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。     

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。     

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。     

地下生态系统对生态恢复的影响

生态系统破坏与退化的加剧使生态恢复成为全球性的挑战课题,近年来生态恢复的研究已逐渐由地上向地下部分转移,地下部分对生态系统退化所起的作用、机理和过程已倍受关注。本文通过探讨恢复生态学的关键概念,从土壤、地下水循环、生物系统3个方面探讨了地下生态系统对生态恢复的作用机理和反馈机制。针对目前的研究现状,指出地下生态系统研究中存在的问题,并提出今后需要深入研究的几个方向:1)生态系统退化程度的诊断及其标准;2)基于诊断标准,针对不同退化生态系统类型选定恢复的目标植物群落,如何改善土壤性质,确定土壤性质的改善程度;确定地下水位及土壤含水量的阈值;如何有效选择、引入和接种土壤生物;3)生态系统地上和地下部分整合及恢复过程中监测指标的确定。     

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。     

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.     

IPBES的建立、前景及应对策略

生物多样性和生态系统服务政府间科学-政策平台(IPBES)是一个类似于气候变化专门委员会(IPCC)的独立的政府间机构,其目标是建立科学界和决策者之间的沟通平台,推动全球生物多样性和生态系统服务的保护.从2008年11月到2010年6月,联合国环境规划署(UNEP)主持召开了三次政府间谈判会议.在最后一次会议上各国同意建立IPBES,并形成了一份《釜山成果》文件,确定其基本职能主要是开展评估,还确定IPBES的决策机构是全体会议,向联合国所有会员国和区域经济一体化组织开放,政府间组织和其他利益相关方可作为观察员.IPBES的建立将会在国际社会产生深刻的影响,但其未来走向也有一定的不确定性:一是如何保持科学独立性的问题,二是评估尺度可能会影响其成功,三是能否促进发展中国家的广泛参与.为使我国能在IPBES中发挥重要作用,建议今后应加强对IPBES运作模式的研究,加强评估工具和方法的开发以及加强生物多样性的监测.     

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。     

国土综合整治与生态修复对区域生态系统服务价值的影响评估

国土整治与生态修复对保障区域生态质量、优化生态安全格局和提升生态系统服务价值有积极的促进作用。定量化测算国土综合整治与生态修复对区域生态质量的影响是领域的研究热点和难点。以广西壮族自治区贺州市为例,提出了国土综合整治与生态修复对区域生态系统服务价值的影响评估方法,主要结论如下:(1)不同地类由于其质量不同,单位面积生态系统服务价值差距较大,研究提出了基于地类质量的单位面积生态系统服务价值确定方法,并据此测算了各地类通过整治修复质量的提升潜力;(2)贺州市整治修复前生态系统服务总价值为411.80亿元,经过评估,整治修复后生态系统服务总价值可以增加到458.06亿元,增加比例为11.23%。贺州市林地生态系统服务价值增加潜力最大,其次是草地、耕地。生态系统服务价值增加潜力在空间上呈现了东西两翼高于中部、南部地区高于东部地区的趋势;(3)贺州市各区县整治修复潜力差距较大,潜力最大的为八步区和昭平县,潜力提升比例最高的是富川县,不同区县可以根据结果确定整治修复的工程布局。研究结果对于区域国土空间整治与生态修复工程安排及整治修复绩效评估有重要的指导意义。     

The impact of ecological restoration on ecosystem services change modulated by drought and rising CO2

Ecological restoration projects (ERPs) are an indispensable component of natural climate solutions and have proven to be very important for reversing environmental degradation in vulnerable regions and enhancing ecosystem services. However, the level of enhancement would be inevitably influenced by global drought and rising CO₂, which remain less investigated. In this study, we took the Beijing-Tianjin sand source region (which has experienced long-term ERPs), China, as an example and combined the process-based Biome-BGCMuSo model to set multiple scenarios to address this issue. We found ERP-induced carbon sequestration (CS), water retention (WR), soil retention (SR), and sandstorm prevention (SP) increased by 22.21%, 2.87%, 2.35%, and 28.77%, respectively. Moreover, the ecosystem services promotion from afforestation was greater than that from grassland planting. Approximately 91.41%, 98.13%, and 64.51% of the increased CS, SR, and SP were contributed by afforestation. However, afforestation also caused the WR to decline. Although rising CO₂ amplified ecosystem services contributed by ERPs, it was almost totally offset by drought. The contribution of ERPs to CS, WR, SR, and SP was reduced by 5.74%, 32.62%, 11.74%, and 14.86%, respectively, under combined drought and rising CO₂. Our results confirmed the importance of ERPs in strengthening ecosystem services provision. Furthermore, we provide a quantitative way to understand the influence rate of drought and rising CO₂ on ERP-induced ecosystem service dynamics. In addition, the considerable negative climate change impact implied that restoration strategies should be optimized to improve ecosystem resilience to better combat negative climate change impacts.     

Role of saprophagous fly biodiversity in ecological processes and urban ecosystem services

1. Direct consumption of organic matter by the saprophagous larvae provides the ecosystem with a fundamental service by recycling nutrients and reducing exposure to decomposing matter. The present study aimed to assess the functional role of saprophagous flies in the mass loss of different types of decomposing organic matter. 2. Two types of common urban waste were used to measure the role of flies in reducing organic matter: chicken viscera (chicken) and a mixture of flour and uncooked eggs (flour and eggs), representing leftover food. Ten traps baited with each substrate, under field conditions, allowed fly access (exposed to flies) and three traps from each substrate did not (unexposed controls); adult flies entering the traps or emerging from the substrates and substrate mass loss were recorded. 3. Species from Calliphoridae, Sarcophagidae, Muscidae, and Fanniidae families were collected mainly in traps baited with chicken, with Phoridae being the most abundant in traps with flour and eggs as bait. A significantly richer (P < 0.05) assemblage of fly species accessed the traps baited with chicken viscera (21 species) compared with those emerging (11 species), whereas similar numbers of species accessed (n = 5) or emerged (n = 1) from traps baited with flour and eggs (average richness accessing 7.97, emerging 2.83). Chicken substrate mass loss and species richness were positively related (r = 0.56, P = 0.001). In traps where richness was larger than 10 species, the substrates were reduced by more than 85% of their initial weight compared with unexposed controls, which lost 30%. Substrate mass loss significantly increased with the abundance of flies (r = 0.73, P < 0.0001). 4. The results of the present study support the functional role of saprophagous species diversity on the decomposition rates of organic matter, reinforcing the negative consequences of loss or gain of species in modified landscapes and for ecosystem function.