长江源区生态系统完整性测量与评价

生态系统完整性概念正在逐步成为公共环境政策和决策的基础,许多区域生态系统管理的规划和政策都将生态系统完整性作为目标和原则.本文建立了长江源区多尺度生态系统框架,依照生态系统完整性的定义,发展了长江源区生态系统完整性评价的指标体系,对源区进行了生态系统完整性的测量和评价.根据完整性的评价结果,将长江源区划分为生态良好区、生态脆弱区和优先生态恢复区.     

导读

<正>我国是世界上生态脆弱区分布面积最大、脆弱生态类型最多、生态脆弱性表现最明显的国家之一。我国生态脆弱区大多位于生态过渡区和植被交错区,处于农牧、林牧、农林等复合交错带,也是目前生态问题最为突出、经济欠发达和人民生活水平相对落后的地区。生态环境保护与生态安全已然成为当前重要的国家战略。然而,我国脆弱生态系统分布面积大,再加上人口压力大、城镇化快速发展、资源的高强度开发等,生态环境保护压力巨大。因此,加强脆弱生态系统保护与修复,提高生态系统质量,构建国家生态安全保障体系,是实现生态文明建设和高质量发展战略的必然要求。新时代如何做好生态保护与修复已成为全社会共同关注的热点问题。面对面积广大、类型多样的脆弱生态系统,如何做好国家和区域生态安全规划、如何加强对生态本底和生态现状的动态监测、如何提高监测手段和强化多源数据融合、如何提升对我国脆弱生态系统的生态规律和机理过程的进一步认识,仍需要长期深入和系统的研究。     

中国典型生态脆弱区生态化学计量学研究进展

在人类活动和自然环境变化的相互作用下,生态脆弱区生态系统随之变迁,荒漠化、盐碱化、水土流失、植被生产力下降等是生态脆弱区面临的重要问题。生态化学计量学作为当前多学科交叉研究的热点领域,强调从生态系统能量与元素平衡角度,揭示元素生物地球化学循环和生态系统对环境变化的调控机制。为了促进对生态脆弱区碳（C）、氮（N）、磷（P）生态化学计量的深入理解,本文重点总结了近年来有关我国典型生态脆弱区植物、凋落物、土壤和土壤微生物量C、N、P生态化学计量及其对环境变化响应的研究成果,并展望未来研究方向,以期促进生态化学计量学的发展和生态脆弱区生态保护与恢复研究。研究表明,植物-凋落物-土壤-土壤微生物系统C、N、P化学计量具有较强相关性,并受土壤因子、气候因子、生物因子和人类活动的显著影响。在生态脆弱区,我国北方荒漠及荒漠化地区由于较高的N∶P比值易受P限制,而青藏高原脆弱区、西南岩溶石漠化地区和黄土高原脆弱区等生态脆弱区更易受N限制;随着植被恢复,养分限制逐渐由N限制向P限制转变。生态脆弱区相对较低的养分含量和C∶N∶P比值或许可在一定程度上解释植被生产力较低的原因,而具有较高N、P化学计量内稳性的植物在贫瘠环境中具有较强竞争力和更高稳定性。今后可加强多尺度、不同生态系统植物-凋落物-土壤-土壤微生物系统生态化学计量和长期、多因子交互控制实验的研究。     

重点脆弱生态区生态恢复模式现状与发展方向

生态系统退化严重影响区域可持续发展,控制生态系统退化和生态恢复已成为重要议题。我国脆弱生态区分布广泛,生态系统退化显著,荒漠化、水土流失、石漠化等问题突出,针对这一问题,我国已开展一系列生态恢复工程,积累了数量众多的生态恢复模式。在梳理重点脆弱生态区(北方风沙区、青藏高寒区、干旱荒漠区、黄土高原区和喀斯特地区)生态环境问题现状基础上,整理了针对不同脆弱生态区及亚区的生态恢复模式,构建了一套全面评估生态恢复模式的综合效益的指标体系,结合实地调查和数据收集,评估了脆弱生态区的生态恢复模式的综合效益,基于此提出生态恢复实践中应将生物多样性和生态系统服务提升作为重要目标,同时加强针对生态恢复模式的成本效益分析,综合设计生态恢复管理制度,搭建重点脆弱生态区生态恢复信息平台可为生态恢复模式筛选和优化提供决策支持。     

重点脆弱生态区生态系统服务权衡与协同关系时空特征

目前,有关生态系统服务权衡与协同关系的研究多集中在局地尺度,在宏观尺度上的研究较少。重点脆弱生态区是我国改善生态环境的主要目标区域,在定量评估我国重点脆弱生态区1990—2015年土壤保持、植被净初级生产力(NPP)和产水服务的基础上,利用相关系数法并结合植被分布场数据对生态系统服务权衡与协同关系进行研究。结果表明:(1)26年间,重点脆弱生态区的土壤保持服务、NPP、产水服务呈现出南多北少的分布格局,且3种服务的年际变化较小,但均有上升的趋势;(2)重点脆弱生态区的3种生态系统服务之间是整体上协同,局部权衡的关系,并且协同关系呈减弱的趋势;(3)生态恢复区的生态系统服务的协同程度大于非生态恢复区,权衡关系减弱的动态变化趋势高于非生态恢复区。定量评估生态系统服务权衡与协同关系的时空特征,有利于研究生态系统服务之间相互关系在时间上的非线性和空间上的异质性,对重点脆弱生态区生态系统的可持续发展具有重要意义。     

流域水电开发对干热河谷社会-生态系统的影响及意义

西南干热河谷是我国重要生态脆弱区和经济发展落后区,流域大型水电开发是干热河谷重要的人类干扰活动,对生态脆弱区的社会-生态系统造成极大影响。社会-生态系统演变的方向和规律具有复杂性和非线性变化,又涉及到生态保护修复、能源安全、经济发展和乡村振兴等国家重大需求,因此,亟待加强流域社会-生态系统演变和驱动机制方面的研究。通过总结当前研究的进展和不足,提出了加强生态系统演变的长期监测和分析、深入研究流域社会经济演变规律和驱动机制、完善流域生态资产价值评估和生态补偿机制、构建流域社会-生态系统耦合理论与方法等对策建议,从而为脆弱生态区未来可持续发展提供科技支撑。     

基于遥感总初级生产力的天山-塔里木绿洲地区生态系统脆弱性研究

生态系统的脆弱性是全球气候变化与可持续发展研究的核心问题,测定与评价脆弱性对认识生态系统的结构与功能至关重要。天山-塔里木绿洲地区包含着山地、荒漠和绿洲等多种类型的生态系统,存在着多个不同生态类型的交界过渡区。为定量评价该地区生态脆弱性,以植被总初级生产力这一生态系统重要的功能性指标为基础,对该地区生态系统脆弱性进行了计算和分级（不脆弱、轻度脆弱、中度脆弱、重度脆弱和极度脆弱）,并对研究区生态系统脆弱性的空间分布特征及其与环境因子的关系进行了分析与讨论。结果表明：（1）研究区生态系统脆弱性总体上表现出明显的空间分化格局,以中度和重度脆弱为主,极度脆弱的地区主要分布在南部的塔里木绿洲。（2）生态系统脆弱等级大体上随着区域内多年平均温度的升高而升高。受地表水灌溉的影响,生态系统脆弱性与降水量间并无明显趋势性规律。（3）研究区的生态系统脆弱等级随着区域内的平均海拔以及平均坡度的升高都呈现下降的趋势。受自然条件恶劣、过度放牧以及农田过度开垦的影响,目前该地区总体呈现脆弱性严重的状态。研究表明该地区应积极开展生态治理工作,合理规划生态功能关键区,保护好现有草原和湿地等易开垦地区,划定绿洲开发范围的"红线",限制农田的开垦,协调好塔里木河流域的水资源分配。研究为使用卫星遥感数据研究生态系统脆弱性提供了方法上的参考,为可持续发展和生态治理提供了科学依据。     

太湖流域生态风险评价

随着城镇的急剧扩张和经济的快速增长,流域生态环境遭到极大冲击和破坏,致使生态系统出现资源退化、环境恶化与灾害风险加剧的趋势,生态环境面临前所未有的挑战.从复合生态系统入手,深入分析流域内各生态系统要素之间的相互作用与影响机制,综合考虑多风险源、多风险受体和生态终点共存情况下的风险大小,从风险源危险度、生境脆弱度及受体损失度三方面构建了流域生态风险评价技术体系,并选取太湖流域为实证区域,对太湖流域2000年、2008年两个时期生态风险的时空演化特征进行评价与分析.结果表明:太湖流域生态风险指数介于0.015-0.253之间,以中等和较低生态风险为主.至2008年,高、较高生态风险所占面积逐渐扩大,已由2000年的5.66％、13.42％增加至6.05％、18.42％,主要集中在流域北部的常州市区、江阴市大部分地区以及无锡市区.     

基于生态系统服务簇的内蒙古自治区生态功能分区

生态功能分区是生态系统管理的重要环节,有助于维持生态可持续性.目前生态功能分区的框架复杂多样,但对多重生态系统服务之间关系的理解还不够深刻.生态系统服务簇可以识别多重生态系统服务间的交互作用,并依据簇的特征对区域进行生态功能分区,从而更好地进行社会-生态系统管理.本文以内蒙古自治区为例,定量评估了供给服务、调节服务和支持服务,以旗县(区)为基本空间单元,运用自组织特征映射网络(SOFM)得到生态系统服务簇、划分生态功能区.结果表明: 研究区各项生态系统服务分布整体上呈现从东北向西南递减的格局;供给服务和调节服务存在权衡关系,支持服务和调节服务存在协同关系;依据聚类结果将内蒙古自治区划分为4个生态功能区,分别为西部荒漠生态脆弱区、中部草原水土保持区、东部草原牧业盈余区、东部森林生态均衡区.本研究基于生态系统服务簇的概念,分析了内蒙古自治区多重生态系统服务的权衡与协同关系,为生态功能分区提供了新的视角和方法.     

贵阳市岩溶山区快速城市化地区生态脆弱性评价

【摘要】为了揭示岩溶山地快速城市化地区生态系统的脆弱性, 以贵阳市为案例区, 利用VSD 模型(Vulnerability Scoping Diagram)对贵阳市的生态脆弱性进行生态脆弱性评价, 对极度脆弱区进行归因分析并针对不同生态脆弱性分区提出相应的优化调控对策。研究结果表明: (1)贵阳市云岩区、南明区、花溪区、白云区和观山湖区生态暴露度、敏感度和适应力普遍较高, 乌当区、清镇市、修文县、息烽县和开阳县相对较低, 整体上呈现“南高北低”的格局。(2)从生态脆弱性分区来看, 白云区、观山湖区、云岩区、南明区和花溪区为极度脆弱区, 乌当区和息烽县为高度脆弱区, 修文县为中度脆弱区, 清镇市为轻度脆弱区, 开阳县为微度脆弱区。(3)虽然经济发展水平越高的区域在居民保护意识和环保投资等评价指标上占有一定的优势, 但暴露度、敏感性高是导致生态系统极度脆弱的重要原因。贵阳市应依托其丰富的自然资源和生态优势, 促进岩溶山地城市安全发展、城市空间结构优化和生态宜居城市建设。     

中国生态脆弱区联网协同观测及其在承载力研究中的应用

生态脆弱区约占中国国土面积的60%以上,全球变化和人类活动导致该区域生态系统退化加剧,资源环境承载力降低。准确量化生态脆弱区资源环境承载力对于应对全球变化风险挑战和加快生态文明建设进程具有重要意义。然而,现有的区域资源环境承载力评估方法很难体现生态系统结构、过程和功能变化在资源环境要素与承载力之间的传导作用。因此,构建网络化的野外观测体系以及获取资源环境要素-生态系统结构功能和过程-生态系统承载力变化的综合数据集,是发展资源环境承载力理论和评估方法的必要途径。本文介绍了通量以及无人机协同监测网络,包括思路、实践以及其在生态脆弱区生态系统结构、过程和功能研究中取得的初步成果。同时,基于目前已取得的成果和进展展望了联网协同观测在承载力评估方面的应用。     

基于生态系统服务功能的新疆绿洲生态安全格局识别及优化策略——以拜城县为例

识别生态保护关键区域,优化新疆县域生态空间结构,对促进绿洲区域经济与生态环境和谐发展,提升人类福祉具有重要意义。以拜城县为研究区,通过生态系统服务价值综合评定结果确定生态保护的核心"源"区,利用最小阻力模型,结合GIS空间分析技术及CA-Markov模型,识别拜城县生态安全格局,分析其发展变化趋势,探究生态空间布局调整策略,完善县域生态空间网络体系,结果表明:(1)研究期内,拜城县生态系统服务价值总量逐年上升,其中水源涵养、废物处理价值量增长最高,不同服务类型增长率差异较小。(2)分析2009、2016、2019拜城县生态安全格局特征发现,县域生态安全布局整体存在"源"地分布不均、廊道结构破碎且网络化程度低、生态脆弱区面积较大的现状特征。(3)基于2009、2016、2019年生态保护格局,同时依据生态"源"地及生态保护重要性用地的变化趋势,模拟2029年生态"源"地及其重要性等级区域分布,结合县域自然地理特征及总体发展规划,提出构筑"两带、三功能、四区、多中心、十廊道"的拜城县生态空间布局体系,为绿洲地区生态安全及区域生态文明建设提供参考。     

Evolutionary regime shifts in simulated ecosystems

Catastrophic regime shifts in ecosystems occur when the system is tipped into a new attractor state under some external forcing. Here we consider whether evolutionary adaptations within ecosystems can trigger similar transitions. We use an individual‐based, evolutionary model of interconnected ecosystems to analyze nonlinear changes in global state resulting from local adaptations. Transitions between periods of stability occur when new traits arise that allow exploitation of under‐utilized resources. Subsequent rapid growth of the population carrying the new trait causes abrupt environmental change that drives incumbent species extinct. We call these transitions ‘evolutionary regime shifts’. These internally generated perturbations can result in ecosystem collapse, followed by recovery to an alternate stable state, or occasionally system‐wide extinction. While these disruptions may have a negative impact on ecosystem productivity in individual simulation runs, mean results over many simulations show a trend for increasing ecosystem productivity and stability over time. Feedback between life and the abiotic environment in the model creates a ‘long‐tailed’ distribution of extinction sizes without any external trigger for large extinction events.     

基于改进TOPSIS方法的三峡库区生态敏感区土地利用系统健康评价

土地利用系统健康评价研究能够有效引导土地合理利用,协调城市发展与自然生态保护之间的矛盾。构建基于PSR模型的土地利用系统健康评价指标体系,并采用改进TOPSIS方法对三峡库区生态敏感区的典型区域—重庆市进行实证分析。结果表明:1)研究区土地利用系统健康综合分值整体呈现T型带状分布格局,可分为四个健康等级,即健康、临界健康、不健康、病态。2)渝东北、渝东南和重庆市西南片区部分地区因其土地生态系统脆弱敏感,土地利用风险性大和生态系统稳定性差,土地生态系统呈现病态和不健康状态,属于高风险-高压力区域;重庆市主城区环线区域因其属于城市核心拓展区和人类活动频繁区域,人口压力指数和土地利用压力指数较大,土地利用风险性较小,健康度较为良好,是低风险-中度压力区域。3)PSR模型能够较好地改变现有研究主要关注自然资源环境的状况,更准确地反映土地利用系统健康的各要素之间的关系和影响土地生态系统健康的关键因素,为三峡库区生态敏感区土地利用系统健康状态起到一定的预警作用。4)以改进TOPsis方法计算土地利用系统健康指数,消除了不同指标量纲的影响,并能充分利用原始数据的信息,能充分反映各方案之间的差距,客观真实的反映实际情况。5)为保障三峡库区生态敏感区土地利用系统的健康发展,应加强土地利用规划与调整,控制人类过度开发,维持生态系统正常功能。     

黄河上游甘蒙柽柳生长对极端旱涝的响应

青藏高原黄河上游河岸带是典型的生态脆弱区, 然而近年来气候变暖加剧了该地极端旱涝事件的频繁发生, 高原河岸带生态脆弱区植被是否能够应对极端旱涝事件的干扰成为流域生态环境管理工作所关注的重点问题。为了研究黄河上游河岸林中主要树种对极端旱涝的响应, 该研究选取青海省同德县和兴海县3处河岸林中的47株甘蒙柽柳(Tamarix austromongolica), 分别从树干面向邻近山体一侧及与之垂直的一侧分别获取1根树轮样本, 分析其历史生长。通过对比两个方向上的生长速率判断甘蒙柽柳是否受到地质灾害影响从而将其划分为受伤组和对照组, 分析两组甘蒙柽柳在过去63年中径流极值年的抵抗力状况及两个方向的生长差异。研究发现, 甘蒙柽柳对干旱和洪涝均有着很强的抵抗力, 河岸带多样化的水分来源有助于甘蒙柽柳在极端干旱环境中较好地生长; 但洪涝伴随泥石流等地质灾害的频发使甘蒙柽柳面向山体侧面受到严重的生长抑制, 表现出显著的方向性差异, 从而影响甘蒙柽柳的形态。较长的创伤恢复期带来的遗留效应可能造成甘蒙柽柳对外界干扰的较高敏感性。研究黄河上游甘蒙柽柳生长对极端旱涝的响应, 将有助于评估生态脆弱区生态弹性过程, 同时为高原河岸带生态建设和恢复提供科学依据。     

汶川大地震对生态系统的影响

汶川大地震的主要影响区位于四川盆地西缘,是四川盆地向青藏高原的过渡地带,地质构造复杂,山高谷深坡陡,是我国生态环境十分脆弱的地区,同时该地区还是具有重要生态服务功能,是长江上游生态安全的重要屏障。汶川大地震不仅造成巨大人员伤亡和财产损失,也对生态系统造成了严重破坏,对区域生态安全带来巨大威胁。研究运用遥感数据和实地调查,评估了地震对生态系统的影响,研究结果表明：（1）汶川大地震造成严重的生态破坏,导致生态系统丧失面积为122136hm^2,并形成了包括汶川县、彭州市、绵竹市等10县市的地震生态破坏重灾区。（2）地震导致65,584hm^2大熊猫生境丧失,损失比例5．92％。（3）94．64％的受损生态系统分布在地震烈度Ⅸ以上区域,53．82％的受损生态系统分布在海拔2000m以下的区域,66．09％的受损生态系统分布在坡度30～50&#176;之间。地震导致的生态破坏将影响区域生态安全,在恢复重建中要加强生态保护和生态系统的恢复重建。     

浅水湖泊生态系统稳态转换的阈值判定方法

浅水湖泊生态系统对人类干扰的反应会随着干扰力度的改变或增强而出现突然的变化,即发生稳态转换;对其机理和驱动机制的揭示将有助于对湖泊富营养化的控制及恢复.基于“多稳态”理论的稳态转换研究已广泛开展,但对浅水湖泊生态系统稳态转换的驱动机制结论各异,采用的阈值判定方法相差很大,主要有实验观测、模型模拟和统计分析3种.实验观测多关注少数特定指标,指标筛选过程复杂且工作量大;模型模拟虽能从较为全面的尺度上理解生态系统稳态变化的特征和主要机理过程,但在模型误差和不确定性的处理等问题上尚存在不足;统计分析方法基于对长时间序列数据的统计变化规律分析,用以判断或者预警稳态转换现象的发生,是目前最为常用的方法.目前稳态转换领域的研究大都是对已发生的稳态转换进行机制分析或过程反演,对未来预测与预警的问题仍然亟需加强.     

干旱地区斑块状植被格局形成的水分驱动机制及其研究进展

斑块状分布是植被在水分匮乏环境中长期适应的结果,其演替过程可以作为生态系统响应气候变化和人类活动产生突变的"指示器"。本文通过对斑块状植被的起源、生态水文过程及其对干旱区植被恢复的启示等方面进行综述,提出了我国干旱区植被恢复中目前尚存在的主要问题。认为斑块状植被的形成可能受气候变化、人类活动、植物自身的生物学特性及其对环境胁迫的适应等方面的影响,但不是主要因素,植被斑块和裸地斑块之间在不同空间尺度的水分再分配是其在干旱半干旱地区形成并且能够维持稳定的关键。斑块状植被是一个高效的雨水集流系统,裸地斑块是整个系统径流的"源",而植被斑块是整个系统径流的"汇",保护植被斑块的同时维持一定面积的裸地对于整个生态系统的稳定都具有极其重要的意义。斑块状植被也是一个非常脆弱的生态系统,气候的剧烈波动以及人类的过度活动都可能导致生态系统功能丧失,最终产生不可逆转的影响,因此需要加以严格保护。     

生态承载力研究进展

基于生态承载力的概念发展,介绍了常用的生态承载力研究方法,包括生态足迹法、人类净初级生产力占用法、状态空间法、综合评价法、系统模型法和生态系统服务消耗评价法,并客观评述了这些方法的优缺点,指出了目前生态承载力研究中存在的薄弱环节。未来生态承载力研究需要完善理论体系,深入研究承载力过程机理与承载机制,将生态系统服务的空间流动因素纳入评估体系,构建完善的评价指标体系,加强生态承载力时空动态评估。最终将生态承载力作为解决生态脆弱区资源环境问题的抓手,建立区域资源环境监测预警机制,并落实到主体功能规划和生态安全建设上,为生态文明建设提供有力的科学依据。