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。     

京津冀地区生态空间识别研究

生态空间识别是有效维护生态环境和减缓生态退化的有效方法之一,也是生态学目前研究的重要领域。京津冀地区自然禀赋先天不足,由于持续高强度的开发活动,水资源和土地资源的生态压力增大,脆弱的自然生态本底与经济社会发展的矛盾冲突激烈。为了探索基于可持续发展目标的生态空间管控有效方法,依据生态系统服务功能重要性和敏感性评价,以及重点生态功能区、重要生态功能区和生物多样性保护优先区等生态保护重要区域识别,确定了京津冀地区的生态空间。浑善达克沙漠化防治生态功能区、冀北燕山山区和冀西太行山山区,这些重要的区域关系到京津冀地区水资源和生态安全,是京津冀生态安全的重要屏障。生态空间识别将为京津冀地区社会经济可持续发展提供相应的科学依据。     

西北干旱区生态脆弱性时空演变分析

西部大开发政策实施以来,随着社会经济的发展和环境政策的调整,西北干旱区生态环境发生深刻变化。基于西北干旱区生态本底特征,选取土壤、地形、气候并结合夜间灯光数据构建西北干旱区生态脆弱性评价体系,运用空间主成分分析法（SPCA）、地理探测器对西北干旱区2000、2007、2012、2018年生态脆弱性时空演变及驱动力进行分析。结果表明：（1）从西北干旱区生态脆弱性时空演变特征来看,研究区生态脆弱性以重度脆弱性为主;从不同土地利用脆弱性来看,微度脆弱区以草地、林地为主,轻度脆弱区以草地为主,中度脆弱区和重度脆弱区以未利用地为主,18年来研究区生态脆弱性整体保持不变;（2）影响西北干旱区生态脆弱性分异的主导因素包括土壤有机质含量、地形位指数、气温、降水、夜间灯光指数,各因素对生态脆弱性的平均决定力分别为0.63、0.36、0.27、0.26和0.22。（3）基于生态脆弱性监测结果和驱动因素分析,将西北干旱区划分为5个生态功能区：生态核心保护区、生态综合监测区、生态优化关注区、生态恢复治理区、生态潜在治理区,并提出相应管理方案。研究可以为干旱区生态环境保护提供借鉴。     

天山北坡经济带关键性生态空间评价

关键性生态空间在生态系统中所发挥的基础性和保障性功能尤为重要,其范围辨识及评价研究对于国土安全和区域可持续发展具有重要意义。以天山北坡经济带为研究区,构建适于西北寒旱区脆弱敏感环境的关键性生态空间评价体系,借助GIS和RS技术,从生态系统服务功能重要性和敏感性两方面对其空间范围进行辨识和分级评价,并进行土地利用生态安全冲突分析。研究结果表明:(1)底线型和危机型生态空间作为研究区的关键性生态空间,面积为45318km²,占比53%,主要分布于南部山区、农垦区西部及北部沙漠/荒漠区;(2)生态系统服务功能与植被显著相关,较重要、重要和极重要区域共占约20.9%,集中在南部山前草原及中部农垦区,生态系统服务功能整体较弱,主导因子为水源涵养和生物多样性保护功能;(3)研究区生态系统敏感性等级主要以中度敏感为主,敏感和极敏感区域面积占比37.7%,分布于高山区、荒漠戈壁区和低山与绿洲过渡区,主要体现为土地沙化和土地盐渍化。(4)全区土地利用生态安全冲突等级较高,有45%的城建用地与56.5%的耕地占用关键性生态空间。本研究可为区域国土空间布局和生态格局优化提供参考,并对相关理论和实证研究起到补充和借鉴作用。     

一种基于SWAT模型的干旱牧区生态脆弱性评价方法——以艾布盖河流域为例

针对干旱牧区生态脆弱性特点,以GIS为平台,利用气象、土壤、土地利用、水资源开发利用等数据,结合SWAT模型模拟结果,建立了一种基于SWAT模型子流域划分的干旱牧区生态脆弱性评价体系,对西北干旱牧区艾布盖河流域1990年、2010年生态脆弱性进行了评价。从评价结果可以看出,研究区北部及西部生态稳定性保持较好,生态脆弱等级下降主要发生在研究区的东南部,20年间耕地扩张造成的草地被侵占及水资源过度开发利用是造成生态退化的主要原因。评价体系紧紧围绕干旱牧区"水-草-畜"关系设置评价指标,将观测数据与水文模型模拟相结合,统计数据与空间地类相联系,点面结合,能够较好的反映出研究区20年间生态脆弱程度变化趋势及主要问题。     

生态脆弱区生态系统状态演变分析的若干数学方法

生态脆弱区往往存在多个生态系统(草原、荒漠和灌木等)共存的现象.由于外部环境和人类活动等因素的影响,生态脆弱区会发生从一种生态系统转变为另一种生态系统的现象,即突变现象.分析生态脆弱区多生态系统共存情况下生态系统的稳定性对了解生态脆弱区生态系统的变化具有重要意义.本文回顾了目前能够描述生态脆弱区多生态系统的动力系统及其...     

基于地质灾害敏感性的山地生态安全格局构建——以云南省玉溪市为例

区域生态安全格局构建作为景观生态学的研究热点之一,为区域可持续发展和国土生态屏障建设提供了重要途径,尤其对于灾害频发、生态脆弱的滇中地区,其能够有效规避自然灾害、促进区域生态系统和社会经济系统协调发展.本文以玉溪市为例,针对区域生态环境基底特征,选取水源涵养、固碳释氧、土壤保持和生物多样性等生态系统服务评估自然生境重要性,综合考虑单一类型生态系统服务质量和多功能性识别生态源地;并采用地质灾害敏感性修正基于地类赋值的基本阻力面,运用最小累积阻力模型识别生态廊道,从而构建玉溪市生态安全格局.结果表明: 玉溪市生态源地斑块数量为81个,占玉溪市土地总面积的38.4%,与各级自然保护区重合率达75.2%,主要分布在市域西部的山林地和东部的湖泊湿地区域;玉溪市生态廊道总长度1642.04 km,呈“一横三纵”的空间分布格局,沿河谷、断陷盆地等植被覆盖较好的区域延伸.本文针对滇中山地生态脆弱区地质灾害频发特征,构建山地生态安全格局,对于区域山地开发与生态保护能够提供决策指引.     

中国生态环境脆弱区范围界定

中国生态环境脆弱区既是生态退化区域, 也是贫困人口集中分布区, 但其空间分布范围至今仍然不明确。本研究针对土地沙化、水土流失和石漠化等典型生态问题, 采用遥感和GIS技术, 建立评价指标体系及评价模型, 综合评价了全国生态环境敏感性, 定量揭示敏感性空间分布特征。在此基础上, 结合政府文件和已有的研究成果, 识别出全国生态脆弱区分布范围。结果显示, 生态极敏感区主要分布在我国西北干旱/半干旱地区、西南湿润地区、东南湿润地区以及黄土高原丘陵沟壑区; 高度敏感区主要分布在阿尔泰山、天山、阴山南麓、科尔沁沙地、呼伦贝尔沙地、羌塘高原西部、横断山和东南丘陵山地等区域。在全国划定了18个重点生态脆弱区, 总面积240.1万km², 并明确了每个脆弱区的名称、类型、面积、分布范围以及面临的主要生态问题。完成的中国生态脆弱区分布图为全国生态保护红线划定提供了参考底图。     

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。     

基于有害干扰的中国省域森林生态安全评价

近年来随着经济社会不断发展,森林生态系统受到各种有害干扰越来越多,在以可持续发展为目标和"建设生态城市,推进城市森林建设,保障城市生态安全"的背景下,研究我国各省森林生态安全状况,成为关乎我国各省城市健康发展的重要课题。在对森林生态安全与森林健康概念辨析的基础上,基于有害干扰角度,运用宏观数据,应用SPSS、Stata、Matlab等软件,采用理论分析与实证分析、定性分析与定量分析相结合的研究方法。通过主成分分析、聚类分析、模糊评价等手段对2011年我国31个省级行政区域的森林生态安全水平进行实证分析和评价。评价结果表明:在2011年研究所涉及的31个省份中,16个省级行政区域的森林生态安全水平较高,森林生态系统受有害干扰较小,整体水平较为乐观,但仍有近一半的省份森林生态系统处于不安全状态。在深入探讨评价结果和影响我国各省森林生态安全主要干扰因子的基础上,为如何维护我国森林生态安全提出了对策建议。     

基于SENCE概念框架的区域水生态安全评价研究——以甘肃地区17流段为例

作为生态环境至关重要的因素,水生态安全格局是生态安全格局的关键组成部分,科学评估水生态安全状况,进行生态系统管理及保护,对促进经济社会发展具有重要意义。选取甘肃地区17个流段为研究对象,基于SENCE （社会-经济-自然复合生态系统）概念构建涵盖经济发展、社会进步、自然资源、生态环境4方面33指标的初步水生态安全评价指标体系,基于改进生态位理论结合模糊系统分析对初步水生态安全评价指标体系进行优化,最终得到28指标构成的水生态安全评价优化指标体系,运用优化后指标体系对17流段2016-2018年间水生态安全状况模糊综合评价。结果表明：水生态安全状况良好（一级、二级）以上占比分别为35.3%、41.2%、35.3%,一般（三级）占比分别为57.8%、52.0%、46.1%,较差（四级）占比分别为23.5%、11.8%、11.8%,大致呈正态分布,且年际变化小,基本保持稳定。年平均降水量、河川基流量、地表水源供应量、生态环境用水量、节水灌溉面积等指标累计指标权重达47.75%,是影响水生态安全状况的主要影响因子。     

西南地区生态重要性格局研究

生态保护重要性是表征区域生态系统结构和功能重要性程度的综合指标。在明确西南地区自然环境特征和关键生态问题的基础上,综合分析生态敏感性和生态服务功能重要性,构建西南生态重要性评估指标体系,并运用GIS技术识别具有重要保护意义的地区,为优化生态保护策略、划定生态红线和主体功能区划提供技术支持。研究表明:西南地区生态保护极重要区为75.7万km2,主要分布于雅鲁藏布江流域、横断山区、川西高原等地区。该区占西南地区总面积的32.5%,提供了59.4%的土壤保持总量和54.5%的水源涵养总量,保护了69.7%的重要物种。研究建议,划定极重要区为生态红线进行强制性严格保护,以保障和维护生态安全,促进西南地区可持续发展。     

基于生态系统服务的生态安全研究进展

生态安全是全球环境变化背景下人类可持续发展面临的重要问题之一。生态系统服务作为自然环境中人类赖以生存的环境条件与效用，成为人们感知和评价生态系统结构或功能变化的重要指标，同时为研究自然生态与社会-经济两大系统之间的交互作用提供了连接路径。目前，国内外对基于生态系统服务的生态安全研究尚处于起步阶段。在大量查阅国内外相关文献的基础上，总结了生态安全的理论内涵及方法体系，并从基于生态系统服务内在关系和基于生态系统服务拓展的生态安全研究，以及将生态系统服务与生态安全结合应用的综合研究等3个方面系统性梳理了目前国内外基于生态系统服务的生态安全研究进展。结果表明，发展初期的生态安全研究主要基于各种生态系统服务之间的供需关系、权衡/协同关系和服务重要性等内在关系，二者的结合效果能通过耦合生态系统服与生态系统状态指标和相关模型得到改善，近年来将生态系统服务与生态安全结合应用的综合研究在区域规划管理等领域已呈现良好的发展趋势。在此基础上，本文指出了目前研究过程中所存在的一些不足与未来发展的方向，为进一步深入开展生态系统服务与生态安全的耦合研究提供理论依据。     

基于压力-状态-响应模型的黑河中游张掖市生态安全评价

生态系统服务的状态与生态是否安全密切相关，生态系统服务的正常发挥是实现生态安全的前提。近年来，中国西北荒漠-绿洲扩张速度加快，改变了生态系统服务的供给与传输，进而影响了区域生态安全。以典型荒漠-绿洲区域黑河中游的张掖市为例，基于压力-状态-响应模型，耦合生态系统服务理论，构建了黑河中游生态安全评价指标体系，评估了2001-2015年黑河中游生态安全演变趋势。研究结果表明黑河中游生态系统面临的资源消耗和环境污染压力越来越大，压力指数有所降低；部分地区出现植被退化、破碎化增加等现象，状态指数略有降低；在实施节水灌溉、产业转移、湿地保护等举措后，响应指数显著增加。总体来看，2001-2015年黑河中游生态安全水平呈现波动增长趋势，生态安全综合指数由0.3748增至0.5888，生态安全等级由"较不安全"达到"临界安全"状态，其中高效节水灌溉面积、生态用水量、地下水开采率等水资源相关要素是影响绿洲生态安全水平的主要因子。基于以上研究，提出了坚持生态保护优先、调整种植和产业结构、发展高效节水灌溉技术、提高公众生态保护意识等提高生态安全水平的相关对策与建议，以期为促进区域生态经济可持续发展提供支撑。     

典型资源型城市生态承载力评价——以唐山市为例

资源型城市生态承载力评价研究的开展对促进资源型城市自然-经济-社会复合生态系统健康可持续发展具有指导意义。以唐山市作为案例城市,基于资源型城市独特的生态系统特点,从生态弹性力、承载媒体的支撑力、承载对象的压力三方面提出对生态承载力进行量化的研究方法,构建了较完整的生态承载力综合评价指标体系,利用主客观相结合的赋权方法,对唐山市生态承载力状况进行评价,探讨了2001—2010年10年间唐山市生态承载力变化趋势。结果表明:唐山市在研究时段内,生态弹性力指数波动强烈,表明生态系统的稳定性较差;承载媒体的支撑力指数逐渐增大,指数由0.111上升至0.898,显示系统的承载指数越来越高;承载对象的压力变化较为复杂,呈现先降后升,近几年又略有下降的趋势;系统的生态承载力整体上呈现波动性上升趋势,综合指数由0.345上升至0.720,说明唐山市生态系统的承载能力不断提高,但资源依赖型发展模式带来的资源短缺、环境污染和生态破坏等问题仍是制约生态承载力进一步提高的主要因素。研究成果客观地反映了唐山市生态承载力状况,对于唐山市未来的发展提出了合理的对策和建议,可为其他地区生态承载力研究提供一定借鉴。     

海岛城市化过程中的生态安全动态评价与驱动力分析——以平潭岛为例

随着海岛城市化进程的不断加速,海岛的开发建设与生态安全的矛盾日益突出,客观评价平潭岛开发建设中生态状况的动态变化及驱动力分析,对促进平潭岛社会经济与生态环境的协调发展具有重大意义。选取平潭岛2001年作为生态安全状况评价对比基准年份,另选取2005—2015年的自然与社会经济指标数据构建了平潭岛生态安全评价DPSIR评价指标体系。采用综合指数法发现驱动力因子、影响因子在评价年份中动态变化较为平稳;压力因子、状态因子动态变化趋势较为相似,响应因子在2009年设立综合试验区之前动态变化较为平稳,但是2009—2012年波动最为明显。响应因子、压力因子、状态因子对生态安全指数产生重大影响,其中响应因子是关键因子,对生态安全指数有决定性影响。平潭岛的生态安全状态总体呈上升趋势,2001年、2005—2009年生态安全状况总体上较为平稳,而设立综合实验区以来的2009—2011年期间生态安全指数上升幅度最为明显,尤其是从2011年开始,生态安全指数达到0.7612,生态安全状况由2010年的临界进入了良好,后续2012—2015年呈现略微下降的平稳状态。进行相关因子分析发现状态指数、驱动力指数、响应指数与安全总指数的相关系数较高并且响应指数大于压力指数相关系数;通过主成分分析与通径分析发现2011年与2015年的主成分综合得分最高,分别为1.5277与1.1974,响应因子对平潭岛生态安全状况起到决定作用,其中交通运输投资比率、卫生社会保障投资比率、公共设施投资比率对平潭岛生态安全状况产生直接与间接的影响较大。研究可以丰富海岛环境评估的实证案例与相关理论体系,同时为国内海岛城市化进程的生态安全评估提供借鉴。     

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。     

煤炭资源型城市生态安全评价——以锡林浩特市为例

煤炭资源型城市生态安全评价能够协调人口、资源和环境之间的矛盾,保障城市可持续发展。基于PSR模型,以煤炭资源型城市锡林浩特市为研究区域,从生态环境和社会经济方面共选取了33个指标因子,构建了煤炭资源型城市的生态安全评价指标体系,运用熵权TOPSIS法进行了城市生态安全综合评价,并通过障碍度模型对城市生态安全的主要障碍因子进行了研究。研究结果表明:(1)2008—2017年锡林浩特市生态安全水平总体呈缓慢上升趋势。生态安全综合评价指数从0.464上升到0.553,安全等级由较不安全转为临界安全状态;(2)10年间PSR三大指数表现出不同变化特征。压力指数呈下降后上升再小幅下降的变化趋势,状态指数呈波动上升趋势,响应指数呈快速上升趋势;(3)子系统的障碍度分析表明压力系统的障碍度最大,是影响煤炭资源型城市生态安全的首要因素。子系统的障碍度变化趋势表现为:压力系统和状态系统的障碍度均不同程度增大,响应系统的障碍度越来越小;(4)单项指标的障碍度分析表明影响该资源型城市生态安全的主要障碍因子集中在压力系统和状态系统,10年间最大障碍因子经历了从城镇化率到矿区面积的演变。     

山西省生态安全时空演变特征及影响因素

基于压力-状态-响应模型（PSR），运用综合权重法对山西省2000-2018年的生态安全水平进行综合评价并分析其时空演变特征，采用Dagum基尼系数测度生态安全水平的区域差异与来源，利用空间计量模型进行影响因素探究。研究发现：2000-2018年山西省生态安全综合指数呈逐年增长趋势，生态环境改善明显，总体生态安全水平较低，不同行政单元尺度下增幅表现为省域 > 市域 > 县域。县域生态安全在空间上呈"带状"分布，呈现由中部向南北两侧递减的非均衡化空间格局，空间上集聚程度在增强。县域生态安全水平空间上存在非均衡性特征，非均衡性程度不断下降，空间差异的主要来源是子群间差异，并呈现明显的空间溢出效应，经济规模、人口密度、城镇化率、NDVI、高程是影响县域生态安全空间演变的关键因素。生态安全水平空间特征存在尺度效应，研究尺度越大，尺度效应的作用越大，需要在更大范围内维持生态系统功能的完整与可持续性的平衡。县域生态安全水平演化存在路径依赖现象，需创新发展模式摆脱路径依赖，实现路径突破。在经济发展的基础上维持生态系统相对稳定状态与人类社会经济持续发展之间的平衡，是促进区域生态安全水平提升，维持人与自然和谐相处的关键。