基于大数据的森林生态系统服务功能评估进展

与传统的数据相比,大数据的感知、获取、处理和表示都面临着巨大的挑战。森林生态系统作为陆地生态系统的主体,其所产生的服务功能在全球生态系统中发挥着极为重要的作用。森林生态系统服务功能评估在经历了小数据和表象大数据的评估阶段后,已经进入了大数据评估阶段。基于森林生态站长期监测数据开展的森林生态系统服务功能评估,能够在大数据中获取所需要的详细信息,开展多尺度镶嵌评估工作。同时,还可以避免小数据样本选择所带来的随机性误差,使得评估结果更趋于可靠,进而为森林资源的保护与可持续发展提供数据支撑。     

激光雷达技术在动物生态学领域的研究进展

激光雷达(light detection and ranging, LiDAR)作为一门新兴的主动遥感技术, 近年来由于在提取和反演森林参数水平上不断提高, 被越来越多地应用于动物生态学研究中。本文通过整理和搜集国内外文献, 对激光雷达的技术特点及其在森林参数提取和动物生境上的研究进展进行综述, 指出当前基于LiDAR的森林参数反演算法主要服务于森林资源调查或林学研究, 缺少对动物生态或生理意义相关的参数量化信息。目前该技术在国内的动物生态学方面的应用较少, 尚未见文章发表。通过总结国外学者的研究, 分别从动物生境选择与三维森林结构的关系、栖息地立体生境制图、生物多样性评估和物种分布模型预测三个方面综述了LiDAR在动物生态学研究中的应用现状。相比传统方法, LiDAR技术提供的高精度三维结构信息, 能够显著提高动物生境质量的评估、生物多样性的监测水平和物种分布模型的评价精度, 有利于从机理上加深对物种生境选择和集群过程的理解。但目前LiDAR技术的应用主要集中在对已知的生态关系研究, 尤其是冠层结构与动物分布的关系, 缺少对林下层生活的动物生境质量和生物多样性的监测和评估, 同时很多有关动物生存和繁衍与立体生境的关系研究有待从LiDAR数据中进一步挖掘分析。未来应加强对森林林下层三维信息的提取, 提高林下层动物生境质量和生物多样性的监测水平, 同时建立适用于动物生态和生理意义相关的参数, 为动物生境质量和生物多样性的评估提供标准的量化指标。     

森林文化价值评估指标体系和方法研究

森林具有生态、经济、社会和文化等多种功能和多重价值。森林文化价值是人类与森林生态系统长期交往互动、和谐共生中所发育形成并提供人们的精神服务和文化产品的总和,作为森林资源价值构成的重要组成部分,其价值评估理论和方法尚在探索完善中。通过理论分析和案例验证结合的方法,提出了"人与森林共生时间"的核心理论和森林文化价值评估方法,构建了包括8项一级指标、22项二级指标、53项指标因子的森林文化价值评估指标体系,核定了指标权重和综合指标系数,并对森林文化价值物理量和价值量开展评估。研究发现,森林文化价值与人在森林中停留、互动共生的时间成正比,人与森林的共生时间是相对的和动态变化的;其价值高低,与自然力的作用、森林资源要素和环境结构密切相关;不同区域森林文化价值存在梯度差异。通过我国各省区市案例结果表明,森林文化价值量与森林覆盖率、森林常驻人口、森林质量、森林的文化和自然遗产、森林游憩和森林的文化产业、区域居民收入呈现正相关关系。     

基于遥感技术的森林健康研究综述

遥感技术可以有效完成复杂时空尺度海量信息的收集处理,其与森林健康研究的交叉、融合大大提高了复杂时空尺度上森林健康研究的表达能力.目前,森林健康遥感研究正处于各学科交叉、融合、调整,由静态向动态、单一向复杂、零散向系统转变的关键发展时期,但缺乏对森林健康问题的全面考量、逻辑安排和系统的顶层设计.在把握森林健康活力、组织结构和恢复力核心理念的基础上,从森林资源调查、森林生态功能评估、森林健康风险控制和森林植被参数提取四个方面构建和丰富基于遥感技术森林健康研究体系,对国内外森林健康遥感研究进行综述.通过对以上研究内容的总结分析,明确基于遥感技术的森林健康研究各领域的研究进展,及其在理论、技术和应用方面的不足.分析认为:(1)未来应加强森林生态和遥感技术重大基础理论研究,以明确森林结构、过程、功能与遥感数据之间的耦合关系;(2)发展完善新型遥感技术、遥感数据解译算法与软件工具,提高遥感数据的精确度、利用率和利用效率;(3)提升森林健康遥感研究成果的科技转化水平,推进快速分析评价与辅助决策功能研究,指导相关森林健康经营活动和科学研究的开展,以及林业政策的制定.     

面向国土空间生态保护修复的多尺度成效评估体系构建

国土空间生态保护修复是对受到人类干扰而受损或退化的生态系统进行保护和修复的系统工程,成效评估对其优化调整与实现效益可持续具有重要意义。已有研究与实践往往存在侧重单一要素和子项目尺度的局限。本文在梳理国土空间生态保护修复内涵的基础上,基于生态系统的多尺度特征,构建了面向国土空间生态保护修复的多尺度成效评估体系与支撑成效评估的全周期监测体系。多尺度成效评估体系由子项目尺度、保护修复单元尺度和区域/流域尺度3大尺度构成,全周期监测体系由基础信息调查体系、工程实施监测体系、多尺度成效评估体系组成。区域/流域尺度关注生态系统的结构、生态系统质量与生态系统服务等,数据主要依托遥感获取;保护修复单元尺度关注生态胁迫因子、生态系统质量与服务等,数据可依托遥感与地面调查结合获取;子项目尺度关注工程技术措施的实施情况,数据主要依托地面调查获取。在实施多尺度成效评估时,需重点关注和解决生态修复的溢出效应、传导机制、潜在影响等关键问题。     

中国科学院清原森林生态系统观测研究站塔群平台的功能和应用

森林生态系统结构与生态服务功能关系是森林生态学和林学的永恒研究主题。受传统森林调查方法及技术手段的限制,对复杂地形下森林生态系统结构和功能的监测及二者关系的研究面临诸多挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站在独立流域内建成了以观测塔群(三座观测塔覆盖各自子流域代表性森林类型)为主体,集激光雷达(LiDAR)、通量仪器、水文站网、固定标准地和数据中心为综合体的“次生林生态系统塔群激光雷达监测平台”(简称塔群平台)。塔群平台采用激光雷达扫描获取森林点云数据,描述森林生态系统的全息三维结构;依托独立流域/子流域内的通量监测系统、水文监测站网和通量源区内的长期固定标准地,可保证碳-水过程观测的可靠性,并用于验证复杂地形下的通量监测技术与方法,揭示森林生态水文与碳交换过程,准确估算森林生态系统主体生态服务功能(水源涵养和固碳)。所有“塔-站”数据通过无线网络实时汇集于数据中心,便于数据监视、管理与共享。此外,塔群平台将侧重研究森林生态系统结构量化的新方法和新指标,探索复杂地形森林生态系统中H₂O/CO₂/痕量气体通量观测的理论与方法,为阐明森林结构与功能的关系、服务于森林生态系统管理提供基础数据。     

GIS 在生态学中的应用研究进展

地理信息系统(Geographic Information System, GIS)作为一个能够准确、及时、动态的获取生态资源现状的计算机软件, 对生态资源的保护与可持续发展具有重要的意义。研究表明GIS 在动植物的分布及动态监测、栖息地质量评估、保护区的建立与管理和水生态环境保护等方面得到广泛应用, 解决了许多由于各种自然因素或人文因素所导致的很难解决的问题, 大大提高了生态学数据统计和应用的效率。     

卫星遥感监测产品在中国森林生态系统的验证和不确定性分析——基于海量无人机激光雷达数据

准确获取森林结构参数对森林生态系统研究及其保护有着重要意义。卫星遥感数据作为获取大尺度森林结构参数的重要数据源, 已被制作成各种植被监测产品并被应用于森林质量状况变化评估、森林生物量估算以及森林干扰和生物多样性监测等研究。然而, 这些卫星遥感植被监测产品针对中国复杂多样的森林区域缺乏有效验证, 在不同林况和地形条件下的不确定性也不明确。激光雷达具备高精度三维信息采集的优势, 在国内外已被广泛用于森林生态系统监测和卫星遥感产品验证。为此, 该研究利用在中国114个样地收集的153 km²的无人机激光雷达数据, 构建了我国森林结构参数验证数据集, 并以此为基础对3套全球遥感监测产品(全球叶面积指数(GLASS LAI)、全球冠层覆盖度(GLCF TCC)、全球冠层高度(GFCH))进行了像元尺度的验证, 并分析了其在不同坡度、覆盖度和林型条件下的不确定性。研究结果表明: 与无人机激光雷达获取的叶面积指数、覆盖度以及冠层高度相比, GLASS LAI、GLCF TCC、GFCH在中国森林区域均存在一定的不确定性, 且受林况和地形因素影响的程度不一致。对GLASS LAI和GLCF TCC影响的最大因素分别为林型和覆盖度; 而GFCH则更易受地形坡度和覆盖度的影响。     

黑龙江省森林资源生态产品产能

基于黑龙江省森林资源二类调查数据和森林生态站长期监测数据,利用森林生态功能修正系数对森林资源生态产品产能(森林生态系统服务功能)进行评估,探讨各市/地区间的森林生态系统服务功能分布格局,以及不同林分结构对评估结果的影响。结果表明,大兴安岭地区、黑河市和牡丹江市的森林生态系统服务功能位于其他市/地区前列,全省森林生态系统涵养水源量相当于本省地表水量的72.88%,以及2004—2008年间全国、辽宁省和吉林省年森林涵养水源量的10.25%、6倍和4倍;固碳量相当于抵消了本省工业碳排放量的67.61%,而2004—2008年间全国、辽宁省和吉林省年森林固碳量相当于抵消本区域内年工业碳排放量的9.97%、4.94%和14.70%。     

黄河流域中上游林草生态调节服务功能价值核算

科学评估林草生态系统服务功能价值,对于掌握流域生态资产储量,推动高质量发展与生态保护具有重要基础性意义。基于多源数据开展林草生态服务功能价值的高分辨率核算及空间格局分析,结果表明：集成运用遥感产品、气象数据以及生态统计调查数据等多源数据,并参考已有生态服务价值评估规范和文献资料,构建的1km×1km像素尺度林草生态系统调节服务功能价值体系,克服了传统统计监测数据在准确度和研究粒度方面的局限,为系统、协同的区域生态治理提供依据;2015年黄河中上游流域林草生态调节服务功能价值为18997.69亿元,其中森林提供11833.11亿元,草地提供7164.58亿元;单位面积林草生态调节服务价值高值区域为青海-甘肃、陕西-山西境内水热条件较好的山地,低值连片区域广布在中部黄土高原,这与森林郁闭度、草地盖度以及区域降水、地形等自然条件有关;在黄河流域生态保护与高质量发展中,应注重以生态服务功能为基础,突破行政区边界限制,建立生态产品价值实现机制,提升区域高质量发展中生态效益的价值权重。     

我国城市可持续发展能力评估指标的元数据分析与管理

在我国大力推动城市可持续发展,推进国家可持续发展实验区建设的同时,采用何种评估方法和数据开展城市可持续发展能力评估是需要重点解决的问题。近年来兴起的元数据理论与技术在解决评估数据质量控制方面被视为是一种行之有效的方法。针对我国现阶段使用的一些城市可持续发展能力评估指标体系的特点,通过深入剖析每一个指标数据的来源、获取手段、适用方法等特征,提出从软件工程学思路研发城市可持续发展能力评估元数据管理系统的具体方法,帮助可持续发展实验区高效获取和管理评估所需数据信息;以"十二五"科技支撑计划项目"城市可持续发展能力评估及信息管理关键技术研究与示范"中所建立的元数据规范,对其所包含的"数据发布日期"、"数据发布形式"、"空间范围"、"时间范围(起始时间、结束时间)"、"统计频率"、"数据安全限制分级"、"数据志说明"、"在线资源链接地址"和"数据统计单位信息(单位名称、联络人、联系电话、单位地址、邮件地址)"共14项为评估数据的关键元数据项,以此追踪对标的评估数据。并通过量化数据质量评分法针对数据质量在运用元数据追踪法前后的评价结果对比发现,被评估指标的数据质量在获得元数据支持时,其数据可靠性、可比性和可持续性方面的评价分值都获得了十分显著的改善。研究认为采用元数据理论在控制和保障城市可持续发展能力评估数据质量方面具有优势作用,开发有针对性的城市可持续发展能力评估元数据管理系统能够有效提高评估数据的综合评价结果。     

1977—2018年贵州省森林生态系统服务功能评估

森林生态系统服务功能的发挥受森林资源动态消长的影响, 简便有效的森林生态服务功能评估可为生态补偿制度的制定和生态GDP的核算提供科学依据。通过耦合第七次国家森林资源连续清查期间全国各省份森林面积、蓄积和同时期森林生态服务功能物质量、价值量的监测数据, 构建最优评估模型, 预评估不同清查时期贵州省森林生态系统服务功能物质量和价值量的动态变化。结果表明: (1)反映森林资源特征与森林生态系统服务功能间协同关系的最优评估模型为y=aS+bV+c。(2)贵州省森林生态系统服务功能物质量总体呈增加趋势, 其中第五次清查期间, 各项指标增长率波动较大, 介于40.50%—139.26%; 价值量各项指标呈上升趋势, 各项占总价值量比重的波动较小, 其中涵养水源所占比重最大, 介于40.30%—40.79%, 再次为生物多样性保护, 为23.76%—32.27%, 剩余各项依次为固碳释氧、保育土壤、净化大气环境和积累营养物质。(3)第九次清查期间贵州省森林生态系统服务总价值量达3564.17 ×108元·a–1, 相当于该省当年GDP的24.07%。通过评估得到贵州省森林提供生态服务的潜力较大, 尤其体现在涵养水源、生物多样性保护和固碳释氧等方面。     

中国生态脆弱区联网协同观测及其在承载力研究中的应用

生态脆弱区约占中国国土面积的60%以上,全球变化和人类活动导致该区域生态系统退化加剧,资源环境承载力降低。准确量化生态脆弱区资源环境承载力对于应对全球变化风险挑战和加快生态文明建设进程具有重要意义。然而,现有的区域资源环境承载力评估方法很难体现生态系统结构、过程和功能变化在资源环境要素与承载力之间的传导作用。因此,构建网络化的野外观测体系以及获取资源环境要素-生态系统结构功能和过程-生态系统承载力变化的综合数据集,是发展资源环境承载力理论和评估方法的必要途径。本文介绍了通量以及无人机协同监测网络,包括思路、实践以及其在生态脆弱区生态系统结构、过程和功能研究中取得的初步成果。同时,基于目前已取得的成果和进展展望了联网协同观测在承载力评估方面的应用。     

城市生态智慧管理系统的生态系统服务评估功能与应用

开展生态系统服务评估已经成为国土空间功能管治、城市治理、生态产品价值实现等工作中的先行基础动作。生态系统服务的类型和模型方法多,数据需求复杂,传统基于多学科软件开展生态系统服务评估的工作模式知识和技术门槛较高、效率低。当前专业的生态系统服务评估软件多为美国从业人员开发,对我国的数据构成和本地化参数适应性有限。介绍了我国自主开发的生态系统分析软件（城市生态智慧管理系统,IUEMS）的主要功能和应用情况,并将其的生态系统服务评估功能与InVEST、ARIES等国外主流软件在操作逻辑、评估模型、数据取得、空间精度、界面交互五个方面进行了对比。     

西北干旱区山地-绿洲-荒漠系统生态恢复综合效益评估

西北干旱区目前已实施众多生态恢复举措试图修复和重建受损的生态系统,截至目前恢复效果如何我们不得而知,但生态恢复效益评估却能够检测其结果,并为未来的生态工程提供参考。在前人研究的基础上,以地面观测的气象资料、土壤调查数据、多源遥感数据和陆面模型模拟数据作为输入,对基于像元二分法的植被覆盖度估算方法、修正的风力土壤侵蚀模型、修正的通用土壤流失方程和基于光能利用率的净初级生产力模型中的参数进行本地化,更为准确的估算了西北干旱区生态恢复效益评价体系中的关键指标,并集成生态恢复效益指标,评估了1990—2015年西北干旱区14个山地-绿洲-荒漠子系统的生态恢复效益。研究发现:(1)山地-绿洲-荒漠子系统的生态系统结构、生态系统质量和生态系统功能时空分异明显:全区山地系统的生态系统结构有所改善,北疆和伊犁地区的山地-绿洲-荒漠子系统生态系统质量上升,荒漠生态系统的生态系统功能下降;(2)1990—2015年西北干旱区的荒漠子系统生态恢复效益在下降,而绿洲和山地的生态恢复效益在上升。基于多指标的生态恢复效益定量评估有助于客观认识西北干旱区的生态恢复现状和动态,评估结果可为未来生态工程提供具体的空间位置,也为我国其他生态脆弱区的生态恢复效益评价提供参考。     

沿海地区森林风害研究综述

从导致森林风害的因素、风害对沿海森林生态系统的影响、风害评估方法、降低森林风害的经营管理措施等方面,综述了风害与沿海森林生态系统关系的研究成果和不足。我国未来应加强在不同尺度下沿海森林结构与功能关系、局域和区域尺度下各类生物/非生物因素与森林风害的关系以及森林风害预测评估模型的构建等3方面的研究。     

2010—2021年中国森林生态系统服务功能价值评估研究进展

科学评估森林生态系统服务功能价值有利于实现森林资源资产化、优化森林资源保护和管理模式。通过对2010—2021年相关文献进行梳理,总结了中国森林生态系统服务功能价值评估研究进展。中国森林生态系统不同服务功能的价值量存在显著差异,从大到小依次为涵养水源、保育土壤、固碳释氧、生物多样性保护、净化空气、森林游憩、林木产品供给、森林防护和林木养分固持。山地森林生态系统和城市森林生态系统的服务功能具有异质性,山地森林的主要贡献为涵养水源(36.94%)、保育土壤(18.68%)、生物多样性保护(17.67%)和固碳释氧(12.44%),而城市森林的主要贡献为固碳释氧(29.37%)、涵养水源(22.49%)、净化空气(16.93%)和保育土壤(11.68%)。不同类型森林的生态系统服务功能价值从大到小依次为常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林和针叶林。2010—2021年,中国森林生态系统服务价值评估的方法体系和评估指标在不断充实和完善,但仍然存在很多不足,尤其是在指标体系一致性构建方面。未来,需进一步优化计量方法和技术手段,提高数据获取能力,提升生态系统服务功能评估的完整性和科学性,从而为森林生...     

小尺度森林生态功能分区研究——以台湾惠荪林场为例

基于景观生态学中结构与功能相互依存的理念 ,选定小尺度森林为研究对象 ,根据生态系统内部结构特性 ,确立森林生态功能的空间定位 ,以提高森林生态系统的功能与价值。研究首先基于森林生态系统具有生物生产、环境服务及文化支持等基本功能 ,提出上述功能应通过森林生产、教学实习、科学研究、休闲游憩和生态保护等功能区加以体现。后依据研究区环境特征进行影响因子分析 ,结合景观生态与生态规划相关理论 ,构建森林生态功能分区方案。在案例实践中 ,选择台湾惠荪林场进行研究 ,配合研究区现况 ,期望通过功能区与结构的空间调整 ,达到服务功能的优化。     

森林生态系统水源涵养功能研究进展与展望

森林的水源涵养功能是森林生态系统服务功能的重要方面,一直受到社会广泛关注。经过半个多世纪的发展,我国在认知森林的水源涵养功能及其机制、开展水源涵养功能的价值评估、服务水源涵养林的建设与管理等方面取得了一定进展。然而,在森林生态系统水源涵养功能的内涵边界、过程机制等关键层面上尚未形成统一的认知,严重限制了该领域有关研究成果的实践应用。为此,本文在综述森林生态系统水源涵养功能研究现状的基础上,审视与解析森林水源涵养功能的概念内涵、形成过程与综合特征,并基于该领域研究进展提出未来应加强的研究方面,以期服务于森林生态系统服务功能评估以及生态公益林管理等。     

林下植被的生物量分布特征及其作用

林下植被是森林生态系统的重要组成部分。研究林下植被的生物量特征及其生态作用对深入研究森林生态系统结构和功能有重要意义。本文归纳了森林林下植被的生物量分布特征与森林的类型、龄级和林分特征等因子之间的变化关系,分析了林下植被在维持森林生态系统营养元素循环、保持水土、指示森林环境状态变化、影响森林林分的生理生态特征和森林演替、保护动物的栖息地以及维持生态平衡等方面的主要生态作用。