森林-农业景观格局变化的社会-生态系统模拟模型方法进展

社会-生态系统（SES）模拟模型是景观格局分析和决策的有效工具,能表征景观格局变化的社会-生态效应及景观决策的复杂反馈机制。文献综述了森林-农业景观格局的SES模型方法进展发现：（1）多数模型对景观过程与社会经济决策的反馈关系分析不足;（2）应集成多种情景模拟和景观效应分析方法,完善现有SES模型的理论方法基础;（3）通过集成格局优化模型和自主体模型会有效改进SES模型功能,具体途径包括：集成情景-生态效应的景观格局模拟方法、完善景观决策的理论基础、加强集成模型的不确定性分析、降低模型复杂性和综合定性-定量数据等。研究结果有助于理解多尺度森林-农业景观格局在社会-生态系统中的重要作用,能更好地支持跨学科集成模型开发与应用。     

生物多样性与生态系统服务评估指标与方法

评估、模拟和预测全球生物多样性和生态系统服务的状态、趋势及其对人类福祉的影响,是当前生物多样性和生态系统服务研究领域的重要任务。指标和数据、模型和情景是推动生物多样性与生态系统服务评估研究理论建设和方法集成的重要工具。但是,目前对生物多样性和生态系统服务评估的指标体系和技术方法的综合对比研究相对缺乏。因而,系统评述了生物多样性和生态系统服务评估的概念框架、评估指标以及各类评估模型和方法的最新进展。生物多样性—生态系统功能—生态系统服务—人类福祉的级联框架是极具逻辑性的生物多样性和生态系统服务评估框架。现有的评估指标体系和模型方法还存在很多的问题和挑战,难以充分揭示生态系统服务的形成和影响机制、服务之间的联系和作用机理,有效地指导生态系统服务管理和决策制定。然而,这些评估指标和方法可为构建生物多样性与生态系统服务综合集成模型研究的框架提供重要的切入点。基于此,提出了生物多样性与生态系统服务综合集成模型研究的核心内容:i)目的:基于自然—社会综合特征的情景分析确定所解决的科学问题,输出生态系统服务管理和决策制定方案;ii)内容:尺度、生态系统服务类型、生物多样性的层次结构、组分间相互关系、驱动要素、多源数据的综合分析;iii)方法:对现有的各类模型和模型组合进行比较和不确定性分析,建立符合区域实际需求的生物多样性与生态系统服务综合制图模型库。在此基础上,建议我国应尽快发展适合中国区域特点的标准化指标体系和综合评估模型系统,定期对生物多样性和生态系统服务进行综合评估,掌握生物多样性和生态系统服务的变化趋势,提升我国在生物多样性和生态系统服务研究领域的国际地位和话语权。     

北京边缘地区景观格局变化及对生态系统服务的影响评价——以牛栏山-马坡镇为例

北京边缘区正处于经济快速发展阶段,人类活动对景观格局产生了显著影响,造成生态服务功能发生巨大变化,因此,研究北京城市边缘区景观格局变化及其生态系统服务价值影响对未来城市边缘区的发展具有重要意义。基于Fragstats 4.2软件,以生态系统服务当量因子表为基础,探讨北京边缘地区牛栏山-马坡镇在1992—2015年间景观格局和生态系统服务价值变化;并进行景观指数与生态系统服务价值的相关性分析。结果表明:1992—2015年间,牛栏山-马坡镇景观格局发生了显著变化,破碎度增加,异质性增高,优势景观类型由农田变为建设用地;生态系统服务价值由11609.34万元增长到14992.07万元,其中,林地对生态系统服务价值增加的贡献率最大;提高最大斑块指数、斑块密度和多样性指数有利于生态系统服务价值的增加。综上所述,快速城镇化背景下人为干扰造成的景观格局变化不一定会使城市边缘地区生态系统服务价值降低,科学的生态环境规划和保护政策是牛栏山-马坡镇生态系统服务价值增加的主要原因。     

2010年来黄土高原景观生态研究进展

严重的水土流失以及不合理的土地利用加剧了黄土高原土地资源的退化,导致该地区生态环境脆弱、生态系统服务不断下降。针对黄土高原地区存在的问题,我国学者基于景观生态学原理和方法,围绕"景观格局演变-驱动机制-水土流失过程-生态系统服务"的框架开展了大量研究,取得了一系列研究成果。通过梳理和总结2010年以来黄土高原地区景观生态学研究的现状和特点,指出了目前研究中存在的问题和不足,突出表现在区域比较研究、景观格局与生态过程耦合研究、生态服务权衡方法和模型构建等方面比较缺乏。建议未来黄土高原的景观生态学研究应加强区域尺度上的综合研究和不同地区之间的比较研究,深化景观格局演变的形成机理;进一步开展景观格局与过程的定量识别方法学研究,开发格局-过程耦合模型;加强生态系统过程与服务研究,同时开展相应的实证性研究,研发适宜的生态服务权衡模型,进而深入探讨区域生态系统服务的权衡机制。     

汶川县生态系统服务对景观格局及其变化的响应

景观格局及其变化是影响生态系统服务供应与维持的主要原因之一,也是生态系统服务管理与景观空间配置优化的基础。基于30 m分辨率土地利用数据,统计汶川县2000—2015年多种景观格局指数和碳固定、水源涵养、土壤保持3种生态系统服务的变化,划分等级探究生态系统服务对景观格局及其变化的响应。研究结果表明:1)汶川县整体景观趋于破碎化、斑块形状复杂化,斑块异质性增加,且主要是在林地、草地和耕地之间转换;2)对于生态系统服务,碳固定在全域内有所减少,而大部分区域水源涵养和土壤保持呈增长趋势;3)不同生态系统服务对景观格局的响应存在差异,不仅表现在指标上,也体现在程度上,如碳固定对斑块形状指数(Landscape Shape Index,LSI)响应较为明显,而对蔓延度指数(Contagion Index,CONTAG)敏感性较差;4)并非所有景观格局变化均会引起生态系统服务变化,尺度也会对结果造成影响。本研究通过生态系统服务对景观格局的响应分析,可为区域景观管理的相关评估提供借鉴。     

贵州省生态系统服务价值时空演变及其对景观格局变化的响应

贵州省是我国生态文明试验区,也是世界上岩溶地貌发育最典型的地区之一,探明其生态系统服务价值变化及其与景观格局在空间上的相关性分布特征,有利于因地制宜地制定生态环境治理和保护措施。本研究分析了2005—2018年间贵州省景观格局和生态系统服务的时空变化,并构建二者之间的地理加权回归模型,探讨其相关系数在空间上的变化。结果表明: 2005—2018年间,贵州省景观类型的转移主要发生在建设用地、森林、水域、草地和农田5种景观之间,景观破碎度和多样性增加;生态系统服务价值逐年增长,森林是贵州省生态系统服务价值的主要贡献者,生态系统服务以调节服务为主;对于高价值景观类型而言,多样性提升和破碎度降低有利于生态系统服务价值增长;而在低价值景观类型集中的区域,则呈现出相反的影响效果。应根据贵州省不同区域的生态环境特征,调整景观转移方向和不同景观类型的多样性和破碎度空间分布,从而实现生态系统服务价值增长。     

可持续景观规划——融合景观可持续性研究与地理设计

人类活动对景观的影响遍及世界各个角落,其广度、强度、频度不断增大。为了改变生态环境在人类社会经济增长压力下的不可持续状态,景观需要科学合理的设计与管理。可持续景观规划是在景观尺度上,在可持续性科学的指导下,平衡生态系统服务的供需关系,将生态、社会、经济活动过程反映到空间优化上,不断提高人类福祉的规划过程。为了能够实践该规划思路,在景观可持续性研究与地理设计融合的概念框架基础上,提出可持续景观规划的八个步骤,在问题诊断与目标设定、多源数据组织与管理、尺度匹配与多尺度分析、景观格局过程分析和可持续性评估、生态系统服务与景观格局关系模拟、情景分析与方案评估、地理设计平台搭建、可视化与人机互动等关键步骤中,融入了强-弱可持续性、多尺度分析、生态系统服务、可持续性指标、大数据应用,以及文化和地方感。研究提出的可持续性景观规划步骤与实现路径体现了多学科交叉、实时评估反馈、信息技术应用、利益相关者参与的特点,可被用于旨在提高人类福祉的多尺度空间优化和可持续景观设计。     

生态系统服务功能与景观格局耦合协调度研究——以武陵山区退耕还林工程为例

生态系统服务功能与景观格局演变关系极为密切,研究生态系统服务功能与景观格局的耦合协调度对于区域发展具有重要意义。以武陵山区退耕还林工程为例,参照国家标准和行业标准,采用分布式测算方法、景观格局指数分析和耦合协调度模型等方法,旨在揭示武陵山区退耕还林工程生态系统服务功能与景观格局二者耦合协调关系。结果表明:(1)2005—2017年间武陵山区退耕还林工程各项生态服务功能物质量均以15倍左右速度增长,生态系统服务空间分布格局最佳区域由西部地区逐渐向东南扩大;(2)武陵山区景观演变存在时空差异,1995—2005年景观格局变化更为明显,变化区域集中在中西部地区,2005—2015年与之相比,景观格局变化空间上更为分散;(3)武陵山区退耕还林工程生态系统服务与景观格局演变存在较高水平的耦合以及高水平的协调性。研究结果可为武陵山区土地利用规划及退耕还林工程进一步实施提供科学依据。     

2000—2018年西秦岭景观格局变化及生态系统健康评价

西秦岭地区生态环境脆弱，人地矛盾日益加剧，区域景观格局变化及其生态系统健康演变趋势关系到区域生态安全。研究探讨2000—2018年西秦岭景观格局和生态系统健康状况的时空演变，采用2000—2018年的遥感数据，分析西秦岭的景观格局及其演变；并且在活力-组织力-反弹力(VOR)框架模型的基础上，结合生态系统服务能力和人类胁迫指标，分析西秦岭的生态系统健康状态及变化趋势。研究结果表明：西秦岭有三种优势景观，包括林地、耕地和草地，2000—2018年景观类型转移主要发生在这三者的互相转换；城镇用地的面积也处于增加的态势且增势较大。西秦岭景观扩张是通过大量小规模零散的斑块扩张实现的。由于秦岭生态保护的加强，西秦岭的景观异质性和破碎化程度在2005年出现转折点，景观类型呈均衡发展趋势。研究区超过60%面积的地区生态景观属于健康状态，且2000—2018年西秦岭的生态系统健康指数呈增加态势，生态系统的状态逐渐向好发展，但西秦岭的高寒山地以及秦岭与黄土高原复合边缘地带的生态脆弱区处于亚健康或不健康状态。研究成果对西秦岭生态脆弱敏感地带的生态保护与治理具有重要意义。     

西安市景观格局演变对生态系统服务价值的影响

研究快速城市化地区景观格局演变对生态系统服务价值的影响,对城市空间格局调控、健康稳定城市生态系统的构建、区域土地资源优化利用和生态环境的保护及区域可持续发展具有重要意义.本文基于西安市3期(1999、2006和2015年)TM遥感影像的解译结果和社会经济统计数据,利用景观生态学和生态系统服务相关理论,分析了城市化影响下西安市景观格局特征和生态系统服务价值的时空变化特征,并定量分析了景观格局演变对生态系统服务价值的影响.结果表明: 随着城市化进程的加快,西安市景观格局发生了很大变化,其中,建设用地和园地景观不断增加,耕地、林地、水域景观减少;研究区景观呈现出愈加破碎化、多样化和不规则化的趋势.1999—2015年,西安市生态系统服务总价值减少19.03亿元.耕地、林地和水域景观生态服务价值下降,园地景观生态服务价值增加;气候调节对生态系统服务的价值贡献率最大,气体调节的价值减少量最大,水源涵养的价值减少率最大.西安市生态系统服务价值中心城区低、南部山区高;1999—2015年,生态服务价值在空间上呈下降趋势,低值区的范围由中心城区逐渐向周边区县扩展.景观格局变化会对区域生态系统结构、功能及过程产生重要影响.城市建筑景观的扩张与蔓延、交通道路网的延伸与交织使各景观类型被严重分割,破碎化增强;对区域生态服务价值贡献率较大的林地、耕地、水域等生态型景观类型减少,最终导致区域生态系统服务价值减少.     

生态系统服务多样性与景观多功能性——从科学理念到综合评估

生态系统和景观是构成地球表层系统的基本功能单元。从对人类生存和发展支撑作用以及人类对环境合理利用和保护的角度,逐渐形成了生态系统服务和多功能景观的科学概念,相关的理论和应用研究也很快成为学术热点。但是从国内外主要进展上看,生态系统服务和景观多功能性的定量化研究都还比较薄弱。生态系统与景观具有等级关联性,前者是构成后者的基本要素,生态系统服务和景观功能具有同源性。因此,将生态系统服务与景观多功能性研究紧密结合既有现实基础又能够深化彼此研究的定量化水平,并进一步提出了生态系统服务与景观多功能性综合定量研究的整体性框架。从当前国内外研究文献看,该框架具有可行性,可以作为进一步深化生态系统服务和景观多功能性研究的现实途径。     

农业文化遗产生态系统服务的复合增益——以浙江瑞安滨海塘河台田系统为例

农业文化遗产是农村与其所处环境长期协同进化和动态适应下所形成的独特的土地利用系统和农业景观，具备丰富的景观要素。景观要素的耦合会对景观整体的生态系统服务供应产生影响。研究构建了多景观要素的“生态系统服务复合增益”理论框架，并以浙江瑞安滨海塘河台田系统为例，将其景观要素划分为农田生态系统和水域生态系统，并分别评估其景观要素生态系统服务价值、景观整体生态系统服务价值和生态系统服务复合增益价值。研究结果显示：(1)2019年浙江瑞安滨海塘河台田系统生态系统服务总价值为187.72亿元，文化服务价值最高，占总价值的91.8%;(2)农田的生态系统服务价值为6.03亿元，占总价值的3.2%,水域的生态系统服务价值为8.15亿元，占总价值的4.3%;(3)生态系统服务复合增益价值为173.54亿元，占总价值的92.5%。研究表明，农田和水域两种景观要素的耦合能提高浙江瑞安滨海塘河台田系统中食物供应、气体调节、盐碱地改良、休息游憩四种生态系统服务价值，致使其产生生态系统服务复合增益。     

基于生态系统服务的生态风险评价研究进展

生态风险评价对科学管理与保护生态系统具有重要的意义,为弥补传统生态风险评价方法的不足和提高风险管理的效率,将生态系统服务引入生态风险评价中进行发展和完善,成为了当前生态风险评价研究的前沿和热点。系统分析了生态系统服务在生态风险评价中的应用,指出生态系统服务在问题形成阶段中可明确保护对象和属性,在风险分析阶段可联系生态系统结构过程作用,在风险表征阶段及后续阶段能可提供清晰明确的评价结果,加强风险交流和管理,能有效地改进生态系统传统生态风险评价。在实践上,基于生态系统服务的生态风险评价可从3个不同层面开展:一是针对外界压力对某类特定功能或者系统中某些服务功能的影响,构建基于某种特定服务的实体属性评价方法;二是针对外界压力作用下生态系统结构与过程变化下对功能影响,构建基于复杂生态系统作用的评价方法,实现对生态风险的模拟评价;三是评价社会生态系统下外界驱动对人类福祉的影响时,可将DPSIR(Drive-Pressure-State-Impact-Response)理论模型运用到生态风险管理中,也可基于景观生态系统服务与压力源的空间作用关系,实现社会生态系统风险评价与管理。作为生态风险表征手段,可基于生态系统服务损失与不利服务进行表征,也可选取热力学等指标作为评估量纲。从理论、评价方法、风险管理等方面对基于生态系统服务生态风险评价给予展望。     

Assessment and illustration of cultural ecosystem services at the local scale – A retrospective trend analysis

There is a need to develop non-monetary methods for the assessment of cultural ecosystem services, in order to integrate them into the ES framework in a more balanced way. With this in mind, an adequate and comprehensive indicator base and mapping methods are required to communicate and discuss cultural ecosystem services, for it to be understood holistically. Referring to land use changes as an important driver for ES changes, we demonstrate the analysis of cultural ecosystem services trends, in a retrospective, as a supporting tool to better understand social and natural interactions as drivers behind land use changes, which are reflected in the landscape scene. There are two main outcomes of this study: (1) first, we developed and tested a catalogue of indicators as an approach to evaluate cultural ecosystem services trends at the local scale and (2) we established a mapping method for cultural ecosystem services trends in parallel with land use changes. This we did following the example of the afforestation processes which had taken place since the 19th century in the suburban area of Göttingen (Lower Saxony/Germany), called Hainberg. Our main conclusion is that cultural ecosystem services trends can indicate the reasons and drivers for land use changes that can be beneficial to forest/landscape management issues by means of the restoration of lost services. The proposed assessment method can be integrated into the development of future landscape plans, e.g. by providing information on historical guiding principles.     

基于重要性——绩效表现分析的上海苏州河滨水空间文化性生态系统服务供需关系分析与优化

生态系统服务的研究正经历着从解析机理到供需匹配的侧重点迁移,研究指出文化性生态系统服务的供需特征表现为4个方面：1）受服务人群的影响;2）兼具非排他性与潜在竞争性;3）各类型之间具有明显的融合性;4）与空间要素密切相关。针对已有的研究存在供需关联薄弱和整体评测不足的短板,研究以场地尺度的城市滨水空间为对象,提出重要性—绩效表现分析（Importance-Performance Analysis,简称IPA）可以成为测度和分析文化性生态系统服务供需状况的有效方法。选取上海苏州河4处滨水空间,从景观要素特征因子识别出发,基于IPA构建特征因子的重要性—满意度分布模型,分析滨水空间文化性生态系统服务供需特征,通过对需求的回应,明确优化有效服务供给的策略,从而为城市滨水空间存量更新与规划设计提供可行有效的技术支持以及可操作、可落地的决策依据。     

Meta-ecosystems: a theoretical framework for a spatial ecosystem ecology

This contribution proposes the meta‐ecosystem concept as a natural extension of the metapopulation and metacommunity concepts. A meta‐ecosystem is defined as a set of ecosystems connected by spatial flows of energy, materials and organisms across ecosystem boundaries. This concept provides a powerful theoretical tool to understand the emergent properties that arise from spatial coupling of local ecosystems, such as global source–sink constraints, diversity–productivity patterns, stabilization of ecosystem processes and indirect interactions at landscape or regional scales. The meta‐ecosystem perspective thereby has the potential to integrate the perspectives of community and landscape ecology, to provide novel fundamental insights into the dynamics and functioning of ecosystems from local to global scales, and to increase our ability to predict the consequences of land‐use changes on biodiversity and the provision of ecosystem services to human societies.     

尺度整合视角下伊犁河谷地区生态安全格局构建——以昭苏县为例

构建生态安全格局是一种协调区域生态保护与经济发展关系的有效途径。由于生态系统服务供需差异，不同等级的行政区在生态安全格局构建中出现了空间结构错位脱节的问题。从整合视角出发，尝试整合伊犁河谷地区州级和县级两级尺度构建昭苏县生态安全格局。首先基于生态系统服务评价确定生态源地，再构建综合阻力面并采用电路理论模型识别生态廊道。研究结果显示，整合州级和县级两级尺度昭苏县共确定了24个生态源地，面积2504.47km²，主要分布于昭苏中部盆地以及北部、南部山区，土地利用类型主要为耕地、草地和林地；识别生态廊道50条，总长度200.17km。与单一尺度下生态安全格局构建相比，整合不同尺度构建生态安全格局能显著改善区域生境破碎化的问题，提高区域景观连通性。本研究提供了一种整合不同尺度下生态安全格局构建的技术框架，研究结果可为伊犁河谷地区国土空间格局优化提供有效参考。     

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.