中国北方农牧交错带优化生态-生产范式

中国北方农牧交错带具有生态、生产双重功能,在国民经济发展中具有重要战略地位。构建优化生态生产范式是对其进行科学管理的一种有效方式。优化生态-生产范式是应用生态经济学原理与系统科学方法,以生态恢复与重建为目标,以多用途资源利用和景观生态设计为核心,以生物-自然和社会-经济综合分析为基础,结合现代科学成果和传统农牧业技术的精华而建立起来的结构优化、功能持续、经济可行的农林牧复合经营系统的范例。文章对优化生态生产范式的配置以及配套技术的研究现状进行了综述,提出在构建优化生态生产范式的过程中应当遵守规模的发展与土地承载能力相适应的原则、限制因子原则、景观异质性与尺度的原则以及生态、经济和社会效益统一的原则。针对目前范式研究中着重经济效益、研究尺度单一、缺乏学科间的综合和集成、效益评价体系不完善等一些问题,指出了今后范式研究的趋势,认为今后的研究应重视基础理论和应用技术的研究、对现有范式进行调整和优化、建立统一的评价体系、量化范式适宜程度和优化程度。在基础研究方面应主要集中在主要的农业生态系统对不同人为干扰响应的形式和实质,研究确定一系列重要的生态经济阈值;应用技术方面应注重于调整产业结构,积极发展高科技产业,提高产投比。对范式实施后的各项生态经济指标进行动态监测,从而对范式进行适时调整与优化。对不同范式取得的效益进行横向的、定量的研究,选择出最优的范式。同时,学科间的融入将成为范式研究中的又一特点。     

中国北方农牧交错带优化生态-生产范式体系构建

中国北方农牧交错带的生态、生产双重功能决定了其在国民经济发展中的重要战略地位.将系统工程方法论引入对农牧交错带的研究中,构建典型区域内优化的生态-生产范式体系.在建立自然环境要素、生物群落特征、生产与经济以及社会文化和历史变迁四大基本数据库的基础上确定范式体系并设计框架;之后以数学模型和方法为手段分析范式所涉及的植被和其所处的自然、社会环境以及经济等各因素的相互作用的过程和格局及其对区域的贡献,包括对前人工作的综合集成;最终以各种遥感图件、地形图等为基础给出不同范式点的剖面结构图、规划图及说明,设计综合的评价指标体系对范式的可行性、科学性等进行评价择优,为决策者提供优化的生态-生产范式,也就是生态保育阈值内最优的的土地利用格局.最后,给出了农牧交错带内选取的3个范式点的剖面图,建立了范式的初步框架.     

中国北方农牧交错带优化生态—生产范式体系构建

中国北方农牧交错带的生态、生产双重功能决定了其在国民经济发展中的重要战略地位。将系统工程方法论引入对农牧交错带的研究中,构建典型区域内优化的生态．生产范式体系。在建立自然环境要素、生物群落特征、生产与经济以及社会文化和历史变迁四大基本数据库的基础上确定范式体系并设计框架;之后以数学模型和方法为手段分析范式所涉及的植被和其所处的自然、社会环境以及经济等各因素的相互作用的过程和格局及其对区域的贡献,包括对前人工作的综合集成;最终以各种遥感图件、地形图等为基础给出不同范式点的剖面结构图、规划图及说明,设计综合的评价指标体系对范式的可行性、科学性等进行评价择优,为决策者提供优化的生态一生产范式,也就是生态保育阈值内最优的的土地利用格局。最后,给出了农牧交错带内选取的3个范式点的剖面图,建立了范式的初步框架。     

怀来山盆系统优化生态-生产范式

山盆系统是由山地和盆地组合而成的一种典型地貌组合。以河北怀来县为例,通过对区域生态经济系统的评价分析,以及对系统产业结构调整和土地利用结构优化的探讨,以生态环境恢复重建和农业可持续发展为目标,构建了怀来山盆系统“山间盆地．低山丘陵-中山山地”生态．生产范式。怀来山盆范式的功能带包括3“圈”5“带”：（1）山间盆地：①官厅水库,②环库水源保护带,③河谷平原高效农业经济带;（2）低山丘陵：④低山丘陵舍饲养畜和人工林（果园）灌草带;（3）中山山地：⑤中山山地林灌草生态保育带。     

边际生态系统管理的理论与实践--我国北方草原与农牧交错带“优化生态-生产范式”构建

在新世纪国家西部大开发的战略决策实施中,北方大草原及其东南边缘的农牧交错带,是对国民经济和生态环境保育极其敏感和至关重要的前沿阵地.在过去的世纪中,草地与农牧交错带因不合理的土地利用方式,如滥垦、过牧、樵采等,使这一区域的生态系统受损,土地风蚀沙化、水土流失、盐碱化、干旱化加剧,生产力降低,风沙灾害和虫鼠害频发,造成对农牧业生产与人民生活的严重危害和生态环境的重大威胁,成为首都及东部地区沙尘天气的主要沙源地.     

中国北方农牧交错带生态系统的独特性及其治理开发的生态学原则

基于我国农牧交错带生态恶化问题迄今未解决的现实,对此带的现行定义进行了再思考,提出它是在独特的历史和人文背景下逐渐形成的一种动态区域,因而似不宜从地理学或生态学或植被学的角度单一地研究其属性,将其仅仅看作为生态过渡带,而应更多注意其生态－社会－经济复合系统的特性,并据此考虑治理对策,我国北方农牧交错带兼具生态服务和支持相当密度人口的生存,发展两大功能,在不可能照搬发达国家治理途径的前提下,须采取跨学科的方法,寻找能较好地协调生态与经济关系,符合自然和经济规律的农业结构及相应资源利用和维护方向的新途径,确立以有利于提高“生态系统生产力”水平,从而为受损生态系统提供较多启动能／物流和货币流的草,畜支柱产业及其植被重建的策略。     

基于生态系统服务功能的中国北方草地及农牧交错带区划

以北方草地和农牧交错带草地类型区域分异为基础,重点考虑不同草地类型的生态系统服务功能,在综合分析了北方草地和农牧交错带生态环境基本特征的基础上,确定了草地生态功能区划的原则、依据、方法及命名,然后在"3S"技术的支持下,将北方草地和农牧交错带分为北方草原区、北方荒漠区和农牧交错区3个一级区及10个二级区,对各个功能区的区域范围、主要生态环境问题、主要的生态服务功能及为了功能区的保护与可持续发展而需要采取的措施都进行了详细论述。区划结果对认识北方草地与农牧交错带不同草地类型生态系统服务功能的重要价值,对草地资源的合理利用和农业生产的合理布局、对生态环境保护与建设规划及对维护区域生态安全、实现区域的可持续发展都具有重大意义。     

放牧压力对中国北方农牧交错带生态系统健康的影响

中国北方农牧交错带生态系统敏感脆弱、不稳定,其健康状况受多种因素影响,其中以放牧为代表的人类经济活动影响显著。高强度放牧是造成草地退化的重要原因,草地退化又是影响草原生态系统健康的关键因素。利用归一化植被指数和牲畜量量化放牧压力,并选取合理的模型探究放牧对于中国北方农牧交错带生态健康的影响,确定合理的放牧强度和策略,以实现草畜平衡和区域可持续发展。基于"活力-组织力-弹性-生态服务"(VORS)模型,构建起包括自然、社会等多方面的指标体系,评估了2000-2015年北方农牧交错带的生态健康系统水平,并采用Moran''s I探讨放牧压力和生态系统健康指数的空间相关性,并从普通最小二乘法、地理加权回归模型、时间加权回归模型和时空地理加权回归模型选择最优回归模型,揭示放牧压力对于生态系统健康的影响机制。结果表明:(1)2000-2015年放牧强度格局高值区域主要为内蒙古草原地区,低值区域主要为陕西高原地区。(2)2000-2015 年中国北方农牧交错带的生态系统健康指数呈现上升趋势,区域整体处于亚健康状态和一般健康状态。(3)全局双变量Moran''s I结果显示在2000-2015年呈现负相关影响关系, 但影响力度在变小。(4)多种回归模型相比较,GTWR模型表现最优。2000-2015年,正向驱动空间集中在内蒙古、辽宁以及山西省区县;负向驱动空间集中在陕西省、甘肃等区域,同时影响强度持续增强。研究通过不同区县、不同的草原的反应状况,提出放牧政策的不同实施建议,致力于实现草原资源的可持续利用和生态系统的持续健康。     

北方农牧交错带植被重建中适宜乔、灌、草种的生态区划

因遭受滥垦及过度放牧破坏的中国北方农牧交错带亟待进行植被的恢复和重建。本文从为该区域植被的恢复与重建提供植物物种上的支持出发,对适宜该区域生长与分布的乔、灌、草种进行了生态区划。生态区划的原则概括为4条：生态保育优先、有利生产发展、适地适树适草以及参考行政区划边界。在该原则指导下,依据限定农牧交错带植物生长和分布的主要生态因子：年最低日均温、年大于0℃积温、湿润度指数(年降水量与年大于O℃积温之比)、反映区域地表组成物质、地形及气候特征影响的土壤类型等,将农牧交错带划分为7个不同的生态区域,依次为：I．松辽平原西部及大兴安岭山地区,II．辽河上游风沙区,In．蒙古高原中、东部及冀西北山地区,Ⅳ．吕梁山、太行山、燕山山地区,V．鄂尔多斯高原风沙区,Ⅵ．陕北、陇东黄土高原区,Ⅶ．陇中及青海高原东部黄土区。在上述分区的基础上,对以往文献报道中出现的适宜该区域生长和分布的乔、灌、草,包括乡土种和人工栽培或引种的外来种,按其生态习性分别进行了细致的甄别选择,并在文中择其精要予以列出。     

退耕还林(草)工程对中国北方农牧交错带生态系统健康的影响

生态系统健康是生态环境治理的目标,探究国家级生态修复项目退耕还林(草)工程对中国北方农牧交错带生态系统健康的影响,确定合理的生态环境恢复和资源管理策略,有助于加快生态环境建设、促进区域可持续发展。基于“压力-状态-响应”(PSR)模型,构建起一套包括自然、社会和经济等方面的综合指标体系,评估了2000年、2005年、2010年和2015年中国北方农牧交错带的生态系统健康水平,利用Moran′s I分析退耕还林(草)工程和区域生态系统健康的空间相关性,并从普通最小二乘法、地理加权回归模型、时间加权回归模型和时空地理加权回归模型中,选择最优回归模型,揭示退耕还林还草实施强度变化(△NDVI)对生态系统健康变化(△EHI)的影响机制。结果表明：(1)2000—2015年,中国北方农牧交错带的生态系统健康指数呈现“先下降后上升”的变化趋势,区域整体处于亚健康状态和一般健康状态,健康状况逐渐转好。(2)全局双变量Moran′s I结果显示,在2000—2010年工程的开始和发展阶段,退耕还林(草)工程对生态系统健康呈现正相关影响关系,而2010—2015年间,两者之间变为负相关关系。(3)多种回...     

北方农牧交错带植被重建中适宜乔、灌、草种的生态区划

因遭受滥垦及过度放牧破坏的中国北方农牧交错带亟待进行植被的恢复和重建.本文从为该区域植被的恢复与重建提供植物物种上的支持出发,对适宜该区域生长与分布的乔、灌、草种进行了生态区划.生态区划的原则概括为4条:生态保育优先、有利生产发展、适地适树适草以及参考行政区划边界.在该原则指导下,依据限定农牧交错带植物生长和分布的主要生态因子:年最低日均温、年大于0℃积温、湿润度指数(年降水量与年大于0℃积温之比)、反映区域地表组成物质、地形及气候特征影响的土壤类型等,将农牧交错带划分为7个不同的生态区域,依次为:Ⅰ.松辽平原西部及大兴安岭山地区,Ⅱ.辽河上游风沙区,Ⅲ.蒙古高原中、东部及冀西北山地区,Ⅳ.吕梁山、太行山、燕山山地区,Ⅴ.鄂尔多斯高原风沙区,Ⅵ.陕北、陇东黄土高原区,Ⅶ.陇中及青海高原东部黄土区.在上述分区的基础上,对以往文献报道中出现的适宜该区域生长和分布的乔、灌、草,包括乡土种和人工栽培或引种的外来种,按其生态习性分别进行了细致的甄别选择,并在文中择其精要予以列出.     

中国北方农牧交错带生态系统服务空间格局及影响因子——以内蒙古中西部地区为例

中国北方农牧交错带是我国重要的生态安全屏障之一,面临经济发展与脆弱生态环境保护间的突出矛盾。生态系统服务的定量研究是生态可持续管理的重要科学依据,也是当前的研究热点之一。以北方农牧交错带的核心区域--内蒙古中西部地区为例,结合中高分辨率遥感数据和生物物理模型准确量化了2000-2018年关键生态系统服务,基于Getis-Ord G^*方法分析了生态系统服务的空间格局,考虑地理数据的空间自相关性选取了空间回归模型探索其影响因子。结果表明：（1）净初级生产力（NPP,Net primary productivity）、土壤水蚀控制服务（SC,Soil conservation）、产水量（WY,Water yield）及三层土壤含水量（SM1,Soil moisture of top layer;SM2,Soil moisture of middle layer;SM3,Soil moisture of bottom layer）在东部较高,防风固沙服务（SF,Sand fixation）在南部和西部较高;（2）以上生态系统服务受气候变化、景观格局、地形和土壤条件等综合影响,不同影响因素对生态系统服务的作用存在差异。NPP受森林景观格局和归一化植被指数的影响最为显著;WY、SM1、SM2、SM3及SC受降水量的影响较为显著;风速和表层土壤砂粒含量对SF影响最为显著。研究结果可以为优化景观格局和土地系统,缓解中国北方农牧交错带的社会-生态矛盾提供科学依据和案例参考。     

北方农牧过渡带农户农业生产系统模式的生态评价和改良研究

农牧过渡带 (或农牧交错带、半农半牧区 )是指我国传统种植业区和传统畜牧业区的镶嵌结合地带。近世纪以来 ,由于人口剧增 ,垦草种粮面积不断扩大 ,滥垦、过牧、滥樵 ,使草地植被大面积消失 ,沙漠化和荒漠化日趋严重。据报道 ,目前我国北方农牧过渡带荒漠化土地面积已达 1 6 7×10 5ｈａ ,占土地总面积的 5 2 73% ,年增长率约为1 39% [3] 。赤峰市是我国北方农牧过渡带较典型、分布面积较大的地区。该地区资源类型丰富 ,互补优势明显 ,特别是农牧结合的潜力巨大。但长期以来这里区域生态环境恶化加剧 ,导致严重的贫困化。解决这一问题的关…     

基于能流物流理论的农牧交错带生态治理模式研究——以内蒙古后山旱农区为例

中国北方农牧交错带的生态环境问题引起了人们广泛关注.经过多年的攻关研究,以能物流理论为指导,根据地处北方农牧交错带的后山旱农区的自然、社会、经济特征,提出了以丘陵为单元的生态治理模式.1999年对传统顺坡种植模式、人工草地模式和生态治理模式进行观测.能物流分析结果表明,生态治理模式与传统的种植模式相比,能提高太阳能利用率8.3%,提高能量输出量8.7%,提高能量转化效率19.4%,N的输出量提高26.5%,转化效率提高57.1%,P的输出量提高12.1%,转化效率提高45.0%,水分利用效率提高17.7%.人工草地模式与传统模式和生态治理模式相比,其太阳能利用率、能量输出量、能量转化效率都是最低的.治理模式产出最多,盈利最多,是经济效益最好的模式,经济效率比传统模式提高16.1%.     

基于能流物流理论的农牧交错带生态治理模式研究——以内蒙古后山旱农区为例

中国北方农牧交错带的生态环境问题引起了人们广泛关注．经过多年的攻关研究。以能物流理论为指导,根据地处北方农牧交错带的后山旱农区的自然、社会、经济特征,提出了以丘陵为单元的生态治理模式,1999年对传统顺坡种植模式、人工草地模式和生态治理模式进行观测．能物流分析结果表明。生态治理模式与传统的种植模式相比,能提高太阳能利用率8．3％,提高能量输出量8．7％,提高能量转化效率19．4％,N的输出量提高26．5％,转化效率提高57．1％,P的输出量提高12．1％,转化效率提高45．0％。水分利用效率提高17．7％．人工草地模式与传统模式和生态治理模式相比,其太阳能利用率、能量输出量、能量转化效率都是最低的．治理模式产出最多,盈利最多,是经济效益最好的模式,经济效率比传统模式提高16．1％。     

基于“源地-廊道”生态安全格局构建逻辑范式的建设用地减量化研究

建设用地急剧扩张导致土地利用覆被发生剧烈变化,物种栖息地丧失、破碎化及分离,严重威胁到社会经济及生态可持续发展。以快速城市化地区苏锡常为研究区域、地区优势物种白鹭生境为源地、"源地-廊道"生态安全格局构建逻辑范式为重要性评价依据,识别并筛选出对维护、控制目标物种生态过程具有重要意义的、可增强地区生境整体性及连通性的网络构成要素及其缓冲区,对缓冲区内建设用地进行减量化,提出一套建设用地减量化系统性方法。结果表明:(1)研究区内重要生态"源地"及"对应廊道"内建设用地需减量化10170.44 hm²,其中城镇用地5408.38 hm²,农村居民点4107.96 hm²,交通用地654.10 hm²。(2)依据生态安全格局构建逻辑范式,增补保护不同类型"源地"及"对应廊道",可在提升区域生态安全水平的同时,识别出新的需要减量化的建设用地。该方法也可作为区域内存量及增量建设用地空间布局调整优化的依据,具有较好的普适性。     

基于水-陆耦合生态系统服务的生态安全格局构建研究——以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

快速城市化和国土空间规划大背景下,评估区域生态系统服务、构建生态安全格局是实现城市精细化发展的有效手段。本研究立足生态系统服务供给效能,以长三角生态绿色一体化发展示范区为例,从陆域、水域两个层面进行量化计算,构建水-陆耦合生态系统服务综合评价体系,将高供给区域识别为生态源地,并基于MCR模型和电路理论分别提取廊道和节点,构建区域生态安全格局。研究结果表明：1）分别识别陆域和水域生境斑块面积34.31km²、272.50km²,为江南水乡空间存续和城市绿地空间选址提供了理论依据;2）水-陆耦合度评价得到源地41个,总面积206.79km²,占研究区总面积8.57%,呈现"西北多东南少"的格局;3）提取89条生态廊道和91个生态节点,生态廊道总长度586.35km,呈均匀网状分布,节点包括44个夹点及47个障碍点,主要位于吴江区。通过区域生态安全格局的构建与优先级评价,分级提出国土空间生态保护与修复建议,为我国其他快速城市化地区及都市圈周边区域的国土空间合理布局、土地利用的转化与管理提供参考。     

基于“水-能源-粮食”纽带的生态系统服务供需关系时空分布研究——以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

生态系统服务供需平衡是区域可持续发展的重要环节,也是有效反映区域社会经济与自然是否能够协调发展的重要表征。以长三角生态绿色一体化发展示范区为例,以"水-能源-粮食"纽带为切入点,基于InVEST模型、CASA模型和Thornthwaite Memoriai模型,测度了示范区2000、2005、2010、2015及2020年产水、固碳、粮食生产服务的供需量,引入基尼系数、供需指数和相关系数,刻画区域生态系统服务供给和需求的空间特征,结果表明：（1）2000-2020年,除粮食生产服务供给量波动下降以外,产水和固碳的供给量均呈波动上升趋势。在需求量方面,三种生态系统服务均呈上升趋势;（2）空间上,产水和粮食服务供给量主要呈"东南、西南高"的特征,固碳供给量高值则集中于吴江区桃源镇,各项生态系统服务需求高值区主要以人口密度较大乡镇为中心呈环状分布;（3）示范区内各生态系统服务空间上呈均衡分布状态,各类生态系统服务供需指数均呈下降趋势;（4）在供给方面,产水-粮食生产呈现显著的协同关系,产水-固碳、固碳-粮食生产的权衡/协同关系不显著;在需求方面,三种生态系统服务呈现出两两协同关系。本研究探索示范区生态系统服务供需关系的时空分布,有利于构建区域生态安全格局,可为长三角地区生态系统服务供需研究提供借鉴。     

基于“源-汇”理论的生态型市域景观生态安全格局构建

生态型市域是随着我国生态文明建设不断深入而产生的一批以生态输出为己任,支撑区域乃至全国生态安全的重要生态型区域,该类区域景观生态安全格局的构建是协调域内社会经济与生态环境保护的基础。选取典型生态型市域张家口市,基于"源-汇"理论构建景观生态安全格局,划定不同保护重点的五大生态功能区,识别重点生态保护区、重点生态修复区和廊道系统,以此作为保障城市生态安全的基础,逐步形成"点-线-面"三位一体的立体保护体系,同时提出了生态安全格局构建的优先次序,为张家口市生态安全格局分步骤建设提供依据。研究结果表明,张家口市景观生态安全格局重点保护区缺失严重,缺失区域总面积达1555.77 km~2,占生态保护核心区面积的75.60%,重点生态修复区域比例较大,占全区面积的24.27%,生态廊道存在3个主要缺失区域,针对张家口市生态安全格局建设任务艰巨的现状,提出了分步骤建设的构建思路,即优先进行重点生态修复、重点生态保护缺失区域和生态廊道缺失区域建设,针对重点生态修复区域面积比例较大提出了分步修复的优先次序,即水域修复区林草水修复区林草修复区林水修复区水草修复区林地修复区草地修复区,并提出了优先建设冬奥会场及沿途生态廊道的思路,此外,为实现张家口区域生态系统的支撑作用,需在完成重点区域建设的基础上不断扩大生态保护范围。研究为欠发达生态型市域景观生态安全格局构建及生态环境保护体系建设提供了范例。     

基于“目标-成本-效益”协同优化的山水林田湖草沙一体化生态保护与修复格局

当前以“山水林田湖草沙一体化保护与修复”为代表的国土空间生态修复工程已在全国范围内陆续开展,但相关规划的理论和方法支撑仍较为薄弱,如何确定合理的保护修复目标,并对生态保护与修复格局进行整合优化,是实现山水林田湖草沙一体化保护与修复规划需要解决的关键问题。基于系统保护规划理论和方法,初步构建了基于“目标-成本-效益”协同优化的一体化保护修复规划构架,以大兴安岭中段嫩江-哈拉哈河源头区为例,依托空间优化模型(Marxan)对一体化保护修复格局进行了优化模拟,结果表明：(1)绰尔河流域的生态系统保护优先级最高,其次是哈拉哈河流域和洮儿河流域,最后是霍林河流域。当预算不足时,优先保护绰尔河流域可以最大限度的提升研究区内的生态系统服务功能;(2)当优化目标低于50%,优化格局中以林地保护和草地保护为主,需要修复格局规模较小,当优化目标比例超过50%,需要采取生态修复的面积明显增加。随着优化目标比例的提升,优化格局所需面积越来越大,优化后区域中各类生态系统服务功能均有所提高;(3)依据目标-成本-效益曲线,60%的保护修复水平(即1980—2020年退化损失的生态系统服务的60%)为最高效的保护修...