基于城市生态系统研究范式构建生态功能红线理论方法及其应用

生态红线是保障区域生态系统健康和生态服务可持续性供给所必须严格保护的最小空间范围,科学划定生态红线是提高区域生态功能的重要举措。本文总结了生态红线的内涵和研究进展,重新搭建了以生态功能、环境和资源为对象,落在时间、空间、管理三维度上三条红线的组合理论框架体系,包括"生态功能红线"、"环境红线"和"资源红线"。以生态功能红线为例,从生态系统自身出发,基于城市生态系统的格局、过程、功能与宜人性的研究范式提出其划定方法,并以天津蓟县为案例,结合区域特征,区划出蓟县县域生态功能红线面积共11425 hm~2,主要分布在蓟县北部山区和河流流域。并针对相应红线区提出了对应的管控措施。本文是对生态功能红线理论、方法、模型和应用的初探,以期为后续生态红线的研究提供理论和方法支撑。     

基于生态保护红线管理的塔里木河流域土地利用模拟及生态效益评价

以《生态保护红线划定指南》为依据,在开展区域生态系统服务功能重要性和生态环境敏感性评价的基础上,对塔里木河流域的生态保护红线区域进行划定,并基于FLUS情景模拟、生态系统服务价值（ESV）估算、景观格局指数计算和空间自相关分析等方法,评估生态保护红线政策在塔里木河流域实施后的生态效益。研究结果表明：（1）划定生态保护红线区域总面积133721 km²,占流域总面积的13.01%,植被净初级生产力（NPP）比红线之外的研究区平均值高3.61倍,划定结果符合"以较小面积获取较大服务"的原则。（2）生态保护红线区域提供了全流域44.55%的ESV,调节服务和供给服务是生态系统的最主要功能,其中冰川湖泊贡献了生态保护红线区域52.28%的ESV。（3）生态保护红线政策情景在2030年的ESV比2015年增加了11.96%,且ESV高值面积增加了5.95%,高ESV低风险区域面积增加了6.37%,流域生态系统内部稳定,拥有较高的抵抗风险能力,生态系统结构配置最优。生态保护红线政策能够为塔里木河流域的生态系统稳定和"既要金山银山,又要绿水青山"的可持续发展提供理论支持。     

江苏省陆地和生态红线区域生态系统服务价值

生态红线是最为关键的生态保护区域边界,是生态安全的底线。以2013年江苏省划定的生态红线区域为研究对象,在土地利用现状分析的基础上,对生态系统服务价值进行了评价。结果显示:江苏省陆域生态红线区域的生态系统服务价值为564.15亿元/a,占全省陆地生态系统服务总价值的48.69%,其中水体的生态系统服务价值最大,占生态红线区域的比例高达78.34%;生态红线区域的土地平均生态系统服务单位面积价值为2.47万元/hm~2,是全省平均的2.18倍,其中湿地最高,生态系统服务单位面积价值达5.55万元/hm~2,是全省平均的4.89倍,其次是水体、林地和草地;在已划定的生态红线区域中,各类生态系统占全省相应土地类型的面积比例排序与生态系统的单位面积价值排序完全一致,显示出生态系统类型的单位面积价值越大,受保护的程度越高。     

城市生态保护红线划定与管理——以澳门特别行政区为例

我国澳门特别行政区是世界上人口密度最高的地区之一,人地关系紧张。随着城市和经济的发展,人类空间与生态空间失调,城市生态和人居环境问题不断加剧。在建设美丽湾区、美丽澳门和人们对美好人居环境需求的背景下,通过划定城市生态保护红线以控制和维持现有重要功能生态空间,保护和改善高敏感生态空间,维护区域生态安全显得尤为重要。基于对澳门陆域生态系统调查,结合城市和自然资源特征,从生态系统服务功能、生态系统敏感性、生物多样性分布以及现有生态保护区四个方面构建了城市生态保护红线划定方法框架,选取并评估水源涵养、雨洪调节、热岛调节、土壤保持、海岸带防护五类调节服务和生态系统服务中的休闲游憩的空间格局,水土流失敏感性和海岸带风暴潮敏感性两种生态敏感性的分布,并综合澳门具有保育价值生物的栖息地分布和现有保护区范围进行了城市生态保护红线的划定。研究结果显示,澳门城市生态保护红线区域总面积6.71km²,占研究区面积的19.79%,覆盖了44%的生态空间、12.4%的海岸线、所有的重要物种栖息地及三分之一的古树名木。依照此生态保护红线研究进一步提出针对各类红线地块的保护和管理措施。研究提出的城市生态保护红线划定思路,可以为其他城市的重要生态空间保护、修复与管理提供参考。     

生态系统多稳态研究进展

在多稳态的生态系统中,外力可能导致生态系统状态突然之间发生不可逆转的转变,从而达到一个新的平衡状态。但目前对多稳态理论的系统研究很少,如何使用预警信号来预测生态系统的状态转变依旧是个难题。通过多稳态理论的梳理提出了一个更加综合的多稳态定义,并以放牧模型为例,系统总结了多稳态理论的相关概念,将多稳态理论应用在生态系统演替和扰沌理论的解释中;通过对生态系统稳态转换预警信号的原理、优缺点和应用条件的分析,对不同尺度下多稳态的研究方法进行了归纳;最后提出了目前多稳态领域的研究问题和未来的研究重点。结果表明:(1)将时间和空间预警信号结合在一起,并量化正确预警信号的概率,对错误预警信号的比例进行加权,可能会提供更准确的稳态转换的预报。(2)定量观测试验适用于小尺度的研究,而较大尺度的研究则采用简化的模型来模拟研究,选择正确的尺度极有可能改变预警信号的可靠性。(3)结合多稳态理论研究生态系统临界转换和反馈控制机制,并将基于性状的特征指标和进化动力学纳入其中,是生态系统修复实践的重要研究方向。(4)将多稳态相关理论和生态保护管理政策的实践相结合,是多稳态理论未来应用的前景。本研究为多稳态理论和实践的...     

喀斯特石漠化区生态保护红线划定——以贵州省威宁县为例

科学划定喀斯特石漠化区生态保护红线,对于维护区域生态安全,促进经济社会可持续发展具有重要意义。选择水源涵养、水土保持、生物多样性维护3种生态系统服务功能以及水土流失、石漠化2种生态环境敏感性指标,构建喀斯特石漠化区生态保护红线划定方法。以贵州省威宁县为例,结合第二次全国土地调查数据和相关规划等数据,划定生态保护红线,并从生态用地、植被覆盖度与人类扰动指数三个方面评价划定效果。结果表明：（1）威宁县生态系统综合服务功能以极重要为主,占研究区总面积的40.57%。生态环境综合敏感性以敏感为主,占总面积的67.86%。优化调整后生态保护红线面积1496.13 km²,占全县面积的23.75%,红线内生态用地面积占比高于非生态用地面积占比20%以上。（2）近些年贵州省退耕还林、岩溶地区石漠化综合治理和草海自然保护区生态修复等工程的实施,威宁县植被覆盖显著增加,红线内NDVI基本不变区、轻微改善区和明显改善区面积占比达到88.42%,红线范围内植被覆盖呈增加趋势。（3）红线内人类扰动指数低于红线外人类扰动指数,雪山镇、麻乍镇需控制红线范围内人类扰动,确保生态用地性质不改变,加强生态保护和监管。威宁县生态保护红线划定研究可为其他石漠化地区红线划定及划定效果评价提供参考。     

海岛生态保护红线划定技术方法

划定海岛生态保护红线是维护海岛生态安全,协调海岛开发与保护之间矛盾的重要方法。目前,海岛生态保护红线在概念内涵、划定内容、划定方法等方面尚未统一定性,且极易与海洋生态红线的概念混淆,不同类型和形态的海岛红线划定的方法及原则要求也有所区分,例如,单岛、列岛、群岛、有居民和无居民海岛等。论述了海岛生态保护红线概念、海岛生态保护红线与海洋生态红线的区别和联系;结合生态科学、地理科学和管理科学属性,基于发展观点和底线思维阐述了海岛生态保护红线划定原则;海岛生态保护红线类型主要包括:海岛重点生态功能区、海岛生态敏感区/脆弱区和海岛禁止开发区;筛选出海岛生态保护红线划定需要重点考量的指标,提出海岛生态保护红线划定的技术路线,同时针对海岛生态保护红线区划面临的若干问题进行探讨;最后对今后海岛生态保护红线划定研究进行了展望。     

西南山区生态保护红线划定方法优化—基于生态地质环境脆弱性评估

生态系统服务功能重要性评估及生态环境敏感性评估是划定生态保护红线的基本方法。以生态系统敏感性及服务功能为核心的红线划定指标体系,未能准确反映山地复杂地质环境对生态环境的影响,使得生态红线划定缺乏地质-地理过程的支撑。以地质环境与地理环境互馈为基础,构建西南山区生态地质环境脆弱性评估指标体系,以我国典型山区四川省为研究区,通过将脆弱性格局与基本方法划定的生态保护红线叠置分析,提出了基于"生态地质环境共同体"理念的山区生态保护红线划定优化方法。结果表明：生态保护红线与脆弱性评估格局基本一致,面积有差异;生态保护红线划定方法充分刻画生态系统保护格局,脆弱性格局更好反映国土空间开发保护状况,山区地质与地理过程是塑造生态红线分布格局的关键影响因素,基于生态地质环境脆弱性评估视角的2种优化方案,集中、全面反映生态系统优先保护及国土空间开发保护格局,但应合理预留人类聚居空间及生产空间。     

Review on detection of critical transition in ecosystems

当一个存在多稳态的生态系统临近突变阈值点时, 外界条件即使发生一个微小变化, 也会引发生态系统的剧烈响应, 使之进入结构和功能截然不同的另一稳定状态, 这种现象称为重大突变(critical transition)。重大突变所导致的稳态转换总是伴随着生态系统服务的急剧变化, 可能对人类可持续发展产生重大影响。预测生态系统突变的发生非常困难, 但科学家在此领域的大量研究结果表明, 通过监测一些通用指标可以判断生态系统是否不断临近重大突变阈值点, 进而可以进行生态系统重大突变预警。该文对近年来生态系统重大突变检测领域所取得的成果进行总结与归纳, 论述了生态系统重大突变的产生机制及其后果, 介绍了生态系统突变预警信号提取的理论基础, 从时间和空间两个维度总结了近年来生态系统重大突变预警信号的提取方法, 概述了当前研究面临的挑战, 指出生态系统突变预警信号的检测应充分利用时空动态数据, 并且联合多个指标, 从多个角度进行综合预警, 此外, 还应重视生态系统结构与重大突变之间的关系, 增强生态系统突变预警能力。     

生态系统重大突变检测研究进展北大核心CSCD

当一个存在多稳态的生态系统临近突变阈值点时,外界条件即使发生一个微小变化,也会引发生态系统的剧烈响应,使之进入结构和功能截然不同的另一稳定状态,这种现象称为重大突变(critical transition)。重大突变所导致的稳态转换总是伴随着生态系统服务的急剧变化,可能对人类可持续发展产生重大影响。预测生态系统突变的发生非常困难,但科学家在此领域的大量研究结果表明,通过监测一些通用指标可以判断生态系统是否不断临近重大突变阈值点,进而可以进行生态系统重大突变预警。该文对近年来生态系统重大突变检测领域所取得的成果进行总结与归纳,论述了生态系统重大突变的产生机制及其后果,介绍了生态系统突变预警信号提取的理论基础,从时间和空间两个维度总结了近年来生态系统重大突变预警信号的提取方法,概述了当前研究面临的挑战,指出生态系统突变预警信号的检测应充分利用时空动态数据,并且联合多个指标,从多个角度进行综合预警,此外,还应重视生态系统结构与重大突变之间的关系,增强生态系统突变预警能力。     

中国海洋生态保护制度的转型发展--从海洋保护区走向海洋生态红线区

海洋生态环境的持续恶化与生态学认知的提高使海洋生态红线区管理制度成为必然。总结了中国海洋保护区现状与存在问题;分析了发展海洋生态红线的必要性、区划原则、概念及组成体系;提出海洋保护区与海洋生态红线区可分别籍空间统一性、决策统一性、工作内容与管理要求的一致性相关联,海洋保护区的核心、关键和重要因素与海洋生态红线的范围划定、宏观应对策略制定、微观管理规定一一对应。对海洋保护区管理向海洋生态红线区划与管理的转变给出了若干建议,认为海洋生态红线区划指标体系可以参照海洋保护区绩效评估、保护区选划与评估指标;并从海洋生态红线的尺度,陆海统筹的生态系统格局-结构\过程-机理,复杂生态系统与海洋生态红线的结合,海洋生态红线基点观测等方面对海洋生态红线的研究和工作方向进行了展望。     

我国生态系统生态阈值研究基础

生态系统中广泛存在非线性变化,表现为系统状态随着压力的逐渐增加而发生骤然转变。为解释这种变化,国外生态学家提出了生态阈值和稳态转换的概念,不断完善理论和方法体系,开展机理和案例研究,深化对复杂系统演化机制的理解,并开始应用于环境管理。在我国,近几十年来在各类生态系统中开展了大量关于压力-响应的定量化研究,取得了丰富成果。这些研究在本质上与生态阈值和稳态转换理论范式紧密关联。本文以“中国生态阈值和稳态转换案例数据库”为基础,按照河流、湖泊、湿地、森林、草地、河口与海洋、农田、荒漠、城市、冻原10种生态系统类型,筛选归纳了相关生态阈值,并阐释了稳态转换机理。将研究案例与生态阈值、稳态转换理论范式进行衔接,目的是整合多领域研究成果,作为生态系统复杂性研究的基础,推动其在生态环境监测、生态安全预警以及生态标准创新发展领域中的应用。     

干旱区生态系统稳态转换及其预警信号——基于景观格局特征的识别方法

在日益加剧的气候变化和土地开垦、放牧等人类活动干扰下,具有多稳态特征的干旱区生态系统可能会经历从相对健康状态到退化状态的稳态转换,导致生态系统的功能下降。早期预警信号的识别是生态系统稳态转换研究的热点,也是管理实践中防止生态系统退化的关键环节。以往预警信号研究聚焦于通用信号如自相关性、方差等统计学指标,然而这些指标对于具有特定机制的干旱区生态系统可能并不适用。基于干旱区景观格局特征所发展起来的空间指标为生态系统稳态转换提供了独特的空间视角,对于理解干旱区生态系统退化过程和机理具有科学意义和实践价值。介绍了干旱区生态系统稳态转换现象及其转换机制;聚焦景观生态学的指标和方法,从空间视角总结基于干旱区景观格局特征的关键预警指标(植被覆盖度、植被斑块形态、植被斑块大小频率分布和水文连通性等),重点剖析这些关键指标的概念、量化方法、识别特征及其实践应用;最后针对指标的优势和局限性对未来的研究方向进行展望,包括发掘潜在景观指标,加强干旱区生态系统变化的多种驱动要素的相互作用机制研究,开展多时空尺度的实证研究,构建生态系统稳态转换预警信号的整体分析框架,以及加强指标阈值的量化研究等方面。     

基于GIS平台的东山岛生态保护红线划定研究

为构建东山岛绿色空间网络和实现东山岛国际旅游海岛城市的发展目标, 对东山岛生态空间的红线划定进行研究。以定性和定量相结合方法, 运用GIS技术将研究区的生态功能重要性、生态环境敏感性及禁止开发区进行综合评价, 划定其生态红线。研究结果表明, 东山岛生态功能红线区域总面积为7518. 3hm2, 占研究区面积的30.27%。主要分两级管控区域, 一级生态红线区域面积为2064.84 hm2, 二级生态保护红线区域面积5453.46 hm2, 生态红线区域主要分布在西北部的大山、王爹山、针岭山、牛犊山, 东南部的苏峰山、亲营山, 东部的海岸景观带, 南部的大帽山、旗山等植被覆盖度高的区域。红线区域的生态价值极高, 对维护全县生态系统稳定性、提升生态安全格局水平、提高旅游生态承载力有着重要意义。      

我国珍稀濒危植物保护红线的划定

本文依据《国家生态保护红线——生态功能基线划定技术指南(试行)》原则和植物保护的具体情况, 探讨了我国珍稀濒危植物保护红线划定的原则与方法。研究选取《国家重点保护野生植物名录》中收录的所有物种作为研究对象。将其定义为红线保护植物, 其中的I级保护植物定义为红线关键植物, 并基于文献资料及标本记录等数据建立了我国植物的属性数据库和地理分布数据库。在GIS支持下, 以建立的数据库为基础研究了我国红线保护植物的地理分布特征; 基于保护生物学理论, 结合我国自然保护区的就地保护现状进行了分析和评价; 以热点地区和GAP分析为理论基础, 在其分布地中识别具有代表性的热点区域以及不同属性植物分布的重点区域, 进而结合土地利用和人类干扰因素, 划定我国珍稀濒危植物生境整体保护的红线。通过在全国尺度上的分析, 得出我国珍稀濒危植物的整体保护红线面积为71.63万km², 占陆域国土面积的7.45%。植物生境保护红线划定的原则、方法和划定方案的研究对于更准确地划定生态安全预警红线具有重要意义, 同时可以为我国国土生态安全格局的构建提供依据。     

安徽省生态红线区域划分与管控机制研究

生态红线,是我国新时期自然生态环境保护体制机制创新发展的重要成果。科学合理地划定生态红线和对生态红线区域的严格管控是我国新时期生态文明建设的重要内容和内在要求,也是保护区域生态环境和生物多样性最重要的强硬手段和艰巨任务。根据安徽省主体功能区规划方案,在开展自然生态环境现状分析评价和自然生态环境敏感性、生态系统脆弱性评估论证的基础上,统筹考虑新时期我国宏观人口政策以及"创新、协调、绿色、开放、共享"五大发展理念对安徽省未来人口分布、供给侧结构性改革、经济结构调整、国土空间自然资源开发利用、农村城镇化发展趋势、自然生态系统服务功能等因素的影响,提出在全省范围内划定11个生态红线区域的基本策略。生态红线区域划定后,需要采取严格的分类分级管控措施,创新生态红线管控体制机制。     

生态系统服务研究在生态红线政策保护成效评估中的应用

生态保护红线政策是中国推进生态保护与建设的宏观政策,其保护成效评估是国内外关注的重大科学问题。在分析国内外生态系统服务研究进展及中国生态保护红线内涵、划定进程及管控要求的基础上,结合生态红线政策与生态系统服务研究的关联及生态系统服务研究在红线政策保护成效评估应用中面临的挑战,提出了红线政策实施效果评估的技术框架和基本思路。开展生态红线政策保护成效评估,能从科学上明确生态红线政策实施对多尺度利益相关者成本、效益的影响,为生态红线政策的综合研究提供框架和科学方法;从政策设计上,为生态红线布局进一步优化提供依据;从制度建设上,提出符合生态红线政策实施的制度框架,推动生态保护红线制度建设由理论走向实践。     

基于生态红线划分的生态安全格局构建——以江西省为例

生态红线是对维护生态安全格局、保障生态系统服务具有重要战略意义的空间区域,也是实现国家和区域生态安全的重要途径。本文以江西省为研究区域,通过生态系统服务重要性和生态敏感性评价,并结合现有的生态保护地区,划定江西省生态红线区域总面积为59608.16 km~2,占全省总面积的35.71%。然后以生态红线区域作为生态安全格局构建的生态源地,基于最小累积阻力模型构建了江西省生态安全格局,确定了生态廊道、辐射通道、生态战略节点等生态安全格局组分的空间分布,并划分为低、中、高3种水平生态安全格局。其中低水平安全格局面积为78285.47 km~2,占研究区面积的46.89%;中水平安全格局和高水平安全格局面积分别是49405.89和23104.93 km~2,各占研究区面积的29.59%和13.84%。     

长江中下游平原区生态保护红线的划定——以江苏省为例

科学划定生态保护红线（Ecological Protection Red Line,EPRL）并严格保护是中国政府建设生态文明的重要战略举措,对国土空间可持续发展具有重要意义。通过解析生态保护红线制度的内涵、目标与划定标准提出生态保护红线的4项基础性问题。针对长江中下游平原面临的生物多样性减少、生境斑块破碎化以及农业与生态空间冲突等问题,考虑生态保护红线的区域差异性,以江苏省为研究区,结合区域特征利用生境维持、气候调节、水源涵养、粮食供给、土壤保持5项生态系统服务功能,基于生态安全格局研究框架探讨了相应的生态保护红线划定方法。研究结果表明：①江苏省生态源地主要由区域内河流、湖泊、滩涂与林地构成,各项生态系统服务功能空间格局差异化显著,限于农田覆盖范围广泛与水系网络结构发达,源地斑块破碎化现象严重。②江苏生态保护红线主要由湿地、林草地、农用地等地类构成,红线核心区以湿地为主,廊道与节点则以农用地为主。生态保护红线可根据源地景观规模分为3级,其中I级EPRL占比达72.87%,可基本代表核心红线图斑。③生态廊道与生态节点的设置有助于提高生境图斑的连通性,江苏省生态廊道共47条,包括33条关键生态廊道与14条潜在生态廊道,总长度分别为1296.27km、1726.33km。研究结果可为长江中下游平原的生态保护红线划定创新思路,并希冀对生态保护红线制度约束下的国土空间管控与管制制度改革具有借鉴价值。     

基于系统保护理念的弹性生态保护空间划定——以广东省茂名市为例

有效识别生态保护空间对维护区域生物多样性,提升生态系统服务具有重要作用。考虑山水林田湖草系统保护战略需求以及既往弹性生态保护研究不足,基于可持续发展目标下生态保护概念内涵,系统解析弹性生态保护空间的内在要求;立足生态系统服务视角,以沿海特色发展区——广东省茂名市为研究区,在考虑传统重要生态功能的基础上,基于区域特点选取气候调节功能、粮食供给功能、生物保护功能、水源涵养功能、土壤保护功能5项生态系统服务作为保护对象;通过改进的MARXAN模型提取弹性生态保护空间,并对相关结果的有效性进行了验证。研究结果表明：①茂名市各项生态系统服务空间分布存在差异,综合生态系统服务高值区主要分布在北部山区,低值区主要集中在南部城镇建设区;②考虑限制条件和保护成本的系统保护规划方法在生态保护空间划定上具有一定优势,系统保护规划结果与生态保护红线重叠面积1505.02 km²,占生态保护红线面积的83.43%,其余区域主要由林草地类、园地类、耕地类组成,占比分别为45.92%、19.71%、22.24%;③在未来生态保护建设中,应针对系统保护规划内生态红线核心区、一般保护区、基本农田区分别开展生态保护加强管理、生态系统服务综合提升、生态农业建设等多样化整治策略。