基于地形梯度的甘肃白龙江流域典型生态系统服务分布特征

白龙江流域是长江上游重要的水源涵养区和生态屏障,同时也是国家级贫困县集中连片区(秦巴山区)。基于ArcGIS软件和InVEST模型,从高程、坡度、地形起伏度、地形位指数等方面分析了甘肃白龙江流域典型生态系统服务的地形梯度特征。结果表明:(1)甘肃白龙江流域碳储量、水源涵养、生境质量、土壤保持服务功能的空间分异明显,其高值区主要分布在自然保护区、林区,低值区则在河谷、城镇、农耕地区。(2)碳储量、水源涵养和生境质量随着坡度和地形起伏度的增加而增加,土壤保持则呈先增加后降低的趋势,随地形位指数增加呈现波动变化;(3)流域综合生态系统服务供给重要区域逐渐向两极分化,多种生态系统供给服务的重要区域主要在中高梯度片区,而一般区主要分布在低梯度片。地形特征是影响流域生态系统服务梯度差异的重要因素。通过分析流域不同地形因子下分析碳储量、水源涵养、生境质量、土壤保持的空间分异特征,可为中国西部山地流域生态系统格局优化管控和生态文明建设提供科学依据。     

退耕还林(草)工程对渭河流域生态系统服务的影响

退耕还林(草)工程作为中国启动的重要生态补偿项目,对维护国家生态安全起着关键作用,系统剖析退耕还林(草)工程对生态系统服务的影响,有助于为健全生态补偿制度提供借鉴。本研究以渭河流域为例,基于土地利用数据、气象数据等资料,在分析退耕还林(草)工程实施以来渭河流域土地利用和生态系统服务时空变化的基础上,运用Invest模型、地理加权回归等方法,探究退耕还林(草)工程对渭河流域水源涵养、土壤保持、碳储量、生境质量等生态系统服务变化的影响。结果表明: 退耕还林(草)工程实施以来,渭河流域林草覆盖率呈波动上升趋势,林草面积增加2704.49 km²。2000—2018年间,渭河流域水源涵养、土壤保持、碳储量、生境质量均呈波动上升趋势,其中,水源涵养和固碳服务增幅较大,生境质量和土壤保持增幅较小。退耕还林(草)工程有效提升了渭河流域的水源涵养、土壤保持、固碳、生境质量等生态系统服务,但对不同地域单元生态系统服务影响强度不同。     

桂西北喀斯特地区生态系统服务功能重要性评价与空间分析

生态系统服务功能重要性评价对于明确区域生态系统服务功能空间分布规律,进行生态功能区划有重要意义.本文根据桂西北喀斯特地区的主要生态系统服务功能,选取生物多样性保护、土壤保持、水源涵养、石漠化控制和产品提供5项服务功能,采用层次分析法和多因子综合评价法建立指标体系,在GIS技术支持下,分析了5项生态系统服务功能的重要性及其空间分布特征,并进行了综合评价.结果表明:桂西北喀斯特地区生态系统服务功能重要性程度较高,其中极重要、中等重要地区面积占研究区总面积分别为25.2%和33.4%;喀斯特地区生态系统土壤保持功能和石漠化控制功能对喀斯特区域生态环境具有重要控制作用,其分布区域是桂西北喀斯特地区生态环境治理和生态恢复的重点区域;明确了桂西北喀斯特地区生态系统生物多样性保护功能、水源涵养功能及产品提供功能的重要性等级及空间分布特征,为喀斯特地区生态系统的科学管理和生态功能区划提供重要依据.     

黄河三角洲高效生态经济区生态系统服务权衡协同关系

探究黄河三角洲高效生态经济区生态系统服务权衡与协同关系,对区域生态系统服务功能分区和高质量发展具有重要的现实意义。本研究利用InVEST模型、空间自相关和权衡协同度(ESTD)模型,分析黄河三角洲高效生态经济区2000—2020年生境质量、碳储存、土壤保持、水源涵养和水质净化5种生态系统服务在乡镇尺度上的时空变化特征及其权衡协同关系。结果表明：2000—2020年,研究区生境质量、碳储量和氮、磷输出量整体递减,土壤保持量和水源涵养量波动递增;生境质量呈现北高南低的分布格局,碳储存、氮、磷输出、土壤保持和水源涵养大致呈北低南高的格局。研究期间,研究区5种生态系统服务间在时间截面和时段上均以协同关系为主,但仍存在差异,在时间截面上协同关系主要存在于碳储存与其他服务之间,在时段上协同关系主要存在于生境质量与其他服务之间。研究结果可为黄河三角洲高效生态经济区生态系统服务的提升及生态系统功能分区提供理论指导与实践借鉴,并为国土空间格局优化提供基础支撑。     

京津冀地区生态系统服务时空变化及驱动因素

京津冀地区地处蒙古高原向华北平原过渡地带,是华北平原关键的生态屏障,在区域生态安全格局上具有重要的地位。结合地面观测、遥感监测、模型模拟和GIS空间分析技术,构建了一套京津冀地区生态系统关键服务的生态本底图谱,分析和评估了京津冀地区生态系统结构与防风固沙、水源涵养、土壤保持等关键服务的时空变化特征,并对气候变化和生态工程等驱动因素进行了讨论。结果表明:(1)京津冀地区生态系统类型以农田为主,占全区面积的49.7%。2000—2015年,聚落面积明显增加,农田面积大量减少,森林、草地、水体与湿地面积微弱减小。(2)多年平均生态系统防风固沙量、水源涵养量和土壤保持量分别为5.61×10~8 t、74.58×10~8 m~3、7.98×10~8 t,燕山-太行山森林生态区的生态系统关键服务量最高,西北草原生态区其次,京津唐和华北农业生态区较低。(3)2000—2015年,防风固沙量、水源涵养量均呈不显著上升趋势,增幅分别0.11 t hm~(-2) a~(-1)、0.03×10~4 m~3 km~(-2) a~(-1);土壤保持量呈显著上升趋势,增幅为1.08 t hm~(-2) a~(-1)。森林生态区各生态系统服务量均呈上升趋势(部分地区P0.05);草原生态区的防风固沙量呈不显著下降趋势,其他服务量整体变化幅度较小;京津唐农业生态区和华北农业生态区东部的防风固沙量呈极显著下降趋势,土壤保持量整呈不显著上升趋势。(4)研究区生长季气候趋于暖湿,叠加实施了多项重点生态修复工程,显著提高了区域植被覆盖度,进而提升了生态系统服务量。而在城市化发展过程中,建设用地不断扩张,导致部分农业生态区植被覆盖度下降,生态系统服务量有所降低。     

粤港澳大湾区生态系统服务时空演化及其权衡与协同特征

打造国际一流湾区和世界级城市群的粤港澳大湾区,生态保护、环境优化与城市发展、经济开放具有同等重要地位,掌握其城镇化过程中生态系统及其服务变化状况有助于科学合理、有针对性的制定生态保护修复相关政策。基于2000-2015年粤港澳大湾区生态系统宏观格局变化,分析了大湾区生态系统生产力、水源涵养、土壤保持服务的时空演化特征,进而探讨了供给与调节服务之间的权衡与协同关系。结果表明：（1）森林与农田是大湾区的主体生态系统,面积占大湾区国土面积的54.1%和22.8%,近15年由于城镇面积快速增长（增幅达68.6%）,导致森林、农田、湿地面积不断减少。（2）基于净初级生产力的供给服务量和土壤保持量整体上均呈现轻度增加趋势,特别是江门、肇庆等生态服务主要提供区域;东南部最高、北部次之、中部偏低的水源涵养量,除西北部呈现增加趋势以外,其它区域皆呈现减少趋势;城镇扩张是生态系统供给、调节服务明显减少的主要影响因素。（3）大湾区生态系统供给服务与水源涵养、土壤保持调节服务之间的相关关系均以协同为主,然而,在大湾区东北部和南部的广州、惠州、江门等区域呈现明显的权衡关系,提示大湾区发展过程中,需要在这些呈现权衡关系的区域实施有针对性的生态保护修复措施,优化绿地结构、保护生态空间,减少城镇扩张和不合理的人类活动对生态系统服务的消极影响,建设生态优美、文化繁荣的美丽湾区。     

黑河流域生态系统服务空间协同与权衡变化

黑河流域是西北地区重要的生态功能区,流域内生态系统服务变化对当地社会经济发展和流域生态安全具有重要影响,其社会-生态-环境问题一直受到高度关注,因此开展黑河流域生态系统服务评估及协同/权衡关系研究对该区域的可持续发展具有重要意义。本文采用基于时间序列的双变量逐像元相关分析,对黑河流域1990—2015年的各项关键生态系统服务进行定量评估,并对服务之间的空间协同/权衡关系进行分析。结果表明：(1)全流域整体以协同关系为主。两两服务之间协同与权衡地区的面积比,协同>权衡的有19对：在产水、水源涵养、土壤保持、水质净化(N保持和P保持)、碳储存之间;协同=权衡的有6对：食物供给-产水/水源涵养/土壤保持、生物多样性-产水/水源涵养/P保持;权衡>协同有2对：生物多样性-土壤保持/N保持。(2)黑河流域生态系统服务的协同/权衡关系分布存在明显的区域差异性。30%的区域不存在协同与权衡关系;空间分布南北差异很大,南部协同/权衡明显,协同或权衡区呈东南-西北的长条状分布;北部没有明显的协同/权衡关系,协同或权衡区域呈多点零星分散分布;协同与权衡区域絮状交错分布,集聚性低。     

卧龙自然保护区典型生态系统服务时空变化研究

自然保护区作为生态系统服务的产生区和生物多样性保护的重点区,评估其关键生态系统服务,对提高保护区管理水平和生态保护与建设效率有重要意义。利用CASA模型、RUSLE模型、InVEST模型及水量平衡原理等方法分别定量评估了卧龙自然保护区2000年和2015年碳固定（NPP）、土壤保持、生境质量和水源涵养4种生态系统服务并分析了其时空分布及其变化特征,揭示了不同地形位梯度和土地利用类型上生态系统服务的差异,识别了生态系统服务的热点区域。研究结果揭示了2000-2015年4种生态系统服务及其变化的时空异质性：1）研究期间保护区4种生态系统服务供给量均有所增加,且增益面积大于减损面积;2）空间上,NPP、土壤保持和生境质量3种服务表现为东南高、西北低,水源涵养空间分布无明显规律,4种服务的空间分布特征均变化不大且保持相对稳定;3）4种生态系统服务空间分布及变化与地形位和土地利用类型有关。4种服务的高值和增益的优势分布区均位于较低地形位指数梯度上,以保护区东南部最为突出;林地和草地是对保护区生态系统服务贡献较大的土地利用类型,尤以林地突出;4）热点分析表明保护区东南部是主要的生态系统服务供给热点区,研究期间Ⅳ类热点区面积显著增加。结合研究区域生态系统特征和生态恢复与管理政策,探讨分析了目标生态系统服务时空变化的自然生态和社会经济驱动力,为本区域生态系统恢复和生物多样性保护提供依据和建议。     

基于生物多样性与生态系统服务功能的秦岭山系自然保护体系规划

生物多样性与生态系统服务是目前生态保护的两大主要目标,在保护区体系规划设计中兼顾两个保护目标有助于发挥自然保护区的综合效益。以生物多样性与生态系统服务功能都重要的秦岭山系为研究区域,在生物多样性、水源涵养和土壤保持重要性评估的基础上,通过空缺分析,提出了秦岭山系的保护区体系优化方案。研究结果表明,现有的自然保护区保护了33.5%的生物多样性极重要区,22.9%的水源涵养极重要区,但是只保护了7.4%的土壤保持极重要区;建议在秦岭主峰、秦岭西部和东南部分别建立自然保护区群和生态功能保护区,保护区面积占秦岭山系总面积的31.4%,使生物多样性、水源涵养、土壤保持的极重要区的保护比例达76.2%、70.5%和41.5%,生态保护效益得到提升。研究结果可以为秦岭山系生态保护政策的制定提供参考,同时对于其他地区自然保护体系规划、以及国家公园构建也具有重要的借鉴意义。     

基于SWAT模型的浑河中上游水源涵养服务价值评估

浑河中上游流域的森林覆盖率高达68%,是辽宁省饮用水的重要水源保护地。本研究基于SWAT模型和影子工程法,评估2000—2019年浑河中上游流域的水源涵养量及其服务价值,并分析其时空变化的原因,以期为流域内生态补偿和生态恢复提供依据。结果表明:2000—2019年浑河中上游水源涵养量及其价值量呈先增加后减少趋势;年均水源涵养总量和水源涵养服务价值分别为24.6亿m³和150.4亿元;研究区水源涵养量存在明显的空间差异,高值区主要分布在清原县和新宾县,低值区集中于沈阳市辖区;不同生态系统的水源涵养服务价值差异较大,森林的单位面积水源涵养量远高于草地、农田和城市。     

生态系统核算研究进展

生态系统核算的本质是通过对生态系统服务、生态系统资产的实物量和价值量进行计算,将生态系统的数量信息纳入国民经济核算体系,将生态系统的保护目标融入经济社会决策,以更好地实现生态环境与经济社会协调发展的战略构想.本文对生态系统核算基本问题、生态系统核算账户设计、生态系统估价方法等方面展开综述.首先,通过对生态系统服务理解的阐述和归类,立足于最终生态系统服务观阐明了生态系统的运行过程,扩展了国民账户体系(SNA)的生产范围.其次,梳理并设计了生态系统资产账户、生产账户和供给使用账户,就生产范围扩展方法对生产账户的不同影响进行对比.再次,区分了基于交换价值的核算方法和基于福利经济理论的核算方法,并指出基于交换价值的核算方法与SNA理论基础更为匹配.最后,对当前研究存在的不足进行分析,并对未来研究予以展望.     

基于生态系统演变机理的生态系统脆弱性、适应性与突变理论

随着气候变化影响广度与深度的增加,生态系统脆弱性、适应性与突变理论逐渐被广泛应用到生态学研究领域中,探讨和评估各类生态系统对气候变化的敏感性、脆弱性和适应性,可谋求更好的方式来应对气候变化对区域生态系统带来的深远影响,服务于国家生态系统可持续管理及生态安全建设.虽然相关研究已获取许多进展,区分了气候敏感区和某些生态系统...     

Vulnerability of the global terrestrial ecosystems to climate change

Climate change has far‐reaching impacts on ecosystems. Recent attempts to quantify such impacts focus on measuring exposure to climate change but largely ignore ecosystem resistance and resilience, which may also affect the vulnerability outcomes. In this study, the relative vulnerability of global terrestrial ecosystems to short‐term climate variability was assessed by simultaneously integrating exposure, sensitivity, and resilience at a high spatial resolution (0.05°). The results show that vulnerable areas are currently distributed primarily in plains. Responses to climate change vary among ecosystems and deserts and xeric shrublands are the most vulnerable biomes. Global vulnerability patterns are determined largely by exposure, while ecosystem sensitivity and resilience may exacerbate or alleviate external climate pressures at local scales; there is a highly significant negative correlation between exposure and sensitivity. Globally, 61.31% of the terrestrial vegetated area is capable of mitigating climate change impacts and those areas are concentrated in polar regions, boreal forests, tropical rainforests, and intact forests. Under current sensitivity and resilience conditions, vulnerable areas are projected to develop in high Northern Hemisphere latitudes in the future. The results suggest that integrating all three aspects of vulnerability (exposure, sensitivity, and resilience) may offer more comprehensive and spatially explicit adaptation strategies to reduce the impacts of climate change on terrestrial ecosystems.     

西北干旱区山地-绿洲-荒漠系统生态恢复综合效益评估

西北干旱区目前已实施众多生态恢复举措试图修复和重建受损的生态系统,截至目前恢复效果如何我们不得而知,但生态恢复效益评估却能够检测其结果,并为未来的生态工程提供参考。在前人研究的基础上,以地面观测的气象资料、土壤调查数据、多源遥感数据和陆面模型模拟数据作为输入,对基于像元二分法的植被覆盖度估算方法、修正的风力土壤侵蚀模型、修正的通用土壤流失方程和基于光能利用率的净初级生产力模型中的参数进行本地化,更为准确的估算了西北干旱区生态恢复效益评价体系中的关键指标,并集成生态恢复效益指标,评估了1990—2015年西北干旱区14个山地-绿洲-荒漠子系统的生态恢复效益。研究发现:(1)山地-绿洲-荒漠子系统的生态系统结构、生态系统质量和生态系统功能时空分异明显:全区山地系统的生态系统结构有所改善,北疆和伊犁地区的山地-绿洲-荒漠子系统生态系统质量上升,荒漠生态系统的生态系统功能下降;(2)1990—2015年西北干旱区的荒漠子系统生态恢复效益在下降,而绿洲和山地的生态恢复效益在上升。基于多指标的生态恢复效益定量评估有助于客观认识西北干旱区的生态恢复现状和动态,评估结果可为未来生态工程提供具体的空间位置,也为我国其他生态脆弱区的生态恢复效益评价提供参考。     

Biodiversity in the context of ecosystem services: the applied need for systems approaches

Recent evidence strongly suggests that biodiversity loss and ecosystem degradation continue. How might a systems approach to ecology help us better understand and address these issues? Systems approaches play a very limited role in the science that underpins traditional biodiversity conservation, but could provide important insights into mechanisms that affect population growth. This potential is illustrated using data from a critically endangered bird population. Although species-specific insights have practical value, the main applied challenge for a systems approach is to help improve our understanding of the role of biodiversity in the context of ecosystem services (ES) and the associated values and benefits people derive from these services. This has profound implications for the way we conceptualize and address ecological problems. Instead of focusing directly on biodiversity, the important response variables become measures of values and benefits, ES or ecosystem processes. We then need to understand the sensitivity of these variables to biodiversity change relative to other abiotic or anthropogenic factors, which includes exploring the role of variability at different levels of biological organization. These issues are discussed using the recent UK National Ecosystems Assessment as a framework.     

生态系统服务供给和需求研究评述及框架体系构建

生态系统服务供给和需求联系着自然生态系统与社会经济系统,对生态系统服务供给和需求的研究有助于加强生态系统管理和实现资源优化配置,从而保障区域生态安全与社会经济可持续发展。本文在系统梳理国内外相关研究的基础上,对生态系统服务供给和需求的概念内涵、评估方法和实践应用等方面进行全面综述。从理论发展的角度看,虽然目前已取得较为丰富的研究成果,但是现有研究仍较为分散,缺乏统一的生态系统服务供需研究框架体系。鉴于此,本文在对生态系统服务供给和需求的研究范畴进行拓展的基础上,按照“理论-方法-实践”相统一的研究脉络,构建了“定性-定位-定量-定策”的生态系统服务供给和需求研究框架体系,最后提出未来研究应围绕“重点关注生态系统服务供给和需求的空间转移规律、加强生态系统服务供给和需求的定量方法研究、深化生态系统服务供给和需求应用管理实践和建立生态系统服务供给和需求应用评价机制”等方面展开,以期促进生态系统服务供给和需求的理论与实践研究。     

生态恢复中生态系统服务的演变:趋势、过程与评估

经过10余年的发展,生态系统服务已经成为生态恢复研究关注的前沿和热点。生态恢复改变了生态系统格局与过程,对生态系统服务的产生和提供具有重要影响。但是目前对于生态系统服务在生态恢复过程中的演化仍缺少系统性研究。对国内外相关研究的最新成果进行综述,总结了生态系统服务评估中框架的构建和方法的选择(参数转移法、系统模型法和定量指标法),介绍了生态恢复对生态系统服务的促进作用、生态系统服务的演变过程以及不同生态系统服务间的协同与权衡关系,分析了社会经济因素对生态恢复和生态系统服务维持的影响。最后结合我国生态恢复实践,提出未来生态恢复和生态系统服务研究可以从深化作用机制研究、推动服务评估创新、增强研究成果应用3方面深化和拓展。     

生态系统综合评价的内容与方法

生态系统综合评价是系统分析生态系统的生产及服务能力,对生态系统进行健康诊断,做出综合的生态分析和经济分析,评价其当前状态,并预测生态系统今后的发展趋势,为生态系统管理提供科学依据。从总体上讲,综合评价更强调生态系统一系列产品与服务功能之间的权衡,具有很强的实践意义。许多学者对不同的生态系统服务功能进行了经济价值评估,但缺乏对生态系统的产品、服务、健康与管理之间关系的进一步探讨。对生态系统服务功能评价、健康评价的生态管理与预测进行了系统论述,目的是提出生态系统综合评价的框架,指导生态系统评价行动及生态系统管理。     

2001—2010年疏勒河流域生态系统质量综合评价

疏勒河流域属于典型的干旱区内陆河流域,生态环境脆弱,对其进行生态系统质量评价意义重大.本文利用多源遥感数据,依据生态系统生产能力指数(EPI)/生态系统稳定性指数(ESI)/生态系统承载力指数(EBCI),建立遥感综合评价模型,对疏勒河流域2001—2010年的生态系统质量进行综合评价.结果表明: 疏勒河流域2001—2010年生态系统质量平均值为43.21,处于较低水平.EPI、ESI和EBCI的均值分别为47.16、58.09和28.52,说明疏勒河流域生态系统承载力较低.2001—2010年,EPI和EBCI分别增加了18.9％和20.1％,ESI下降了9.4％.流域生态系统质量总体呈现出先增加后下降的趋势,2001、2005和2010年生态系统质量年均值分别为 43.71、44.80和41.13.农田生态系统质量最高,水体生态系统质量最低.人工生态系统质量综合评价值为46.43,明显高于自然生态系统.     

Community ecology theory predicts the effects of agrochemical mixtures on aquatic biodiversity and ecosystem properties

Ecosystems are often exposed to mixtures of chemical contaminants, but the scientific community lacks a theoretical framework to predict the effects of mixtures on biodiversity and ecosystem properties. We conducted a freshwater mesocosm experiment to examine the effects of pairwise agrochemical mixtures [fertiliser, herbicide (atrazine), insecticide (malathion) and fungicide (chlorothalonil)] on 24 species‐ and seven ecosystem‐level responses. As postulated, the responses of biodiversity and ecosystem properties to agrochemicals alone and in mixtures was predictable by integrating information on each functional group's (1) sensitivity to the chemicals (direct effects), (2) reproductive rates (recovery rates), (3) interaction strength with other functional groups (indirect effects) and (4) links to ecosystem properties. These results show that community ecology theory holds promise for predicting the effects of contaminant mixtures on biodiversity and ecosystem services and yields recommendations on which types of agrochemicals to apply together and separately to reduce their impacts on aquatic ecosystems.