生态系统修复国内外研究进展与展望

气候变化和人类活动的增加不仅导致生态系统退化、生物多样性丧失、生物圈资源供给能力降低, 而且极大地制约了社会经济的可持续发展。尽管在全世界范围内已实施了大量的保护工作, 但全球生态系统退化仍在继续, 逐渐成为备受关注的全球性问题。文章首先厘清生态系统修复的发展历程、相关概念与理论。其次, 归纳生态系统修复的全球议题, 涉及生态系统服务及其价值评估、生物多样性保护、应对气候变化与碳储存、自然保护地、监测体系与适应性管理、公平性与多主体参与等方面。然后, 总结我国森林、草原、河流与湿地、海洋与海岸带的生态系统退化问题与修复进展, 梳理生态保护红线、自然保护地生态系统修复和国土空间生态保护修复3种措施的进展与不足。最后, 对山水林田湖草沙一体化保护与系统治理、生态系统修复的多元融资政策与渠道、荒野生态保护修复的探索与实践、城镇生态系统修复的研究与应用以及生态系统修复对生物多样性的保护与维持等五个方面进行展望, 以期为我国进一步开展生态系统保护修复的相关研究与实践提供指导。     

基于植物多样性的生态系统恢复动力学原理

生态系统恢复动力学是生态学的重要问题.本研究利用岛屿生物地理学、植物群落演替、生物多样性维持机制及生态系统功能等有关理论,推导了生态系统恢复动力学模型,并用半湿润常绿阔叶林次生演替阶段数据作了初步验证.基于动力学模型讨论了动力学原理.结果表明,生态系统恢复的动力学过程决定于生态系统恢复力F1、干扰力F2和环境阻力F3的综合作用.植物多样性恢复速度的变率与植物种丰富度呈反比,与生态系统恢复总动力F呈正比.生态系统恢复力F1和环境阻力F3是初始物种丰富度s0、特定地理区域资源环境状况的函数.干扰力是干扰强度系数b和物种丰富度s的函数.当生态系统存在有害干扰的条件下,物种丰富度不能达到生态系统最高物种丰富度sm.动力学模型显示,初始物种丰富度s0越小,生态系统恢复过程越具有逻辑斯蒂性.建立了生态系统恢复力、环境阻力和干扰力的计算模型和植物多样性、干扰对生态系统恢复的作用模型.生态系统恢复动力模型显示,植物多样性能增加生态系统恢复力,促进生态系统稳定性.     

退化森林生态系统恢复评价研究综述

森林退化是一个世界性的问题,对退化的森林进行恢复评价是合理地进行森林生态系统管理的基础。介绍了森林退化的概念,综述了退化森林生态系统恢复评价的一般程序,主要包括恢复目标的确定、参照系的选择、评价指标体系的构建及定量评价等几个方面。目前,大多数退化森林恢复评价主要包括物种多样性、植被结构和生态学过程3个方面。其中,物种多样性包括物种丰富度和多度等;植被结构包括植被盖度、乔木密度、高度、胸高断面积、生物量和凋落物结构等;生态学过程包括养分库、土壤有机质以及生物间的相互关系等。不同的研究者或管理者由于对恢复其生态系统服务功能的需求存在差异,评价退化生态系统恢复的角度也不一样。恢复评价可以从特殊种群到整个生态系统的不同层次进行。在深刻理解森林退化定义的基础上,建立现实的目标和正确地选择参照系是恢复评价的前提。     

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…     

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。     

Restoration Ecology: Repairing the Earth's Ecosystems in the New Millennium

The extent of human‐induced change and damage to Earth's ecosystems renders ecosystem repair an essential part of our future survival strategy, and this demands that restoration ecology provide effective conceptual and practical tools for this task. We argue that restoration ecology has to be an integral component of land management in today's world, and to be broadly applicable, has to have a clearly articulated conceptual basis. This needs to recognize that most ecosystems are dynamic and hence restoration goals cannot be based on static attributes. Setting clear and achievable goals is essential, and these should focus on the desired characteristics for the system in the future, rather than in relation to what these were in the past. Goal setting requires that there is a clear understanding of the restoration options available (and the relative costs of different options). The concept of restoration thresholds suggests that options are determined by the current state of the system in relation to biotic and abiotic thresholds. A further important task is the development of effective and easily measured success criteria. Many parameters could be considered for inclusion in restoration success criteria, but these are often ambiguous or hard to measure. Success criteria need to relate clearly back to specific restoration goals. If restoration ecology is to be successfully practiced as part of humanity's response to continued ecosystem change and degradation, restoration ecologists need to rise to the challenges of meshing science, practice and policy. Restoration ecology is likely to be one of the most important fields of the coming century.     

鹤山退化草坡生态系统的自然恢复

研究了鹤山南亚热带退化草坡20a的自然恢复动态,发现群落虽有阳生乔木入侵,但仍处于草本和灌丛占优势的生物多样性较低的阶段;土壤中的有机质、水解氮、有效磷和有效钾等营养元素已基本恢复到同地带顶级森林群落的水平;虽然群落的空间结构与生物多样性尚未恢复,但其部分生态功能已经恢复,其中水土保持最先恢复,生产力等功能还需要较长的时间恢复;对于鹤山草坡这类一般退化生态系统来说,可能需要通过构建合适的人工林来加速生物多样性和生物量等指标的恢复过程,仅仅通过自然恢复是难以在较短的时间内迅速恢复其物质循环等功能的。     

河岸带生态系统退化机制及其恢复研究进展

恢复和重建自然和人为干扰导致的退化河岸带生态系统是目前恢复生态学、流域生态学等学科研究的重要内容之一．对河岸带生态系统的干扰表现在河流水文特征改变、河岸带直接干扰和流域尺度干扰3个方面,分别具有不同的影响机制．河流水文特征改变通过改变河岸土壤湿度、氧化还原电位、生物生存环境以及沉积物传输规律对河岸带生态系统产生影响;河岸带直接干扰通过人类活动及外来物种入侵而直接影响河岸带植被多样性;流域尺度干扰则主要表现在河道刷深、河道淤积、河岸带地下水位降低和河流冲刷过程改变等．河岸带生态恢复评价对象包括河岸带生态系统各要素,评价指标已从单一的生态指标转向综合性指标．河岸带生态恢复应在景观或者流域尺度上进行考虑,识别对其影响的生物和物理过程以及导致其退化的干扰因子,通过植被重建与水文调控来进行．扩展研究尺度和研究对象及采用多学科的研究方法将是今后相关研究中的重要问题．     

喀斯特脆弱生态系统复合退化控制与重建模式

以西南喀斯特地区为例,通过总结前人的研究成就和采集中国科学院亚热带农业生态研究所喀斯特生态实验站部分收集整理和试验数据,系统分析了喀斯特脆弱生态系统及其退化的机理,从\"人-自然-经济复合生态系统\"的观点出发,以干扰程度、群落类型、服务功能、土地退化和贫困状况为指标,创新性地提出了喀斯特脆弱生态系统的复合退化模式(含4个阶段),运用现代生态恢复学原理、方法和现代管理学创新理论,建立了喀斯特脆弱生态系统复合退化的控制模型.以此为基础,在喀斯特石山区、半石山区和土山丘陵区3个区域环境尺度范围内,针对性地建立了生态保护型、外向经济型和双三重螺旋3种生态恢复与重建模式,以促进喀斯特区域生态、经济、社会的全面协调与可持续发展.     

生态技术评价方法及全球生态治理技术研究

全球范围内生态退化形势严峻,生态技术在遏制生态退化进程中发挥着重要作用。长期以来,对生态技术缺乏系统研究和评价,影响了其在脆弱生态区生态治理中的应用与推广。\"生态技术评价方法、指标体系及全球生态治理技术评价\"项目(2016YFC0503700)获得国家重点研发计划\"典型脆弱生态修复与保护研究\"专项支持。该项目旨在厘清全球生态退化状况及其对生态技术的需求,建立生态技术评价指标体系与方法模型,评价国内外不同类型生态技术以及重大生态工程区和不同生态退化区域的生态技术实施效果,筛选和推介满足我国及发展中国家生态治理需求的生态技术,建立生态技术评价平台和集成系统,为推动我国生态文明建设和发展中国家生态治理提供科学支撑。     

Preliminary trial of woody debris addition on the return of invertebrates to restored bauxite mines in the jarrah forest of Western Australia

Woody debris is an important component of forest ecosystems, but its use in mine site restoration has been limited and it can be slow to build up naturally. A new technique of spreading snipped wood waste onto restored mine pits prior to seeding has been subjected to a preliminary trial at Alcoa's Huntly mine site, in the northern jarrah forest of south‐western Western Australia. We examined whether the application of snipped wood during restoration encourages the return of ground‐ and litter‐dwelling invertebrates without negatively suppressing plant establishment. Invertebrates were sampled across three seasons from experimental plots treated with 0 t/ha (control), 100 t/ha or 300 t/ha snipped wood waste. Invertebrate communities in treatment plots comprised higher numbers and diversity of wood and litter decomposers such as mites, Diplopoda, Dermaptera and Blattodea than control plots. Plant responses were variable, with wood treatment resulting in lower tree and overall plant density but having no effects on plant species richness or plant cover. Wood treatment plots were associated with higher soil nitrogen than controls. We hypothesise that the use of a fine wood treatment at the lowest rate of 100 t/ha (approximately 30% wood cover) is likely to enhance the diversity and abundance of invertebrates in restored areas, with minimal effect on plant establishment. Encouraging a diverse invertebrate fauna to recolonise restoration should help speed up succession and ecosystem functions such as decomposition and nutrient cycling, and more quickly return the land to previous ecosystem values.     

生态修复项目成本-效益动态评估

生态系统服务价值评估是全球生态学和经济学研究的热点领域,然而,多数学者在开展生态系统服务价值估算时忽略了生态系统在提供服务时所需要的成本或者仅仅计算了部分成本;生态系统服务净价值评估方法虽然对生态系统服务价值评估方法进行了改进,但没有考虑生态修复项目实施前和实施后土地景观变化引起净价值的变化,获得的结果只能反映土地利用的静态效益,不能反映生态修复项目引起土地变更的成本-收益动态变化。因此,构建基于生态系统服务和投入产出相结合的生态修复项目成本-效益动态评估新方法,是生态修复研究领域的重要科学问题。为了弥补这一领域的不足,该研究构建了生态工程成本-效益动态评估新方法,并以三北防护林、天然林保护、退耕还林工程为研究案例,验证了这一评估方法。结果表明,与项目实施前相比,三北防护林、天然林保护、退耕还林工程每年增加的净收益分别为 461.7×10⁹、2930.5×10⁹、530.1×10⁹ 元,收益率分别为29.3%、328.9%、77.0%。六种典型生态修复措施中退耕地种植经济林、荒地种植经济林和天然植被恢复能够在每个省产生净收益,荒地造林、飞播造林和退耕还林的实施会在部分地区产生损耗。依据成本-效益动态评估方法核算的结果可以帮助政府部门选择最佳土地利用和保护措施,最大限度地提高生态修复项目的生态经济效益。由于不同地区社会经济条件和资源禀赋存在较大差异,尊重区域差异因地制宜的生态修复非常必要。     

国内外主要湾区生态系统特征、修复理论与技术模式

通过总结粤港澳大湾区、东京湾区和旧金山湾区等国内外主要湾区的生态系统特征、生态修复理论和实践研究进展,在辨析生态修复概念内涵的基础上,基于Meta-Analysis及综合分析方法,分析了生态系统退化机制及驱动因子,归纳总结湾区生态修复的主要理论基础、技术模式及案例。结果表明:(1)国内外三大主要湾区的生态系统特征为森林占比最高,其次是农田和草地占比,城镇占比第三。森林一般分布在湾区外围,城镇分布在湾区内核河口三角洲附近。(2)湾区生态修复理论包括以恢复生态学、景观生态学和复合生态系统生态学为基础的三种修复理论,生态修复的类别分为补救修复、改善修复、生态恢复和复垦等。(3)湾区生态修复技术模式包括主动修复、被动修复和重建等三类技术模式。在总结梳理生态修复理论和技术模式的基础上,结合当前国内生态修复存在问题,本文提出我国和广东省开展生态修复实践的建议和展望,以期为粤港澳大湾区生态修复提供一定的理论指导。