生态资产核算与生态系统服务评估:概念交汇与重点方向

面向“山水林田湖草”统一管理的现实目标,对生态资产的准确刻画加深了资源管理者和使用者对生态系统服务的认识,是生态系统服务理论从学术研讨向决策实践过渡的重要桥梁。然而,当前的生态资产核算结果仍存在着较大的不确定性,使其决策支持作用受到质疑。基于对生态资产研究近今进展的总结,生态资产实际核算一般取自然资本与生态系统服务的交集分别作为存量和流量。如若将生态资产作为干部离任审计依据,则须把握先实物量后价值量的原则。在当前国际研究中,生态资产已经成为区域景观管理和农户生计决策的重要绩效评估与情景优选工具。完善生态系统服务评估模型、明晰生态系统服务供需关系、规范生态资产价值核算方法、提升生态资产决策支持能力4项内容应引起未来生态资产研究的重点关注。     

基于遗传算法的土地利用优化：NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅲ的对比研究

土地利用优化通常要兼顾不同群体的多种要求,理论上是复杂的超多目标(4个及以上)优化问题。但实际操作中却往往被简化为多目标(2—3个)优化问题,通过一种流行的多目标优化算法第Ⅱ代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解。究其原因是对超多目标优化算法认知的缺失和与多目标优化算法理论对比的匮乏。对NSGA系列中应用最广泛的多目标优化算法NSGA-Ⅱ和最新提出、面向超多目标优化的算法NSGA-Ⅲ进行探究,从理论和实验两方面对Ⅲ和Ⅱ进行对比,从而探究二者进行土地利用优化时的优劣。在理论上,对比两种算法原理的异同。在实验中,分别设计多目标(3个目标)和超多目标(13个目标)土地利用优化问题,利用两种算法进行求解。对实验结果采用四层架构、六大指标进行全面评价,以对比两种算法的可用性。理论对比发现,两个算法只有种群多样性保护的方法不同,其中NSGA-Ⅲ是基于与固定的参考点的距离,而NSGA-Ⅱ则是基于相邻解间的距离。通过实验对比发现,NSGA-Ⅲ在超多目标优化时运算速度快,且产生的最优方案实用价值更高,NSGA-Ⅱ在算法的有效性方面更有优势。     

自然保护地政策对区域生态环境质量的影响——以三江源地区为例

研究自然保护地政策的生态成效有助于未来更好地开展自然保护地保护和治理。以三江源地区为例,通过构建土地利用动态度和土地覆被转类指数考察了自然保护地的空间布局特征对生态环境质量的影响,刻画了自然保护地政策生态成效在自然保护地内外的空间差异性,结合最小二乘法和实地调研结果探究了保护地政策对生态环境质量的影响机制。结果表明：自然保护地政策实施以来,三江源全域生态环境质量提升越来越明显,未利用地转化为生态地类是促进生态提升的最主要的用地变化类型。集中连片分布的大型保护地生态成效明显,而分布零散且靠近行政边界的小型保护地生态成效相对较小;尽管保护地生态成效优于非保护地,但保护地与周围地区的生态提升具有同步性。保护地政策通过在保护地内实施生态保护和修复项目显著促进了生态环境质量的提升,同时通过采取限牧禁牧、引导转业转产等措施减轻了农牧民活动对生态环境的压力。未来应推动以国家公园为核心的生态系统完整性保护网络体系建设,加强国家公园和周边区域的一体化保护和联动治理,帮助农牧民进一步拓宽生计方式。     

2001–2020年黄土高原光合植被时空变化及其驱动机制

为揭示实施退耕还林(草)政策20年后黄土高原植被盖度的最新演变趋势及区域差异,定量分析气候和人类活动对该区植被盖度变化的贡献率及空间分布。该研究以光合植被(PV)盖度为植被生长状况指标,基于2001–2020年PV数据及同期气象数据,采用Mann-Kendall检验、Sen分析和残差分析等方法,分析了黄土高原2001–2020年植被覆盖的时空演变特征及其驱动要素。主要结果:20年中黄土高原植被盖度呈显著增加趋势,增速为每年0.8%。全区植被盖度呈增加趋势的区域面积比例为90%,呈显著增加的区域面积占比为71%;对全区植被盖度增加的贡献,主要是黄土丘陵区(约2/5),其次为风沙丘陵区(约1/4)和石质山区(约1/5);不同地貌分区内,黄土丘陵区中陕西榆林和延安两市区境内植被盖度增加迅速,风沙丘陵区中内蒙古鄂尔多斯市植被盖度变化最快;研究时段内人类活动和气候变化对黄土高原植被增加的贡献率分别为76%和24%;人类活动对植被盖度贡献较大区域主要分布在陕西延安以北、山西太原以南、宁夏同心以南和甘肃平凉和庆阳等丘陵、台塬和风沙丘陵等政府生态工程实施较好的地区。     

变化环境下火干扰研究进展

火是地球系统的重要过程,也是一种剧烈的环境干扰因素。火是生态系统变化的驱动力和催化剂,调节着生态系统的结构和功能,同时反馈给气候系统。近年来,世界多个国家相继爆发了历史上罕见的极端火事件,使得火干扰、气候变化和人类活动之间的相互作用关系得到了空前的关注。主要从3个方面回顾了变化环境下火干扰研究的进展,包括(1)火干扰的时空格局;(2)火干扰的驱动机制;(3)火干扰的生态效应。概括起来,遥感技术的发展使得火监测精度不断提高,对火时空格局的刻画由过去侧重火燃烧面积单一因素转向具有多重属性的火干扰体系。气候变化和人类活动共同决定着火干扰的分布格局、频率和强度,考虑气候的季节性能够提高火干扰的预测能力。火干扰调节着生态系统的草木平衡,对于生物多样性和生境的维持非常重要。此外,火干扰通过生物质燃烧释放的大量温室气体影响大气组成和空气质量,同时通过改变地表状况和陆-气相互作用来影响气候系统。正确理解气候-植被-火之间的相互作用和反馈机制有助于未来火干扰体系的预测。随着高温、大风、干旱等极端气候事件增多,未来全球大部分区域火发生的风险增加,但是人类活动可能会使火和气候之间的关系发生解耦。可持续的火管...     

近20年黄土高原生态系统服务研究进展

生态系统服务是自然生态系统及其物种提供的供给和维持人类生存的条件和过程,是人类通过生态系统的功能直接或间接得到的产品或服务,具有典型的区域性特征。黄土高原是黄河流域重要生态安全屏障,生态建设规模大、历时长,是我国生态系统服务研究的重要案例区。已有研究针对黄土高原生态系统服务进行物质量与价值量估算、权衡与协同关系识别和供需关系评估,但不同结论之间缺少归纳和对比。研究对近20年来黄土高原地区生态系统服务研究的文献总体特征和主要研究发现分析表明：相关中英文论文数量和被引频次整体呈上升趋势,研究内容上主要关注黄土高原生态系统服务的定量估算,近年来逐渐向生态系统服务权衡分析和供需关系评估拓展;黄土高原地区自退耕还林以来,各项生态系统服务总量呈上升趋势,呈现出东南增量较多、西北增量较少的空间格局;黄土高原地区供给服务和调节服务存在较明显的权衡关系,但在不同尺度上强度分异明显;区域内生态系统服务供给量和需求量均呈增加趋势,供需匹配状况具有明显时空差异。面向当前研究中物质量评估种类不足、价值量估算高度不确定、权衡与协同现象缺乏归因、空间流动性体现不足等问题,未来黄土高原生态系统服务研究有待加强面向生态...     

2001—2019年中国自然保护区生态环境质量时空变化特征及其驱动力

自然保护区对维护生物多样性,改善生态环境质量具有重要作用。然而,我国自然保护区生态环境质量变化及其对自然因素与人类活动的响应规律还不清晰,理解这些规律对我国的生态文明建设以及生物多样性的保护具有重要意义。基于2001—2019年中国历史高分辨率生态环境质量数据CHEQ数据集以及自然因素,利用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验以及多元回归残差分析等方法,探究了2001—2019年中国自然保护区的生态环境质量时空变化特征及其对自然因素与人类活动驱动因素的响应。结果表明：(1)我国自然保护区的CHEQ指数呈现多阶段波动变化,总体呈小幅度下降趋势,平均趋势率为-0.54×10^-3/a;在空间上,中国自然保护区CHEQ变化趋势值呈“南高北低,东高西低”的分布格局;(2)自然因素与人类活动的共同作用是我国自然保护区生态环境质量恶化的主要原因,且恶化区域主要分布在自然保护区的实验区和缓冲区。其中自然因素对我国自然保护区生态环境质量变化的影响在-3×10^-3/a—0/a之间,人类活动的影响在-1×10^-3     

生态系统稳态转换检测研究进展

在气候变化、人类活动等影响下,生态系统结构和功能可能发生大规模的突变,导致生态系统从一个相对稳定的状态进入另一个稳定状态,这种现象称为稳态转换。由于生态系统的复杂性,准确刻画生态系统多稳态并界定其临界点尚存在挑战,提升对生态系统稳态转换的检测和预测能力依旧是生态学领域研究的热点和难题。基于多稳态理论和稳态转换经典概念框架,阐释了稳态转换检测的理论基础;归纳总结出四种稳态转换检测方法的原理和优劣势;鉴于稳态转换的尺度依赖性,梳理了单一生态系统、区域综合生态系统和全球生态系统不同尺度下的稳态转换检测方法、研究思路和应用案例。基于研究进展和问题现状,提出在未来研究中,亟待发展适应复杂系统的综合检测方法;创新稳态转换多尺度分析的技术方法体系;深化生态系统稳态转换驱动机制研究,构建多元耦合机理模型;进而深化稳态转换检测结果链接生态系统管理的实践研究;解析生态系统服务和可持续发展机制。     

基于土地利用变化与生态系统服务供需的中国野生亚洲象时空迁移特征分析

2021年4月,我国15头野生亚洲象(Elephas maximus)从西双版纳一路北迁至昆明市受到了全世界的关注,分析我国野生亚洲象分布区土地利用变化、生态系统服务供需关系如何影响野生亚洲象分布,对保护亚洲象与提高当地人类福祉具有重要的意义。利用生态系统服务价值当量因子法和生态系统服务需求模型计算中国野生亚洲象分布区1990、2005、2015年生态系统服务供给价值与需求指数,通过空间标准化匹配出四种生态系统服务供需模式,探究我国野生亚洲象偏好分布的供需模式。结果表明,林地、草地和耕地是最主要的土地利用类型,1990—2015年,林地、草地和耕地的面积变化率分别为1.09%、-4.82%、-4.86%。1990、2005、2015年生态系统供给总价值分别为6108.55亿元、7434.41亿元、13973.37亿元;生态系统服务需求不断提高,整体呈现中间高,四周低的分布格局。在研究的25年内,亚洲象分布于高供给-高需求与高供给-低需求区域,且有向高供给-高需求区域迁徙的趋势。     

风速变化对草原生态系统的影响研究进展

在全球风速呈下降趋势的大背景下,研究风速变化对生态系统的影响具有重要意义,尤其是其重要组成部分——草原生态系统。近年来大量学者开始研究风速变化对草原生态系统的影响,主要集中在以下几个方面并得出相关的结论,(1)风速变化会影响植物的生长速率和叶片形态,适当的风速能够促进植物生长发育、提高植被初级生产力,而强风或持续大风不仅会对植物产生破坏作用,还会影响其生长发育;(2)风会最先带走地表细小颗粒,从而导致土壤质地变粗、水分下降、营养成分重新分配;(3)风引起地表边界层和大气边界层物质和能量的转移和交换,热量和水汽的交换导致地表微气候发生变化,如风速降低会导致地表温度升高;(4)风力作用使得土壤水分亏缺、营养成分变化,导致草原生态系统结构变化、草地覆盖度降低、物种生活型复杂化、耐旱植物增加;(5)大气稳定性、CO2交换速率和碳排放都会随着风速的增加而增加,碳吸收则相反,碳通量也因此发生变化。综上,风速降低对于草原生态系统的影响复杂且利弊相当,未来的发展趋势会更加侧重于以下几个方面的发展:研究对象的多样化、加强控制实验的定量化研究、综合多要素的相互作用机理研究、整体结构和功能性的研究。