生态系统质量及其状态演变的生态学理论和评估方法之探索

生态文明建设和生态环境治理是国家治理的基本任务之一,我国已经明确提出了提升生态系统质量和稳定性的目标。然而,生态系统质量的科学概念及其状态演变的评估理论和方法却是一直困扰学术界且尚未形成广泛共识的难题。本文在梳理生态系统质量的科学概念及其状态演变研究进展基础上,借鉴物质生产的产品质量、质量管理和质量评价概念,论述了生态系统质量概念及生态学理论基础,从生态系统的自然属性-社会属性-经济属性及其相互关系,生态系统组分-结构-过程-功能-服务-功效的级联关系,系统要素-系统-环境互馈关系,以及生态系统的状态波动-数量变化-质量改变的逻辑关系等视角,讨论了生态系统质量及演变的科学内涵,进而从自然资源环境系统、典型生态系统、区域宏观生态系统、生态工程效应/功效等方面,提出了多应用目标的生态系统质量变化评估的视角和方法。     

恢复生态学研究的一些基本问题探讨

对恢复生态学的研究概况、基本概念、内涵与研究内容以及生态恢复的目标、原则、程序与技术进行了分析与探讨。指出恢复生态学应加强基础理论研究(包括生态系统的演替理论及干扰条件下生态系统的受损过程与响应机制研究等)和应用技术研究(包括土壤、水体、大气和植被恢复技术、生物多样性保护技术以及生态系统的组装与集成技术等).生态恢复与重建是指根据生态学原理,通过一定的生物、生态以及工程的技术,人为地切断生态系统退化的主导因子和过程,调整和优化系统内部及其与外界的物质、能量和信息的流动过程及其时空秩序,使生态系统的结构、功能和生态学潜力尽快地成功地恢复到原有的乃至更高的水平。     

可持续生态学

可持续生态学系用生态学原理和方法解决自然与社会经济协调发展问题,或者说生态学不断将人类及其社会经济活动纳入研究范畴而形成的自然科学与社会科学的交叉学科。40年来,我国在可持续生态学研究和实践领域取得了丰硕的成果,一是提出了"社会-经济-自然"复合生态系统理论;二是构建了适应中国国情的可持续发展评价指标体系;三是推进实施了国家可持续发展战略,并在不同时空尺度进行了试点示范;四是将可持续发展的区域生态安全格局和生态风险管理理论与方法应用于城市与区域发展规划中,并利用生态补偿机制推进跨域的生态安全格局建设;五是为国家生态文明建设规划纲要的出台提供了重要的科学支撑,有力地推进了生态文明建设战略的实施;六是系统地研究了全球气候变化对中国生态系统的影响,科学评估了气候变化的现状、趋势及其影响,提出了气候变化的生态适应对策;七是不断推进国家和地方层面的生态省、生态市、生态县建设,创建了不同层次和规模的可持续发展实验区、国家可持续发展议程创新示范区、生态农业试点示范县、生态工业示范园区等。本文从宏观生态学与可持续发展、生态城市与可持续发展、生态产业与可持续发展三个方面评述可持续性生态学的研究进展。可持续生态学的重点研究内容随着时代发展而不断更新,生态文明建设、生态安全格局构建、落实联合国2030可持续发展目标、应对全球环境变化、新型城市化和工业化对生态系统的影响等是当前和未来一段时间的研究热点。     

我国区域尺度生态系统管理中的几个重要生态学命题

生态系统管理学是研究生态系统管理的理论与实践技术,相关政策和管理策略的综合性应用生态学。当前,综合研究全球或区域尺度生态系统管理模式及其相关的重大科学问题不公是人类社会可持续发展的迫切需要,也是生态系统管理学的重要发展方向和科学任务,为此,本文系统地论述了生态服务功能、可持续性、复杂性和不确定性的综合评价与生态学机制,自然资源保护、生态系统健康以及退化生态系统恢复的生态学基础,生态系统管理的基础生态学过程,生态系统适应性管理的理论与实践,生态系统网络研究,监测和成果集成,区域尺度生态系统管理的综合性专题研究等一系列重要生态学命题,讨论了这些生态学命题的国内外研究进展及其发展方向。     

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。     

开创复合生态系统生态学,奠基生态文明建设——纪念著名生态学家王如松院士诞辰七十周年

王如松先生毕生致力于复合生态系统理论与可持续发展研究,为生态学发展和我国生态文明建设做出了杰出的贡献。他与导师马世骏先生共同创建了社会-经济-自然复合生态系统理论,开创了复合生态系统生态学新领域,为可持续发展与生态文明建设奠定了理论基础。他率先开展城市生态学与产业生态学研究,为生态学成为指导我国经济社会发展的科学基础发挥了引领作用。他提出了我国生态文明的内涵与建设途径,探索了我国生态县、生态市、生态省的可持续发展模式。王如松先生学术思想充满深邃的生态智慧、深厚的文化修养、富于科学远见的学术创新,所洋溢的爱国、爱民、爱科学的情怀,为后辈生态学工作者的楷模。     

基于景感生态学的城市生态空间服务提升研究——以北京市顺义区为例

景感生态学思想融合自然要素、物理感知、心理认知等方面,并服务于土地利用与建设。北京市在迈向建设国际一流的和谐宜居之都目标过程中,极为重视城市居民对城市生态空间的感知和互动,充分体现了将城市生态空间与人居环境质量和心理健康耦合分析的景感生态学的理念。从结合景感生态学中景感营造的思想和顺义区生态规划实践的角度出发,分析了顺义区生态空间景观格局和视觉空间格局。结果表明,顺义区的森林、草地、湿地等斑块相对比较破碎,中心城区的森林、绿地较少;顺义区具有中等以下绿视率的路段长度占比近60%,中等以上水平尤其是较高水平绿视率的路段较少,具有较大的通过景感营造提升生态服务的空间。进而以提升顺义区的城市生态空间服务为目标,总结出了生态空间景观格局优化、视觉空间格局优化、生态空间科学规划及管控、生态系统服务综合提升4个核心愿景,并基于这4个愿景提出了针对性的景感营造措施。     

城市生态系统修复研究进展

城市生态系统是社会-经济-自然复合生态系统。城市生态系统修复的实质是协调好城市复合生态系统的自然过程、经济过程和社会过程之间的关系,促进复合生态系统的各方面协调高效可持续发展。以城市绿地、城市湿地、城市废弃地三类主要的城市生态空间为对象,论述了城市生态系统修复的研究进展,提出当前城市生态系统修复存在以人工修复技术为主、自然修复不足、机理和量化研究缺乏、理论和应用脱节、管理机制不健全、复合生态系统理论体现不足等问题。梳理了当前城市生态系统修复的研究热点,包括城市生态系统修复机理、城市生态资产与生态系统服务、城市生态系统质量和健康、问题导向的生态修复、面向人类福祉的生态修复、生态修复多学科融贯,以及新方法和新技术的应用等几个方面。提出了城市生态修复与管理的相关对策和建议,可为我国城市生态系统修复的研究和实践提供参考。     

生态地貌学研究动态:地貌学和生态系统生态学的交叉融合

生态地貌学作为一个“新兴”的跨学科的概念,受到地貌学家、生态学家及政策制定者的日益关注。地貌在控制许多生态系统过程中起着基础性的作用,而生态系统又可以对许多地貌形态和地貌过程产生深远的影响。过去几十年,在地貌学和生态系统生态学的交叉点上开展了大量的研究。通过梳理地貌学和生态系统生态学相似的发展历程,讨论了两个学科相结合的必要性;归纳了两者相结合的研究现状;总结了两个学科融合研究过程中存在的问题;提出未来需要进一步加强对地貌过程与生态过程相互作用的研究,并将生态地貌学与现行生态保护与生态修复建设及相关政策有机结合,促进生态地貌学的有序和可持续发展。正确认识地球的地貌形态与生态系统之间的关系,有助于拓展地貌学与生态系统生态学的研究尺度,促进学科体系发展;深入研究生态地貌学,对于维持生态平衡,保护生态多样性及增强未来对生态系统的管理和恢复都有重要意义。     

城市生态学自然模拟实验研究进展

自然模拟实验,通过适当控制影响因素研究自然状态下生态系统变化,已经越来越受到生态学家的欢迎。新兴的快速发展的城市生态学越来越多的采用自然模拟实验方法。研究从城市生态学的实验设计方法(如人工梯度、自然梯度和城市建设实验)、环境因子(如空气污染、热岛、灯光和地表硬化)生态效应和生态系统(如社区、绿地、绿化屋顶和集水区)响应等方面,分析了国内外大量城市生态学自然模拟实验的研究案例,并总结了城市生态学自然模拟实验的特点,指出了城市生态学模拟实验应该考虑的主要问题,并提出未来主要发展方向：(1)多种环境因子复合影响模拟实验研究,(2)生态系统结构和功能响应模拟实验研究,(3)近自然的长期模拟实验研究,(4)大范围的联网模拟实验研究和(5)面向城市生态恢复和建设的模拟实验研究。希望研究能够为推进我国城市生态学的实验研究起到抛砖引玉作用。     

珠三角城市群生态空间分区方法与管控对策

生态空间管控是维护区域生态安全,解决区域生态供需矛盾的重要手段。生态空间分区一直是生态管控的热点问题,对促进城市群可持续发展具有重要意义。以珠三角城市群为例,基于政策目标、民众需求、专家知识等方面综合构建评价体系,开展了基于生态空间质量和生态系统健康评价的生态空间分区的探索研究。结果表明：珠三角城市群生态空间约占城市群面积的82.8%,生态空间质量好,但生态系统健康水平低。城市尺度肇庆市、深圳市生态空间质量较高,珠海市、中山市生态空间质量较低;惠州市、肇庆市生态系统健康水平较高,佛山市、中山市生态系统健康水平较低。综合生态空间质量和生态系统健康,区域尺度将城市群生态空间分为重点保护区、重点修复区、潜在修复区和生态保育区。重点保护区占生态空间总面积的10.1%,是区域生态源地,应实行最严格的环境保护制度,划定生态保护红线和自然保护地,加强生态建设和生物多样性保护,并加强生态连通性建设,提升区域整体生态系统服务;重点修复区占生态空间总面积的21.6%,以生态修复,实施生态治理工程,推进生态产业为主;潜在修复区占生态空间总面积的13.1%,以保护优先、自然恢复为主,对生态空间进行全面的养护,保护和提升品质,重点提升生态系统服务;生态保育区占生态空间总面积的55.2%,重点实施生态廊道建设,同时加强区域高标准农田建设,在保护生态空间的基础上合理开展生产建设活动。对生态空间分区管控的研究可方便决策者对生态修复空间和生态保护空间进行识别和分类管理,有效指导国土空间规划和区域生态环境管理体系的完善。     

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。     

采用偏最小二乘回归方法估测森林郁闭度

以遥感数据与森林资源一类清查数据为基础,探讨了用Bootstrap方法筛选最优郁闭度估测变量,用偏最小二乘回归方法建立模型估测森林郁闭度的可行性.结果表明：无论是用所有变量构造的模型还是用所选最优变量构造的模型,郁闭度估测的相对偏差在5%左右.筛选出的最优变量与其他地区的研究结论差异很大,说明除了筛选方法,地带性植被和地形地貌的不同也会造成估测郁闭度最优变量的差异.     

生态效益及其特性

生态效益从1980年代提出以来,在我国得到了广泛的应用。但到了1990年代,随着外来词—生态系统服务(功能)的引进,生态效益在生态学界的使用不像从前普遍。将探讨生态效益的定义、与生态系统服务的关系、形成机制和主要特征,为国家将落实生态效益纳入到社会经济发展评价指标体系提供理论基础。将生态效益定义为生态系统及其变化引起的人类生存和社会经济发展条件的改善程度,并指出了生态效益形成机制及其特性的范围,其中机制包括:生态系统功能发挥机制、生态系统内部稳定机制以及人与自然耦合机制;生态效益特性包括:生态系统介导性、人类福祉相关性、区域环境依赖性、持续再生性、多维性、跨尺度性、外部性、基础性和非市场性。这将为生态效益监测评价方法的建立和不同研究成果比较提供科学基础。     

长三角2000-2018年陆地生态系统完整性动态变化与驱动因素

生态系统完整性是维持生态服务功能和生态系统稳定的重要因素,已成为生态系统管理的目标和衡量生态系统价值的重要指标。我国尚未形成统一的陆地生态系统完整性评估体系和综合指数,基于耗散结构理论从生态系统结构、功能和弹性三方面遴选5个一级指标和6个二级指标,构建了一套适用于景观尺度,易于量化评估、动态监测的陆地生态系统完整性指标体系(terrestrial ecosystem integrity index,TEII);并以长三角区域为例,分析了2000-2018年陆地生态系统完整性动态变化及驱动力因素,结果表明:(1)长三角TEII均值整体呈下降趋势,19%的面积显著降低,15%的面积显著增加;(2) TEII显著降低区域呈两带两圈多点分布格局,显著增加区域主要分布在长三角西北部,在空间上聚集分布;(3)耕地转建设用地、草地转建设用地、林地转耕地和林地转建设用地为TEII下降的主要驱动力之一;(4) TEII与GDP呈显著负相关,人口总数与完整性在2000-2005年无显著相关性,2010-2018年呈显著负相关,且负相关紧密程度不断增加,说明长三角区域经济发展和人口增长对完整性形成了日趋严重的胁迫。     

国土空间生态修复与保护空间识别——以北京市为例

构建国土空间修复与保护识别体系可以有效实现区域生态系统修复与保护,然而,当前国土空间生态修复与保护研究和规划缺乏从系统性和完整性的角度识别关键生态修复与保护区。因此构建了系统的生态修复与保护空间识别方法,以实现区域协调发展、保障区域生态安全。基于该方法,以北京市为例,通过评估生态系统服务、生态系统质量和生态问题,构建生态修复与保护空间格局。研究结果表明：(1) 2000—2015年生态系统服务和质量退化区主要集中在平原区和密云水库北部,面积为760.4 km~2;生态系统质量低下区主要分布在西南部山区和东北部山区,面积为4925 km~2;水土流失问题区零星分布在山区,面积为130.1 km~2;基于以上三者的北京生态修复建议区总面积5606 km~2。(2)建议北京生态保护区6391 km~2,主要分布在北部山区和西南部山区,保护了79.63%的水源涵养功能,74.97%的土壤保持功能,58.79%的洪水调蓄功能和60.3%的自然栖息地。本研究构建的生态修复与保护空间识别方法体系,为北京生态修复和保护规划与生态安全格局构建提供科学依据,还可以为其他地区的生态修复与保护规划提供参考。     

生态系统健康研究进展

健康的生态系统一般被视为环境管理的终极目标,进行生态系统健康研究对探索区域与生态系统可持续发展具有重要意义。随着国际生态与健康学会(International Association for Ecology and Health)的解体,生态系统健康研究视角出现转型。系统梳理了近年来国际上有关生态系统健康概念及其评估方法、指标的新进展,通过文献统计和重要文献引用揭示了国际生态系统健康研究的发展历程,提出了从生态系统健康到生态健康再到生态文化健康的三大核心框架发展阶段,生态系统健康的研究对象和范围正在不断扩充。资源环境研究领域是国内研究者应用生态系统健康概念与方法的优势领域,在区域尺度上评价生态系统的健康更贴近资源环境和社会文化交互作用的复合表征理念。因此,我国生态系统健康研究的趋向不仅应包括在生态系统尺度上研究的继续深化,也应包含对生态文化健康概念的完善与应用,并发挥地理-生态视角的区域集成研究优势,从而有效指导区域生态与环境政策制定与实施。