四川省生物多样性与生态系统多功能性分析

生态系统服务与人类福祉和可持续发展息息相关,近年来生物多样性丧失极大影响了生态系统服务。探究生物多样性与生态系统服务之间的关系成为当前生态学领域内的一个重大科学问题。以四川省各乡镇为单元,计算了景观尺度上的多样性指数,评估了四川省水土保持功能、水源涵养功能、固碳功能,并研究了两者之间关系。结果表明：在景观尺度上,Shannon''s多样性指数、修正Simpson''s多样性指数、景观丰度三种多样性指数可以较好表征四川省生物多样性空间分布格局。由景观丰度、欧式最近邻距离的标准差、景观丰度密度构成解释变量矩阵,RDA模型矫正解释率42.25%（P<0.001）,可更好解释由土壤保持功能、水源涵养功能、固碳功能构成的响应变量矩阵。四川省生物多样性及生态系统服务关系的模式有以下几种：（1）成都平原区区县空间距离较近,在生态系统服务和生物多样性梯度均差异较小;（2）盆周山地区、盆地丘陵区各区县在水土保持功能梯度上差异较大,与多样性关系较弱;（3）川西高原区区县在固碳、水源涵养梯度上差异较大,并有协同关系,多样性梯度差异较大;（4）川西高山峡谷区、西南山地区区县之间生态系统服务和多样性差异较大,生态系统服务可能存在强烈权衡关系,需进一步引入解释因子。     

生物多样性与生态系统多功能性的关系研究进展

生物多样性与生态系统功能关系是生态学研究的热点之一,以往研究多关注生物多样性与单一生态系统功能之间的关系,然而生态系统能够同时提供多种功能和服务即生态系统多功能性(ecosystem multifunctionality, EMF),仅考虑单一生态系统功能会低估生物多样性的重要性。近年来,EMF研究的重要性受到更多重视,生物多样性与生态系统多功能性(biodiversity and ecosystem multifunctionality, BEMF)关系成为生态学研究新的热点。梳理近15年的研究发现,不同维度、不同尺度的单一或多营养级生物多样性均会对EMF产生显著的影响,并且在全球变化的背景下,自然干扰与人为干扰均会影响生物多样性与生态系统多功能性从而改变BEMF关系,EMF测度方法的差异也可能导致BEMF关系的不一致。生物多样性维度(尺度)选择的局限、不同EMF测度方法的认知差异、BEMF时空数据库的缺乏以及BEMF关系研究方法的单一等问题阻碍了BEMF关系的深入探究。未来研究应对现有测度方法进行深入比较并发展通用的新方法,深入探究多维度、多尺度生物多样性对EMF影响的综合作用。此...     

生物多样性与生态系统多功能性: 进展与展望

全球变化和人类活动引起的生物多样性丧失将会对生态系统功能产生诸多不利影响, 如生产力下降、养分循环失衡等。因此, 始于20世纪90年代的生物多样性与生态系统功能(biodiversity and ecosystem functioning, BEF)研究一直是生态学界关注的热点。然而, 随着研究的深入, 人们逐步认识到生态系统并非仅仅提供单个生态系统功能, 而是能同时提供多个功能, 这一特性被称之为“生态系统多功能性” (ecosystem multifunctionality, EMF)。尽管有此认识, 但直到2007年, 研究者才开始定量描述生物多样性与生态系统多功能性(biodiversity and ecosystem multifunctionality, BEMF)的关系。目前, BEMF研究已成为生态学研究的一个重要议题, 但仍存在很多问题和争议, 如缺少公认的多功能性测度标准、生态系统不同功能之间的权衡问题等。本文概述了BEMF研究的发展历程、常用的量化方法、EMF的维持机制和不同研究视角下BEMF的关系。针对现有研究中的不足, 本文还总结了需要进一步深入研究的地方, 特别强调了优化EMF测度方法和研究不同维度生物多样性与EMF间关系的重要性, 以期对未来的BEMF研究有所帮助。     

农业景观异质性对生物多样性与生态系统服务的影响研究进展

农业景观是人类生活所需资料的最主要来源地,农业景观及其提供的生物多样性和生态系统服务是影响人类福祉的最主要因素之一。系统梳理了景观异质性变化对生物多样性和生态系统服务影响的相关研究,总结指出:(1)农业景观格局变化会强烈的影响着区域生物多样性和生态系统服务,但总体上更关注了空间异质性,对于时间和功能异质性的研究仍需加强;(2)尺度效应、大尺度上景观背景的差异、种间差异、营养级联效应等会对景观异质性和生物多样性、生态系统服务间的关系产生显著的、综合的、交互的影响效应。未来区域农业景观中如何通过景观构建和管理措施的施行来确保生物多样性与生态系统服务供给的持续稳定仍需进一步加强以下内容的研究:景观异质性变化在时间上和功能上的影响效应及其阈值的探讨;跨尺度、多因素、多物种类群与多生态系统服务的综合及其交互作用;不同生物类群和不同生态系统服务间的权衡;景观异质性提高与有效生境面积下降及其引起的生物随机丧失间的权衡等问题。     

景观空间异质性对生态系统服务形成与供给的影响

景观空间异质性与生态系统服务的关系极为密切,适当调整景观空间异质性有助于生态系统服务的持续形成与稳定供给。研究景观空间异质性和生态系统服务形成与供给之间的相互影响作用及响应机制具有重要的理论与现实意义,是保护生物多样性、管理生态系统服务与优化景观空间配置的基础。现有研究大多在不同尺度上探讨了景观格局与生态过程或生态系统服务间的相互影响关系,而缺乏景观格局-生态过程-生态系统服务三者间有效联结等方面的研究。景观空间异质性是怎样直接或间接地作用于生态系统服务形成与供给的,目前还没有一个较为明确的解释。因此,通过分析国内外文献,回顾了景观格局或景观空间异质性与生态系统服务之间关系的研究进展、研究内容和研究方法;从景观组成、景观构型的变化入手,讨论了景观空间异质性对生态系统服务形成与供给的影响及其强度,并认为景观组成异质性变化能够直接影响生态系统服务,而景观构型异质性变化会通过改变生态过程而间接影响生态系统服务;阐述了景观空间异质性在影响生态系统服务形成与供给的同时,也使生态系统服务在空间上产生了异质性分布,并从自然因素和人为因素两个方面对其进行解释;强调了尺度问题在景观空间异质性与生态系统服务研究中的重要性;最后,明确了对生态系统服务形成与供给的景观空间异质性影响研究不仅有助于生态系统服务的维持与调节,也能更深层次地揭示其中的生态学意义。     

生态系统服务与景观格局集成研究综述

生态系统服务是综合科学和政策应用的有效工具,可用于应对人类干扰下的景观和生态系统服务的快速退化等复杂生态环境问题。综述生态系统服务与景观格局集成的学科发展、基础理论和模型开发的进展与存在的问题,建立可用的集成建模框架,并提出知识集成的概念框架:1)在要素层,"政策-决策—景观—生态系统服务—社会经济系统"的跨学科知识反馈环是集成理论基础; 2)在模型层,结构化、多层次的集成模拟模型是核心方法; 3)在数据层,多源数据集成是模拟模型的数据基础。集成生态系统服务与景观格局为区域生态环境治理实践提供了科学参考,能更好地应对生态系统服务科学与应用的挑战。     

中国生物多样性与生态系统服务评估指标体系

生物多样性和生态系统服务评估是生态系统管理与决策制定的重要依据,指标体系是开展评估的主要工具。中国在生物多样性与生态系统服务评估指标体系建设方面,由于没有形成统一的指标体系和技术方法,导致不同区域间的评估结果可比性差,区域和国家尺度上的集成研究难以开展。因此,构建一套适用于中国国家尺度的科学化、系统性和规范化的生物多样性和生态系统服务评估指标体系,便成为当前迫切需要研究解决的问题。本文参考国内外生物多样性与生态系统服务评估的主要研究成果,在充分考虑"生物多样性—生态系统结构—过程与功能—服务"级联关系基础上,建立了生物多样性与生态系统服务评估指标体系构建的主要原则,构建了中国生物多样性与生态系统服务评估指标体系。     

生物多样性与生态系统服务评估指标与方法

评估、模拟和预测全球生物多样性和生态系统服务的状态、趋势及其对人类福祉的影响,是当前生物多样性和生态系统服务研究领域的重要任务。指标和数据、模型和情景是推动生物多样性与生态系统服务评估研究理论建设和方法集成的重要工具。但是,目前对生物多样性和生态系统服务评估的指标体系和技术方法的综合对比研究相对缺乏。因而,系统评述了生物多样性和生态系统服务评估的概念框架、评估指标以及各类评估模型和方法的最新进展。生物多样性—生态系统功能—生态系统服务—人类福祉的级联框架是极具逻辑性的生物多样性和生态系统服务评估框架。现有的评估指标体系和模型方法还存在很多的问题和挑战,难以充分揭示生态系统服务的形成和影响机制、服务之间的联系和作用机理,有效地指导生态系统服务管理和决策制定。然而,这些评估指标和方法可为构建生物多样性与生态系统服务综合集成模型研究的框架提供重要的切入点。基于此,提出了生物多样性与生态系统服务综合集成模型研究的核心内容:i)目的:基于自然—社会综合特征的情景分析确定所解决的科学问题,输出生态系统服务管理和决策制定方案;ii)内容:尺度、生态系统服务类型、生物多样性的层次结构、组分间相互关系、驱动要素、多源数据的综合分析;iii)方法:对现有的各类模型和模型组合进行比较和不确定性分析,建立符合区域实际需求的生物多样性与生态系统服务综合制图模型库。在此基础上,建议我国应尽快发展适合中国区域特点的标准化指标体系和综合评估模型系统,定期对生物多样性和生态系统服务进行综合评估,掌握生物多样性和生态系统服务的变化趋势,提升我国在生物多样性和生态系统服务研究领域的国际地位和话语权。     

多尺度生态系统服务的权衡关系及其对景观配置的响应——以湖北省为例

多种生态系统服务相互关系及其对景观配置响应的多尺度分析一直是生态系统服务研究的热点问题,对于厘清生态系统服务尺度效应和实现区域分级管理具有重要的意义。以湖北省为研究区域,采用遥感、土地利用类型、水文、气象、土壤等多元数据,从5 km×5 km、10 km×10 km、15 km×15 km、20 km×20 km、25 km×25 km、县域和市域等7个递增尺度分析4种生态系统服务(水源供给、碳固持、粮食生产、水质净化)对景观配置的响应关系。结果表明：(1)4种生态系统服务的空间分布具有较强的异质性,粮食生产服务的高值区与水质净化服务的低值区主要分布于湖北省中部和东部的耕地集中区域,碳固持与水源供给呈现相反的空间特征。(2)生态系统服务权衡关系的作用强度随尺度增加而减弱,而协同关系呈增加趋势;同时服务间相互作用强度的变化大于作用方向的变化。(3)景观配置对生态系统服务的影响程度在县域和市域尺度上大于格网尺度。结果反映了受尺度变化中“削峰填谷”过程的影响,景观配置对生态系统服务影响的大小和正负效应具有尺度差异性。研究结果可为区域生态系统服务分级管理和景观格局调控提供科学参考。     

四川盆地多重生态系统服务景观指数评价与服务簇识别

明确多重生态系统服务与生态系统服务簇的空间格局对于维持区域生态安全格局与可持续发展至关重要。在评估四川盆地2015年6种生态系统服务的基础上,计算了表征综合水平的多重生态系统服务景观指数;进而分析了生态系统服务间权衡与协同关系;并基于K-均值聚类法识别了研究区内生态系统服务簇的空间格局。研究结果表明：（1）研究区的多重生态系统服务景观指数平均值达到3.12,同时具有明显的空间分异性,整体上呈现出东南高西北低的空间分布格局,高值区主要分布于川东平行岭谷区,以林、草地为主的区域最高,城市建成区及其邻近地区最低。（2）6种生态系统服务空间异质性显著,且不同服务间协同与权衡关系并存,其中碳汇、生境质量和水土保持服务三者间的协同关系显著,碳汇、生境质量和水土保持服务与娱乐和粮食供给服务间的权衡关系均较强;产水服务与其他各项服务间的权衡与协同关系均较弱。（3）四川盆地可划分为文化旅游、食物供给、生态保育和多功能复合均衡型4种服务簇,其空间布局与内部结构分异明显。文化旅游型服务簇面积最小,面积占比为3.11%,主要分布于成都和重庆城镇及其周边地区,其提供多重生态系统服务功能的能力最弱;食物供给型服务簇主要位于成都平原、浅丘及部分河谷区域,面积约占36.23%;生态保育型服务簇主要分布于盆周山地,以林地为主导,其提供多重生态系统服务功能的能力最强,面积占比达22.61%;多功能复合均衡型服务簇分布最广,面积占比为38.04%,集中于川中、川东丘陵及平行岭谷槽谷区域。采取差异化优化措施有利于整体提升四川盆地生态系统服务能力,维护区域生态安全格局。     

汶川县生态系统服务对景观格局及其变化的响应

景观格局及其变化是影响生态系统服务供应与维持的主要原因之一,也是生态系统服务管理与景观空间配置优化的基础。基于30 m分辨率土地利用数据,统计汶川县2000—2015年多种景观格局指数和碳固定、水源涵养、土壤保持3种生态系统服务的变化,划分等级探究生态系统服务对景观格局及其变化的响应。研究结果表明:1)汶川县整体景观趋于破碎化、斑块形状复杂化,斑块异质性增加,且主要是在林地、草地和耕地之间转换;2)对于生态系统服务,碳固定在全域内有所减少,而大部分区域水源涵养和土壤保持呈增长趋势;3)不同生态系统服务对景观格局的响应存在差异,不仅表现在指标上,也体现在程度上,如碳固定对斑块形状指数(Landscape Shape Index,LSI)响应较为明显,而对蔓延度指数(Contagion Index,CONTAG)敏感性较差;4)并非所有景观格局变化均会引起生态系统服务变化,尺度也会对结果造成影响。本研究通过生态系统服务对景观格局的响应分析,可为区域景观管理的相关评估提供借鉴。     

基于生态系统服务评价的围填海区域景观生态红线划分方法及应用研究

以围填海活动为代表的高强度的人类开发利用方式从根本上改变了海岸带地区的自然属性,区域生态环境发生了深刻变化。定位于我国大陆沿海的围填海区域,通过人机交互目视解译的方法获取我国大陆沿海围填海区域的矢量数据,基于围填海活动影响下海岸带区域的景观类型和生态系统服务变化的评估结果,识别我国海岸带的生态脆弱区和重点保护区,提出围填海区域景观生态红线的划分方法。通过分析可知:(1)围填海区域景观生态红线区呈现出"总体分散、局部集中"的的分布特点;(2)景观生态红线区主要分布在人工湿地和残存自然湿地中。围填海区域是进行海陆统筹研究的关键区域,而景观生态红线作为识别其重要生态功能区,并进行二次保护和抢救性保护的有效手段,将为我国海岸带生态管理提供新思路和新方法。     

关于生态系统服务功能的几个科学问题

生态系统服务和产生这些服务的自然资本对于地球生命保障系统是至关重要的。它们直接或间接为人类提供了利益,并因而成为这个星球整个经济价值的一部分。本文讨论了关于生态系统服务功能研究的4个科学问题：即生态系统服务功能的精确定性、定量和定位,生态系统服务功能的空间转移,生态系统服务功能与生态安全,以及生态系统服务功能的持续利用。生态系统结构的空间异质性导致生态系统服务功能出现了空间上的异质性,因此生态系统服务功能的精确定性、定量和定位就十分重要了。生态系统服务功能的空间转移是指一些服务功能可能会通过某些途径,在空间上转移到系统之外的具备适当外部条件的地区并产生效能。这种特性使得生态系统服务功能可以在比其栖息地大很多的范围内产生经济价值。生态系统服务功能为人类提供了生存保障,它们的能力取决于生态系统中的生态资本存量;而生态资本存量的多少反映了一个国家可持续发展能力的大小。一个生态系统的生态资本存量与该系统的结构和功能密切相关,因此,生态系统服务功能受威胁状态就引发了生态安全问题。在许多区域,生态资源已经成为稀缺资源。为了持续利用生态资源,应该鼓励当地居民以经营生态系统服务为主要手段来发展经济,实现生态系统服务管理产业化。这4个关于生态系统服务功能的科学问题是相互关联的。讨论它们的目的是在于探索深入研究生态系统服务功能的切入点。     

Undertaking large‐scale forest restoration to generate ecosystem services

The global community is seeking to substantially restore the world's forest cover to improve the supply of ecosystem services. However, it is not clear what type of reforestation must be used and there is a risk that the techniques used in industrial timber plantations will become the default methodology. This is unlikely to be sufficient because of the well‐known relationship between biodiversity and ecological functioning. Restoration may be achieved through natural regeneration but this may not always occur at critical locations. Ecological restoration involving species‐rich plantings might also be used but can be difficult to implement at landscape scales. I review here the consequence of planting more limited numbers of species and the effects of this on the delivery of ecosystem services. Evidence suggests many commonly sought ecosystem services—though not all—may be generated by the modest levels of species richness provided these species have appropriate traits. The literature also shows that the alpha diversity of restored forests is not the only driver of functionality and that the location and extent of any reforestation are significant as well; beta and gamma diversity may also affect functionality but these relationships remain unclear. Encouraging the adoption of even moderately diverse plantings at landscape scales and at key locations will require policies and institutions to balance the type, location, and scale of restoration and make the necessary trade‐offs between national and local aspirations. New approaches and metrics will have to be developed to monitor and assess restoration success at these larger scales.     

旅游景观生态系统理论

针对旅游业快速发展过程中旅游目的地人地关系日趋恶化的趋势,在景观生态学理论的基础上,较为系统地提出旅游景观生态系统的相关理论框架,借以辩明旅游地复杂的人地关系,为旅游地的可持续发展研究提供理论依据.在景观生态学中景观生态系统概念的基础上,探讨了旅游景观生态系统的概念框架,指出旅游景观生态系统是由旅游者、当地居民与其周围的自然环境,遵循相应的生态、经济与社会规律,相互作用相互影响所形成的,具有旅游功能的地域综合体.进而重点讨论了尺度、格局、功能与变化等旅游景观生态系统研究的基本问题,强调辨析旅游景观生态系统格局与功能变化的影响因素及其相互作用机制是研究的重点,是为制止或逆转系统的不良趋势以及制定适宜的优化途径的基础.阐述了格局-功能依存性与状态脆弱性等旅游景观生态系统的特性.     

泰山森林生态系统服务功能及其价值评估

森林在给人类带来经济效益的同时,也带来了巨大的生态效益。随着经济社会的发展,人们越来越多地关注森林的生态效益。以泰山森林生态系统为研究对象,依据林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》,从涵养水源、保育土壤、林木营养物质积累、固碳制氧、保护生物多样性、净化大气环境及森林防护7个方面对泰山森林生态系统的生态服务功能进行了定量评估,得出泰山森林生态系统每年的生态服务价值量为18214.97万元,以涵养水源(10376.84万元/a)、生物多样性保护(3796万元/a)和固碳制氧(2736.38万元/a)价值为主;泰山森林生态系统中松栎林的生态服务价值相对高于其他林种的,尤其是以侧柏林为最高;从不同林龄的角度进行评估,泰山森林生态服务价值以中龄林为主,占到生态服务价值总量的35%,过熟林的生态价值总量虽然排在最后,但其单位面积的价值量最高。