陆地生态系统野外增温控制实验的技术与方法

由于人类活动导致的碳排放急剧增加, 工业革命以来全球地表温度显著增加约1 ℃, 未来全球气候还将持续变暖, 到21世纪末最高可升温4 ℃。这种前所未有的气候变化不仅影响陆地植被的适应策略, 也深刻影响生态系统的结构和功能。其中陆地生态系统碳收支对全球变暖的反馈, 是决定未来气候变化强度的关键因素, 因此全球已经开展了大量的生态系统尺度的野外增温控制实验, 研究生态系统碳收支对气温升高的响应, 从而提高地球系统模型的预测精度。然而由于增温技术和方法的不同, 不同研究的结果之间难以进行比较。该文系统总结了常见的野外增温技术和方法, 包括主动增温和被动增温, 阐述了其优缺点、适用对象以及相关研究成果。同时简要介绍了野外增温控制实验的前沿研究方向——新一代野外增温技术(包括全土壤剖面增温和全生态系统增温)和基于新一代增温技术开展的野外增温联网实验。     

Water isotope analysis for tracing ecosystem processes: measurement techniques,ecological applications,and future challenges

水分是生态系统的重要因子, 水同位素自然示踪和人工标记是研究生态系统水循环过程的重要方法, 利用水同位素所具有的示踪、整合和指示等功能特征, 通过测量和分析生态系统中不同组分所含水分的氢氧同位素比值的变化情况, 可实现生态系统蒸散发的拆分、植物水分来源判定和叶片水同位素富集机理研究, 是研究生态系统水循环过程机理和生态学效应不可或缺的技术手段。该文首先简要回顾了生态系统水同位素发展和应用的历史, 在此基础上阐述了水同位素技术和方法在生态学研究热点领域应用的基本原理, 概述了水同位素在植物水分来源判定、蒸散发拆分、露水来源拆分、降水的水汽来源拆分以及 ¹⁷O-excess的研究进展, 并介绍了植物叶片水富集机理及基于稳定同位素的碳水耦合研究。最后, 指出了水同位素研究亟待解决的问题, 展望了水同位素应用的前沿方向, 旨在利用水同位素分析加深对生态系统的水分动态、植被格局和生理过程的理解。     

IPBES框架下的生物多样性和生态系统服务区域评估及政策经验

生物多样性和生态系统服务为人类的生计和良好的生活质量奠定了重要基础。然而, 越来越多的研究表明, 生物多样性和生态系统服务在全球范围内的持续下降使自然对人类的贡献大幅降低。多尺度评估能够说明不同尺度下生物多样性的现状, 有利于制定适合区域特点、符合国情的决策建议。2013年12月, 生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台(Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services, IPBES)通过第一轮工作方案, 决定开展“区域/次区域生物多样性和生态系统服务评估”(简称“区域评估”), 即评估亚洲-太平洋(简称亚太)、美洲、非洲以及欧洲-中亚四大地理区域的生物多样性和生态系统服务。区域评估报告及其决策者摘要已在IPBES第六次全体会议上(2018年3月, 哥伦比亚麦德林)审议通过。本文概述了四大地理区域的生物多样性的重要性、生物多样性保护领域取得的进展、面临的主要危机和机遇, 探讨了评估对其他国际进程的影响, 综合分析了各区域生物多样性和生态系统服务的特点以及各区域评估结果的差别, 总结了评估的政策经验, 以期为中国的生物多样性保护提供科学参考。     

两种生态系统服务价值评估方法比较研究——以四川省金堂县三星镇土地整治工程为例

乡镇土地整治是建设中国美丽乡村的重要途径,对当地生态环境带来正面和负面影响,如何准确评价其生态效益是国家开展土地整治和美丽乡村建设需要面临的重要科学问题。以中国西南部丘陵地区典型乡镇——四川省金堂县三星镇的土地整治工程为例,对比分析了生态系统服务价值当量修正法和单项服务评价法评估土地整治生态效益的异同,以期确定适合我国西南部丘陵地区乡镇土地整治生态效益评估的合理方法。研究结果表明:单项服务评价法的评估结果(生态系统服务价值约300万元)比当量修正法(生态系统服务价值约290万元)高3.5%。当量修正法评估的各项生态系统服务价值增量由高到低依次为:调节服务价值支持服务价值供给服务价值文化服务价值;单项服务评价法评估的生态系统服务价值增量大小排序为:调节服务价值支持服务价值文化服务价值供给服务价值。方法依据和参数的选取不同,导致评估结果具有显著差异,主要表现在单项服务评价法测算的维持养分循环价值、美学景观价值分别是当量修正法的46.90倍和6.94倍,当量修正法测算的水文调节价值是单项服务评价法的5.93倍。单项服务评价法针对各项生态系统服务特征,灵活地选取差异化评估方法,因而其评估结果更准确、真实地反映了生态效益价值。建议运用单项服务评价法评估我国西南部丘陵地区乡镇土地整治的生态效益。     

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。     

生态保护项目绩效评估的技术方法体系

自20世纪90年代以来,以各种形式的生态补偿政策和工程项目为代表的生态保护项目在全球广泛实施。1998年长江大洪水之后,我国也陆续实施了天然林保护工程、退耕还林还草工程、京津风沙源治理工程、森林生态效益补偿基金、退田还湖还湿工程、生态转移支付等一系列生态保护项目。近年来,政府、研究人员和社会各界越来越重视这些项目产生的生态、经济和社会效益。不过,我国生态保护项目绩效评估还处于起步阶段,主要体现在定量化不足、研究设计不严密、基准线选取不规范、评估方法过于简易、因果推理证据不足、评估结果可信度较差。不管是从学术研究、国家战略,还是实际生态管理的角度,都迫切需要推动和完善我国生态保护项目的绩效评估。结合过去十多年的理论和案例研究经验,对绩效评估的研究设计、基准线选取、评估方法、以及评估分析中面临的问题和挑战进行了系统地归纳与梳理,以期为进一步开展生态保护项目绩效评估提供技术参考。     

沉积物记录揭示的深圳湾红树林生态系统稳态转变

稳态转换作为滨海生态系统的一种灾变现象,其过程伴随着生态系统质量下降和功能退化。深圳湾位于粤港澳大湾区的核心区域,深入理解其生态系统演化过程是进行适应性管理的重要前提。2014年于深圳湾福田红树林湿地获得4根岩芯沉积柱,通过分析沉积和生物地球化学指标（包括金属元素、营养盐、粒度和有机质指标）,重建半个世纪以来深圳湾环境的历史变迁,揭示其生态系统发生的稳态转变过程。结果表明：稳态转换发生前（1954-1980）,福田红树林沉积物中重金属、无机营养和有机物含量稳定增加,但处于较低水平;稳态转换发生后（1990-2014）,深圳湾中污染输入增加,沉积物中重金属和营养盐含量发生明显变化,深圳湾生态系统质量持续下降。通过揭示深圳湾生态系统演变过程及其稳态转变的发生规律,为粤港澳大湾区生态系统修复和管理提供重要的理论依据和参考。     

生态系统生产总值的内涵、核算框架与实施条件——统计视角下的设计与论证

基于已有研究和中国当前实践,对GEP的内涵和核算框架进行理论论证,以期为GEP的后续应用开发提供基本规范。(1)辨析当前GEP已有定义,提出了经过优化的GEP定义:特定时期内一区域生态系统为经济生产和人类其他活动提供的最终产出价值,具体包括生态供应品、生态调节服务和生态文化服务三个组成部分。(2)确定GEP在以下两个方面的应用价值:辅助GDP评价区域发展业绩;为区域生态补偿提供标准。(3)参照国内生产总值(GDP)核算原理,设计出一套生态系统供应品和服务供给表和使用表,在此基础上生成了规范的GEP核算表和核算方法。(4)将框架设计落实到GEP核算实施层面,提出了后续需要考虑的相关分类体系、关键节点、实物和价值核算方法设计等重要问题及解决思路。     

北方农牧交错带多伦县生态系统服务权衡与协同关系研究

科学理解生态系统服务的权衡/协同关系,对于正确指导生态系统可持续管理实践具有重要意义。以位于北方农牧交错带的多伦县为研究区,基于土地利用/覆被、气象、土壤类型、归一化植被指数(NDVI)以及社会经济统计资料等多种数据,分析了2000年、2015年食物供给、碳固持、土壤保持、防风固沙及产水量5种生态系统服务的时空变化,识别了5种服务的供给热点区,并基于相关分析法从县域、乡镇及不同地类3种尺度上对生态系统服务间的权衡/协同关系进行分析。结果表明:(1)2000—2015年,食物供给与土壤保持量增幅较大,产水量与碳固持的供给量增幅较小,防风固沙量大幅下降,5种服务的空间格局基本保持不变;(2)多伦县1类热点区面积明显增加,3类热点区面积明显减少;面积占比超过50%的草地提供5种服务的能力强于耕地;(3)多伦县生态系统服务的权衡关系主要存在于产水量与土壤保持、产水量与碳固持、产水量与食物供给三对服务中;由于研究区生态系统环境的空间异质性较强,各乡镇和两种地类(草地和耕地)上分别只有4对和3对生态系统服务的权衡/协同关系与县域保持一致;(4)不同土地利用类型、海拔、土壤类型等因素的组合使多伦县乡镇之间及乡镇与县域之间的权衡/协同关系存在明显差异。因此,在生态环境更为复杂的整个北方农牧交错带,更需选取合适的空间尺度进行生态系统服务的权衡/协同关系分析,以指导决策者制定合理的生态系统管理措施。     

增温对青藏高原高寒草甸呼吸作用的影响

生态系统呼吸(ER)和土壤呼吸(SR)是草地生态系统碳排放的关键环节,其对气候变化极为敏感。高寒草甸是青藏高原典型的草地生态系统,其呼吸作用对气候变化的响应对区域碳排放具有重要的影响。以高寒草甸生态系统为对象,于2012—2016年采用模拟增温的方法研究呼吸作用对增温的响应。结果表明:增温对高寒草甸ER的影响存在年际差异,2013年和2014年增温对ER无显著影响,其他年份显著增加ER(P0.05),综合5年结果,平均增幅达22.3%。增温显著促进了高寒草甸SR(P0.05),较对照处理5年平均增幅高达67.1%;增温总体上提高了SR在ER中的比例(P0.05),最高增幅达到59.9%。ER和SR与土壤温度有显著的正相关关系(P0.05),与土壤水分没有显著的相关关系(P0.05)。对照样地中,土壤温度分别能解释33.0%和18.5%的ER和SR变化。在增温条件下,土壤温度可以解释20.5%和13.0%的ER和SR变化。在增温条件下,SR的温度敏感性显著增加,而ER的温度敏感性变化较小,导致SR的比重进一步增加。因此,在未来气候变暖条件下,青藏高原高寒草甸生态系统碳排放,尤其是土壤碳排放有可能进一步增加,土壤碳流失风险增加。