基于形态学空间格局分析（Morphological Spatial Pattern Analysis，MSPA）、景观连通性原理和生态斑块重要性评价识别生态源地，并通过多层级生态阻力面的确定，综合运用最小费用路径（Least-cost path method，LCP）、电路理论、层级传导理论、尺度嵌套等方法对市域、都市区、中心城区的生态网络进行了协同构建和层级优化，最后基于不同尺度生态网络的特点应用并落实到多层级的国土空间规划体系中。研究结果表明：（1）长沙市域生态网络和都市区生态网络具有较好的层级嵌套特征；共识别两尺度生态叠合源地14个、生态叠合廊道15条，主要通过中心城区内的湘江、浏阳河和捞刀河部分河段与外围生态绿圈相衔接，形成"外环内楔"的空间格局。（2）确定市域重要廊道、市域潜在廊道、生态叠合廊道、都市区重要廊道、都市区潜在廊道的核心保护面积共501.14 km²，并提取位于生态廊道核心保护区范围内的生态夹点和生态障碍点，以进一步落实生态保护修复策略。（3）得到具有重要生态连通功能的中心城区生态绿道长度441.2 km，生态修复单元56个，并结合生态阻力值划分为5级进行针对性修复。（4）基于不同尺度生态网络的衔接、嵌套，最终构建"市域总体生态安全格局-都市区城市生态空间发展格局-以城市绿道为基础的中心城区生态修复单元"，并与不同层级的国土空间规划体系相对应。研究结果将为以大城市为中心的跨尺度生态系统修复和生态安全格局构建提供科学参考。     

Riparian vegetation‐environment relationships: complimentarity of gradients versus patch hierarchy approaches

Abstract. Two prominent conceptual frameworks, environmental gradients and patch hierarchies, are used in combination to describe vegetation patterns along a riparian corridor in a semi‐arid South African system. We adopt both approaches, since riparian corridors are characterized by both strong environmental gradients above, away from and along the river, as well as a mosaic of patches in the geomorphology at multiple hierarchical scales. Constrained and unconstrained ordinations were used to determine the variability in vegetation pattern accounted for by the gradient and the geomorphic patch hierarchy data sets. The gradient data set consisted of vertical, lateral and longitudinal dimensions of the macro‐channel, while the patch hierarchy data set consisted of substratum type, morphological unit and channel type. Elevation up the macro‐channel bank, of the gradient data set, explained the main variation in vegetation pattern, and alluded to overriding processes of flooding frequency and water availability as determinants of vegetation pattern. Along the fluvially dynamic macro‐channel floor (lower elevation range), patchiness at the scale of the morphological unit best explained vegetation pattern. This relationship with morphological units suggests that the formation of well developed alluvial bars, and the degree of bedrock influence are important processes. The nested hierarchical framework used provided a good basis for identifying scale specific pattern in a relational manner. In systems characterized by strong environmental gradients as well as a patch mosaic at different spatial and temporal scales, the combined use of both perspectives to develop a fuller understanding of vegetation pattern is imperative and is encouraged.     

缀块性和缀块动态:Ⅰ.概念与机制

缀块性(patchiness)是自然界中最为普遍的现象之一,它存在于各种生态学系统的每一时空尺度上。森林、农田、草地、湖泊等生态系统,通常构成景观缀块(landscape patches),每一景观缀块内部又具有大小、持续时间以及内容都不同的各种缀块。在不同时、空     

城市生态系统修复研究进展

城市生态系统是社会-经济-自然复合生态系统。城市生态系统修复的实质是协调好城市复合生态系统的自然过程、经济过程和社会过程之间的关系,促进复合生态系统的各方面协调高效可持续发展。以城市绿地、城市湿地、城市废弃地三类主要的城市生态空间为对象,论述了城市生态系统修复的研究进展,提出当前城市生态系统修复存在以人工修复技术为主、自然修复不足、机理和量化研究缺乏、理论和应用脱节、管理机制不健全、复合生态系统理论体现不足等问题。梳理了当前城市生态系统修复的研究热点,包括城市生态系统修复机理、城市生态资产与生态系统服务、城市生态系统质量和健康、问题导向的生态修复、面向人类福祉的生态修复、生态修复多学科融贯,以及新方法和新技术的应用等几个方面。提出了城市生态修复与管理的相关对策和建议,可为我国城市生态系统修复的研究和实践提供参考。     

关于生态文明建设与评价的理论思考

基于近代人类社会发展的主线,本文认为生态文明是指具有保持和改善生态系统服务,并能够为民众提供可持续福利的文明形态.进一步可以认为,生态文明是指能够实现可持续发展的文明形态.基于这样的理解,本文阐述了生态文明的内涵,分析了生态文明建设的内容,建立了生态文明建设的基本评价框架和趋善化模型评价框架,探讨了生态文明建设的保障体系.     

基于景观生态学的城市人居环境代谢研究范式与研究框架建构

人居环境建设已经成为中国城市发展和当代生态学研究的新兴命题,基于物质代谢研究成果,系统剖析城市人居环境问题,提升城市化过程的生态文明水准成为推动新型城市化发展的重要路径选择。通过对人居环境视角和社会代谢视角的城市研究进行简要回顾,认为两种视角的有机整合可以弥补各自的理论和方法论缺陷,进而凝练出新的城市生态学研究思路。利用景观生态学理论和概念体系,建构了多层次、多维度的城市人居环境代谢研究范式和基本研究框架。这一范式可以从多尺度和多维度反映城市人居环境代谢的过程特征,厘清城市人为活动和各种资源环境问题的关联关系,整合多学科的知识和技术手段,解析城市人居环境的时空动态演化过程及其驱动机制,为城市人居环境研究学科的发展创造有利条件。通过建构基于景观生态学的城市人居环境物质能量代谢研究框架,还可以有效推进城市人居环境物质能量代谢中的格局-过程-尺度耦合问题,数据采集、储存与分析问题和效应调控与过程管理问题的研究,对于完善城市代谢研究方法,促进城市人居环境建设具有重要的参考和借鉴意义。     

面向生态系统服务的森林生态系统经营:现状、挑战与展望

森林生态系统是地球陆地生态系统的主体,它具有很高的生物生产力和生物量以及丰富的生物多样性,对全球生态系统和人类经济社会发展起着至关重要和无可替代的作用。伴随着人口的不断增长和经济社会的迅猛发展,对森林资源和森林生态系统服务的需求不断高涨,而且人类对森林资源价值的认识也发生了很大程度的改变。推进森林资源可持续经营,增加森林总量、提高森林质量、增强生态功能,已成为中国林业可持续发展乃至推进中国生态文明建设和建设美丽中国的战略任务。本文全面综述了森林生态系统经营发展历程,分析了森林生态系统经营的现状和存在问题,在此基础上,提出整合基于生态系统管理与满足现代人类福祉对森林多重需求的新的森林生态系统经营理念,面向生态系统服务的森林生态系统经营理念是未来的发展趋势。森林经营发展战略表现为:1)从单纯的森林面积数量扩张,转变到提高单位面积的森林生产力和森林质量;2)从单一追求木材生产逐步转变为多目标经营,将森林林产品单一的经营目标转变为广泛的生态、经济和社会等多目标经营;3)森林经营重点从林分水平转变为森林景观的经营,强调森林景观的时空异质性和动态变化,权衡和协同多种生态系统的服务功能,倡导森林景观的多样性和连通性,提高森林与其它土地利用模式镶嵌构成的复合景观的可持续性和稳定性,增强森林生态系统对气候变化影响的适应能力;4)森林生态系统经营将从依赖传统经验的主观决策转变为信息化、数字化和智能化的决策,发展森林生态系统经营决策支持系统和森林景观恢复与空间经营规划系统。