开展高寒退化生态系统恢复与重建技术研究,助力西藏生态安全屏障保护与建设

西藏是青藏高原的核心,是我国重要的生态安全屏障。由于高、寒、旱的特点,西藏高寒生态系统极为脆弱,在自然和人为因素影响下极易发生退化,治理难度大。草地退化和土地沙化治理一直是西藏生态安全屏障保护与建设的重中之重。为此,国家在"典型脆弱生态修复与保护研究"重点专项里启动了"西藏退化高寒生态系统恢复与重建技术及示范(2016YFC0502000)"项目,旨在研究生态系统演变规律和影响机理的基础上,针对西藏高原不同的退化区域,重点研发高寒退化草地恢复、沙化土地治理、生态产业及生态畜牧业发展等技术与模式,开展县域水平的集成示范,实现高寒生态系统功能的提升与适应性优化管理的目标,为西藏生态安全屏障保护与建设提供技术支撑。     

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。     

中国喀斯特生态保护与修复研究进展

喀斯特生态系统是地球表层系统的重要组成部分。我国西南喀斯特地区以高强度农业活动为主,人地矛盾尖锐、石漠化严重,是我国最大面积的连片贫困区。在国家科技计划项目等的持续支持下,我国围绕喀斯特区生态修复与石漠化治理,系统开展了喀斯特生态保护与修复基础理论、技术研发、产业示范等研究,在喀斯特生态系统退化机理、石漠化治理技术与模式、生态治理助力脱贫攻坚、喀斯特景观资源保护、喀斯特国际合作等方面取得突出进展,引领了国际喀斯特学科发展。面对当前石漠化治理过程中产生的治理成效巩固困难、缺乏可持续性等新问题,未来喀斯特生态保护与修复研究应以增强生态治理的可持续性为导向,加强生态恢复过程机理与机制研究,提升喀斯特生态系统服务、提高生态恢复质量、巩固扶贫成果,实现石漠化治理的提质与增效,为"美丽中国"战略的贯彻实施及全球喀斯特地貌分布区所属国家的生态治理提供"中国方案"。     

无纺布对不同坡度高寒退化草甸地上植被和土壤理化特征的影响

当前三江源区高寒草甸在气候变化和人类活动作用下已经大面积退化。由于该区域地势复杂, 除滩地之外, 不同坡度的退化草地治理技术研究亟待加强。针对退化草地恢复已有大量研究, 然而对草地干扰相对较低的无纺布覆盖技术研究薄弱。基于以上, 在三江源区不同坡度的高寒退化草甸通过铺设无纺布, 来探讨无纺布对不同坡度退化草地植被及土壤理化性质的影响。结果发现: 缓坡地地上生物量、植被高度、土壤水分显著低于陡坡地; 无纺布覆盖能显著提升植被地上生物量、 盖度、 物种分盖度和、含水量以及碳、氮积累; 且对缓坡地植被地上生物量、 物种分盖度和及土壤水分的促进幅度更大。因此无纺布覆盖对植被及土壤提升效应说明这是一项适宜于高寒退化草甸的恢复技术, 特别对水热条件相对较差的缓坡退化草地治理中, 此项技术适宜推广。     

退化高寒草甸关键生态属性对多途径恢复措施的响应特征

高寒草甸是青藏高原的主体植被类型，但退化态势较为严峻，严重威胁青藏高原生态屏障的战略地位。退化高寒草甸的复健是世界性难题，治理效果也因退化状态、恢复措施及气候环境而异。以春季休牧、秋季休牧、畜群结构优化、减畜轮牧、围栏封育及翻耕改建等典型多途径恢复措施下的退化高寒草甸为对象，系统探讨主要生态要素和生态功能的响应特征及潜在过程。结果表明，典型恢复措施下退化高寒草甸的植被生产力、土壤有机碳密度及土壤饱和持水量等生态要素都得到一定程度的提升，而恢复效果与实施年限及恢复措施密切相关。围栏封育和翻耕改建下土壤有机碳密度及饱和持水量随恢复年限均表现为对数饱和型的响应特征，退化高寒草甸固碳持水功能的基本恢复年限约为6—10年。春季休牧、秋季休牧、畜群结构优化、减畜轮牧、围栏封育等放牧管理恢复措施应适用于轻度退化至重度退化的高寒草甸，而翻耕改建则是极度退化高寒草甸的适宜治理措施。由于多途径恢复措施的关注目标不同，今后研究应集中在恢复措施的组合优化和综合评价等方面。     

江河源区高寒草甸退化序列上"秃斑" 连通效应的元胞自动机模拟

高寒草甸草毡层"秃斑"是高寒草甸退化进程中最活跃的表征,明确其在退化序列上的演变时空规律是揭示草地退化动力学机制的关键之一。采用实地调研结合元胞自动机模拟的方法,对高寒草甸退化序列上秃斑格局动态进行了模拟,是对退化序列上秃斑的连续动态图谱表达,建立了高寒草甸由初步退化到系统崩溃的符合实际的草地秃斑连通的图谱序列,模拟吻合度达93.9%。通过对图谱序列关系的分析表明,秃斑连通进程分为3个阶段:低速连通期——第0—2年、跃变期——第2—7年、连通不可逆转期——第7—9年;最大秃斑面积、最大秃斑面积-秃斑总面积比的跃变过程,是草地退化等级的质变过程;通过对跃变期和连通不可逆转期相应的草地生态与恢复性能的对比分析,确定了连通阈值为54.5%;秃斑连通的过程伴随着临界阈现象的发生。由于连通不可逆转期"黑土滩"形成过程的不可逆性及形成后的巨大危害性,连通阈值的确定将为高寒草甸生态系统安全预警及其退化恢复治理提供依据。     

江河源区高寒草甸退化序列土壤粒径分布及其分形维数

江河源区高寒草甸退化日益严重,恢复治理已进行了大量工作,但收效甚微,主要是对退化机理认识不清.为阐明退化草地的形成机制,
本文以江河源区高寒草甸为对象,分析退化序列土壤粒径的分布特征、分形维数,以及分形维数与土壤侵蚀模数的关系.结果表明: 随着高寒草甸退化加剧,土壤的黏粒百分含量呈增加趋势,粉砂和极细砂呈减小趋势;退化序列土壤粒径分形维数与黏粒百分含量呈显著正相关,与极细砂和粉砂呈显著负相关;各粒级土壤侵蚀模数与分形维数呈二次函数关系,分形维数2.81为土壤侵蚀发生的阈值.以土壤粒径分形维数2.81作为草地恢复指标,选择使分形维数小于2.81的相应措施,是恢复退化草地的有力保证.     

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。     

青藏高原区退化高寒草甸植被和土壤特征

高寒草甸约占青藏高原草地的46.7%,是我国草地生态系统重要的组成部分。近年来,在气候变化和人为活动的影响下,高寒草甸生态系统退化严重,植被和土壤均呈现出不同的退化趋势。在大空间尺度上表现为草地覆盖度下降,杂草类植被增加,土壤退化甚至沙化;在微观尺度上,退化高寒草甸的土壤粒径、土壤微生物和土壤酶也发生改变。本研究从高寒草甸物种多样性、植物群落结构、植被生物量、土壤物理性质、土壤微生物、土壤酶和土壤养分等方面,分析了高寒草甸生态系统退化过程中植被和土壤的变化特征,提出当前研究中存在的一些不确定性和有待深入研究的问题,为全面了解高寒草甸的退化机制和规律、有效干预高寒草甸生态系统和恢复生态功能提供科学依据。     

土壤元素失衡是导致高寒草甸退化的重要诱因

土壤元素失衡是造成高寒草甸退化的关键诱因,明晰其过程与机制是高寒草甸生态系统可持续利用和退化草地恢复的重要内容。以我国典型青藏高原高寒草甸生态系统为研究对象,选取围封1年样地作为短期恢复、围封6年样地作为中期恢复及围封15年样地作为长期恢复阶段,分析了这些样地的土壤基本理化性质。研究发现,退化高寒草甸的恢复未改变土壤pH,但增大了土壤保水能力和电导率。土壤有机碳和全氮含量随恢复进程变化敏感,而磷含量的变化并不明显,随着恢复时间的增加土壤C∶N,C∶P和N∶P显著升高,土壤可利用氮素特别是铵态氮的供应能力得到显著提升,长期恢复阶段的土壤铵态氮含量为短期恢复阶段的3.1倍。退化草地的恢复大幅度增加了高寒草甸生态系统地上生物量,这进一步增加了植物对土壤中的碳和氮输入,使土壤中的碳氮周转变快,诱发了植物-土壤之间的正反馈,形成良性循环,使退化草甸得以改善。本研究从退化高寒草甸恢复角度初步证实,土壤碳氮与磷元素比例失衡是造成高寒草地退化的重要诱因,研究结果对高寒草地的养护管理以及退化高寒草地的恢复工作具有重要意义。     

生态技术评价方法及全球生态治理技术研究

全球范围内生态退化形势严峻,生态技术在遏制生态退化进程中发挥着重要作用。长期以来,对生态技术缺乏系统研究和评价,影响了其在脆弱生态区生态治理中的应用与推广。"生态技术评价方法、指标体系及全球生态治理技术评价"项目(2016YFC0503700)获得国家重点研发计划"典型脆弱生态修复与保护研究"专项支持。该项目旨在厘清全球生态退化状况及其对生态技术的需求,建立生态技术评价指标体系与方法模型,评价国内外不同类型生态技术以及重大生态工程区和不同生态退化区域的生态技术实施效果,筛选和推介满足我国及发展中国家生态治理需求的生态技术,建立生态技术评价平台和集成系统,为推动我国生态文明建设和发展中国家生态治理提供科学支撑。     

牧民对草地可持续利用的生态认知水平及其影响因素——以黄河源区5个县为例

牧民对草地可持续利用认知水平很大程度上影响了当地土地的利用状况,进而影响牧民保护草地行为的产生。基于黄河源区（玛多、玛沁、班玛、达日、甘德）的入户调查数据,在分析牧民生计方式和草地退化认知特征的基础上,运用Tobit模型探究影响牧民对草地退化生态认知的主要因素。研究结果表明：（1）黄河源区88%的牧民认为近5年草地出现了不同程度的退化,与学术界普遍认同的观点相一致;（2）联户放牧、子女受教育程度、新技术培训、牲畜养殖规模等对牧民关于草地退化的认知有正向引导作用;（3）户年均收入、国家草原奖补对牧民关于草地退化的认知有负向作用。为有效解决黄河源区牧民对草地的严重依赖性和源区内产业结构单一的问题,应（1）加强牧民专业技能培训、提升草原牧民整体文化水平;（2）鼓励中小牧民参与联户经营;（3）优化牧户生计方式,改善生计策略,减小牧民对草地的依赖程度,实现社会-生态系统的可持续发展。     

重点脆弱生态区生态恢复的综合效益评估

全球变化和人类活动的剧烈影响导致对人类福祉至关重要的生态系统功能和服务的改变,生态系统退化已成为全球面临的严重问题之一。综合评价生态恢复效益是目前衡量恢复工程实施效果的重要途径。以中国重点脆弱生态区为研究对象,选取产水、土壤保持、食物供给、固碳4项服务,构建研究区生态恢复综合效益评估指标体系,并通过Welch T方法检验恢复显著和不显著区生态系统服务指标,对比分析研究区生态恢复综合效益的变化情况。结果表明:2000年到2015年,生态恢复工程的实施使脆弱区生态系统服务整体增长20.86%;综合效益由波动变化转为稳定,并稳定在其均值0.55附近,其中喀斯特区综合效益最高,达0.75以上;生态系统类型变化主要是农田、森林、草地和聚落生态系统之间的转移,森林和草地生态系统的增加使得生态系统服务水平升高;T检验的结果表明生态恢复带来综合效益的改善和生态系统服务能力的提高。     

青藏高原高寒地区生态草牧业可持续发展:原理、技术与实践

青藏高原在保障国家生态安全、发展高寒生态草牧业和改善当地民生等方面具有重要战略意义。实现高寒地区生态草牧业可持续发展，对推动青藏高原生态保护和区域高质量发展具有重要推动作用。由于高寒草地承载力低、草畜供需时空失衡和畜牧业经营方式粗放等原因，导致草地畜牧业生产效率低，牧民经营效益差，高寒草地退化严重。为了协调推动高原生态保护、国家公园建设和区域民生改善，传统草地畜牧业亟待转型升级。近年来在国家和地方科技项目支持下，针对高寒草地畜牧业系统效率低、资源消耗大和经营效益差的瓶颈，我们在位于青藏高原东缘农牧交错区的青海省贵南县系统开展了生态草牧业关键技术研发、应用和示范，集成了以“高寒草地适度利用—优质高产人工草地建植—优良牧草青贮—系列草产品加工—饲草料精准配置—家畜营养均衡饲养—高原特色畜产品精深加工—一二三产业融合—区域功能耦合”等为一体的高寒地区生态草牧业提质增效技术体系，积极推动了传统草地畜牧业向生态草牧业发展转变，促进了高寒地区生态—生产—生活协调发展。上述工作将为青藏高原生态保护、草牧业可持续发展和高寒地区牧民持续增收提供重要科技支撑，同时对我国西部典型生态脆弱区适应性管理，黄河上游生态保护和高质量发展具有一定的启示作用。     

重点脆弱生态区生态恢复模式现状与发展方向

生态系统退化严重影响区域可持续发展,控制生态系统退化和生态恢复已成为重要议题。我国脆弱生态区分布广泛,生态系统退化显著,荒漠化、水土流失、石漠化等问题突出,针对这一问题,我国已开展一系列生态恢复工程,积累了数量众多的生态恢复模式。在梳理重点脆弱生态区(北方风沙区、青藏高寒区、干旱荒漠区、黄土高原区和喀斯特地区)生态环境问题现状基础上,整理了针对不同脆弱生态区及亚区的生态恢复模式,构建了一套全面评估生态恢复模式的综合效益的指标体系,结合实地调查和数据收集,评估了脆弱生态区的生态恢复模式的综合效益,基于此提出生态恢复实践中应将生物多样性和生态系统服务提升作为重要目标,同时加强针对生态恢复模式的成本效益分析,综合设计生态恢复管理制度,搭建重点脆弱生态区生态恢复信息平台可为生态恢复模式筛选和优化提供决策支持。     

国土空间生态修复国际经验借鉴与广东省实施路径

开展国土空间生态修复是生态文明和美丽中国建设的要求,是关系国家生态安全和民生福祉的重大国家战略任务。梳理了近100年来以荒野、再野化、基于自然的解决方案、生态修复为核心的国际生态环境治理理念的发展语境,辨析概念之间的关系,阐明国际生态修复基本研究框架,并梳理国外生态修复的典型实践案例,总结国际经验。基于对广东省主要生态问题研判,从摸清家底、确定目标、谋划格局、布置行动、实施保障5个层面构建省域国土空间生态修复科学规划总体框架,并以实际问题和生态修复目标为导向,提出深入开展国土空间生态修复规划九项专题研究、生态修复技术研发、多元组织形式等策略。本文提出的广东省生态修复设计思路及实施路径,将为找准生态环境问题根源、实现靶向修复治理、促进生态文明建设提供决策支持。     

持续城镇化对中国推进实施联合国可持续发展目标的作用

中国过去40年城镇化发展迅速,从数字指标上看,不仅走过了一条迅速提升工业化水平的道路,也走过了一条快速城镇化道路。然而,中国城镇化发展重"量"而轻"质",偏重于城镇数量增多和城镇化速度的提升,而对城镇化的质量和效益的提升、人民生活水平和文明程度的共同提高、资源生态环境的保护、城镇就业、第三产业发展等城镇化的本质问题关注不够。2015年,联合国通过的2030年全球可持续发展目标(SDGs)明确要求建设包容、安全、有抵御灾害能力和可持续的城市和人类住区,中国新型城镇化应以可持续发展目标为导向,如何将SDGs的具体要求用于中国新型城镇化的发展显得尤为重要。为此需要构建城市可持续发展水平评估机制,测评中国城市可持续发展目标实施状况;通过推进城市绿色创新实践,拓宽中国城市可持续发展目标践行路径。