山水林田湖草沙一体化保护和修复工程与景观生态学

我国山水林田湖草沙生命共同体及其保护和修复工程的理论研究和实践正逐渐开展,需要系统的学科理论支撑,景观生态学作为地理学和生态学的交叉科学,能够以其宏观空间理论和技术体系满足这一需求。本文将景观生态学作为山水林田湖草沙一体化保护和修复工程的支撑学科,首先,明确了山水林田湖草沙生命共同体是镶嵌的异质景观、具有景观的所有特征并遵循景观生态学原理;其次,阐述了景观生态建设理论如何应用于山水林田湖草沙一体化保护和修复工程的规划和评价;最后,总结景观生态建设研究的新趋势,提出待解决的理论和实践问题,并论述山水林田湖草沙一体化保护和修复工程如何为解决这些问题提供广阔的研究空间。景观生态学和山水林田湖草沙一体化保护和修复工程实践相结合,将为实现我国乃至全球生态、经济、社会可持续发展提供极为有效的途径。     

毛乌素沙化草地景观生态分类与排序的研究

 本文通过对毛乌素沙地景观生态数据的处理与分析,以广泛应用于植被科学的数量分类方法TWINSPAN为工具,对毛乌素沙地景观生态类型进行了自上而下的等级式的数量分类研究,并与实际情况相结合,提出了毛乌素沙化草地景观生态分类系统。然后又利用算法上与TWINSPAN相似的DCA对沙化草地景观生态类型进行了排序分析,并与数量分类结果相结合,辅以逐步回归分析等多元分析方法,对所划分的各景观生态类型之间的关系进行了分析与探讨,指出毛乌素沙化草地具有较为丰富的景观生态类型,地下水位,覆沙厚度,基质类型控制着沙化草地景观生态类型的发生与演化;提出了毛乌素沙化草地景观生态的演化模式。本文还表明,TWINSPAN和DCA是景观生态研究比较有效的数量分析方法。     

守望大漠中国科学院沙坡头站为沙区生态屏障护航

正中国科学院沙坡头沙漠研究试验站建站于1955年,是我国最早建立的沙漠综合治理研究站,其65年的长期生态学研究为我国沙化土地治理、沙区生态重建与恢复提供了重要理论和技术支撑。研发了举世闻名的"草方格沙障"和"以固为主、固阻结合"的沙害防治技术与模式、提出"水量平衡、以水定植"的固沙植被建设理论体系,以及土壤生境恢复为目标,实现生态系统整体恢复的沙区生态重建和恢复的理论,研发和开拓了新的沙化土地治理模式和方向,引领了干旱区生态水文学和恢复生态学研究,为中国北方沙区生态屏障建设和防沙治沙做出了贡献。     

黄土高原典型流域生态问题诊断与系统修复实践探讨——以山西汾河中上游试点项目为例

流域生态系统涵盖山、水、林、田、湖、草等自然生态各要素,对流域生态系统进行总体保护、系统修复和综合治理,是践行习近平总书记生态文明建设理念的重要抓手。黄土高原地处半干旱半湿润气候带,水土流失严重,生态环境脆弱,探索黄土高原典型流域生态保护修复的理论与实践,对于实现国家生态文明建设具有重要作用。从黄土高原典型流域生态系统特征及存在的生态问题出发,提出流域生态系统修复治理的四大核心理念：（1）宏观规划调控与局地修复调整相结合理念;（2）区域生态功能提升与社会经济发展相协调理念;（3）由“头痛治头、脚痛治脚”转向“整体把脉,系统治疗”理念;（4）由“开刀治病”工程治理向“健康管理”自然恢复逐步引导理念。以山西省汾河中上游为例,在梳理山水林田湖草生态保护修复工程项目实践设计思路的基础上,详细介绍了汾河中上游五大生态保护修复分区（管涔山汾河源头水源涵养及生物多样性保护区、汾河干流中上游水生态保护修复区、水土保持生态保护修复区、汾河上游水源涵养生态保护修复区和矿山生态环境治理修复区）及其修复任务。总结山水林田湖草生态保护修复基本经验,并对完善黄土高原典型流域生态保护修复体制建设与技术服务进行展望,以期为黄土高原乃至全国区域开展流域生态保护修复工作提供借鉴和参考。     

“山水林田湖草沙生命共同体”耦合框架、模型与展望

“山水林田湖草沙生命共同体”系统保护与修复是我国生态文明建设的重要内容。明确生命共同体的耦合机制,是科学地进行生态保护和修复工作的关键。针对当前生命共同体耦合机制不清、理论和方法不健全的问题,从耦合的视角出发,在小流域尺度上单一生态系统内部生态要素的耦合、流域尺度上不同生态系统之间的耦合、区域尺度上人与自然的耦合三个方面进行整合,在此基础上探讨了多尺度山水林田湖草沙耦合理论,提出了一般性的山水林田湖草沙耦合理论框架。梳理并比较了当前主要的生态系统模型、景观模型、统计学模型以及复合生态系统的多模型耦合方法,综合提出了一个适用于"山水林田湖草沙生命共同体"耦合研究方法。对进一步完善山水林田湖草沙一体化保护修复提出了建议,包括：一是构建多源信息数据库,推进定量化耦合机制研究;二是开展全生命周期监测与评估,探索适应性治理路径;三是强化多元主体参与,完善协同保护机制。     

“双碳”目标下山水林田湖草沙一体化保护和修复工程优先区与技术策略研究

巩固与提升生态系统碳汇能力是实现碳达峰、碳中和目标的重要途径之一。生态保护修复对生态系统固碳增汇有着重要影响。2016—2021年,财政部、自然资源部、生态环境部在我国27个省(自治区、直辖市)共支持了三批山水林田湖草生态保护修复工程试点和第一批山水林田湖草沙一体化保护和修复工程,共35个山水工程。通过分析已部署的35个山水工程布局的空间特征和碳汇效益,结合国家重点关注的生态保护修复区域、全国重要生态系统保护和修复重大工程分布、生态系统碳汇重要区域和敏感区域,探索“双碳”目标下山水工程布局优先区及生态保护修复技术策略。研究发现山水工程的碳汇效益具有空间差异性,且山水工程优先区主要依次分布在青藏高原生态屏障区、东北森林带、长江重点生态区(含川滇生态屏障)、南方丘陵山地带、黄河重点生态区(含黄土高原生态屏障)、北方防沙带等的森林、高原草地、荒漠、岩溶地区等区域。基于此,提出未来山水工程在不同区域的技术策略。在森林生态系统为主地区,不仅要提高森林覆盖度、森林质量,还应当加强生物多样性的保护和土壤碳汇能力的提升;在高原草原及冻土地区应加强草地退化和冻土监测,提高草地质量;在西北荒漠化地区加强碳...     

草灌植被转变对草地生态系统及其水碳过程的影响研究进展

气候变暖和过度放牧的共同作用使全球草地出现明显的灌丛化现象,灌木去除是草地灌丛化控制的重要方式,识别这些草灌植被转变对生态系统、生态水文、土壤侵蚀和侵蚀碳流失的影响对草地可持续管理具有重要意义。综述了草地灌木入侵及其控制对植物群落和土壤功能(如土壤有机碳)的影响,以及这些草灌植被变化对生态水文、土壤侵蚀和土壤侵蚀碳流失等水碳耦合过程的影响机制。针对目前草地灌木入侵和去除对植物群落、植被格局、水土过程和功能影响研究的薄弱环节,对未来相关研究提出以下建议：(1)需深化草灌植被转变对碳、氮等生物地球化学循环的影响机制研究,(2)需重视核磁共振光谱、生物标志物、同位素等新技术和植被格局的指数与连通性等新方法在草灌植被转变的水、碳等生态效应研究中的应用,(3)需加强草灌植被格局和生态水文、土壤侵蚀与土壤侵蚀碳等水碳过程的多要素、多过程和多尺度的综合研究。本文旨在为灌丛化草地科学有效的生态恢复与多目标的土地利用管理提供理论支撑。     

北方草甸退化草地治理技术与示范

国家重点研发计划"北方草甸退化草地治理技术与示范"项目(2016YFC0500600),重点针对我国草甸和草甸草原生态系统所受干扰强度大、退化机理错综复杂、恢复机制及有效治理技术缺乏等问题,从"十三五"规划有关"美丽中国"、"绿色发展"与"生态文明"建设的战略需求出发,着重开展草地退化恢复机理、恢复治理技术、生态产业技术创新应用等三个方面的研究,创建可复制、可移植、系统性的综合治理技术及新型生态产业技术,提出草甸退化草地治理的整套技术方案,为我国草牧业与生态环境和谐发展、牧民稳定增收提供技术支撑。     

新时期我国国土空间生态修复理念与模式探讨

国土空间生态修复以地理学、景观生态学理论为基础,是推进生态文明、建设美丽中国的重要举措。我国国土空间生态修复呈现理论体系多学科化、工作模式多元化、技术方法融合化、实践探索多样化的特征,工作总体成效显著与任务艰巨并存。本文基于国土空间生态修复的新挑战,对国土空间生态修复研究的总体框架和技术路径、区域国土空间生态修复的工作机制与模式、国土空间生态修复的内容体系和技术标准进行综述。新时期,我国国土空间生态修复顶层设计应重点围绕工作体系、业务边界和制度体系3项内容,明确各类业务流程的职责边界,从理论、制度、工程、技术全域视角实现工作全链条闭合管理。乡村聚落区、城镇建成区、工矿聚集区、生态功能区、蓝色海洋区是区域尺度国土空间的5大组成要素,分别对应全域土地综合整治、城市更新与城市双修、矿山地质环境修复治理、山水林田湖草系统修复、蓝色海湾修复整治5种差别化生态修复模式。应综合运用“三个集成”(信息、技术、流程)思维,构建一套涵盖调查监测评价、国土空间规划、工程项目实施、工程项目验收、生态系统监测评价一体化的区域国土空间生态修复工作模式。     

青藏高原山水林田湖草生态保护修复模式——以拉萨河流域为例

山水林田湖草生态保护与修复是推进生态文明建设的必然要求。青藏高原是我国生态屏障区、水源涵养区和生态脆弱区,生态地位独特、生态保护责任重大。为此,中央及地方政府高度重视青藏高原生态文明建设,积极开展山水林田湖草生态保护修复试点工程。从青藏高原山水林田湖草生态保护与修复试点的特殊性出发,以拉萨河流域为例梳理了其主要的生态保护修复工程项目,提炼了青藏高原山水林田湖草生态保护与修复的技术路线,从参与主体、整合要素、运行保障、实施目标等方面总结了青藏高原多部门跨区、多要素综合、多渠道协作、多目标耦合的山水林田湖草联动治理模式,从山、水、林、田、湖、草六大生态要素出发归纳了青藏高原生态保护修复的分类指导-精准施策的实践框架,以期对青藏高原山水林田湖草生态建设情况有一个清晰的认识,并为全国其他地区系统开展山水林田湖草生态保护修复工作提供借鉴。     

生态红线划分的理论和技术

在重要生态功能区、生态环境敏感区/脆弱区等区域划定生态红线,控制人类活动强度,对于维护区域生态完整性和生态服务功能的可持续性,解决生态环境退化和资源枯竭问题,减轻异常自然灾害不利影响具有重要意义.虽然不少省市已开展生态红线划分和管理试点工作,但生态红线划分的理论和技术尚不完善。生态红线区划和管理急需理论指导和技术支持。对生态红线的内涵进行了分析,指出了空间红线、面积红线和管理红线之间的有机联系,强调了生态安全空间格局和区域生态服务需求在生态红线划分中的重要性;在生态红线划分技术研究综述基础上剖析了生态红线的研究中存在的问题,如划分方法简单粗放、对景观和区域尺度上的空间过程和空间联系考虑不足以及由于部门和学科分割带来的(海)水陆缺乏统筹等;论述了生态适宜性评价、景观/区域安全格局理论、海陆统筹理论、干扰生态学理论、生态系统管理和适应性理论以及驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型框架等技术方法和理论以及它们在在生态红线划分中的潜在应用;最后提出了基于生态安全格局和区域生态服务需求的生态红线划分的技术路线,并对今后生态红线划分研究进行了展望。提出的生态红线划分技术和理论方法可为今后生态红线的研究提供有益参考。     

基于土地利用变化的喀斯特断陷盆地景观格局演变与生态安全评价

喀斯特地区生态重要性与脆弱性并存,研究喀斯特断陷盆地景观生态安全格局演变对当地土地利用高效管理和生态修复具有重要意义。以云南、四川、贵州三省交界处的喀斯特断陷盆地为研究对象,基于2000-2020年土地利用数据,通过构建土地利用转移矩阵、计算景观格局指数和景观生态安全指数,系统分析土地利用、景观格局与景观生态安全水平的时空演变特征。结果如下：（1）林地、草地、耕地是研究区主要土地利用类型,面积占比超过96%。土地利用变化主要发生在2005-2010年和2015-2020年,空间上表现出整体稳定而局部变化剧烈的特点,以退耕还林还草和林地向草地转换为主,耕地面积在过去20年共减少了386.62 km²。（2）景观多样性与均匀度上升,景观蔓延度下降。林地的最大斑块面积比例下降而草地上升,多数用地的斑块密度上升而集聚度下降,土地利用结构整体优化,但破碎化趋势明显,尤其是林地、耕地和草地。此外,建设用地呈连片化扩张。（3）景观生态安全水平明显提升,一般安全及以上安全区面积占比由2000年的62.35%上升到2020年的98.11%。在石漠化治理和生态保护的推动下,南部的生态安全水平大幅提高,推动空间格局从"北高南低"逐步转向"南北相对均衡"。景观生态安全水平的空间集聚性明显,高-高值集聚区主要在北部而低-低值集聚区主要在南部,需进一步推动北部生态保护以保障其生态屏障功能的发挥,并加强南部生态修复来提升其生态安全水平。此外,需持续推进石漠化治理并合理调控当地经济发展与生态保护间的关系,来维持生态安全水平的长期稳定。     

山水林田湖草生态保护修复的理论支撑体系研究

山水林田湖草生态保护修复关系到我国生态文明建设和美丽中国建设进程,关系到国家生态安全和中华民族永续发展。开展山水林田湖草生态保护修复是生态文明建设的重要内容,是贯彻绿色发展理念的有力举措,也是破解当前生态环境与经济发展之间难题的必然要求。通过总结梳理当前我国山水林田湖草生态保护修复工作的进展与概况,立足于“山水林田湖草是生命共同体”的理论核心,详细阐释了山水林田湖草生态保护修复的内涵及理论体系。山水林田湖草生命共同体的基础理论是以生态系统生态学为支撑,基于流域生态学、恢复生态学和景观生态学的理论诠释山水林田湖草生命共同体的时空区域尺度及流域内部各生态系统之间的耦合机制,通过复合生态系统理论构建山水林田湖草生命共同体的社会、经济、自然生态系统的“架构”体系,明确了流域可持续发展是山水林田湖草生命共同体的最终发展目标。在构建山水林田湖草生态保护修复理论支撑体系的基础上,进一步总结凝练了山水林田湖草生态保护修复的技术体系,包括生态保护、修复与恢复技术、生态建设技术、生态功能提升技术、生态服务优化技术与监督管理技术等,为我国山水林田湖草生态保护修复工作提供坚实的理论和技术支撑体系。     

基于遥感与地理信息数据的科尔沁沙地生态环境状况动态评价

科尔沁沙地处于蒙古、华北与兴安植物区系交汇处,是蒙古高原向东北平原的过渡区,具有丰富的生物多样性,属于典型农牧交错区,亦是东北平原的重要生态屏障。建国以来,受全球气候变化以及城镇化扩张、草原开垦及过度放牧等多重因素影响导致该区生态退化,生态系统服务功能下降。为此,利用遥感和地理信息数据,采用综合评估的方法,对近30年该区重大生态修复工程的实施过程及修复效果进行科学评估,具有重要的理论与实践意义。研究结果表明：1990、2000、2010、2015、2020年该区生态环境指数分别为75.19、70.20、73.51、74.27和74.7,其生态环境的变化可大致分为3个阶段,即退化期(1990—2000年)、恢复期(2000—2010年)和稳定期(2010—2020年)。2000年后,多项国家重点生态工程的实施对生态环境的改善具有明显推动作用,即科尔沁沙地生态环保工程的保护成效显著。城市化进程加快和水资源短缺是该区生态环境改善的主要制约因素,生态保护和地下水资源利用工程的实施仍需加强。研究可为科尔沁沙地生态保护和修复提供科学依据和实践参考。     

毛乌素沙地的生态背景及其草地建设的原则与优化模式

 本文全面分析了毛乌素沙地生态过渡带的自然环境、植被的现状和历史变迁过程,以定性和定量相结合的方法阐述了环境和植被之间的动态关系,在此基础上提出了该地区草地建设的原则及优化生态模式,其中包括：水分平衡原则,半固定沙丘持续发展原则,网带状种植原则,滩地草、农、林复合系统模式、软梁半人工草地复合系统模式和硬梁天然草地放牧系统模式。     

北方风沙区生态修复的科学原理、工程实践和恢复效果

北方风沙区位于欧亚草原的东部,是我国生态环境最为脆弱的地区之一,其在北方生态安全屏障和丝绸之路经济带建设中具有十分重要的战略地位。在国家一系列生态保育工程的支持下,该地区的生态环境得到明显改善。但是,由于受人类活动和全球气候变化的影响,该地区仍然面临着严峻的环境压力。在中国科学院科技服务网络计划(STS计划)等项目支持下,开展了北方风沙区土地沙化成因及退化土地空间分布研究,集成了北方风沙区重点脆弱区生态恢复的理论和技术体系,以内蒙古中部的阴山北麓地区、内蒙古浑善达克沙地和蒙辽交界的科尔沁沙地为重点研究区域,进行了高效人工草地建植、天然草地恢复和管理、沙化草地治理等相关工程技术的示范,开展生态恢复模式的效果跟踪监测和生态效益评估,确定生态恢复技术和模式的技术参数和指标,明确不同集成技术与模式在北方风沙区的适用区域和范围,为技术模式的推广应用提供科学依据。通过上述研究,可以为中央和地方政府制定生态系统管理和退化生态系统恢复政策、建立我国北方生态安全屏障提供决策依据,为生态修复产业提供技术指南,为相关研究提供全面系统的基础数据支撑。     

山水林田湖草生态保护修复的系统性认知

系统治理是山水林田湖草生态保护修复的核心,然而在工程实施和评估中如何有效落实和考核山水林田湖草生态保护修复的系统性仍是目前一大难题。通过厘清系统性与整体性的逻辑关系,从山水林田湖草生态保护修复的对象、主体及其耦合联系入手,明晰系统治理是山水林田湖草生态保护修复的必然选择,进而提出关键要素控制与全要素耦合相结合的治理思路,并以云南抚仙湖项目区为例阐明系统治理在山水林田湖草生态保护修复中的实践路径。最后,依据结构-功能复杂度、要素关联紧密度及其认知,将山水林田湖草治理系统分为形态系统、级联系统、过程-响应系统、控制系统等四级递进系统,从流域内和流域外的空间视角出发,提出基于“目标-约束-成本”的山水林田湖草生态保护修复系统性评估方法,为山水林田湖草系统治理的实施与考核提供核心科学支撑。     

水生态保护目标制定的理论与应用

我国目前处于生态环境管理的转型期,尚未形成统领水生生物、生物栖息地、水质与水量等要素的水生态保护体系。在总结相关水生态研究成果的基础上,梳理形成了基于水生态系统时空尺度和状态梯度效应理论的水生态保护目标制定构想与方法,分析了淡水生物完整性对自然地理要素、水环境压力、栖息地质量的响应机制,提出以水生态“功能分区-状态评价-问题诊断-目标预设-可达性评估-目标确定”为主线的水生态保护目标制定技术体系,研发了生物完整性评价、水生态保护目标预设和可达性分析等技术方法。以江苏省常州市为典型水生态功能区应用案例,验证了技术体系的适用性与可行性,取得良好的应用效果。水生态保护目标制定理论和方法方面的研究探索可为全国相关工作提供参考依据。     

贵州喀斯特山区人工草地-农田景观土壤温度界面季节性变化

景观界面是生态交错区的重要组成部分,在生态系统的结构、过程和功能中发挥了重要的作用。以贵州喀斯特山区人工草地-农田景观界面为研究对象,对界面表层土壤(0—20 cm)温度进行季节性监测;采用移动窗口法、野外测定和室内统计相结合,对以土壤温度为参数的界面宽度的大小进行了判定;对研究区3个功能区土壤温度进行比较分析。结果表明:贵州人工草地-农田景观界面四季表层土壤的平均温度分别为9.8,26.5,15.4℃和4.8℃;人工草地-农田景观春、夏、秋、冬四季土壤温度界面宽度随土壤温度的变化而变化,表现为由宽变窄的变化规律,分别为37,32,27 m和24 m,土壤温度界面在人工草地系统的影响域变化与总界面宽度保持一致。研究区四季农田功能区系统、人工草地-农田复合功能区系统和人工草地功能区系统的平均土壤温度为14.0,14.1℃和13.9℃,春季、夏季和冬季研究区3个功能区的土壤温度均呈极显著差异,秋季农田功能区系统与人工草地-农田复合功能区系统的土壤温度差异不显著,二者与草地功能区系统差异极显著。建议对研究区采用12—18 m的宽度进行草田间作,为丰富界面理论及"退耕还草"工程提供理论参考和实践措施。     

黄土丘陵区坡面林-草边界土壤水分特征

研究了黄土高原丘陵区林-草边界上旱季和雨季土壤水分的空间分布变化特征.结果表明,旱季林地土壤水分的变异系数都小于草地,林地内各个层次土壤含水量差异不大,草地内各个层次土壤含水量差别较大;雨季林地土壤水分的变异系数都大于草地,林地内各个层次土壤含水量差别较大,而草地内各个层次土壤含水量差异不显著;林-草边界各个层次土壤水分的变异程度为弱变异或中等变异.林-草边界在旱季和雨季具有不同的影响域,旱季边界影响域为从林外0.4倍树高距离到林内0.4倍树高距离;雨季边界影响域为从林外0.4倍树高距离到林内0.8倍树高距离.因此,可将林-草景观划分为3个区：草地区,即由距林缘0.4倍树高距离处向草地方向延伸;林缘区,即由林外0.4倍树高距离到林内0.4倍树高距离(旱季)或0.8倍树高距离(雨季);林地区,即由林内0.4倍树高距离(旱季)或0.8倍树高距离(雨季)处向林内方向延伸.林-草边界水平方向上3个分区的土壤水分垂直分布呈现出不同的变化规律,而且旱季的规律特征与雨季相反.