大尺度陆地生态系统动态变化与空间变异的过程模型及模拟系统

当代生态系统科学研究更加关注区域生态环境及生态系统状态变化的监测、评估、预测、预警及生态环境可持续管理。在深入理解陆地生态系统的要素、过程、功能、格局及其相互作用机理基础上,发展生态系统定量化描述方法和数值模拟技术,集成构建大陆尺度的“多过程耦合-多技术集成-多目标应用”的陆地生态系统数值模拟器已成为生态系统与全球变化及其资源、环境和灾害效应科学研究的重要科技任务。本研究围绕宏观生态系统模拟分析方法问题,在回顾陆地生态系统模型研究现状和发展趋势的基础上,深入讨论开发大尺度陆地生态系统动态变化和空间变异及其资源环境效应模拟系统的理念,以及模拟系统的功能定位、结构设计等基本问题,为构造中国陆地生态系统数值模拟器提供参考。     

An approach to quantifying the exploitability of human ecosystems

Patterns of ecosystem resiliency and differential exploitability by man exist, but they have not yet been worked out in detail This article presents a systematic approach for quantifying the responses of different ecosystems to various levels of human exploitation. It presents a model of the operations of natural ecosystems and suggests a useful analogue between exploitation ecosystems and different stages in ecological succession. This analogue enables us to define a coefficient of exploitability which relates the intensity of ecosystem responses to the intensity of management. The coefficient should prove useful in elucidating a number of types of man-environment interactions. It can be calculated from empirical data. Since it is a function of independent ecosystem variables such as climate, we can also suggest its probable global distribution patterns. Sample values of are calculated from two different types of data. The range of values is greater than one order of magnitude, and their trends are entirely consistent with their predicted distribution.     

大尺度陆地生态系统管理的理论基础及其应用研究的思考

大尺度陆地生态系统管理是解决当前全球资源环境挑战、应对气候变化、治理区域生态环境、实现社会经济可持续发展的重要技术途径,是全球自然资源和生态保护理论及应用研究的热点。本文采用对过去20年间的几个国际大型生态系统管理行动计划跟踪分析方法,从生态系统管理学科发展、理论基础及应用研究的视角,对生态系统管理概念及其应用问题进行了重新思考,具体内容包括以下3个方面: 首先,回顾了生态系统管理科学概念及应用实践的发展历程,讨论了概念的内涵及其再定义,归纳了生态系统管理社会实践及其对学科发展的贡献。其次,明确了生态系统管理研究的科技使命及基本任务,梳理了生态系统管理科学的科学体系及其主要研究领域,概括了生态系统管理科学的生态学基础理论及知识体系,明确了生态系统管理行动的关键环节、管理方案的基本要素与管理途径。最后,分析了生态系统管理科学研究及学科发展的新趋势,讨论了生态系统管理科学的重点研究空间尺度和对象系统,提出了全球生态系统管理的前沿科学问题,整合生态学研究思维及宏生态系统途径,以期为中国的生态系统管理科学研究及学科发展提供参考。     

西北干旱荒漠区生态系统可持续管理理念与模式

结合对西北干旱区水资源短缺、资源开发中的生态与经济矛盾突出、气候变暖可能加剧干旱区荒漠化以及生态水权与长效保障机制缺失等问题的分析诊断,探讨了荒漠区生态系统可持续管理面临的问题与难点,分析提出了荒漠生态系统植被保育的生态水位与生态阈值,阐述了荒漠-绿洲过渡带生态融合以及绿洲生态系统安全的生态防护梯度等干旱区生态系统管理理念;结合干旱区极端环境自然条件,在多年现场试验基础上,研发集成了退化群落改造与生态多样性构建技术、植物群落结构优化配置、组装与生态融合技术、生态系统恢复水分利用与生态自维持技术以及胡杨萌蘖更新技术等多种适宜荒漠植被恢复与重建的技术模式,并进行了成功实践和试验示范,为干旱荒漠区生态系统可持续管理提供了重要科技支撑。     

生态系统服务价值评估研究进展——国外学者观点

生态系统服务的价值评估是目前生态学研究热点和存在较多争议的领域之一。争论的焦点主要集中在生态系统服务货币化评估的必要性和有效性。通过对大量文献的检索,较为系统地总结了国外学者的观点,特别是引起诸多争论的主要原因：一是由于生态系统本身的复杂性,各项服务之间存在着相互依赖的关系,使生态系统服务的分类本身就缺乏严格的标准,同时存在着时间和空间上复杂的尺度转换问题,从而使生态系统服务的价值评估容易出现重复计算;二是由于经济学方法本身存在着一定的局限性,对于不同的评估对象和评估目标往往需要选取不同的评估方法,每一种生态系统服务通常可以有几种不同的评估方法,评估结果在很大的程度上依赖于选择的不同方法．从而使得到的结果间缺乏可比性;三是由于生态系统不同于经济系统。有时用经济学方法对生态系统进行评估时往往很难反映出自然系统的价值,特别是当人类对生态系统服务的偏好随着时间和新信息的出现而发生变化时,可能会出现更大的差异。今后的研究应当着力于上述困难的解决,以便使生态系统的评估结果更加客观可信,为生态补偿机制建立和生态系统管理等提供有力支撑。     

生态系统服务供给和需求研究评述及框架体系构建

生态系统服务供给和需求联系着自然生态系统与社会经济系统,对生态系统服务供给和需求的研究有助于加强生态系统管理和实现资源优化配置,从而保障区域生态安全与社会经济可持续发展。本文在系统梳理国内外相关研究的基础上,对生态系统服务供给和需求的概念内涵、评估方法和实践应用等方面进行全面综述。从理论发展的角度看,虽然目前已取得较为丰富的研究成果,但是现有研究仍较为分散,缺乏统一的生态系统服务供需研究框架体系。鉴于此,本文在对生态系统服务供给和需求的研究范畴进行拓展的基础上,按照“理论-方法-实践”相统一的研究脉络,构建了“定性-定位-定量-定策”的生态系统服务供给和需求研究框架体系,最后提出未来研究应围绕“重点关注生态系统服务供给和需求的空间转移规律、加强生态系统服务供给和需求的定量方法研究、深化生态系统服务供给和需求应用管理实践和建立生态系统服务供给和需求应用评价机制”等方面展开,以期促进生态系统服务供给和需求的理论与实践研究。     

The development of ecosystem objectives for the Laurentian Great Lakes

Historically management of human use of ecosystems has been based around engineering and chemical approaches and through the construction of treatment facilities, effluent controls and setting chemical concentrations, both at end of pipe and in the aquatic environment. However, the general continued degradation of many ecosystems shows these approaches alone are insufficient. In the Laurentian Great Lakes the Great Lakes Water Quality Agreement was first signed in 1972 and ratified in 1978 and in 1987 tacitly acknowledged the problems with a chemical only approach by requiring the development of ecosystem objectives in the 1978 agreement. Furthermore, the agreement specifically identified numerical ecosystem objectives in the 1987 agreement. The evolution of ecosystem objectives in the Great Lakes has expanded from the strictly numerical objectives such as production of lake trout and abundance of the amphipod Pontoporeia hoyi. More recent developments in ecosystem objectives have been the inclusion of indicators for wildlife, habitat, human health and stewardship.Prepared as a discussion paper presented to the United Nations Economic Commission for Europe's seminar on an Ecosystems Approach to Water Management (May 27–31, 1991).     

Forest ecosystem inventory and monitoring as a framework for terrestrial natural renewable resource survey programmes

ABSTRACT

The established practice of forest ecosystem inventory and monitoring is recognised as a main support for terrestrial natural renewable resource survey programmes. Inventory and monitoring programmes focused on an overall assessment of ecosystem attributes evolving into global environmental survey programmes have been devised, but implementation is still quite contradictory. The state-of-the-art is discussed here, with special reference to the European Union and Italy. Topical issues are reviewed, with selective concern to: remote sensing capability, probability sampling, forest type (habitat) classification and landscape ecology, sustainable management indicators. Benefits brought by information technology are highlighted. Its development and the implementation of approaches based on a sound “per habitat” landscape ecological perspective will bring unique benefits, thus leading to an effective integration among sector surveys aimed at global environmental inventory/monitoring.     

生态系统文化服务研究进展——基于Web of Science分析

随着社会经济的发展,人类对精神层面产品的需求越来越多。生态系统具有文化服务功能,因此近年来学者对文化服务的研究和关注越来越多,发表的文献数量也在持续增加。通过收集与生态系统文化服务相关的文献资料,运用统计分析方法,试图理清国际生态系统文化服务研究脉络。利用Web of Science核心合集数据库,共析出样本文献1530篇,分别对文化服务的研究趋势、时段特征、作者分布、机构分布和文献期刊分布等进行分析。研究发现,生态系统文化服务研究逐渐从以生态学为主,演变为融合生态学、地理学、管理学、社会学等众多学科的综合研究。未来文化服务的研究将集中在文化服务价值的货币化评估、文化服务管理与应用、文化服务指标体系构建、文化服务价值制图、游憩功能和美学功能6大方向。     

Do experiments exploring plant diversity–ecosystem functioning relationships inform how biodiversity loss impacts natural ecosystems?

An enormous recent research effort focused on how plant biodiversity (notably species richness) influences ecosystem functioning, usually through experiments in which diversity is varied through random draws of species from a species pool. Such experiments are increasingly used to predict how species losses influence ecosystem functioning in ‘real’ ecosystems. However, this assumes that comparisons of experimental communities with low vs high species richness are analogous to comparisons of natural communities from which species either have or have not been lost. I explore the validity of this assumption, and highlight difficulties in using such experiments to draw conclusions about the ecosystem consequences of biodiversity loss in natural systems. Notably, these experiments do not mimic what happens in real ecosystems either when local extinctions occur or when species losses are offset by gains of new species. Despite limitations, this single experimental approach for studying how biodiversity loss affects ecosystems has often been advocated and implemented at the expense of other approaches; this limits understanding of how natural ecosystems respond to biodiversity loss. I conclude that a broader spectrum of approaches, and more explicit consideration of how species losses and gains operate in concert to influence ecosystems, will help progress this field.     

湖泊-流域生态系统管理的内容与方法

在流域生态系统管理研究综述的基础上,对湖泊一流域生态系统管理的概念进行了界定,对水环境管理、综合流域管理与流域生态系统管理之间的差异进行了对比分析。确定了生态系统生态学、流域生态学、生态系统健康和流域方法为湖泊．流域生态系统管理的理论基础,生态系统方法和流域分析为其方法学基础。在上述分析的基础上,提出了湖泊．流域生态系统管理的6个主要步骤：研究范围界定、基础信息收集与基本生态学问题的分析和评价、管理目标设定、系统综合、生态系统综合评价、适应性管理;识别出湖泊-流域生态系统管理中的3个关键问题：①生态系统管理中的不确定性和障碍分析;②流域土地利用变化对湖泊水质和生态系统的影响;③流域生态子系统与社会子系统的关联。     

青藏高原国家公园群生态系统完整性与原真性评估框架

青藏高原具有全球独特的自然生态和人文生态系统,生态系统完整性与原真性极高,建设国家公园群是青藏高原整体性保护重要生态系统完整性与原真性的重要手段。遵循"内涵界定-框架梳理-框架构建"的研究思路,科学界定国家公园生态系统完整性和原真性内涵并建立概念模型,通过梳理国家公园生态系统完整性评估的主要框架,在对区域自然生态和社会人文系统科学考察的基础上,分析区域生态系统完整性与原真性保护与监管需求,从生境质量、生物群落、生态系统服务、自然条件与灾害、人类活动、人文景观6个方面构建青藏高原国家公园群潜在建设区生态系统完整性与原真性评估框架,以期为未来国家公园群建设与管理提供基础支撑。针对目前国家公园管理存在的主要问题,提出未来评估应用需充分体现国家公园复合生态系统和"群"的特征,并建立生态系统完整性与原真性监测体系,从而更全面的服务于青藏高原国家公园群生态系统完整性与原真性保护。     

基于生态系统方法的大海洋生态系管理

大海洋生态系是指海洋中具有独特海洋学和生态学特征的一个较大的区域,其自然特性要求采用基于生态系统的方法对其进行管理.一系列的国际条约和章程均明确或间接支持采用基于生态系统方法管理大海洋生态系,实现海洋资源的可持续利用.实践方面,加拿大、澳大利亚、美国等采用了基于生态系统方法对其海洋进行管理,全球环境基金会等国际组织实施了一些基于生态系统方法的大海洋生态系项目,加勒比共同体等区域组织建立了旨在实现其渔业可持续发展的区域渔业机制.而基于生态系统方法的大海洋生态系管理能否最终成功实施,不仅是一个科学和法律问题,而且在很大程度上也是一个政治问题,依赖于相关国 家的政治意愿与相互合作的程度.     

城市湖泊退化过程中水生态系统服务功能价值演变评估——以肇庆仙女湖为例

运用市场价值法、碳税法、造林成本法和工业制氧影子价格法、影子工程法以及价格替代等方法,以肇庆仙女湖为例,对城市湖泊水生态系统自然资产价值部分的演变进行了评估。结果得出,仙女湖水生态系统退化过程中,导致水生态系统有些服务功能的大幅度降低,如大气调节功能价值由1999年的460124元降低到2004年的8元、水质净化功能价值由1999年的11480元降到2004年的904元等;但并非各项生态系统服务功能价值都降低,有些项目的生态系统服务功能可保持不变,如水资源调节功能价值;甚至升高,如物质生产价值由1999年的152400元增加到2004年的241200元。该研究给退化生态系统的修复带来很大启示,即在退化生态系统的修复过程中要针对性的就退化生态系统的结构和功能进行修复,提高生态系统的总体服务功能价值,而并非退化生态系统的各项服务均需提高,有些项目的生态系统服务价值可以保持不变,甚至降低。     

生态系统保护现状及保护等级评估——以江西省为例

基于生态系统的保护是防止生物多样性丧失的重要手段,已成为保护生物学研究的热点。对生态系统保护等级进行划分,确定局域、区域和全球尺度上生态系统保护的优先性,可为制定生态系统保护方案提供重要依据。目前,生态系统保护等级划分的常用指标包括面积流失率、幅度和代表性。以江西省生态系统为例,基于20世纪80年代的江西省植被图、生态系统图、2010年土地利用图和自然保护区图,在GIS环境下进行图层叠加运算和重分类,再进行定量评估和归一化,将江西省生态系统划分为极重要、重要和一般3个级别。结果表明:过去的30年间江西省自然生态系统面积共减少了82613.83km2,减少率超过了60%。全省的37个自然生态系统类型中有19个类型建有国家级自然保护区,但得到保护的面积比例较低。森林生态系统中极重要、重要和一般生态系统类型分别占省国土面积的16.7374%、5.5310%和3.8242%,受国家级自然保护区保护的比例分别为0.51%、3.73%和5.76%;灌丛生态系统中极重要、重要和一般生态系统类型分别占0.0975%、0.9335%和0.0100%,保护比例分别为1.72%、0.17%和0.70%;草地生态系统中极重要、重要和一般生态系统类型分别占0.2647%、0.0005%和0.1064%,保护比例分别为0.21%、0.00%和3.49%;湿地生态系统中极重要、重要和一般生态系统类型分别占0.3532%、0.0345%和1.5650%,保护比例分别为1.87%、0.00%和18.01%。从各级生态系统空间分布来看,极重要生态系统分布范围最广,主要分布在江西省的东南部和西北部;重要生态系统主要分布在西北部和东北部;一般生态系统分布范围最小,主要分布在北部。中部地区的自然生态系统多数由于经济发展而退变为农田、城市等人工生态系统。结合江西省生态系统现状,将极重要的生态系统作为重点保护范围,因而占江西省国土面积17.46%的生态系统应该得到优先保护。这一结果为有效地开展生态系统管理,制定有针对性的生态系统的保护规划具有重要参考价值。     

An ecosystem organization model explaining diversity at an ecosystem level: Coevolution of primary producer and decomposer

Ecological complexity of species interactions and habitat heterogeneity creates and maintains biodiversity at a trophic level in an ecosystem. This biodiversity simultaneously serves as raw material on which selective forces for organizing ecosystems operate. As a result of this organization process, differences in structure and functioning of ecosystems (diversity at ecosystem level) are generated. Although understanding diversity at the ecosystem level has attracted great interest, recent theoretical advances toward this aim have not been fully appreciated yet. Following Higashi et al. (1993), this report presents a theoretical framework that deals with the organization process of an ecosystem as a consequence of the interactions among its biotic components and their modification of ecological traits. Specifically, the ecosystem organization process of a terrestrial ecosystem is analyzed, including primary producers and decomposers. This model sheds new insight into the differences between temperate and tropical forest ecosystems.     

产业生态系统新型定量研究方法综述

产业生态系统研究已成为当今学术界、产业界的研究重点和热点,对于充分利用资源、减轻环境压力、改造升级传统产业都具有不可估量的科学指导意义。目前,国内外对产业生态系统的研究定性较多,包括概念,特点,建设原则和经营理念的描述,而定量较少。然而,产业生态系统在发展当中也出现了大量的实际问题,急需加强对其定量研究,从而发现、提高和改进产业生态系统的结构及效率,增强可持续性。从近些年生态学的先进理论成果入手探讨了定量研究产业生态系统的一些方法——能值、(火用)、生态足迹和生态信息的方法。对这些方法的理论基础、发展历程、实践应用和适用特点依次进行了详细的梳理和归纳,并基于3个基本原则(生态维度和经济维度的整合,系统长期的恢复力,系统的广度和强度性质)对各个方法进行了综合比较分析,旨在为产业生态系统研究提供方向和理论指导。     

生态系统服务多样性与景观多功能性——从科学理念到综合评估

生态系统和景观是构成地球表层系统的基本功能单元。从对人类生存和发展支撑作用以及人类对环境合理利用和保护的角度,逐渐形成了生态系统服务和多功能景观的科学概念,相关的理论和应用研究也很快成为学术热点。但是从国内外主要进展上看,生态系统服务和景观多功能性的定量化研究都还比较薄弱。生态系统与景观具有等级关联性,前者是构成后者的基本要素,生态系统服务和景观功能具有同源性。因此,将生态系统服务与景观多功能性研究紧密结合既有现实基础又能够深化彼此研究的定量化水平,并进一步提出了生态系统服务与景观多功能性综合定量研究的整体性框架。从当前国内外研究文献看,该框架具有可行性,可以作为进一步深化生态系统服务和景观多功能性研究的现实途径。     

面向国家公园管理目标的综合灾害风险管理:一个概念模型

减小阻碍国家公园管理目标实现的灾害风险,实现管理有效性,是保证国家公园体制建设建立的重要途径。研究提出,面向国家公园多元管理目标,保障社会-生态系统稳定性和恢复力,国家公园灾害风险管理具有综合性。这种综合性体现在国家公园内致灾因子与承灾体的多样性、相对性与转化性,需要集成分别侧重社会与生态系统的传统自然灾害风险管理与生态风险管理,让灾害风险管理贯穿国家公园具体管理。为实现集成应对这种综合性,研究首先总结国内外多类型自然保护地灾害风险管理特点与经验,辨析国家公园灾害风险管理在国家公园管理职责和管理规划中的定位,从3个方面提出对我国国家公园灾害风险管理的启示：1）需要与国家公园宏观管理目标紧密相连;2）以维持社会-生态系统理想状态为目标;3）要具有管理空间、时间与运行的整体性。在此基础上提出一个面向国家公园管理目标的综合灾害风险管理框架,其主要特点是：1）具有"层级式"管理目标;2）以社会-生态系统服务为评价终点开展以理想状态为目标的风险管理;3）联结研究与管理、协调科学与价值观进行适应性管理。     

海南岛森林生态系统碳储量及其空间分布特征

利用最新的森林资源二类调查分布数据和野外样地调查资料,采用InVEST模型和空间统计分析等方法,研究了海南岛森林生态系统碳储量及其空间分布特征。结果表明：海南岛森林生态系统总碳储量为338.15 TgC,其中地上生物、地下生物、凋落物和土壤的碳储量分别为85.12、18.73、2.90 TgC和231.40 TgC,所占比重依次为25.17%、5.54%、0.86%和68.43%。海南岛森林生态系统平均碳密度为147.66 MgC/hm²,其中地上生物、地下生物、凋落物和土壤碳密度分别为37.17、8.18、1.27 MgC/hm²和101.04 MgC/hm²。不同市县森林生态系统碳储量分布在8.55—35.40 TgC的范围内,最高的是琼中县。不同植被类型中,橡胶林的碳储量最高,占全岛森林生态系统总碳储量的27.72%;热带山地雨林的碳密度最高,达到249.64 MgC/hm²。在海拔梯度上,森林生态系统碳密度呈现先增加后减少的变化特征,在海拔600—1300 m范围内的碳密度最高,碳密度为20...