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。     

山水林田湖草沙一体化保护和修复工程综合成效评估技术框架

我国实施了诸多生态保护修复工程,取得了显著成效。然而,以往工程多以湿地、森林、草原等单一类型的生态系统为保护修复目标,缺乏区域整体性、系统性考虑。2016年以来,我国开始从完整流域的视角出发,系统考虑生态系统完整性、自然地理单元连续性和社会经济可持续性,实施山水林田湖草沙一体化保护和修复工程。该类工程保护修复目标多样、内容庞杂,因而成效评估面临子项目类型多、空间尺度多、目标维度多、项目实施周期短等诸多挑战。就空间尺度而言,评估对象既要涵盖常规评估中相对较大的、确定的空间范围,也要涵盖具有相对类似生态问题或目标的保护修复单元,以及实际采取措施的子项目;就时间尺度而言,既要考虑工程实施结束时的成效,也要考虑实施结束后的成效动态;就评估内容而言,既要关注社会、生态、经济效益,也要考察工程措施与生态效应之间的关系、不同类型子项目的关联性与协同性、工程的整体性与系统性。研究基于上述背景制定了一个新型评估框架,重点强调基于子项目、保护修复单元以及工程范围三个尺度的指标体系,以及生态、社会、经济、管理四个方面的评估内容。新的评估框架将有助于完善山水林田湖草沙一体化保护和修复工程标准体系,为推进国土空...     

科尔沁沙地“山水林田湖草沙”一体化治理原理及实施重点

“山水林田湖草沙”一体化治理现已成为干旱区生态环境建设的重要理念,目前虽已有部分重大工程项目在沙区实施,但一体化治理的科学与技术原理尚不清晰,仍未在这些工程中充分体现。鉴于此,本文就科尔沁沙地一体化治理的挑战、科学原理、技术原理与实施重点进行了论述。在科尔沁沙地,林-田、林-林、林-水、田-水、林-草、沙-水、田-草等要素关系尚不很协调,导致资源失衡、服务功能低下。进行一体化治理应遵循风沙运动规律、草地界面理论、水资源平衡理论、生物多样性维持理论、景观生态学理论和生态系统服务功能等科学原理与规律。一体化治理技术层面应突出体现水-沙关系协调、景观设计优化、防治技术与模式多方位并重、自然与人为景观兼顾、“三生”空间布局均衡等原理。一体化治理的重点应置于沙丘和防护林功能提升、农田和草地增效、湖泊生态保育、人居环境绿化美化、工程项目生态修复上。本文可为科尔沁沙地以及整个三北地区的沙区一体化生态环境建设提供参考。     

以疏勒河流域为例的“山水林田湖草”生态修复多尺度耦合框架及方法

为解决过去保护修复工程只考虑单要素、单一类型生态系统的问题,我国于2016年开展了“山水林田湖草”生态修复工程,旨在通过整体、系统、综合的方法对各类生态系统进行统筹治理。然而,目前的工程治理中仍然存在对系统内部及系统间耦合概念理解不充分、系统耦合机制不明晰、对“尺度”的关注不足、缺少科学的分析方法等问题,制约了保护修复的成效。对此,首先将多个尺度下的耦合研究方法进行归纳总结,并以国家重点冰川水源涵养区及生物多样性保护优先区——疏勒河流域为例,将耦合方法用于分析要素间、自然生态系统间的耦合关系,最后基于该实例研究,提出多尺度耦合分析框架与“升尺度”保护修复模式,以期帮助相关决策者明晰“山水工程”中要素、系统间的耦合关系,增强治理的科学性与有效性,进而推进我国社会与环境的可持续发展。     

山水林田湖草沙一体化保护和修复工程与景观生态学

我国山水林田湖草沙生命共同体及其保护和修复工程的理论研究和实践正逐渐开展,需要系统的学科理论支撑,景观生态学作为地理学和生态学的交叉科学,能够以其宏观空间理论和技术体系满足这一需求。本文将景观生态学作为山水林田湖草沙一体化保护和修复工程的支撑学科,首先,明确了山水林田湖草沙生命共同体是镶嵌的异质景观、具有景观的所有特征并遵循景观生态学原理;其次,阐述了景观生态建设理论如何应用于山水林田湖草沙一体化保护和修复工程的规划和评价;最后,总结景观生态建设研究的新趋势,提出待解决的理论和实践问题,并论述山水林田湖草沙一体化保护和修复工程如何为解决这些问题提供广阔的研究空间。景观生态学和山水林田湖草沙一体化保护和修复工程实践相结合,将为实现我国乃至全球生态、经济、社会可持续发展提供极为有效的途径。     

“山水林田湖草生命共同体”要素关联性分析——以长白山地区为例

对“山水林田湖草生命共同体”各要素相互关系的深入理解是对其实行保护、系统治理的重要基础。本研究以长白山地区为研究对象,利用空间叠置分析法定量分析该地区“山水林田湖草生命共同体”各要素间的关联性,解构各要素的关系以及相互影响程度,并量化其依存关系。研究结果显示：研究区内各市人口数量、城镇面积与耕地面积呈显著正相关关系（人口数量：R²=0.789,P < 0.05; 城镇面积：R²=0.863,P < 0.05）;耕地的分布与地表水体的分布具有较高的空间相关性（r=0.812）,两者的数量关系也呈显著正相关（R²=0.96,P < 0.01）;区内河流分布、土壤类型与地形、地貌密切相关;区内各市水土流失面积与其森林覆盖率呈显著线性负相关关系（R²=0.824,P < 0.05）。由此可见,6个要素之间存在很明显的依存关系。因此,长白山地区“山水林田湖草生命共同体”的保护与修复应该重视各要素之间的联系,针对其系统性和整体性特征实施相应的保护和治理。     

基于生态系统服务的山水林田湖草生态保护修复研究——以南太行地区鹤山区为例

开展山水林田湖草生态保护修复是生态文明建设的重要内容,将生态系统服务评价成果与山水林田湖草生态保护修复工程相结合,以国家第三批山水林田湖草生态保护修复试点-河南省南太行地区鹤山区为例,探究生态系统服务评价成果在区域山水林田湖草生态保护修复中的应用。结果表明,近年来鹤山区生态系统服务价值整体呈下降趋势且生态环境破坏严重。其中,2014-2017年鹤山区各土地类型二级服务ESV减少了303.95万元。研究期内,水资源供给、气体调节功能、气候调节、净化环境、水文调节、土壤保持、生物多样性和美学景观等8项生态服务价值都出现不同程度的下降;在鹤山区生态保护修复工作中需要重点关注生态系统的水文调节、净化环境、土壤保持和生物多样性等服务功能,相应的生态保护修复工程应集中在河道生态修复与湿地保护、矿山生态环境修复与土地整治、森林及生物多样性保护修复;鹤山区山水林田湖草生态保护修复工程能够提升区域生态服务价值。其中,工程实施后的生态系统服务价值总量预计能达到36407.95万元,比2017年增加7741.96万元,增长率为27%且各项生态服务价值均有提升。研究结果对鹤山区山水林田湖草生态保护修复工程的实施有一定的指导性作用。     

不同类型生态补偿在山水林田湖草生态保护与修复中的作用

生态补偿作为环境政策工具在环境保护和修复中发挥着重要作用,对山水林田湖草生态保护与修复也将起到支撑作用。通过梳理政府出资的生态补偿、市场化生态补偿以及政府和社会资本合作的生态补偿对山水林田湖草生态保护与修复的作用、实现的方式、适用的山水林田湖草生态保护与修复类型等,认为：政府出资的生态补偿,是山水林田湖草生态保护与修复的基础资金来源,尤其是针对在生态保护红线以内进行的生态保护与修复活动,市场主体无法通过生态保护与修复而实现营利,这时主要靠政府出资的生态补偿来实现生态保护与修复。市场化生态补偿是政府主导的生态补偿之外的重要手段,主要适用于能创造经济效益的生态保护与修复项目,它对于缓解财政支出压力,拓宽生态修复资金渠道和增加资本市场投资渠道都具有重要作用,是生态保护与修复融资的重要发展方向。政府与社会资本合作,可以充分发挥政府的统筹协调作用与市场的资源配置作用,各取所长,相互配合,共同致力于生态保护与修复。     

基于生态系统评价的山水林田湖草生态保护与修复体系构建研究——以乌梁素海流域为例

山水林田湖草系统保护与修复工程实施的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。从乌梁素海流域山水林田湖草的生态现状与功能出发,对乌梁素海流域水土流失、土地沙化等生态敏感性及土壤保持、水源涵养、生物多样性等生态功能重要性进行系统评价,形成基于生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果。以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,以乌梁素海流域生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果为基础,制定了“一中心、二重点、六要素、七工程”的乌梁素海山水林田湖草生态保护与修复体系,并基于此将乌梁素海流域生态保护修复分为6个主要治理区域,形成“四区、一带、一网”的生态安全格局,通过具体工程实施,流域生态环境质量和生态服务能力将取得明显提升,防风固沙能力有效增强,生物多样性持续改善,水环境质量稳定达标,生态系统的稳定性明显加强。通过乌梁素海流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复关键区域的识别提供了定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径。     

小兴安岭——三江平原区生态问题辨析及山水林田湖草保护修复策略

为探讨山水林田湖草系统治理策略,实现生态系统服务价值的综合提升,以黑龙江省小兴安岭—三江平原区为研究对象,在分析研究区不同土地利用类型变化的基础上,基于不同土地利用类型的生态服务价值的变化,识别其面临的主要生态环境问题,提出研究区开展生态保护修复的策略。研究结果表明:(1)2005—2015年,小兴安岭—三江平原区耕地面积持续增加,林地、草地和湿地的面积持续下降,土地利用结构失衡。耕地面积主要由林地和草地转入,且主要分布在三江平原东部;(2)研究区生态系统服务价值从2005年的519.47亿元下降至2015年的495.71亿元。其中生物多样性以及土壤保持功能下降最为严重。土地利用类型的急剧变化,导致区域生态系统出现供给服务失衡、土壤保持和生物多样性功能下降及黑土退化等生态环境问题;(3)研究区山水林田湖草保护修复需突破行政边界的限制,合理规划工程布局,建立科学的评价体系和完善的监管制度;同时,需关注区域农田土壤质量变化,突出黑土地作为珍稀自然资源在山水林田湖草生态系统中的重要性。     

基于生态系统服务视角的山水林田湖草生态保护与修复——以洞庭湖流域为例

山水林田湖草系统保护与修复的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。基于山水林田湖草生命共同体理念,以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,提出生态系统服务视角下的山水林田湖草系统治理框架,以实现流域生态系统整体保护、质量提升和格局优化。基于该框架,以洞庭湖流域为例,通过流域生态系统格局、生态系统质量状况分析、流域生态系统服务重要性评估和生态问题识别,构建流域生态安全格局,为实现可持续的山水林田湖草生命共同体提出系统保护与修复布局建议。通过洞庭湖流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复重要区域的识别提供了可借鉴的指标和定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径。     

粤港澳大湾区水生态修复及展望

水是生态系统物质循环和能量流动的重要纽带,水生态系统修复在区域生态系统修复中起到关键作用。粤港澳大湾区剧烈人类活动对江河湖库生态系统造成破坏和干扰,江河湖库污染严重,水生物减少,导致流域水生态服务功能退化甚至丧失;从生态修复科学内涵出发,判断湾区水生态系统健康状况已处于非生物控制跃迁阈值之下;针对该形势,从工程建设、水环境治理、空间规划和管理机制四个方面,梳理湾区近期开展的与水生态修复相关的水生态文明建设、水污染防治行动计划、水生态空间划定和推进河长制等工作,并对其中用到的技术、指标和制度进行条理;然后以茅洲河流域综合治理和广东万里碧道作为水生态修复的点、面代表,从水生态修复的整体目标、采用的技术措施、效果评价的指标体系和管理制度方法等方面分析当前的工作现状;总结湾区现状水生态修复工作,认为湾区水生态系统的非生物修复阶段基本结束;基于生态系统修复理论结合湾区江河湖库生态系统特点,提出适合湾区的水生态修复框架,讨论水生态系统修复面临的问题和未来工作的展望,为大湾区水生态修复提供直接依据。     

Coupling dynamic models of climate and vegetation

Numerous studies have underscored the importance of terrestrial ecosystems as an integral component of the Earth's climate system. This realization has already led to efforts to link simple equilibrium vegetation models with Atmospheric General Circulation Models through iterative coupling procedures. While these linked models have pointed to several possible climate–vegetation feedback mechanisms, they have been limited by two shortcomings: (i) they only consider the equilibrium response of vegetation to shifting climatic conditions and therefore cannot be used to explore transient interactions between climate and vegetation; and (ii) the representations of vegetation processes and land-atmosphere exchange processes are still treated by two separate models and, as a result, may contain physical or ecological inconsistencies. Here we present, as a proof concept, a more tightly integrated framework for simulating global climate and vegetation interactions. The prototype coupled model consists of the GENESIS (version 2) Atmospheric General Circulation Model and the IBIS (version 1) Dynamic Global Vegetation Model. The two models are directly coupled through a common treatment of land surface and ecophysiological processes, which is used to calculate the energy, water, carbon, and momentum fluxes between vegetation, soils, and the atmosphere. On one side of the interface, GENESIS simulates the physics and general circulation of the atmosphere. On the other side, IBIS predicts transient changes in the vegetation structure through changes in the carbon balance and competition among plants within terrestrial ecosystems. As an initial test of this modelling framework, we perform a 30 year simulation in which the coupled model is supplied with modern CO₂ concentrations, observed ocean temperatures, and modern insolation. In this exploratory study, we run the GENESIS atmospheric model at relatively coarse horizontal resolution (4.5° latitude by 7.5° longitude) and IBIS at moderate resolution (2° latitude by 2° longitude). We initialize the models with globally uniform climatic conditions and the modern distribution of potential vegetation cover. While the simulation does not fully reach equilibrium by the end of the run, several general features of the coupled model behaviour emerge. We compare the results of the coupled model against the observed patterns of modern climate. The model correctly simulates the basic zonal distribution of temperature and precipitation, but several important regional biases remain. In particular, there is a significant warm bias in the high northern latitudes, and cooler than observed conditions over the Himalayas, central South America, and north-central Africa. In terms of precipitation, the model simulates drier than observed conditions in much of South America, equatorial Africa and Indonesia, with wetter than observed conditions in northern Africa and China. Comparing the model results against observed patterns of vegetation cover shows that the general placement of forests and grasslands is roughly captured by the model. In addition, the model simulates a roughly correct separation of evergreen and deciduous forests in the tropical, temperate and boreal zones. However, the general patterns of global vegetation cover are only approximately correct: there are still significant regional biases in the simulation. In particular, forest cover is not simulated correctly in large portions of central Canada and southern South America, and grasslands extend too far into northern Africa. These preliminary results demonstrate the feasibility of coupling climate models with fully dynamic representations of the terrestrial biosphere. Continued development of fully coupled climate-vegetation models will facilitate the exploration of a broad range of global change issues, including the potential role of vegetation feedbacks within the climate system, and the impact of climate variability and transient climate change on the terrestrial biosphere.     

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。     

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.     

国土空间生态修复与保护空间识别——以北京市为例

构建国土空间修复与保护识别体系可以有效实现区域生态系统修复与保护,然而,当前国土空间生态修复与保护研究和规划缺乏从系统性和完整性的角度识别关键生态修复与保护区。因此构建了系统的生态修复与保护空间识别方法,以实现区域协调发展、保障区域生态安全。基于该方法,以北京市为例,通过评估生态系统服务、生态系统质量和生态问题,构建生态修复与保护空间格局。研究结果表明：(1) 2000—2015年生态系统服务和质量退化区主要集中在平原区和密云水库北部,面积为760.4 km~2;生态系统质量低下区主要分布在西南部山区和东北部山区,面积为4925 km~2;水土流失问题区零星分布在山区,面积为130.1 km~2;基于以上三者的北京生态修复建议区总面积5606 km~2。(2)建议北京生态保护区6391 km~2,主要分布在北部山区和西南部山区,保护了79.63%的水源涵养功能,74.97%的土壤保持功能,58.79%的洪水调蓄功能和60.3%的自然栖息地。本研究构建的生态修复与保护空间识别方法体系,为北京生态修复和保护规划与生态安全格局构建提供科学依据,还可以为其他地区的生态修复与保护规划提供参考。