恢复生态学——退化生态系统生物多样性恢复的有效途径

人类在改造和利用自然的过程中 ,伴随着对自然环境产生负面的影响 ,这种影响以不同的时空规模出现。某些工业上的突发性事件 ,如前苏联的切尔诺贝尔核电站事故 ,巨大油轮的泄油事件等 ,均可在较大的范围且往往是在有限的区域内引起剧烈的生态变动 ,这种灾难性的环境变化随即会对生物多样性产生影响 ;另一种规模的人类活动的影响所引起的变化 ,如长期的工业污染 ,大规模的森林砍伐以及将大范围的自然生境逐渐转变成农业和工业景观 ,则是逐年的、跨区域的、甚至波及整个大陆 ,但这种变化对生物多样性的影响会持续更长的时间 ,因为某些种类会由…     

陆地生态系统服务与生物多样性研究进展

在生物多样性迅速消失的压力下,人类面临生态系统服务质量严重下降的威胁。为了使生态系统的重要功能更直观的展现在人们面前,许多学者把生态系统服务对人类的惠益进行整理分类,最有影响力的是千年生态系统评估(MA,Millennium Ecosystem Assessment)把生态系统服务分为供给、调节、文化和支持服务四类,服务的核心是生态系统的产品、过程和格局。生态系统服务的识别与分类是生态系统功能的对象化过程,也是以人类需求来审视生态系统的过程。生态系统通过结构-过程-功能这一途径来实现生态系统服务,各种服务的直接动力来源于自然界生物地球化学循环,生物多样性通过生态系统属性和过程来影响生态系统服务形成和维持。生物多样性越高,生态系统功能性状的范围越广,生态系统服务质量就越高、越稳定。全球变化中的土地利用和土地覆盖变化是生物多样性快速下降的主要原因,也是目前影响生态系统服务最广泛、最剧烈的驱动力,而这正是人类活动造成的,人类需求和生态系统有限的服务能力之间在不同尺度表现出严重冲突。要提高生态系统服务质量,要在不同区域进行重点不同的布局,尽可能的扩大生态系统规模和提高生态系统功能,核心是提高生物多样性水平。     

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。     

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。     

生态恢复中生态系统服务的演变:趋势、过程与评估

经过10余年的发展,生态系统服务已经成为生态恢复研究关注的前沿和热点。生态恢复改变了生态系统格局与过程,对生态系统服务的产生和提供具有重要影响。但是目前对于生态系统服务在生态恢复过程中的演化仍缺少系统性研究。对国内外相关研究的最新成果进行综述,总结了生态系统服务评估中框架的构建和方法的选择(参数转移法、系统模型法和定量指标法),介绍了生态恢复对生态系统服务的促进作用、生态系统服务的演变过程以及不同生态系统服务间的协同与权衡关系,分析了社会经济因素对生态恢复和生态系统服务维持的影响。最后结合我国生态恢复实践,提出未来生态恢复和生态系统服务研究可以从深化作用机制研究、推动服务评估创新、增强研究成果应用3方面深化和拓展。     

退化生态系统恢复与恢复生态学

恢复生态学起源于100a前的山地、草原、森林和野生生物等自然资源的管理研究,形成于20世纪80年代。它是研究生态整合性的恢复和管理过程的科学。恢复生态学的研究对象是在自然或人为干扰下形成的偏离自然状态的退化生态系统。生态恢复的目标包括恢复退化生态系统的结构、功能、动态和服务功能,其长期目标是通过恢复与保护相结合,实现生态系统的可持续发展。恢复生态学的理论与方法较多,它们均源于生态学等相关学科,但自我设计和人为设计是唯一源于恢复生态学研究和实践的理论。由于生态系统的复杂性,退化生态系统恢复的方向和时间具有不确定性,其恢复的机理可用临界阈值理论和状态跃迁模型进行解释。中国森林恢复中存在的问题包括：大量营造种类和结构单一的人工林忽视了生物多样性在生态恢复中的作用;大量使用外来种;忽视了生态系统健康所要求的异质性;忽略了物种间的生态交互作用;造林时对珍稀濒危种需要缺乏考虑;城镇绿化忽略了植被的生态功能等问题。此外,还介绍了生态恢复的方法、成功恢复的标准,并提出了恢复生态学的发展趋势：恢复生态学尚未形成理论和方法体系,要成熟还有很长的路要走;恢复生态学正在强调自然恢复与社会、人文的耦合;对森林恢复研究要集中在恢复中的障碍和如何克服这些障碍两个方面;鉴于生态系统复杂性和动态性,应停止期待发现能预测恢复产出的简单定律,相反,应该根据恢复地点及目标多样性而强调适应性恢复。     

生物多样性的生态系统功能

本文从以下几个方面综述了生物多样性对生态系统功能和作用的影响 :第一 ,几个关于物种在生态系统中的不同地位和生物多样性如何影响生态系统功能的假说 ;第二 ,生物多样性与生态系统的稳定性 ;第三 ,生物多样性如何影响生态系统的生产力 ;第四 ,生物多样性对生态系统可持续性的影响。此外还提出了几个需要继续探讨和关注的问题     

生物多样性的生态系统功能

本文从以下几个方面综述了生物多样性对生态系统功能和作用的影响：第一,几个关于物种在生态系统中的不同地位和生物多样性如何影响生态系统功能的假说;第二,生物多样性与生态系统的稳定性;第三,生物多样性如何影响生态系统的生产力;第四,生物多样性对生态系统可持续性的影响。此外还提出了几个需要继续探讨和关注的问题。     

生物多样性与生态系统服务情景模拟研究进展

生物多样性和生态系统服务情景模拟是指对未来生物多样性和生态系统服务变化轨迹的定量估计,二者相互关联并为长期、稳定的保护和恢复生态系统提供了重要科学依据。梳理生物多样性以及生态系统服务预测情景的核心观点,讨论基于生物多样性和生态系统服务情景模拟的保护决策支持途径,以期服务于我国生物多样性与生态系统服务预测研究的发展和深化。研究凝练结果如下:物种分布模型需要进行更规范的评价以明晰其对具体对象的适用性,生态系统预测模型亟待在关系结构的基础上嵌入更多的生态系统过程和社会经济过程,生态系统服务评估模型有必要强化对生物多样性、生态系统服务、人类福祉级联特征的刻画;全球气候变化驱动了未来区域生物多样性的大幅改变;土地利用则是陆地生态系统服务预测中的核心驱动变量。生态区划与区域尺度情景模拟、景观尺度下的生态安全格局构建、基于社会生态网络的社区适应三点重要展望方向将对基于情景模拟的我国生态系统保护决策提供重要的理论和实践支持。     

乌江流域生物多样性与生态系统服务的空间格局及相互关系

生物多样性与生态系统服务密切相关,但二者间的复杂关系和反馈机制尚未明晰。本研究以乌江流域为研究区域,基于物种空间分布格局,使用Max Ent模型、Zonation软件评估了乌江流域的生物多样性,并应用In VEST模型核算各项生态系统服务,运用随机森林模型、部分依赖图模型(PDP模型)分析了生物多样性与生态系统服务间的相互关系。结果显示:乌江流域的生物多样性呈东北高西南低的分布特征,表现为下游>中游>上游;2020年,乌江流域的水源供给量为810.57 mm/m²,粮食供给量为735.08 kg/ha,固碳服务为134.00 Mg/ha,水源涵养量为227.98 mm/m²,土壤保持量为401.30 t/ha,生境质量为0.68;水源供给和水源涵养对生物多样性的贡献度较高,分别为66.24%和44.72%;除粮食供给这种依赖人为活动的生态系统服务外,生物多样性与各生态系统服务均呈正相关。研究说明,受气候和人类活动影响较大的生态系统服务驱使着生物多样性的改变,但对于依赖生物功能的生态系统服务,生物多样性是其重要调节因素。     

生态系统服务网及其生态学意义

生态系统服务概念的提出将人类福祉与生态环境更直接地联系起来,有助于认识和解决发展与保护的难题。从生态系统服务网络的视角出发,可以更好的理解生态系统服务供给、流动和需求等相关复杂问题。(1)生态系统服务网将不同生态过程与服务有机联系起来,为生态系统服务交互研究提供参考。(2)不同尺度下生态系统服务间的交互作用以及自然-社会的互动是网络体系的重要组成部分,按服务网络间联系方式可以划分为网状层次、关系模块和对象模块。(3)生态系统服务在生物、生境网络中形成,受自然因素和人为因素的双重影响,服务网络间的联系与转化受生态系统服务流和网络关系的制约。(4)景观异质性、生物多样性和生态循环分别是生态系统服务网络形成的基础、核心和形成机制。(5)生态系统服务网络便于生态系统服务价值评估、空间制图,是提高人类对环境认知的重要手段。(6)人类福祉与生态系统服务间的非线性关系适宜用网络来表达,景观优化实质上是生态系统服务网调控的动态过程。     

“再野化”:山水林田湖草生态保护修复的新思路

作为一种新兴的生态保护修复方法,“再野化”（rewilding）是指特定区域中荒野程度的提升过程,尤其强调提升生态系统韧性和维持生物多样性。再野化实践的核心要素包括保护核心荒野地、增加荒野地的连通性、保护和重引入关键种（包括大型食肉动物）、适度允许自然干扰的发生、降低人类干扰和管理程度、拆除部分人工基础设施等。评述了北美洲和欧洲的再野化实践。通过比较研究,提出基于再野化的我国山水林田湖草生态保护修复的新思路,包括战略层面的5项转变和行动层面的5项建议。5项战略转变,包括从还原论思维转向整体思维、从工程性修复转向保护优先和自然恢复为主、从项目尺度转向景观尺度、从短期试点转向长期实践、从政府主导转向多方参与;5项行动建议,包括开展荒野和再野化基础调查、保护仅存的高价值荒野地、探索“城-乡-野”系统性再野化途径、以荒野保护区和再野化区域为核心建立大尺度景观保护网络、开展基于再野化的生态体验和自然教育。     

城市生态系统修复研究进展

城市生态系统是社会-经济-自然复合生态系统。城市生态系统修复的实质是协调好城市复合生态系统的自然过程、经济过程和社会过程之间的关系,促进复合生态系统的各方面协调高效可持续发展。以城市绿地、城市湿地、城市废弃地三类主要的城市生态空间为对象,论述了城市生态系统修复的研究进展,提出当前城市生态系统修复存在以人工修复技术为主、自然修复不足、机理和量化研究缺乏、理论和应用脱节、管理机制不健全、复合生态系统理论体现不足等问题。梳理了当前城市生态系统修复的研究热点,包括城市生态系统修复机理、城市生态资产与生态系统服务、城市生态系统质量和健康、问题导向的生态修复、面向人类福祉的生态修复、生态修复多学科融贯,以及新方法和新技术的应用等几个方面。提出了城市生态修复与管理的相关对策和建议,可为我国城市生态系统修复的研究和实践提供参考。     

国土空间生态修复与保护空间识别——以北京市为例

构建国土空间修复与保护识别体系可以有效实现区域生态系统修复与保护,然而,当前国土空间生态修复与保护研究和规划缺乏从系统性和完整性的角度识别关键生态修复与保护区。因此构建了系统的生态修复与保护空间识别方法,以实现区域协调发展、保障区域生态安全。基于该方法,以北京市为例,通过评估生态系统服务、生态系统质量和生态问题,构建生态修复与保护空间格局。研究结果表明：(1) 2000—2015年生态系统服务和质量退化区主要集中在平原区和密云水库北部,面积为760.4 km~2;生态系统质量低下区主要分布在西南部山区和东北部山区,面积为4925 km~2;水土流失问题区零星分布在山区,面积为130.1 km~2;基于以上三者的北京生态修复建议区总面积5606 km~2。(2)建议北京生态保护区6391 km~2,主要分布在北部山区和西南部山区,保护了79.63%的水源涵养功能,74.97%的土壤保持功能,58.79%的洪水调蓄功能和60.3%的自然栖息地。本研究构建的生态修复与保护空间识别方法体系,为北京生态修复和保护规划与生态安全格局构建提供科学依据,还可以为其他地区的生态修复与保护规划提供参考。     

生态系统服务理论与山水林田湖草生态保护修复的应用

科学有效的理论基础是推进山水林田湖草生态保护修复工程顺利实施的保障。探讨了生态系统服务理论在山水林田湖草生态保护修复中的应用,以“压力-状态-响应”为主线构建了不同时空尺度上山水林田湖草与生态系统服务之间的关系认知框架,分析了山水林田湖草系统修复工程中生态系统服务研究的关键问题：（1）山水林田湖草系统修复工程区主要生态系统服务的时空演变规律与驱动机制;（2）山水林田湖草系统修复工程区多种生态系统服务之间的权衡与协同关系;（3）山水林田湖草系统修复工程区生态系统服务集成与生态系统管理策略;（4）山水林田湖草系统修复工程调控及其尺度效应;（5）探索优质生态产品价值实现机制,阐述了生态系统服务理论在山水林田湖草系统修复中的现实意义,以期有效推动山水林田湖草生态保护修复工程从科学到实践的深入。     

京津冀地区生态系统服务时空变化及驱动因素

京津冀地区地处蒙古高原向华北平原过渡地带,是华北平原关键的生态屏障,在区域生态安全格局上具有重要的地位。结合地面观测、遥感监测、模型模拟和GIS空间分析技术,构建了一套京津冀地区生态系统关键服务的生态本底图谱,分析和评估了京津冀地区生态系统结构与防风固沙、水源涵养、土壤保持等关键服务的时空变化特征,并对气候变化和生态工程等驱动因素进行了讨论。结果表明:(1)京津冀地区生态系统类型以农田为主,占全区面积的49.7%。2000—2015年,聚落面积明显增加,农田面积大量减少,森林、草地、水体与湿地面积微弱减小。(2)多年平均生态系统防风固沙量、水源涵养量和土壤保持量分别为5.61×10⁸ t、74.58×10⁸ m³、7.98×10⁸ t,燕山-太行山森林生态区的生态系统关键服务量最高,西北草原生态区其次,京津唐和华北农业生态区较低。(3)2000—2015年,防风固沙量、水源涵养量均呈不显著上升趋势,增幅分别0.11 t hm^-2 a^-1、0.03×10     

Does the implementation of environmental flows improve wetland ecosystem services and biodiversity? A literature review

Environmental flow releases are a tool for wetland restoration, but there has been no systematic evaluation of their success. We systematically assessed 102 published studies from a wide range of wetland ecosystems across the globe to determine whether releasing environmental flows could maintain or promote biodiversity and increase ecosystem services, and which strategies were most effective. We found that environmental flow releases remarkably increased regulating services (sediment regulation and water purification) and supporting services (primary production and habitat maintenance), and maintained biodiversity and provisioning services. Biodiversity responses were positive only in river wetlands, and were negative in coastal, lake, and marsh wetlands; the overall delivery of ecosystem services responded positively in all ecosystem types except artificial wetlands. The effects were positive for ecosystem services under all environmental flow regimes, and seasonal minimum flow releases could maintain biodiversity and improve ecosystem services. We also found that long‐term environmental flow releases (years to decades) maintained biodiversity. Values of a change‐in‐flow parameter (D) ranging from 0 to 10% improved both biodiversity and ecosystem services. In summary, long‐term implementation, a high‐flow regime, and D ranging from 0 to 10% for the environmental flows promoted biodiversity and improved ecosystem services around the world, particularly in river wetlands. Regional‐level conclusions might be applicable to guide the implementation of environmental flow releases, but small sample sizes reduce their reliability. We also found that the effect sizes of environmental flow release projects for biodiversity and ecosystem services were significantly and positively correlated in rivers, but not in other wetlands.     

Does Tree Species Composition Affect Productivity in a Tropical Planted Forest?

With growing pressure on primary forests from destructive land uses, increasing the diversity of native species plantations can increase ecosystem service provision, such as timber production or carbon sequestration, thus better supporting sustainable livelihoods. Understanding the effects of tree species composition on productivity can inform plantation design and ecological restoration strategies. However, tree species composition effects have been neglected in experimental biodiversity‐ecosystem function (BEF) research. This study uses a 10‐yr data set from one of the first tropical planted forest experiments established with native species and designed for BEF research at scales relevant to forest management. At our site in Sardinilla, Panama, we established plots containing 6 species from a pool of 18, in four combinations, to investigate how composition affects species and plot productivity. We used basal area as a proxy for productivity through time, measured annually, and summed this at species and plot levels for analysis. We found that plots that differed in species composition appeared to differ in temporal rate of basal area increase, but did not differ in BA after 10 yr. Species were generally consistent in size between compositions, and composition performance was correlated with the size of component species, suggesting that species identities were most important in determining plot productivity. Our results suggest that species choice can be based on preferences for individual species, as species performance was consistent across composition contexts. We make recommendations for the use of particularly productive species that also provide multiple services such as Guazuma ulmifolia, Spondias mombin, and Anacardium excelsum.