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。     

草地退化恢复评估方法述评

世界范围内草地生态系统的大面积退化严重影响了其生产和生态功能,因此对退化草地进行恢复成为世界范围内的持久不衰的研究热点,同时针对恢复实践效果的评估方法也在逐渐地发展和完善。在退化草地恢复进程中及时准确地评估恢复的效果有利于指导今后的恢复实践。研究概述了退化草地恢复的措施和恢复目标,对退化草地恢复的评估方法从不同的组织尺度上进行综述。研究中大多采取指示物种、植物群落的多样性和群落结构、活力-组织-恢复力（VOR）及其改良模型以及一系列数学分析方法等来评价退化草地的恢复状况。通过述评这些方法的应用和效果可以为未来的退化草地恢复实践的实施、恢复效果的科学评估以及后续的草地管理提供理论基础。     

退化草地生态恢复研究案例综合分析:年限、效果和方法

草地生态系统退化严重影响着全球生态安全、草原区域居民生计和草原文化多样性的发展。退化草地恢复工作依赖于对有效研究案例的借鉴,不同研究年限的案例对生态恢复实践的目标、恢复方案的制定有不同借鉴和参考作用,而获得有指导价值的研究案例通常是长期开展的研究工作。在调查国内外149个退化草地生态恢复案例基础上,该文综合分析了退化草地生态恢复的研究年限分布、恢复目标、恢复方法,效果及长期研究数据获取方法等,主要有以下几方面总结。(1)年限小于10a的案例数量较多,且更侧重于连续性研究;较长时间研究更多依赖于以前研究案例重访性研究。(2)相对而言,较长期的研究结果可靠性更高,其恢复技术的说服性更强,对于生产力的研究一般比生态功能研究的案例年限短些。(3)在退化草地生态恢复中,恢复目标排在前三位的分别是生物多样性,植被覆盖度和土壤碳库。(4)在调查的研究案例中关于动物群落的研究非常少。(5)退化草地恢复方法中应用最多是人工播种,围栏封育,放牧应用。(6)跨度时间较长的研究工作大多采用案例重访的方式,获取和以前可对比的数据资料。最后,建议特别应该重视案例重访方法的应用,尽可能更多的开展实地性数据获取再进行大数据综合,这样更可靠。     

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。     

退化生态系统恢复与恢复生态学

恢复生态学起源于100a前的山地、草原、森林和野生生物等自然资源的管理研究,形成于20世纪80年代。它是研究生态整合性的恢复和管理过程的科学。恢复生态学的研究对象是在自然或人为干扰下形成的偏离自然状态的退化生态系统。生态恢复的目标包括恢复退化生态系统的结构、功能、动态和服务功能,其长期目标是通过恢复与保护相结合,实现生态系统的可持续发展。恢复生态学的理论与方法较多,它们均源于生态学等相关学科,但自我设计和人为设计是唯一源于恢复生态学研究和实践的理论。由于生态系统的复杂性,退化生态系统恢复的方向和时间具有不确定性,其恢复的机理可用临界阈值理论和状态跃迁模型进行解释。中国森林恢复中存在的问题包括：大量营造种类和结构单一的人工林忽视了生物多样性在生态恢复中的作用;大量使用外来种;忽视了生态系统健康所要求的异质性;忽略了物种间的生态交互作用;造林时对珍稀濒危种需要缺乏考虑;城镇绿化忽略了植被的生态功能等问题。此外,还介绍了生态恢复的方法、成功恢复的标准,并提出了恢复生态学的发展趋势：恢复生态学尚未形成理论和方法体系,要成熟还有很长的路要走;恢复生态学正在强调自然恢复与社会、人文的耦合;对森林恢复研究要集中在恢复中的障碍和如何克服这些障碍两个方面;鉴于生态系统复杂性和动态性,应停止期待发现能预测恢复产出的简单定律,相反,应该根据恢复地点及目标多样性而强调适应性恢复。     

动植物在陆地退化生态系统恢复中的作用及其研究进展

生态系统退化导致了生物生境丧失、多样性下降和生产力降低, 所以, 恢复退化的生态系统, 已成为亟待解决的重要课题, 关系到人类社会的可持续发展。因此, 阐述了生态系统退化的现状, 并分析了其退化的人为和自然原因; 比较分析了植物恢复、动物恢复及动植物联合恢复等生态恢复方法的适用性、有效性、局限性及恢复机制, 得出以下结论: 动、植物恢复首先应通过生态势和基础生态位等的分析, 筛选出较为适宜的本土生物, 这些生物的引入主要是通过收集种源、改善生境和构建生物廊道等途径进行; 引进外来物种进行生态恢复, 须评估外来种的入侵风险、适应性和生态功能; 同时注意利用植物和植物、植物与动物间的生态位、化感作用和互惠共生等互作关系, 并结合生态记忆的方法, 进行动植物的合理组合, 形成系统的生态恢复技术, 进而实现退化生态系统的全面恢复。     

生态系统退化程度诊断：生态恢复的基础与前提

 生态系统退化程度诊断是进行生态恢复与重建的基础和前提。然而目前的生态系统化程度诊断大多停留在定性的水平,如何对退化生态系统的退化程度进行定量的诊断就成为恢复生态学与生态恢复实践所面临的一个迫切且十分关键的问题。在综述前人研究的基础上,比较系统地论述了生态系统退化程度诊断的一系列问题：绘制了描述生态系统退化程度的概念模型;认为在实践中退化程度诊断的参照系统可以选择相应的受人类或自然干扰程度比较轻的“自然生态系统”;归纳了生态系统退化程度诊断的生物途径、生境途径、生态过程途径、生态系统功能/服务途径、景观途径;把诊断方法分为单途径单因子诊断法、单途径多因子诊断法、多途径综合诊断法;分析了生态系统退化程度诊断的可能指标（体系）;给出了生态系统退化程度诊断的策略与流程,并对生态系统退化程度诊断及生态恢复过程中应注意的事项进行了讨论。建议我国加强典型生态系统退化程度的综合诊断研究。     

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。     

景观生态学与退化生态系统恢复

退化生态系统的恢复是一项艰巨任务,它需要考虑到所要恢复的退化生态系统的结构,多样性和其动态的整体性和长期性。现在对于退化生态系统恢复研究已经要使生态学家们关注受损生态系统的理论和实际问题。退化生态系统恢复所面临的挑战是理解和利用生态演替理论来完成并加速恢复进程。恢复的主要目标是建立一个自维持的,由不同的群落或生态系统组成的能够满足不同需要如生物保护和粮食生产需要的景观。景观生态学关注于大的空间尺度的生态学问题。景观生态学研究方法可以为退化生态系统恢复实践提供指导。在解决退化生态系统的恢复问题时,景观生态学的方法在理论和实践上是有效的。景观生态学中的核心概念和其一般原理斑块形状、生态系统间相互作用、镶嵌系列等都同退化生态系统的恢复有着密切的关系。如恢复地点的选择和适当的恢复要素的空间配置。在评价退化生态系统的恢复是否取得成功,利用景观生态学也具有重要的意义。景观生态学理论如景观格局与景观异质性理论,干扰理论和尺度理论都能够指导退化生态系统的恢复实践。同样地,退化生态系统的恢复可以为景观生态学的研究提供非常恰当的实验场。寓景观生态学思想于退化生态系统恢复过程是一种新的有效途径。     

青藏高原高寒草地生物多样性与生态系统功能的关系

生物多样性和生态系统功能(BEF)之间的关系是目前陆地生态系统生态学研究的热点, 对于生态系统的高效利用与管理意义重大, 而且对于退化生态系统功能的恢复及生物多样性的保护有重要的指导作用。高寒草地是青藏高原生态系统的主体, 近年来, 在气候变化与人为干扰等因素的驱动下, 高寒草地生态系统功能严重衰退。为此, 本文在综述物种多样性和生态系统功能及其相互关系研究进展的基础上, 首先从地下生态学过程研究、全球变化对生态系统多功能性的影响等方面解析了目前关于草地生物多样性和生态系统功能研究中存在的问题。继而, 从不同草地类型、草地退化程度、放牧、模拟气候变化、刈割、施肥、封育和补播等干扰利用方式对高寒草地物种多样性与生态系统功能的影响进行了全面的评述。并指出了高寒草地BEF研究中存在的不足, 今后应基于物种功能多样性开展高寒草地BEF研究, 全面且综合地考虑非生物因子(养分资源、外界干扰、环境波动等)对生物多样性与生态系统功能之间关系的影响, 关注尺度效应和要素耦合在全球气候变化对高寒草地BEF研究中的作用。最后, 以高寒草地BEF研究进展和结论为支撑依据, 综合提出了高寒草地资源利用和生物多样性保护的措施与建议: 加强放牧管理, 保护生物多样性; 治理退化草地, 维持生物多样性功能; 加强创新保护理念, 增强生态系统功能。     

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。     

Plant community and soil available nutrients drive arbuscular mycorrhizal fungal community shifts during alpine meadow degradation

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) play an important role in maintaining the function and sustainability of grassland ecosystem, but they are also susceptible to environmental changes. In recent decades, alpine meadows on the Tibetan Plateau have experienced severe degradation due to the impact of human activities and climate change. But it remains unclear how degradation affects the AMF community, a group of functionally important root associated microorganisms, which potentially limit the development and application of microbial technologies in the restoration of degraded grasslands. In this study, we investigated AMF communities richness and composition in non-degraded (ND), moderately degraded (MD) and severely degraded (SD) alpine meadows on the Tibetan Plateau, and then explored their main biotic and abiotic determinants. Alpine meadow degradation significantly reduced plant community biomass, richness, soil organic carbon, total nitrogen, total phosphorus, available nitrogen and available phosphorus, but increased soil pH. AMF community composition and the iesdominant family and genera differed significantly among different degradation stages. Grassland degradation shifted the AMF community composition in favor of Claroideoglomus over Rhizophagus, and resulted in a marked loss of Glomeraceae and the dominance of Diversisporaceae. Alpine meadow degradation significantly increased AMF hyphal density and richness, likely working as a plant strategy to relieve nutrient deficiencies or loss as a result of degradation. The structural equation model showed that AMF community richness and composition were significantly influenced by plant community, followed by soil available nutrients. Soil available nutrients was the key contributor to the increased AMF hyphal density and richness during grassland degradation. Our findings identify the effects of alpine meadow degradation on AMF richness and highlight the importance of the plant community in shaping the AMF community during alpine meadow degradation. These results suggest that plant community restoration should be the primary goal for the ecological restoration of degraded alpine meadows, and these soil functional microorganisms should be simultaneously integrated into ecological restoration strategies and management.     

青藏高原高寒草地退化与人工恢复过程中植物群落的繁殖适应对策

以三江源区不同退化程度高寒草甸和不同恢复年限人工草地作为研究对象,通过野外调查与采样、实验室分析,探究了高寒地区退化天然草地与人工恢复草地的植被群落繁殖构件数量变化.结果表明:在群落水平上,天然草地退化和人工草地建植会对植物繁殖构件的数量和生物量产生影响.随着天然草地退化程度的增加,营养枝数量和生物量则明显下降,而繁殖枝的数量和生物量明显升高(P＜0.05);随着人工草地恢复年限的增加,营养枝的数量和生物量逐渐增加,而繁殖枝的数量和生物量则逐渐降低(P＜0.05);随着恢复年限的增加,人工草地繁殖构件的变化逐渐接近未退化天然草地.在功能群水平上,植物繁殖构件数量亦随草地退化程度和人工恢复年限而变化.随着恢复年限的增加,禾本科、莎草科、杂类草的营养枝数量和生物量均呈现显著增加(P＜0.05),而繁殖枝数量和生物量则显著下降,禾本科的繁殖构件数量远远大于莎草科和杂类草;随着退化程度的增加,三大功能群的营养枝枝数和生物量显著增加(P＜0.05),而繁殖枝则呈现相反的趋势.实证了草地退化和人工恢复改变植物群落繁殖分配对策的科学假设,为高寒草地植被恢复重建技术的发展和更新提供理论支撑.     

青藏高原重大建设工程生态修复综合效益评估指标体系

青藏高原作为我国重要的生态屏障和战略资源基地,兼顾经济社会的发展和生态环境的保护,是当前区域发展的主要目标。为实现该目标,国家先后开展了多项推动当地经济发展的重大建设工程项目,并在项目开展的过程中,针对出现的生态问题,实施了一系列的生态修复措施。目前针对青藏高原重大建设工程生态修复的研究,在多工程类型修复效益的融合,以及宏观空间布局尺度上对生态修复成效的评估还相对较少,并且缺乏统一的评价标准。故本研究选取青藏高原道路、水电和矿产开发三类典型的重大建设工程,结合区域及工程特点,通过文献调研、业界专家咨询等方法手段,以生态修复后的生态系统结构、质量和服务为核心架构,筛选能够综合客观的反映该地区生态修复效益的具体指标,最终构建系统、合理和科学的青藏高原重大建设工程生态修复综合效益评估指标体系。该评估指标体系涉及生态系统结构、质量和服务三大指标类别,包括10个主题指标,21个具体指标。以期为青藏高原重大建设工程生态修复效益的总体认知和长期监测,以及未来生态修复工程的制定、建设工程的布局及其他生态系统管理措施的实施,和未来生态修复评估的相关研究提供科学参考和理论支撑。     

基于生态系统服务视角的山水林田湖草生态保护与修复——以洞庭湖流域为例

山水林田湖草系统保护与修复的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。基于山水林田湖草生命共同体理念,以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,提出生态系统服务视角下的山水林田湖草系统治理框架,以实现流域生态系统整体保护、质量提升和格局优化。基于该框架,以洞庭湖流域为例,通过流域生态系统格局、生态系统质量状况分析、流域生态系统服务重要性评估和生态问题识别,构建流域生态安全格局,为实现可持续的山水林田湖草生命共同体提出系统保护与修复布局建议。通过洞庭湖流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复重要区域的识别提供了可借鉴的指标和定量分析方法,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。     

青藏高原高寒草地AM真菌分布及其对近自然恢复的生态作用

超载过牧以及全球气候变化等导致大部分青藏高原高寒草地呈现持续退化态势。青藏高原高寒草地退化致使地上植物群落逐渐发生更替,地下土壤微生物群落多样性和丰富度发生改变。本文旨在探析青藏高原高寒草地丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal,AM）真菌的分布特征、对近自然恢复的生理生态效应及其作用机制。青藏高原高寒草地中已报道4目14属61种AM真菌,约占已知AM真菌物种的20%。高寒草地禾本科植物根围AM真菌物种丰度最高,而莎草科植物根围AM真菌孢子密度最高。3种高寒草地植被类型中,高寒草原AM真菌丰度最高（33种）,山地灌丛草原次之（32种）,高寒草甸最低（22种）。高寒草原以光壁无梗囊霉Acaulospora laevis和闪亮和平囊霉Pacispora scintillans为优势种,山地灌丛草原以摩西斗管囊霉Funneliformis mosseae为优势种,高寒草甸以光壁无梗囊霉A. laevis、近明球囊霉Claroideoglomus claroideum和闪亮和平囊霉P. scintillans为优势种。高寒草地土著AM真菌与植物构建的菌根网络可以通过调节营养元素吸收、分配,促进植物建植和生长;但是毒杂草入侵可以改变土著AM真菌物种多样性和菌根网络,限制本地植被的实际生态位扩张。退化高寒草地中,AM真菌群落具有高的环境适应性和恢复力,其不仅调控地上植物群落建植和多样性,同时AM真菌建植也增加了代谢产物-球囊霉素相关土壤蛋白产生,进而协同改善地下土壤微生态系统,为退化高寒草地早期植被恢复塑造土壤生境。因此,AM真菌在退化高寒草地近自然恢复中具有较大的应用潜力。