北方风沙区生态修复的科学原理、工程实践和恢复效果

北方风沙区位于欧亚草原的东部,是我国生态环境最为脆弱的地区之一,其在北方生态安全屏障和丝绸之路经济带建设中具有十分重要的战略地位。在国家一系列生态保育工程的支持下,该地区的生态环境得到明显改善。但是,由于受人类活动和全球气候变化的影响,该地区仍然面临着严峻的环境压力。在中国科学院科技服务网络计划(STS计划)等项目支持下,开展了北方风沙区土地沙化成因及退化土地空间分布研究,集成了北方风沙区重点脆弱区生态恢复的理论和技术体系,以内蒙古中部的阴山北麓地区、内蒙古浑善达克沙地和蒙辽交界的科尔沁沙地为重点研究区域,进行了高效人工草地建植、天然草地恢复和管理、沙化草地治理等相关工程技术的示范,开展生态恢复模式的效果跟踪监测和生态效益评估,确定生态恢复技术和模式的技术参数和指标,明确不同集成技术与模式在北方风沙区的适用区域和范围,为技术模式的推广应用提供科学依据。通过上述研究,可以为中央和地方政府制定生态系统管理和退化生态系统恢复政策、建立我国北方生态安全屏障提供决策依据,为生态修复产业提供技术指南,为相关研究提供全面系统的基础数据支撑。     

京津冀风沙源区沙化土地治理关键技术研究与示范

京津冀风沙源区是我国北方生态屏障的重要组成部分。面向我国北方风沙区沙化土地综合治理、典型脆弱生态修复与保护等重大科技需求,京津冀风沙源区沙化土地治理关键技术研究与示范项目将综合运用长期定位观测、控制实验、多源遥感数据融合、技术示范等方法,重点研究京津冀风沙源区土地沙化形成机制与生态修复机理,研发一批沙化土地治理与产业化关键技术,并在各治理区开展试验示范,集成京津冀风沙源区沙化土地治理与产业化技术体系,构建沙化土地综合整治空间决策支持系统,为京津风沙源治理工程建设、保障京津冀地区生态安全及满足2022年北京冬奥会生态需求提供科技支撑。     

加强生态站网络对北方生态屏障的科技支撑

正我国的北方防沙生态屏障带是国家生态安全战略格局和重要生态系统保护和修复重大工程建设的组成部分,涵盖了"两屏三带"的北方生态脆弱区域,是我国防风固沙及北方草地生态恢复的关键地带。该区域涉及黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、内蒙古、甘肃、新疆(含新疆兵团)9个省(自治区、直辖市),是我国脆弱生态区的自然保护和生态修复的重点及难点区域。受自然因素与人为因素综合影响,该区域水资源短缺,河湖和湿地面积快速减少,水土流失严重,森林和草原功能严重退化,生物多样性受损。区域内的水土流失面积约为4500万公顷,沙化土地面积约13400万公顷,其中内蒙古地区草原退化沙化面积占总面积的60%左右。     

三江源区退化高寒生态系统恢复技术与示范

"三江源区退化高寒生态系统恢复技术与示范"(2016YFC0501900)是国家重点研发计划"典型脆弱生态修复与保护研究"专项中"青藏高原生态系统功能提升与适应性管理"指南方向下的第二个项目。项目以综合生态系统管理方法为支撑点,以三江源区退化严重的三类主体生态系统——高寒草甸、高寒草原和高寒湿地为研究对象,以"土壤(土)-植被(草)-动物(畜)"协同恢复的思路为指导,通过创新性、系统性、综合性的科学研究,自主研发三江源区生态恢复与生态衍生产业发展的综合技术体系,完善生态恢复及产业发展模式评估和监测技术体系,推动生态恢复和区域发展模式的转型升级,提升生态整体恢复的技术水平和监管能力,解决三江源退化草地恢复重建及功能提升的重大问题,旨在为三江源的生态建设提供科技支撑和系统解决方案。     

北方草甸退化草地治理技术与示范

国家重点研发计划"北方草甸退化草地治理技术与示范"项目(2016YFC0500600),重点针对我国草甸和草甸草原生态系统所受干扰强度大、退化机理错综复杂、恢复机制及有效治理技术缺乏等问题,从"十三五"规划有关"美丽中国"、"绿色发展"与"生态文明"建设的战略需求出发,着重开展草地退化恢复机理、恢复治理技术、生态产业技术创新应用等三个方面的研究,创建可复制、可移植、系统性的综合治理技术及新型生态产业技术,提出草甸退化草地治理的整套技术方案,为我国草牧业与生态环境和谐发展、牧民稳定增收提供技术支撑。     

青藏高寒区退化草地生态恢复:退化现状、恢复措施、效应与展望

青藏高寒区属于独特而典型的高原生态系统,草地生态系统作为其重要组成部分,在对高寒区生态安全以及农牧民生计的维系中,占有举足轻重的地位。目前,青藏高寒区的草地生态系统退化严重,因此该区退化草地的生态恢复工作是国家生态工作的重中之重。近年来,已有大量研究提出了各种有效的恢复手段,但缺乏因地制宜的系统性总结和论述。基于此,在已有研究的基础上,阐述了青藏高寒区退化草地现状,总结了高寒区各生态类型分区的主要生态问题,明确了不同集成技术与模式的适用区域和范围,同时对这些技术、措施和模式的恢复效果和恢复机制进行分析和讨论。并对未来高寒草地生态系统的研究进行了展望,以期为青藏高寒区退化草地的恢复治理、高寒草地生态系统结构和功能稳定性维系提供系统的理论基础与技术支撑。     

青藏高原"黑土型"退化草地成因与恢复

对青藏高原“黑土型”退化草地的成因和生态建设进行评述,认为“黑土型”退化草地是草原退化生态学行为在江河源区高寒草地的特有体现形式,由气候变暖、冰川退缩、过度放牧、鼠害等综合因子共同导致。生态恢复不仅要从草地建设入手,还要对草地资源进行合理管理与规划。加强牧区文化教育投资、实行草地长期承包、加强《草原法》建设等措施是我国高寒草地畜牧业健康发展的重要保证。青藏高原生态系统特有的“惰性”特征可能是导致其草地生态系统自我更新能力差、系统结构脆弱、生态恢复困难的重要原因,应深入开展该方面研究,为青藏高原生态环境建设提供依据。     

荒漠化治理中生态系统、社会经济系统协调发展问题探析——以中国北方半干旱荒漠区沙漠化防治为例

全球变暖导致的区域干旱使得干旱区水资源日益匮乏,而迅速增长的人口和社会经济发展进一步加剧水资源危机,使得有限的水资源成为全球沙漠化防治瓶颈,严重制约了沙化土地治理进程,影响了联合国"土地退化总面积零增长"目标的实现,也影响了中国社会经济的可持续和协调发展。传统的沙化土地治理生物措施重视植被盖度增加,忽视生态系统其他要素,如土壤水分、养分等与植被的相互关系,导致一些治理措施相对简单,生态系统不能协调发展。而沙化土地治理的物理措施和化学措施由于忽视了沙区社会和经济效益,其可持续性也受到科学家质疑。近期获批的国家重点研发计划项目"中国北方半干旱荒漠区沙漠化防治关键技术与示范"(2016YFC0500900)拟针对此问题开展研究,以沙化土地稳定恢复为首要目标,在认识半干旱荒漠区沙化土地正/逆过程演变机制和荒漠生态系统稳定性的基础上,研究沙化土地稳定恢复的生态阈值;以毛乌素沙地、库布齐沙漠东部、科尔沁沙地西部和呼伦贝尔沙地为典型区,针对不同沙化土地特点,研发防沙治沙关键技术,开展模式优化和试验示范;在防沙治沙模式与工程效益评估基础上,集成产业化技术体系,为国家防沙治沙工程建设提供理论基础与技术支撑。     

青藏高原高寒草地生态系统服务功能的互作机制

青藏高原高寒草地是我国重要的畜牧业生产基地和生态安全屏障.高寒草地退化不仅影响了当地畜牧业生产和牧民生活,而且严重地威胁着我国和东亚地区的生态安全.从高寒草地生态系统的生态、生产和生活功能角度出发,分析了青藏高原高寒草地生态系统在人口、放牧压力与资源环境承载力的相互作用关系,及其生态、生产和生活功能比例结构变化对高寒草地生态系统服务功能的影响,阐明了高寒草地生态系统服务功能的多元耦合、多维连锁和多重反馈的相互作用机制.并以藏北那曲地区为例,把2008年农牧民脱贫线和小康线作为生活功能标准,通过生态服务功能当量,确定了维持高寒草地生态系统可持续发展的生态、生产和生活功能比例结构.据此,估测了牧民的生活功能达到脱贫线和小康线标准时允许的人口承载量.结果表明,高寒草地退化使草地生态系统的人口承载量下降了60％.以那曲地区2008年的实际的牧业人口量与允许的人口承载量相比,高寒草地退化后,实际牧业人口占脱贫标准的36％,但小康标准超载了118.9％.因此,调控人口承载量是实现青藏高原高寒草地生态系统的生态、生产和生活功能协调发展的关键.     

守望大漠 中国科学院沙坡头站为沙区生态屏障护航

正中国科学院沙坡头沙漠研究试验站建站于1955年,是我国最早建立的沙漠综合治理研究站,其65年的长期生态学研究为我国沙化土地治理、沙区生态重建与恢复提供了重要理论和技术支撑。研发了举世闻名的"草方格沙障"和"以固为主、固阻结合"的沙害防治技术与模式、提出"水量平衡、以水定植"的固沙植被建设理论体系,以及土壤生境恢复为目标,实现生态系统整体恢复的沙区生态重建和恢复的理论,研发和开拓了新的沙化土地治理模式和方向,引领了干旱区生态水文学和恢复生态学研究,为中国北方沙区生态屏障建设和防沙治沙做出了贡献。     

藏北高寒草地生态补偿机制与方案

根据藏北那曲高寒草地的生产力、季节放牧重要性、生态服务价值、生态环境敏感性,构建了基于草地亚类的功能分区模型,从空间上将高寒草地划分为适度生产功能区、减畜恢复功能区和禁牧封育功能区,据此构建了基于高寒草地功能分区的分级生态补偿模式,设计了高寒草地生态补偿的组织管理体系及流程、生态补偿的损益评估机制和约束奖惩机制;提出了针对不同功能区的生态补偿方案.根据藏北那曲高寒草地功能分区结果和不同功能区生态补偿内容和目标,确定生态补偿周期为5a,核算出适度生产功能区、减畜恢复功能区和禁牧封育保护功能区分别需要补偿资金19.4亿元、15.77亿元和0.6亿元,每年分别需补偿资金3.88亿元、3.16亿元和0.12亿元,5a全区共需补偿资金35.77亿元,年需7.16亿元.通过对高寒草地的功能分区分级生态补偿,对提高高寒草地的生态保护能力,增加牧民的经济收入,促进藏北高寒草地生态系统的可持续发展具有重要的理论和实践意义.     

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。     

神木市生态安全格局构建与生态问题定量诊断

黄河流域生态保护和高质量发展是重大的国家战略,县域生态安全格局构建与生态问题定量诊断是实施生态保护修复的最基本单元。以神木市为研究对象,首先,基于电路理论构建神木市生态安全格局,将识别出的生态夹点、生态障碍点和低质量生态空间作为生态修复关键区域;其次,通过构建生态问题指标体系,在生态修复关键区域内定量化诊断现存生态问题;最后,通过生态问题指数(EPI)测算结果划定生态修复分区。研究表明：(1)神木市生态源地面积为411.64km²,以草地为主,主要分布在中部、东部和南部地区,源间生态廊道共63条,总长度约610.71km,中部地区的生态廊道较东南部密度大。(2)基于生态安全格局识别的生态修复关键区域包括生态夹点415个,面积达30.55km²;生态障碍点341个,面积共计25.72km²;低质量生态空间面积为1043.73km²。(3)生态修复关键区域内土壤侵蚀主要以微度侵蚀为主;地质灾害多发于采矿区以及黄土丘陵沟壑区;水源涵养低值区主要分布在低质量生态空间;林地和草地的退化程度呈现东部较中部和西南...     

Significant Achievements in Protection and Restoration of Alpine Grassland Ecosystem in Northern Tibet, China

Alpine grassland is a fragile ecosystem, and a large area of this grassland type has been severely degraded in Northern Tibet, to the extent that it has become the primary ecological problem in the region. Various levels of government, including the national central government, the Tibetan Autonomous Region government, and the Nagqu Prefecture government have worked together to achieve alpine grassland ecosystem protection and prevent grassland degradation. These efforts have resulted in significant ecological, social, and economic benefits in Northern Tibet.     

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。     

整合多重生态保护目标的广东省生态安全格局构建

构建生态安全格局是缓解生态保护与经济发展之间的突出矛盾，保障可持续发展的有效空间途径。但目前生态安全格局的构建过于强调综合，简单叠加多种生态系统服务的方法忽视了不同服务间的权衡与协同关系，难以直接支撑不同目标下的生态保护决策。以广东省为例，重点关注生境维持、水源涵养、水质净化、粮食生产、土壤保持、洪水调节、沿海灾害缓解七种重要的生态系统服务，面向生物多样性保育、水资源利用、粮食生产、自然灾害防范等单一生态保护目标分别构建生态安全格局。研究结果表明，面向生物多样性保育目标的生态安全格局呈“双屏障带”式分布，生态源地主要分布在粤北生态发展区；面向水资源利用目标的水安全格局呈“五江一带”式分布，重点保护区主要位于河湖水库及周边绿地；面向粮食生产目标的生态源地主要分布在广东省东西两翼；面向自然灾害防范目标的生态源地在珠三角、湛江市、汕头市少有分布，集中在粤北生态发展区。基于多种生态系统服务综合重要性判定生态源地，并整合单一生态保护目标下的多重源地，识别综合生态源地共49536.10 km~2,主要分布在珠三角外围和粤北生态发展区。基于最小累积阻力模型和电路模型，识别了总长度2268.07 km...     

基于格局-过程生态适应性循环三维框架的自然景观生态风险评价——以黄土高原为例

传统的景观生态风险评估侧重于评价景观镶嵌体相对于最优格局的偏离程度，忽视生态系统过程和景观类型内部分异，使得黄土高原景观生态风险评估存在一定的片面性。综合"格局-过程"的生态适应性循环三维框架，构建适合自然生态系统的景观生态风险评价指标体系，对黄土高原2000年、2010年、2017年的景观生态风险进行评估。从空间分异来看，相较于传统的景观格局风险指数法仅在沙漠景观呈现高风险单一结果，本研究结果显示黄土高原景观生态风险由高到低依次为城市和沙漠景观、中部丘陵沟壑区草地景观、西北荒漠草地景观和东南部农田景观、东南部高山林地景观，具有明显空间分异。从时间变化来看，生态工程实施以来黄土高原景观生态风险总体呈现持续下降趋势，平均值由0.410降低到0.385，但2010-2017年下降不明显，生态工程持续实施对景观生态风险持续下降作用变弱。其中，自然景观（林地和草地）受生态工程促进生态风险持续降低，而人工景观（城市和农田）尤其是城市范围的不断扩大促使区域生态风险升高明显，建议加强城市土地集约高效利用，同时限制北部环境恶劣小城镇的发展。此外，中部丘陵沟壑区草地恢复力不足和降水侵蚀力增强也会促使风险升高，建议在生态保护时给予重点考虑。     

基于生态监管的生态保护修复工程实施成效评估指标体系

生态监管是保障生态保护修复工程有效实施的重要途径，生态保护修复监督评估是我国当前维护生态环境安全的迫切需求和生态监管开展的有力抓手。在对国内外已有生态保护修复成效评估相关理论方法进行分析的基础上，围绕生态保护修复工程实施目标，结合生态监管要求，统筹考虑“山水林田湖草生命共同体”理念、生态保护修复工程类型、指标可操作性和兼容性等因素，综合运用频度分析法、专家咨询法和层次分析法等方法，提出了生态保护修复工程实施成效评估指标体系，构建了包括生态环境成效和工程管理成效的指标体系。其中，生态环境成效指标由共性指标和个性指标组成，共性指标包括生态系统格局、生态系统功能、生态干扰等方面的具体指标，个性指标包括森林保护修复工程、草原保护修复工程、湿地保护修复工程、矿山修复工程、防沙治沙工程、石漠化治理工程、水土流失治理工程、地质灾害治理工程、流域综合治理工程等不同工程类型的具体指标。工程管理成效指标主要包括工程绩效、工程实施及公众满意等方面的具体指标。在对各项指标评估的基础上，通过综合评估计算对生态保护修复工程实施成效进行评估。基于生态系统格局指数、生态系统功能指数、生态干扰指数、工程管理成效指数及不...