土壤微生物网络复杂性预测黄土高原造林恢复生态系统多功能性

人类活动导致黄土高原土地退化和生物多样性丧失,进而降低了生态系统功能。人工造林是该区域退化土地恢复的重要措施。现有的生态修复研究通常侧重于微生物群落物种多样性的恢复对单一生态系统功能的影响,而忽略了微生物间存在的相互作用与生态系统多功能性(Ecosystem multifunctionality, EMF)的关系。为探究造林恢复过程中土壤微生物多样性和网络复杂性与EMF的关系,本研究采用时空代换法(space-time substitution method),沿50年造林恢复时间序列,分析了黄土高原地区造林恢复对土壤微生物群落多样性、土壤微生物网络复杂性以及与土壤养分循环相关的10个生态系统功能指标的影响,明确了土壤微生物群落特征与EMF的关系。结果表明,随造林恢复时间序列的增加,土壤微生物群落的综合多样性、网络复杂性和EMF均呈现出显著增加后下降的趋势(P<0.05),其中土壤微生物综合多样性和网络复杂性在第8年达到最高值,EMF在第20年达到最大值。在未控制土壤环境因素时,细菌和古菌多样性与EMF无显著相关性,真菌多样性与EMF呈显著正相关(P<0.001);土壤微生...     

基于碳收支的中国土地覆被分类系统

生态系统的碳收支是影响全球变化的重要环节,而土地覆被变化改变了生态系统碳收支的现状、速率。提出了面向碳收支的中国土地覆被分类系统,服务于生态系统碳收支估算和国家生态环境监测。分类系统由一、二级土地覆被类型、三级土地覆被辅助特征构成。通过物质组成、结构、排列、季节特征等19个指标,将土地覆被划分38个二级类型,反映生态系统的碳储量现状。三级土地覆被辅助特征利用9个指标补充了二级土地覆被类型的属性。其中5个环境指标主要反映生态系统碳储备的潜力和强度,土地利用方式指标反映植被演替过程植被碳收支中的人为扰动影响,植被覆盖度、植被生育期、物种特征指标用于进一步细化植被类型。二级类型与三级特征为分层组织的土地覆被产品,有利于产品管理和应用。分类系统已应用到面向全国生态系统碳收支的30m格网的中国土地覆被制图中。     

基于土壤食物网的生态系统复杂性-稳定性关系研究进展

复杂性-稳定性关系是生态学核心问题之一。作为模式食物网,土壤食物网在探索生态系统复杂性-稳定性关系中起了极大的作用。总结了以Moore、de Ruiter、Neutel等为代表的理论生态学家以土壤食物网为工具研究生态系统复杂性-稳定性关系的方法、结论及不足之处,并展望了未来的发展方向。Moore、de Ruiter、Neutel等将土壤食物网功能群生物量数据、土壤食物网Lotka-Volterra模型和面向过程模型三者结合起来,描述相互作用强度大小格局、分室、能流组织形式等复杂性特征;将土壤食物网Lotka-Volterra模型与群落矩阵结合起来分析局域稳定性,进而探讨生态系统复杂性-稳定性关系的一般规律。在此基础上,Moore、de Ruiter、Neutel等证明了与随机食物网相比,真实食物网的相互作用强度格局、分室等复杂性特征提高了生态系统稳定性,生产力与稳定性共同决定了食物链的长度,并指出建立在平衡态基础上的静态土壤食物网模型在探索生态系统复杂性-稳定性关系方面具有较大的不足,动态土壤食物网是未来以土壤食物网为工具研究生态系统复杂性-稳定性关系的发展方向。     

生态复杂性研究——综述与展望

简要介绍了生态复杂性研究的最新进展与动态,生态复杂性研究的背景及若干重要的概念与方法,生态复杂性指生态系统内不同层次上的结构与功能的多样性,自组织及有序性,生态复杂性研究的显著特征是：它应用复杂的理论,方法和观点来研究生态与进化问题,其研究方法主要有元胞机法和遗传算法,认为生态系统是一个适应复杂系统,处于混沌的边缘或临界态,内部作用是生态系统复杂化,有序化及自组织的主要推动力。     

基于市政综合监管信息的城市生态系统复杂性分析

随着我国城市化进程的不断加快,城市结构日趋复杂,人类活动对生态系统过程和功能的干扰愈发严重,使城市生态系统更加的复杂.城市生态系统是城市居民与其环境相互作用而形成的统一整体,也是人类对自然环境的适应、加工、改造而建设起来的特殊的人工生态系统.城市生态系统的复杂性不但直接体现在其自然、经济和社会三个子系统的结构和过程中,也通过许多市政综合管理要素和对象呈现出来.通过对北京市东城区2009年6月至11月的城市综合监管信息平台立案数据的归类分析,结合东城区地形图和专题图矢量数据,从公用设施类、道路交通类、市容环境类、园林绿化类、房屋土地类、其他设施等因素,分析了东城区城市生态系统及其人类活动的相互关系.把从市政管理信息中提取出的城市管理部件问题与城市生态系统的水、土、气、噪声、视觉污染和固体废弃物等关键要素进行关联分析.通过挖掘东城区生态系统在组成和空间分布上的复杂性和规律性,阐明东城区城市生态系统与人类活动时空关系的复杂性,以期为城市生态系统管理提供借鉴.     

生态系统服务供给、消费与人类福祉的关系

生态系统服务的持续供给是区域可持续发展的基础,人类通过对生态系统服务的消费来满足和提高自身福祉.科学认识生态系统服务供给、消费与人类福祉之间的关系,对于协调生态系统服务保育与人类福祉提高的关系具有重要意义.本文对生态系统服务供给的多样性、复杂性、区域性特点和生态系统服务消费的差异性、不可或缺性特征,以及人类福祉的多维性、地域性、评价指标多样性分别进行了综述,分析了生态系统服务供给与消费之间的不确定性关系和多尺度关联特征,阐述了生态系统服务与人类福祉之间相互反馈和非同步性关系.最后,围绕生态系统服务供给、消费与人类福祉的关系,提出了有待进一步研究的问题.     

区县生态系统健康评价方法——以东莞市各镇区为例

现有城市生态系统健康研究多集中在城市及城市群层面,未能深入探究城市内部特征。鉴于此,聚焦区县生态系统健康状况,进一步探究城市内部的健康分布特征;提出了"发展水平-服务功能-抵御干扰-自我维育"四维区县生态系统健康评价框架,并建立了相应的多层级指标体系,构建了区县生态系统健康评价模型;在分析区县生态系统健康变化过程及空间分异特征的基础上,识别区县生态系统健康的主要贡献因子。针对东莞各镇区的研究结果表明：1995-2015年间,各镇区生态系统健康状态总体趋于恶化,其中西南地区生态系统的退化比东南地区更为明显。自我维育对各镇区生态系统健康变化具有重要影响,主要瓶颈在于快速发展过程中土地资源的稀缺及较低的利用效率。对区县生态系统健康的研究可以帮助决策者了解城市生态系统复杂的内部特征,在此基础上更好地平衡区域发展、维护城市生态系统健康。     

生态系统服务需求、供给和消费研究进展

生态系统服务的持续供给是社会和自然可持续发展的基础,人类通过对生态系统服务的消费来满足需求和提高自身福祉。研究人类对生态系统服务的需求、消费,分析生态系统服务的供给与需求关系,对生态系统的管理、土地发展规划和资源的合理有效配置具有重要意义。首先分析了生态系统服务需求、供给和消费的内涵与特征,辨析了生态系统服务的有效需求和潜在需求、有效供给与潜在供给,进而提出了生态系统服务需求与供给研究框架,指出应研究生态系统服务供给和需求的空间关联以及生态系统服务需求弹性差异,进而因地制宜地调控生态系统服务供给使得生态系统服务效用最大化。梳理并比较了对生态系统服务供给和需求的量化指标和研究方法,包括基于土地利用和土地覆被的生态系统服务供需关系矩阵法、生态足迹法、公众参与法、模型计算法等。提出了未来的相关研究主要应从不同群体的需求弹性差异、跨学科与多源数据结合的需求定量评估方法、供需关系的多尺度分析、生态系统服务需求与人类福祉的耦合机制拓展等方面展开,为生态系统服务调控管理和社会的可持续发展提供切实可行的科学依据。     

土地整理过程中碳量损失与生态补偿优化设计

土地整理改变了项目区土地利用结构,打破了生态系统碳循环平衡。在土地整理实施的过程中以及实施以后一段时期,项目区生态系统碳蓄积量必然损失．从而使项目区农业生态系统由碳汇变成了碳源。以湖北省荆门市东宝区崔院村土地整理项目区为例,拟通过对生态系统碳蓄积量的估算,并采用线性规划的方法求算土地整理规划设计的最佳土地利用结构,从而实现对土地整理所引起的生态系统碳量损失进行补偿的目标。结果表明,为了实现土地整理的耕地面积最大化目标,通过采用线性规划的方法所得到的土地利用结构优化方案能够很好地满足规划设计所涉及的各类用地的面积以及生态系统的碳量平衡等约束条件。耕地面积增加量占总土地面积的11．94％实现丁最大化目标．同时满足了道路系统和水利灌溉系统以及居民点等用地的需求,而人工林地的面积必须增加3.90hm^2,也就实现土地整理前后生态系统碳量的平衡。     

陕北黄土高原土地利用变化对第一性生产生态服务功能价值的影响

土地是一切陆地生态系统的载体,人类的一切活动同样离不开土地,在人类改造和利用自然的过程中不可避免地要影响各类生态系统的状况进而影响到它们为人类所提供的服务与功能。而第一性生产服务功能是生态系统服务功能主要特征之一。本文在地理信息系统的支持下,利用陕北黄土高原3期土地利用数据,估算了土地利用变化引起的生态系统服务价值的变化,结果表明,1996年区域NPP生态系统服务功能价值比1986年增加了1·17×108元;2001年生态服务功能价值比1986年增加了3·37×108元。因此,实施退耕还林、还草、遏制景观破碎化过程,合理控制城镇建设用地的扩展,是提高区域生态系统服务功能的有效途径。     

Combined effects of agrochemicals and ecosystem services on crop yield across Europe

Simultaneously enhancing ecosystem services provided by biodiversity below and above ground is recommended to reduce dependence on chemical pesticides and mineral fertilisers in agriculture. However, consequences for crop yield have been poorly evaluated. Above ground, increased landscape complexity is assumed to enhance biological pest control, whereas below ground, soil organic carbon is a proxy for several yield‐supporting services. In a field experiment replicated in 114 fields across Europe, we found that fertilisation had the strongest positive effect on yield, but hindered simultaneous harnessing of below‐ and above‐ground ecosystem services. We furthermore show that enhancing natural enemies and pest control through increasing landscape complexity can prove disappointing in fields with low soil services or in intensively cropped regions. Thus, understanding ecological interdependences between land use, ecosystem services and yield is necessary to promote more environmentally friendly farming by identifying situations where ecosystem services are maximised and agrochemical inputs can be reduced.     

长江三峡库区生态环境变化遥感研究进展

长江三峡库区是我国最重要的生态敏感区之一,受三峡水利工程和相关人类活动影响,其生态环境变化显著.揭示三峡库区生态系统结构、功能和生态过程的变化对于维护库区生态安全具有重要意义.生态环境遥感为此提供了关键途径,并在三峡库区生态环境研究中受到重视.现有的三峡库区生态环境变化遥感研究往往存在较大差异,难以有效反映生态环境变化和响应特征,加之生态本底和人类干扰活动的复杂性,三峡库区生态环境变化遥感研究仍面临诸多挑战.本文对库区环境变化遥感研究的发展阶段、研究尺度、遥感数据和方法等进行了系统总结,并从土地利用/覆盖变化、植被变化、水土安全、生态服务价值评价、生态系统健康与生态规划5个方面对库区生态环境变化遥感研究进展进行综述,在此基础上探讨了当前三峡库区生态环境变化遥感研究存在的问题,并提出未来研究中需重点关注的主要科学问题,以期为三峡库区生态环境管理和类似地区生态环境变化遥感研究提供参考.
     

多情景模拟下重庆市土地利用变化对生态系统健康的影响

模拟多情景下区域土地利用变化引起生态系统健康状况改变,对优化用地格局和保障区域生态安全具有重要意义。基于重庆市2000-2020年土地利用和生态系统健康动态演变特征,运用生态系统健康模型和斑块生成土地利用模拟(PLUS)模型模拟自然发展(ND)、生态保护(EP)和城镇发展(UD)三种情景下土地利用变化对生态系统健康的影响程度。结果表明:(1)2000-2020年建设用地扩张迅速,耕地面积减少最多,主要向林地和建设用地转移;生态系统健康状况整体呈现向好趋势,但区域差异显著。(2)2030年土地利用类型仍以耕地、林地为主,ND、EP和UD情景的建设用地规模较2020年分别增加63.59%、44.54%和100.13%,中心城区成为建设用地扩张集聚地。(3)2030年ND和UD情景的生态系统健康值较2020年均减小,建设用地增加和林地减少成为其健康退化的重要原因;而EP情景的健康值呈上升趋势,与反映生态系统健康对土地利用变化响应弹性结果相反,可见EP情景下的土地利用优化是实现区域生态系统健康可持续发展的有效途径。研究结果可为研究区生态系统保护管理与土地利用政策优化提供参考依据。     

赣南地区景观格局变化及其对生态系统服务价值的影响

赣南地区是我国南方丘陵山地带的重要组成部分,开展景观格局变化特征及其对生态系统服务能力的影响研究,对探索该区域生态系统服务能力提升途径具有重要的理论和现实意义。基于赣南地区2000、2010、2018年3期Landsat TM/ETM遥感影像及DEM数据,采用Fragstats 4.2软件,以生态系统服务当量因子表为基础,探讨2000-2018年期间赣南地区景观格局和生态系统服务价值变化,开展该区域景观格局指数与生态系统服务价值的相关性分析。结果表明：（1）2000-2018年期间,赣南地区受人为干扰比较大,景观破碎化程度增加,景观异质性增高,类型复杂程度增强,斑块分离度增大,景观中优势斑块类型形成了比较良好的连接性;（2）生态系统服务价值由2560.97亿元/a减少到2523.54亿元/a,林地对生态系统服务价值减少的贡献率达到83.13%以上,生态系统服务类别中食物生产价值先增加后减少,其他类别价值均降低;（3）生态系统服务价值与蔓延度指数呈正相关、与香农多样性指数呈负相关。因此,快速城镇化背景下人为活动引起的景观格局变化使赣南地区生态系统服务能力降低,优化调整区域或县市区景观格局,将提升该区域的生态系统服务能力。     

黄河流域资源型城市土地利用转型及其对生态系统服务价值的影响

分析快速城镇化背景下黄河流域资源型城市土地利用转型趋势,探讨该区域土地利用转型对生态系统服务价值的影响,为资源型城市实现绿色转型发展提供科学依据。运用ArcGIS空间分析方法探索研究区土地利用结构与时空转型格局,构建黄河流域资源型城市生态系统服务价值评估方法,分析不同类型和不同区域资源型城市生态系统服务价值变化情况,并进一步探究不同土地利用转型类型对生态系统服务价值的影响程度。研究结果表明：（1）20年来,伴随着快速的城镇化过程,黄河流域资源型城市发生了明显的土地利用转型,草地、耕地和林地相互转换规模较大,建设用地不断扩张,耕地则持续减少;（2）2020年,研究区生态系统服务价值总量为1.222万亿元,呈增长趋势,且形成"中部高-东西低"的空间格局;（3）各资源型城市生态系统服务价值量表现出北高南低、中高东低的空间格局,成熟型和再生型资源型城市以及中游地区资源型城市的单位面积生态系统服务价值较大;（4）草地、耕地和林地之间的相互转换是导致生态系统服务价值变化的主要转型类型。为提升黄河流域资源型城市生态系统服务价值,有效发挥生态系统功能,构建区域生态安全体系,首先,应严格落实国土空间用途管制制度,保持林地、草地和耕地的稳定性;其次,从严控制建设用地扩张趋势,减缓因建设占用耕地或生态用地导致生态系统服务价值损失;再次,稳步提高对未利用地的生态化利用效率;最后,积极探索提升资源型城市生态系统服务价值的差异化管理方案。     

The use of adjacency analysis for quantifying landscape changes

Abstract

The analysis of landscape changes in space and time plays an important role in landscape ecology. Analyzing landscape dynamics through time may be crucial for identifying historical and current processes that shape the actual landscapes and for developing predictive landscape models for ecosystem management and conservation. In this view, the propensity of land cover patches to change is at least partially related to the nature of their contact types. The interactions of a given patch with adjacent land cover types affect both land use exploitation by humans and vegetation dynamics. The aim of this paper is to use patch boundary dynamics for describing the landscape changes that occurred in the Lepini Mountains (central Italy) during 1954 – 2000. Results show an increase in landscape complexity in the Mediterranean land units and a corresponding decrease in landscape complexity in the Temperate land units. This differential trend is due to a complex, human-driven temporal dynamics of Mediterranean ecosystems that generates heterogeneity as opposed to a diffuse landscape abandonment in the Temperate region that leads to a more homogeneous boundary structure.     

Rehabilitation of Tropical Lands: A Key to Sustaining Development

Land rehabilitation is proposed as a management strategy to reverse the negative consequences of tropical deforestation and land degradation. We first define the concepts associated with ecosystem modification—conversion, damage, and degradation—and those associated with ecosystem repair—restoration, rehabilitation, and reclamation. We then present a scheme of sustainable land use in the tropics, with illustrations of how rehabilitation and restoration activities fit into the overall scheme of the use of land. Because damaged lands cannot contribute effectively to sustained economic development, land rehabilitation is a necessary step for increasing the chances of attaining sustainability. Approaches for rehabilitating ecosystems are discussed, including the management of stressors and subsidies in relation to their point of interaction in the ecosystem. Finally, we illustrate the concepts of ecosystem rehabilitation of damaged, degraded, and derelict lands with examples of case studies from dry to humid life zones in island and continental situations throughout the tropics. The case studies demonstrate that opportunities for success exist, even with severely degraded lands, but a considerable amount of research remains to be done before we have a full understanding of the complexity of the task facing us.     

土地整理的生态系统服务价值评估与生态设计策略——以吉林省大安市土地整理项目为例

土地整理作为土地利用变化的重要驱动因素,显著改变土地利用和景观格局,对区域生态系统功能及其服务价值产生影响.本文以吉林省大安市的土地整理项目为例,利用生态服务价值模型计算了村域、镇域和县域尺度下土地整理区的生态服务价值及其总量变化.结果表明: 以增加耕地为目标的土地整理项目易造成草地和湿地等具有较高生态服务价值的地类减少,导致不同尺度下土地整理区生态服务价值总量出现不同程度的下降.村域尺度下,整理后研究区总的生态服务价值为796.14万元,较整理前减少10.5%;镇域尺度下,整理后总的生态服务价值为84301.26万元,较整理前减少14.2%;县域尺度下,整理后总的生态服务价值为120585.76万元,较整理前减少33.1%.根据土地整理的生态服务价值评估,从提高生态功能入手,最后提出了土地整理的景观生态设计策略,以期为土地整理的持续发展提供决策依据.     

Fresh perspectives for classic forest restoration challenges

Restoration ecology is a young scientific discipline whose limitations can compromise the recovery of ecosystem biodiversity and functions. Specifically for limitations on forest restoration, we first recommend considering measures prior to land use changes to deal with the common lack of efforts to anticipate and plan restoration. Second, we suggest using multiple references in restoration planning to avoid simplified reference characterization, and we advise assessing ecosystem recovery with indicators that better incorporate ecosystem complexity in recovery assessments. Finally, we propose initiatives to encourage scientific communication outside academia to diminish the communication gap between scientists and practitioners.