内陆河流域生态系统服务价值的动态估算方法与应用——以甘肃河西走廊石羊河流域为例

Costanza等提出的单位面积生态系统服务价值没有考虑生态系统服务的空间异质性,是与生态系统结构和功能有关的生态系统本身的价值,这里称为静态价值。在实际应用于指导以社会、经济、生态综合效益最大为目标的流域水土资源优化配置决策时,不能反映资源的稀缺程度和随社会经济发展水平变化的对生态价值的支付意愿,使得静态生态价值的研究成果难以得到应用。提出了动态生态价值的概念,某一特定区域生态系统服务的动态价值是指其相应的生态服务功能在特定人群一定支付意愿下的现实价值。在Costanza等人提出的单位面积生态价值的基础上,考虑生态类型的覆盖度等特点结合专家咨询法提出了林地、草地单位面积生态价值的修正系数,估算流域生态系统服务的静态生态价值;建立了基于发展阶段系数和资源紧缺度的生态价值动态估算方法。以甘肃河西走廊石羊河流域为例,估算出2000年流域生态系统服务的静态价值为4．17亿美元,相当于当年流域GDP的0．3657倍,且在空间上呈现从上游山区向下游荒漠区递减的规律;动态生态价值为2．35亿美元,下游和上游大,中游较小。动态生态价值的研究为生态价值研究成果进一步在资源合理配置中的应用提供了途径。     

崇义客家梯田生态系统服务功能

开展崇义客家梯田系统生态服务功能价值评估,有助于人们更好地了解梯田系统对崇义客家社会的重要贡献,为当地政府保护客家梯田系统提供重要依据.本研究基于崇义客家梯田系统及其所处区域的社会经济特征,构建了相应的生态服务功能价值评估指标体系;运用定性分析法对客家梯田系统的生态服务功能机理及其重要性作了识别;以2014年统计数据为基础,采用物质量和价值量相结合的定量评价方法,对客家梯田系统的9项生态服务指标进行评估.结果表明: 在评估的9项指标中,土壤保持的物质量和价值量同居各指标之首,分别为76457 kg·hm^-2和105033 元·hm^-2,相应地占梯田系统总物质量和总价质量的72.2%和30.0%.文化传承和景观体现了客家梯田系统独特的生态服务功能,价值量分别为100000和46333元·hm^-2,位居9项指标的2、3位.产品供给是客家梯田系统提供给崇义客家人的重要福祉,但其物质量和价值量只占梯田系统生态服务总物质量和总价值量的6.1%与10.4%,因此仅考虑产品供给将严重低估梯田系统的生态服务功能.直观的经济数字反映了客家梯田系统对社会的巨大贡献,不仅有利于提高管理者和公众保护农业文化遗产的意识,也为政府制定客家梯田系统生态补偿标准提供了数据支撑.     

城市近郊型乡镇农业生态经济系统生态潜力及产业空间布局——以延安市河庄坪镇为例

生态脆弱区抗干扰能力弱，明确其系统的生态潜力，在潜力的基础上开发利用资源对区域的可持续发展具有重要的意义。研究基于生态系统服务价值视角，尝试测度农业生态经济系统生态潜力，同时以三产融合典型代表乡镇为研究对象，对其农业生态经济系统生态潜力和主导产业进行时空分析，最后对生态系统加以功能分区。结果显示：（1）气体调节、气候调节、水源涵养和土壤形成与保护是生态系统提供的主要服务功能。随退耕还林工程实施，林地面积的增加使生态系统服务价值量随之上升，在空间上呈现"中间低两翼高"的格局。（2）农业生态经济系统生态潜力受服务价值与资源开发过程影响，与生态系统服务价值在空间上相对一致，呈现出"两翼高中间低，北高南低"的分布格局，其中，退耕还林工程的推进直接导致林地的生态潜力增加，耕地的生态潜力减少。（3）研究区在退耕过程中形成以大棚种植为主的设施农业、以农林特色销售为主的商品型种植农业，以山地苹果为主的林果产业以及以酒店商贸为主的服务行业。并随城镇一体化的推进，主导产业呈现出由传统粗放型大田种植向集约型设施农业方向发展。在空间上形成了以镇区分布为主的第三产业、依托拐沟坡地的林果产业和沿川道展开的设施农业的产业布局。（4）基于生态系统服务价值，研究区农业生态经济系统功能区划分为城镇生态环境维护区（第Ⅰ类型区）、农业生态保护区（第Ⅱ类型区）、生态安全屏障区（第Ⅲ类区）3个区域。     

塔里木河上游土地利用变化中的生态价值损益分析

利用1990和2000年2期TM影像,对塔里木河上游典型绿洲的土地利用面积变化进行了研究,在土地利用变化背景下,通过货币化生态服务功能,揭示塔里木河上游典型绿洲生态价值的变化。研究表明,1990~2000年研究区土地利用变化显著。农田、居民点、盐碱地大面积增加,草地、林地、水域、湿地都有不同程度的减少;10年间研究区生态价值为负增长,减少了1.055×109元,由于土地利用变化而造成的生态价值损失巨大,而国民生产总值增加了3.652×109元。不顾生态环境的损失,盲目追求经济的增长,最终无法实现经济与社会的最大效益。评估区域生态价值,并将其纳入区域环境与经济综合核算体系意义重大。     

西南生态安全格局形成机制及演变机理

我国西南地区地形地貌复杂,生态系统多样,生物多样性丰富,是研究地表复杂过程与生态系统演变规律的关键区域,也是我国重要的生态屏障区。但是同时该区域环境复杂、生态脆弱、灾害严重,在全球气候变化背景下,人类活动和经济发展导致该区域的生态环境问题比较突出,同时区域的社会经济发展地域分异大。突出表现在区域生态系统服务功能受损,区域生态安全水平降低。如何维护区域生态安全具有重要意义。针对生态安全问题,我国已开展生态区划、生态功能区划和生态红线等工作,但在生态安全格局的形成机制、与生态系统服务耦合关系、人类活动和气候变化对生态安全格局影响及其适应、区域社会经济可持续发展等方面需要加强深入研究,在我国西南地区的开展研究西南生态安全格局形成机制及演变机理具有典型性、代表性与紧迫性。     

红树林生态系统服务功能研究综述

红树林湿地是热带亚热带地区陆地生态系统向海洋生态系统过渡的重要生态系统,具有重要的生态环境服务功能。由于其特殊的生态功能和较高的经济、社会价值,近年来成为湿地生态学研究的热点。本文对红树林生态系统在生产有机物、维持热带亚热带河口生态系统、降低风速以及海水流速、防治和减轻灾难、截留碎屑形成陆地、保护海堤、吸附污染物净化水体、提供多种生境、维护生物多样性,以及形成优美的环境开展生态旅游等几个方面的生态服务功能进行了综述,旨在为红树林资源的保护与合理利用提供参考。同时指出,对红树林的上述生态服务功能的内在生态学过程与效应及其价值评估尚需要开展更深入的研究。     

新疆伊犁河流域生态服务价值对土地利用变化的响应

以伊犁河流域为研究对象,运用GIS手段和生态经济学方法,采用Costanza生态系统服务价值计算公式,参照谢高地等人的中国陆地生态系统服务单位面积价值,结合敏感度分析,探讨了伊犁河流域1985-2005年土地利用和生态系统服务价值的变化特征。研究结果表明:1985-2005年间伊犁河流域土地利用处于发展阶段,土地利用程度呈增大趋势。研究期内生态系统服务价值总体有所上升,从482.83×108元上升到506.44×108元,增加了23.61×108元:水域和耕地对研究区总体服务功能变化的贡献率最大,而牧草地生态服务功能的下降对研究区总体生态服务功能的增加具有较大负贡献。研究区生态经济的发展已处于协调水平的边缘,需要加强对生态环境的保护力度。     

河流景观生态服务供给与需求/消费的互馈机制

河流景观系统孕育了人类文明,为人类社会提供类型多样的生态系统服务。其本身是一个自然景观过程和社会经济过程高度耦合的社会-生态系统,具有极高的空间异质性、时间动态和鲜明的组织尺度等级结构。当前,对河流景观系统这种特点所决定的生态系统服务供给与需求/消费互馈的机制研究不够深入,普遍缺乏从过程角度刻画生态服务供给与需求/消费互馈关系及其时空异质性和尺度特征。生态服务供给、需求和消费产生于社会-生态系统,是社会-生态耦合的纽带。阐述了河流景观生态服务供给和需求/消费的时空异质性,阐释了它们时空耦合机制和尺度特征,梳理了当前对生态服务供给、需求/消费互馈机理研究的不足。认为未来需要在社会-生态系统的框架下,从景观结构和生态过程出发,融合景观生态过程和社会过程来深入认识河流景观系统的生态服务供给与区内人类对生态服务的需求/消费之间的互馈机制。未来应重点关注：（1）河流景观结构和过程决定的生态服务供给和消费的空间分异及驱动机制;（2）河流生态服务传输的自然和人文载体及其耦合格局;（3）将生态服务需求/消费通过景观结构和生态过程对生态服务供给的反馈融入生态服务评估的方法框架,研发基于生态服务供给和需求/消费的社会-生态互馈过程模型。     

鄂西北地区土地利用格局及其生态系统服务价值的时空变化

鄂西北地区位于湖北省西北部, 是我国自然地理南北过渡的重要地区, 亦是我国南水北调中线工程的重要水源区, 生态环境保护意义重大。在鄂西北地区六期遥感数据基础上, 利用地理信息技术和空间统计的方法, 研究了该区域土地利用格局的时空变化, 对不同用地类型所提供的生态系统服务价值进行评估, 分析了生态系统服务价值与土地利用格局的驱动因素和相关性, 计算了社会经济因素与生态系统服务价值的空间相关性。研究结果表明: (1)1990—2015年鄂西北主要土地利用类型的变化幅度较小, 土地综合动态度为0.06%, 土地类型斑块破碎化程度增加, 斑块形状趋于复杂。(2)研究区间鄂西北生态服务价值处于上升趋势, 生态系统服务价值与景观格局的时空变化具有相关性, 其中与多样性指数呈正相关性, 与蔓延度指数呈负相关性。(3)人均国内生产总值、人口密度和城镇化率是生态系统价值变化的主要驱动因素, 与生态服务价值的局部空间相关性主要集中南部区域。研究结果为鄂西北生态环境可持续发展、合理开发土地资源提供理论依据。     

生态修复措施对流域生态系统服务功能的提升——以潮河流域为例

流域生态环境修复工程对保护和提高流域生态系统服务功能及其价值起到了至关重要的作用。本文基于InVEST模型,选取密云水库上游,潮河流域为研究对象,依据各地区"十三五"生态环境保护规划中针对潮河流域的生态修复措施,设置化肥减量、河岸缓冲带、退耕还林和综合修复四种情景,并采用直接市场法和替代市场法研究生态系统服务价值的变化。经过研究发现:①四种情景都有效的提高了生态服务功能和价值;②单独实施化肥农药减量,不能显著降低TP(-13.14%)、TN(-10.94%)负荷;③采取综合修复的方式能使潮河流域水源涵养,TP、TN拦截,土壤保持能力分别提高了40.18%、53.89%、42.32%以及63.76%,同时生态服务价值增加7.73×10~7元。这一发现旨在通过对不同生态修复措施在生态环境修复中的成本与效益分析,帮助决策者和规划单位准确评估生态修复的收益,从而制定提高生态环境系统服务功能的最佳修复方案。     

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。     

赣州市山水林田湖草修复工程生态保护效益

山水林田湖草生态保护修复工程是国家为了实现自然资源整体保护、系统修复和综合治理,在全国范围内组织实施的重大工程。生态资产和生态系统生产总值(Gross Ecosystem Product, GEP)是评估生态保护效益的两项重要指标,能够客观反映修复工程对区域范围内生态系统状况的改善情况。以江西省赣州市为例,通过核算赣州市、工程区和非工程区的生态资产和GEP,并对比分析其核算结果,以探究山水林田湖草修复工程的生态保护效益,并对影响工程区内外GEP变化的主要因素进行分析,以从不同角度有效保护生态环境,为生态保护修复工程效益的长期发挥提供科学依据。结果如下：(1)生态资产方面,赣州市自然生态系统面积增加,生态系统质量整体趋于好转,生态资产综合指数上升了12.89%。其中,工程区自然生态系统面积增幅最大,为3.23%;非工程区生态系统质量提升最大,生物量和植被覆盖度分别提升了12.93%和2.08%。(2)GEP方面,赣州市GEP呈增长趋势。2015—2019年,赣州市、工程区和非工程区GEP分别增加了142.10、7.58、134.52亿元,增幅分别为1.38%、3.90%、1.33%。(3...     

NEECF: a project of nutrient enrichment experiments in China's forests

Anthropogenic nitrogen (N) emissions to atmosphere have increased dramatically in China since 1980s, and this increase has aroused great concerns on its ecological impacts on terrestrial ecosystems. Previous studies have showed that terrestrial ecosystems in China are acting as a large carbon (C) sink, but its potential in the future remains largely uncertain. So far little work on the impacts of the N deposition on C sequestration in China's terrestrial ecosystems has been assessed at a national scale. Aiming to assess and predict how ecological processes especially the C cycling respond to the increasing N deposition in China's forests, recently researchers from Peking University and their partners have established a manipulation experimental network on the ecological effects of the N deposition: Nutrient Enrichment Experiments in China's Forests Project (NEECF). The NEECF comprises 10 experiments at 7 sites located from north to south China, covering major zonal forest vegetation in eastern China from boreal forest in Greater Khingan Mountains to tropical forests in Hainan Island. This paper introduces the framework of the NEECF project and its potential policy implications.     

城市生态系统的动力学演化模型研究进展

从系统分析出发,对城市生态系统的动力学演化模型的发展历程、建模的方法和步骤过程、软件开发方法和目前的模型软件等进行了总结。归纳了城市生态系统的动力学演化建模的方法,主要包括模型定义、模拟、实现、验证、分析和应用等六大步骤。目前国内外用于城市生态系统动力学演化模型的主要方法有：基于数理模型的方法、生态控制论和灵敏度模型、系统动力学模型、多目标规划法等。已经开发的用于城市生态系统的动力学模拟的软件可以划分为两类：基于土地利用和交通规划的专业模型和基于系统动力学和灵敏度模型的一般软件。总结了常用的城市演化模型软件,讨论了模型的研究对象和应用范围。分析了城市生态系统的动力学演化模型建模的不确定性的来源,并指出：向宏观和微观两极化发展是城市生态系统动力学演化模型的发展趋势之一,而与人工智能和地理信息系统等新方法的集成是发展的另一趋势。城市生态系统动力学演化模型的开发前景在于对不确定性问题的定性、定量分析,而多模型的耦合和集成是发展的必然趋势。     

Role of Ecological Modeling in Risk Assessment

Ecological models are useful tools for evaluating the ecological significance of observed or predicted effects of toxic chemicals on individual organisms. Current risk estimation approaches using hazard quotients for individual-level endpoints have limited utility for assessing risks at the population, ecosystem, and landscape levels, which are the most relevant indicators for environmental management. In this paper, we define different types of ecological models, summarize their input and output variables, and present examples of the role of some recommended models in chemical risk assessments. A variety of population and ecosystem models have been applied successfully to evaluate ecological risks, including population viability of endangered species, habitat fragmentation, and toxic chemical issues. In particular, population models are widely available, and their value in predicting dynamics of natural populations has been demonstrated. Although data are often limited on vital rates and doseresponse functions needed for ecological modeling, accurate prediction of ecological effects may not be needed for all assessments. Often, a comparative assessment of risk (e.g., relative to baseline or reference) is of primary interest. Ecological modeling is currently a valuable approach for addressing many chemical risk assessment issues, including screening-level evaluations.     

A chronology of plankton dynamics in silico: how computer models have been used to study marine ecosystems

Research on plankton ecology in the oceans has traditionally been conducted via two scientific approaches: in situ (in the field) and in vitro (in the laboratory). There is, however, a third approach: exploring plankton dynamics in silico, or using computer models as tools to study marine ecosystems. Models have been used for this purpose for over 60 years, and the innovations and implementations of historical studies provide a context for how future model applications can continue to advance our understanding. To that end, this paper presents a chronology of the in silico approach to plankton dynamics, beginning with modeling pioneers who worked in the days before computers. During the first 30 years of automated computation, plankton modeling focused on formulations for biological processes and investigations of community structure. The changing technological context and conceptual paradigms of the late-1970s and 1980s resulted in simulations becoming more widespread research tools for biological oceanographers. This period saw rising use of models as hypothesis-testing tools, and means of exploring the effects of circulation on spatial distributions of organisms. Continued computer advances and increased availability of data in the 1990s allowed old approaches to be applied to old and new problems, and led to developments of new approaches. Much of the modeling in the new millennium so far has incorporated these sophistications, and many cutting-edge applications have come from a new generation of plankton scientists who were trained by modeling gurus of previous eras. The future directions for modeling plankton dynamics are rooted in the historical studies.     

湖泊-流域生态系统管理的内容与方法

在流域生态系统管理研究综述的基础上,对湖泊一流域生态系统管理的概念进行了界定,对水环境管理、综合流域管理与流域生态系统管理之间的差异进行了对比分析。确定了生态系统生态学、流域生态学、生态系统健康和流域方法为湖泊．流域生态系统管理的理论基础,生态系统方法和流域分析为其方法学基础。在上述分析的基础上,提出了湖泊．流域生态系统管理的6个主要步骤：研究范围界定、基础信息收集与基本生态学问题的分析和评价、管理目标设定、系统综合、生态系统综合评价、适应性管理;识别出湖泊-流域生态系统管理中的3个关键问题：①生态系统管理中的不确定性和障碍分析;②流域土地利用变化对湖泊水质和生态系统的影响;③流域生态子系统与社会子系统的关联。     

Ecological thresholds: Concept,Methods and research outlooks

The concept of ecological thresholds was raised in the 1970s. However, it was subsequently given different definitions and interpretations depending on research fields or disciplines. For most scientists, ecological thresholds refer to the points or zones that link abrupt changes between alternative stable states of an ecosystem. The measurement and quantification of ecological thresholds have great theoretical and practical significance in ecological research for clarifying the structure and function of ecosystems, for planning sustainable development modes, and for delimiting ecological red lines in managing the ecosystems of a region. By reviewing the existing concepts and classifications of ecological thresholds, we propose a new concept and definition at two different levels: the ecological threshold points, i.e. the turning points of quantitative changes to qualitative changes, which can be considered as ecological red lines; the ecological threshold zones, i.e. the regime shifts of the quantitative changes among different stable states, which can be considered as the yellow and/or orange warning boundaries of the gradual ecological changes. The yellow thresholds mean that an ecosystem can return to a stable state by its self-adjustment, the orange thresholds indicate that the ecosystem will stay in the equilibrium state after interference factors being removed, whereas the red thresholds, as the critical threshold points, indicate that the ecosystem will undergo irreversible degradation or even collapse beyond those points. We also summarizes two types of popular Methods in determining ecological thresholds: statistical analysis and modeling based on data of field observations. The applications of ecological thresholds in ecosystem service, biodiversity conservation and ecosystem management research are also reviewed. Future research on ecological thresholds should focus on the following aspects: (1) methodological development for measurement and quantification of ecological thresholds; (2) emphasizing the scaling effect of ecological thresholds and establishment of national-scale observation system and network; and (3) implementation of ecological thresholds as early warning tools in ecosystem management and delimiting ecological red lines.     

Applications of ecological niche modeling for species delimitation: a review and empirical evaluation using day geckos (Phelsuma) from Madagascar

Although the systematic utility of ecological niche modeling is generally well known (e.g., concerning the recognition and discovery of areas of endemism for biogeographic analyses), there has been little discussion of applications concerning species delimitation, and to date, no empirical evaluation has been conducted. However, ecological niche modeling can provide compelling evidence for allopatry between populations, and can also detect divergent ecological niches between candidate species. Here we present results for two taxonomically problematic groups of Phelsuma day geckos from Madagascar, where we integrate ecological niche modeling with mitochondrial DNA and morphological data to evaluate species limits. Despite relatively modest levels of genetic and morphological divergence, for both species groups we find divergent ecological niches between closely related species and parapatric ecological niche models. Niche models based on the new species limits provide a better fit to the known distribution than models based upon the combined (lumped) species limits. Based on these results, we elevate three subspecies of Phelsuma madagascariensis to species rank and describe a new species of Phelsuma from the P. dubia species group. Our phylogeny continues to support a major endemic radiation of Phelsuma in Madagascar, with dispersals to Pemba Island and the Mascarene Islands. We conclude that ecological niche modeling offers great potential for species delimitation, especially for taxonomic groups exhibiting low vagility and localized endemism and for groups with more poorly known distributions. In particular, niche modeling should be especially sensitive for detecting recent parapatric speciation driven by ecological divergence, when the environmental gradients driving speciation are represented within the ecological niche models.     

基于生态流方法的土地整治项目对农田生态系统的影响研究

将土地整治活动作为外界对农田生态系统(项目区)集中性的外部激励,以陕西关中凤翔县典型土地整治项目为例,分析了项目实施前后生态流(物质流、能量流、信息流)变化状况,建立了土地整治生态影响概念性模型,明确了相应生态流的流向与路径关系,使用可用能法和能值法测算项目区外部输入及生态产品输出,应用生态流分析法,对土地整治项目生态流和系统效率进行了定量计算。根据设定的土地整治工程使用年限,评估了项目实施后区域净生态价值、自然资源依赖度、可更新资源依赖度、生态产出率、生态承载力和生态可持续度等指标的时间变化过程。得到以下研究结果:(1)可用能法和能值法测算出的系统生态效益均呈现由项目建设初期陡降为负值,而后指数增加,再趋于平稳的过程;(2)可用能法测算出项目实施后的第29年,生态效益由亏转盈,体现出系统从被扰乱后恢复自然平衡状态的过程;(3)能值法测算出项目实施后的第4年,生态系统趋于平衡状态;(4)研究区土地整治项目的经济效益为负,于项目实施3a后趋于平稳,总投资中农业生产年投入占资金总额的78.35%。通过可用能和能值方法的结合,可以定量计算系统稳定性,为土地整治项目的物质、劳动力和资金投资选择等提供借鉴。