基于生态系统服务和生态系统健康的生态风险评价——以长株潭城市群为例

基于生态系统服务和生态系统健康的生态风险评估框架为城市群生态风险管理和国土生态修复提供新的视角。以生态风险评估框架为基础,综合运用生态系统服务、生态系统健康评估模型以及相关分析法对长株潭城市群展开生态风险评价,并对风险程度进行分类。结果表明:(1)城市群的城市化水平提升,区域生态风险也随之增加。生态系统服务价值、生态系统组织、生态系统活力、生态系统弹性等生态指数呈现下降趋势。(2)人工表面比率和生态指数之间的Pearson相关系数表明,人工表面比率与生态指数之间存在负相关关系,人工表面比率是生态风险提升的关键因素。(3)城市群人工表面比率要控制在36%以下,以进行生态风险管理和国土生态修复。总的来说,评价框架可以作为区域生态风险的评价终点。     

基于土地利用变化和生态系统服务的海岸带生态安全综合评价——以胶州湾为例

以土地利用为主的陆域开发活动能改变近海环境质量,并影响和改变原有海岸带生态系统服务功能的供给模式,对海岸带生态安全产生一定的负面影响.目前在海岸带生态系统研究领域较多采用陆地生态系统研究模式,未能真正体现海岸带作为海陆结合的独立的环境体系的特点,并缺乏对陆域活动驱动与生态系统服务功能响应和生态安全实现之间复杂关系的科学解释.本研究基于海岸带生态系统服务的空间异质性和流动性特点,以“土地利用变化(LUCC)-生态系统服务(ES)-生态系统安全”为研究主线,构建海岸带生态安全评价模型,探讨以土地覆被变化为主的陆域活动对海岸带生态系统服务功能和区域生态安全的影响机理及其时空变异规律.从模型的评价结果上看,作为生态安全系统中主要压力表征的胶州湾陆域土地利用变化,与相应海域内的生态系统服务状况和生态安全状态呈现出一定的相关性和趋势性.随着环胶州湾地区城市化进程中大量用地流转为城乡建设用地,胶州湾中相应海域的生态系统服务状态下降,进而带来该海域生态安全状态恶化.本文所提出的基于压力-状态-响应(PSR)框架的海陆结合的生态安全评价模型,以探讨陆域活动对海岸带生态系统服务功能和区域生态安全的影响及其时空变异规律为目的,可以克服目前研究中只关注陆域部分而忽视陆域活动与海域部分之间的联系和相互影响的缺陷,对海岸带生态安全评价研究具有一定的改进作用.     

基于生态系统服务供需的城市群生态安全格局构建框架

近年来,生态系统服务供需失调引发了一系列问题,诸如城市热岛、生态用地流失、环境污染、生物多样性减少等生态风险问题,已成为威胁生态安全、制约社会经济可持续发展的重要因素,因此维持生态系统服务供需平衡是生态安全健康发展的保障和关键。梳理了生态系统服务评价、生态安全格局构建的研究现状,指出了存在的不足,同时构建了基于生态系统服务的城市群生态安全格局基本框架,并提出了生态安全格局未来的研究重点:城市群区域和城市内部生态系统服务的多尺度综合评价、城市功能区的划分及对生态安全的胁迫作用、生态过程与生态系统服务与生态安全的耦合、基于生态系统服务流的生态安全格局构建、模拟和优化。通过耦合社会经济数据、卫星遥感数据、城市地图大数据,评价城市内部和外部不同尺度的生态系统服务,保障城市群生态系统服务流畅通传输,实现城市群生态安全格局评价和优化。     

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。     

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。     

国土空间生态修复与保护空间识别——以北京市为例

构建国土空间修复与保护识别体系可以有效实现区域生态系统修复与保护,然而,当前国土空间生态修复与保护研究和规划缺乏从系统性和完整性的角度识别关键生态修复与保护区。因此构建了系统的生态修复与保护空间识别方法,以实现区域协调发展、保障区域生态安全。基于该方法,以北京市为例,通过评估生态系统服务、生态系统质量和生态问题,构建生态修复与保护空间格局。研究结果表明：(1) 2000—2015年生态系统服务和质量退化区主要集中在平原区和密云水库北部,面积为760.4 km~2;生态系统质量低下区主要分布在西南部山区和东北部山区,面积为4925 km~2;水土流失问题区零星分布在山区,面积为130.1 km~2;基于以上三者的北京生态修复建议区总面积5606 km~2。(2)建议北京生态保护区6391 km~2,主要分布在北部山区和西南部山区,保护了79.63%的水源涵养功能,74.97%的土壤保持功能,58.79%的洪水调蓄功能和60.3%的自然栖息地。本研究构建的生态修复与保护空间识别方法体系,为北京生态修复和保护规划与生态安全格局构建提供科学依据,还可以为其他地区的生态修复与保护规划提供参考。     

基于生态系统服务的城市化区域生态风险表征方法研究

快速城市化导致城市周边区域生态系统服务损失并引发生态风险。以多种类型的生态系统服务作为生态风险的评价终点,构建了基于服务价值量的城市化区域生态风险表征方法,以北京市为例对方法进行了应用,并进行了风险评价结果的不确定性分析和参数敏感性分析。案例研究显示2015年北京市生态风险总体处于低风险接近中等风险水平,低风险和极低风险区域面积占全市的50%以上,主要分布于北京市西部和北部,高风险和极高风险区域面积占20%左右,主要分布于中心城区。生态风险空间格局特征表明北京市城市区域的扩张造成周边区域生态系统服务的下降,导致生态风险水平的上升。研究提出的生态风险指数同生态系统服务当量因子间具有显著的线性关系,可用于估算生态系统服务价值。不确定性和参数敏感性分析表明生态风险指数计算结果变异较小,指数具有较高的可靠性。研究方法能够综合表征城市化区域的生态风险,定量表征结果便于决策者理解,具有应用于风险评价和管理实践的价值。     

河北省县域农田生态系统供给功能的健康评价

引入"生态系统服务功能"理论,构建县域农田生态系统供给功能健康评价指标——农田生产力稳定系数,该指标被定义为:一定时期内(若干年),县域自然生态系统第一性生产力波动系数与县域农田生态系统第一性生产力波动系数的平均比值;并构建了评价指标与人类福利指标(用县域人均耕地纯收入表征)关系模型,作为评价指标的阈值判定方法。通过河北省136个县的实证研究表明,农田生产力稳定系数对农田生产力稳定性和农田生产力高低具有综合性指示作用;人类社会对生态系统反馈影响的忍受界限对评价指标阈值的确定非常关键;1991—2000年和2001—2009年两个阶段中,河北省县域农田生产力稳定系数整体呈上升趋势,空间格局较为一致,农田生产力稳定系数较低、农田供给功能健康状况较差的县域集中分布在冀北生态脆弱地区;农田生态系统供给功能健康状况与县域贫困状况形成紧密的空间耦合关系。     

白洋淀湿地生态功能评价及分区

白洋淀湿地在雄安新区建设过程中具有重要生态安全保障作用。开展白洋淀湿地生态功能评价及分区研究,为生态环境治理和保护提供科学依据,是当前普遍关切和急需解决的问题之一。面向白洋淀湿地生态保护和管理的需求,在明确白洋淀自然环境特征和主要生态环境问题的基础上,结合外业调查、遥感、综合评价等方法,从水产品供给功能、水生植物供给功能、气候调节功能、生物多样性维护功能、水质改善功能5个方面评价了白洋淀湿地生态系统服务功能重要性,从水污染敏感性、湿地变化敏感性、重要自然与文化价值敏感性3个方面评价了白洋淀湿地生态系统敏感性。基于评价结果,将白洋淀湿地初步划分为7个一级生态功能区和19个二级生态功能区。在分区方法方面体现了白洋淀湿地人地关系动态特征,分区结果注重现状与历史相结合,有助于服务未来淀区生态保护规划决策实施。建议在实施白洋淀生态环境治理和保护过程中,依据白洋淀湿地生态功能分区特征,实行分区管制,制定对应的生态环境治理和保护措施。     

基于功能性状的生态系统服务研究框架

功能性状通过影响生态系统的属性和过程及其维持来影响生态系统服务。功能多样性-生态系统功能关系的研究有助于深入探讨生态系统服务形成机制, 也为生态系统服务研究提供了一个切入点。该文对目前的功能性状和生态系统服务研究框架进行了介绍, 回顾了功能多样性-生态系统功能关系的研究现状, 总结了目前功能性状在生态系统服务研究中的应用, 提出了基于功能性状的生态系统服务研究框架。在这个研究框架中, 首先选取对生态系统功能影响显著的非生物因子和功能多样性指数, 然后量化非生物因子和功能多样性与生态系统功能, 以及生态系统功能-生态系统服务之间的关系, 进而构建功能多样性与生态系统服务的数量关系。与此同时, 利用群落构建理论和物种共存机制分析功能多样性-生态系统功能变化的机制联系, 以研究生态系统服务形成和变化机制, 为生态系统服务管理决策提供科学依据。     

Integration of Ecosystem Services into Ecological Risk Assessment for Implementation in Ecosystem-Based River Management: A Case Study of the Yellow River,China

Ecological risk assessment (ERA) is a scientific tool used to support ecosystem-based management (EBM), but most current ERA methods consider only a few indices of particular species or components. Such limitations restrict the scope of results so that they are insufficient to reflect the integrated risk characterization of an ecosystem, thereby inhibiting the application of ERA in EBM. We incorporate the concept of ecosystem services into ERA and develop an improved ERA framework to create a comprehensive risk map of an ecosystem, accounting for multiple human activities and ecosystem services. Using the Yellow River as a case study, we show how this framework enables the implementation of integrated risk characterization and prioritization of the most important ecological risk issues in the ecosystem-based river management of the Yellow River. This framework can help practitioners facilitate better implementation of ERA within EBM in rivers or any target ecosystem.     

生态安全评价研究述评

生态安全评价是可持续发展研究的一个新领域,也是建立生态安全预警系统及进行环境管理的基础。首先介绍了与生态安全评价相关的几个概念:生态风险评价、生态系统健康评价、生态系统服务功能评价及生态承载力分析,进而对当前生态安全评价的指标体系进行了评述,并在此基础上总结了国内外生态安全评价的方法,包括数学模型法、生态模型法、景观生态学法及数字地面模型法;最后,提出在评价实践中存在的问题及今后发展的3个方向,静态的现状评价转向动态的预测和预警、与现代科学技术相结合、与基础理论相结合。     

Approaches to Ecological Risk Characterization and Management: Selecting the Right Tools for the Job

Chemical-specific hazard quotient (HQ) risk characterization in ecological risk assessment (ERA) can be a value-added tool for risk management decision-making at chemical release sites, when applied appropriately. However, there is little consensus regarding how HQ results can be used for risk management decision-making at the population, community, and ecosystem levels. Furthermore, stakeholders are reluctant to consider alternatives to HQ results for risk management decisions. Chemical-specific HQs risk characterization should be viewed as only one of several approaches (i.e., tools) for addressing ecological issues; and in many situations, other quantitative and qualitative approaches will likely result in superior risk management decisions. The purpose of this paper is to address fundamental issues and limitations associated with chemical-specific HQ risk characterization in ERA, to identify when it may be appropriate, to explore alternatives that are currently available, and to identify areas that could be developed for the future. Several alternatives (i.e., compensatory restoration, performance-based ecological monitoring, ecological significance criteria, net environmental benefit analysis), including their limitations, that can supplement, augment, or substitute for HQs in ERA are presented. In addition, areas of research (i.e., wildlife habitat assessment/landscape ecology/population biology, and field validated risk-based screening levels) that could yield new tools are discussed.     

区域生态风险评价的关键问题与展望

区域生态风险评价具有多风险因子、多风险受体、多评价终点、强调不确定性因素以及空间异质性的特点,它与传统的生态风险评价在风险源、胁迫因子和评价尺度上具有明显区别。尝试建立了一个基于陆地生态系统的区域生态风险评价框架,同时针对目前区域生态风险评价的研究现状,指出不确定性分析、尺度外推难、评价指标不统一、评价标准不统一、风险因子筛选及优先排序、区域内污染物复合、水生过渡到陆生生态系统风险评价、特殊的人为因素等是目前区域生态风险评价存在的关键问题及难点所在,并提出解决这些问题可能所需的工具、手段和理论方法突破。最后指出区域生态风险观测与数据采集加工、区域生态风险指标体系的统一与整合、区域生态风险评价方法论、区域生态风险的空间分布特征与表达以及区域生态风险评价反馈与管理机制5个方面是区域生态风险评价未来的研究重点。     

Improving the Applicability of Quantitative Ecological Risk Assessment Tools—Understanding Demand-Side Changes

Quantitative ecological risk assessment (ERA) methods are the tools of choice for many natural resource management agencies and practitioners. However, a number of researchers and practitioners have recently highlighted that the application of quantitative ERA tools has perhaps been somewhat limited and this has stimulated discussion on the limitations of these methods, considered to be supply-side limitations in this analysis. By contrast, it is argued here that the demand for risk assessment tools has also changed substantively and this also acts to limit the use of ERA approaches. In particular, demand has changed through an increasing expectation that quantitative ERA tools will be able to capture ecosystem-scale, and sometimes global-scale interactions to support ecosystem-based management approaches. Similarly, the burgeoning use of market-based policy instruments often underpinned by the allocation of private property rights to an increasing number of ecosystem goods and services has fundamentally changed many natural resource management issues into allocation conflicts between alternate rights-holders. These demand-side changes represent both an opportunity and a challenge for developers of quantitative ERA tools.     

三江平原湿地生态风险评价及空间阈值分析

湿地生态风险评价对区域自然资源保护及规划管理具有重要意义。以三江平原湿地为研究区域,基于2000年、2005年、2010年、2015年4期土地利用数据,以城市扩张导致的土地利用变化、道路建设等人类活动为风险源,景观生态格局、生态系统服务价值为风险受体构建了三江平原湿地生态风险综合评价体系,分析三江平原湿地生态风险时空变化特征。进而,利用距离阈值确定空间距离权重,采用双变量空间自相关模型揭示了不同时间尺度下生态风险的空间集聚分布特征。结果显示：从风险源角度,人类活动风险源强度呈增加趋势,松花江、穆棱河、倭肯河地区一直处于中高风险水平;从风险受体角度,景观生态风险的中高风险地区重点集中在湿地与水体分布区,生态系统服务低价值区主要分布在中部水田、旱田、建设用地以及东北部与东南小范围的湿地区域。综合生态风险结果显示,三江平原生态风险在时间上呈增加趋势,空间上由松花江河滩型湿地区与穆棱河地区逐渐向四周蔓延。此外,生态风险的强弱受到空间距离的影响显著,选取5km为自相关分析的距离阈值,土地利用与综合生态风险的空间格局存在显著的空间正相关关系,高-高地区集中分布在研究区内的松花江流域及周围滩地地区,随着土地利用变化及转移,空间关联逐渐增强且区域分布不断扩大。研究结果可从人类活动控制、景观格局优化、生态服务价值提升等方面为三江平原生态风险防控分区管理提供理论依据。     

基于景观格局-服务的景观生态风险评价——以广州市为例

城市化对景观的结构和功能造成极大干扰,城市景观变化引起的生态风险受到城市生态建设的关注,但景观生态风险评价技术体系尚待深化,以促进风险防范决策。研究选取植被碳固定、土壤保持、水源涵养与提供和栖息地提供等景观服务改进景观脆弱度的评价方法,以广州市为案例研究区,评价了1990—2015年广州市城市景观生态风险及其时空变化特征。研究结果表明:(1)基于景观格局与服务的景观生态风险评价能够有效地评估城市景观生态风险的空间分布,但评价需要关注结果验证和辅助情景分析,方可为景观生态风险的预警和预测提供科学依据。(2)1990—2015年广州市的景观干扰度先增加后降低,2000年是景观干扰度变化的转折点;25年间,景观脆弱度不断增加,中脆弱度和高脆弱度比例之和维持在60%以上;2000年是景观生态风险的转折点,1990—2000年景观生态风险趋于增大,2000—2015年景观生态风险趋向降低;景观干扰度、脆弱度和生态风险在空间上呈现南部高于北部,西部高于东部的分布特征。(3)近25年,广州市景观生态风险与景观变化具有较好的空间一致性。维持低风险的比例为40.74%,基本都分布在北部山区,而维持高风险的比例为6.67%,由低风险向高风险的转变比例为32.28%,由高风险转变为低风险的比例为20.31%。     

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。