城市生态系统的动力学演化模型研究进展

从系统分析出发,对城市生态系统的动力学演化模型的发展历程、建模的方法和步骤过程、软件开发方法和目前的模型软件等进行了总结。归纳了城市生态系统的动力学演化建模的方法,主要包括模型定义、模拟、实现、验证、分析和应用等六大步骤。目前国内外用于城市生态系统动力学演化模型的主要方法有：基于数理模型的方法、生态控制论和灵敏度模型、系统动力学模型、多目标规划法等。已经开发的用于城市生态系统的动力学模拟的软件可以划分为两类：基于土地利用和交通规划的专业模型和基于系统动力学和灵敏度模型的一般软件。总结了常用的城市演化模型软件,讨论了模型的研究对象和应用范围。分析了城市生态系统的动力学演化模型建模的不确定性的来源,并指出：向宏观和微观两极化发展是城市生态系统动力学演化模型的发展趋势之一,而与人工智能和地理信息系统等新方法的集成是发展的另一趋势。城市生态系统动力学演化模型的开发前景在于对不确定性问题的定性、定量分析,而多模型的耦合和集成是发展的必然趋势。     

城镇化与生态系统服务的协调演化特征及空间耦合关系

生态系统服务作为连接自然环境与社会经济的桥梁与城镇化耦合协调关系的研究备受瞩目。以中国333个城市为研究单元,通过综合评价指标体系计算了2010年、2015年的城镇化水平与生态系统服务能力,同时分析了两者的时空演变特征,最后采用空间计量模型探索了生态系统服务与城镇化之间的关系。研究显示:(1)全国城市的城镇化水平呈现\"东高-西低,南高-北低\"的空间格局,均值由2010年的0.0792增加到2015年的0.0987,增长了24.62%,大部分城市仍处于萌芽发展阶段,仅上海市和深圳市进入高度发达阶段;(2)全国城市的生态系统服务能力呈现\"东南高-西北低\"的空间格局,均值由2010年的0.2542升高到2015年的0.2621,提高了3.11%,但有81个城市的均值由2010年的0.1201下降至2015年的0.1183,降低了1.50%,形成了恶化形势显著的空间聚集特征;(3)城镇化综合得分及人口、土地和经济城镇化的空间误差模型估计系数分别为-0.1303、-0.2019、-0.2404和0.1946,经济发展或已成为改善生态系统服务的有力抓手。据此我们建议,城市发展应加强生态空间统筹管理...     

长江经济带农田生态系统碳水足迹耦合协调与时空演化

节水、降碳是长江经济带农业可持续发展面临的主要挑战,对农田生态系统的碳水关系进行耦合研究,有助于明确农业水资源的可持续性和厘清农业碳排放的规律,为农业生产水资源管理和低碳可持续发展提供决策支持。从碳水关联视角出发,基于碳水足迹理论,引入足迹广度与足迹深度对2011-2020年长江经济带农田生态系统碳水足迹进行评价,并利用耦合协调度模型对农田生态系统的碳水足迹耦合关系进行探究。结果显示:(1)长江经济带农田生态系统处于碳赤字、水盈余阶段,四川省碳赤字水平最高,湖南省水盈余指数最高。(2)长江经济带农田生态系统碳足迹广度整体呈现\"先增长后下降\"的趋势,四川省最高,上海市最低,且高值区主要集中在长江经济带上游;除贵州省外,其余省份碳足迹深度均等于1,无需动用存量资本。水足迹广度整体呈波动下降趋势,江苏省最高,上海市最低;除江苏省外,其余10省份水足迹深度均等于1,无需动用水资源存量资本。(3)长江经济带农田生态系统碳足迹与水足迹的耦合协调度逐年上升;从时间维度来看,整体耦合协调度还不够高;从空间维度来看,碳水足迹耦合协调度均值呈\"上游>中游>下游\"的分布特征。(4)长江经济带碳水足迹耦合协调发展水平存在空间依赖,空间关联性存在不稳定性,波动较大,主要表现为高-高集聚区数量增多,高-低集聚区减少,低-低、低-高集聚区较为稳定。     

区域生态系统景观结构演化定量评价方法

为了在更宏观层次上评价人类活动对区域生态系统景观格局的影响 ,设计了一种三角图方法。根据自然景观指数、半自然半人工景观指数和人工景观指数的相对比例及其变化 ,该方法把区域生态系统分为 4种景观结构类型以及 6种变化趋势 ,即自然型景观、半自然半人工型景观、人工型景观和混合型景观 ,自然化 -人工化趋势、自然化趋势、自然化 -半自然半人工化趋势、半自然半人工化趋势、半自然半人工化 -人工化趋势和人工化趋势 ,这些景观结构类型和变化趋势分别对应于三角图中的不同区域和演化方向。青岛城阳区、深圳龙华区及海口市的应用实例表明 ,该方法原理简单 ,计算简便 ,结果直观 ,可以很好地用于在较宏观层次上分析人类活动对区域景观格局的影响     

中国喀斯特天坑演化及植被生态系统研究进展

喀斯特天坑(Tiankeng)是近年来在喀斯特地区发现的一类深陷地表的负地形地质奇观,由于受到四周岩壁的圈闭作用及地形的约束,喀斯特天坑内部形成了一种绝无仅有的原始小气候,孕育了丰富独特的动物、植物和微生物资源。该文在系统梳理前期天坑研究文献的基础上,以天坑植被生态系统研究为重点,兼顾天坑分布和演化规律,综述了天坑在这些方面的主要研究进展和新的认识,进而分析了目前天坑研究中存在的问题。围绕上述天坑研究领域,提出了天坑研究未来发展的5个研究方向:(1)系统性、大尺度和多学科联合探究天坑成因及其植被生态系统的演化规律;(2)天坑内生物资源对坑外荒漠化地区生态修复作用及其机制;(3)天坑土壤微生物分布规律及其与植物互作机制;(4)环境变化对喀斯特天坑生态系统的影响效应;(5)旅游开发对天坑植被生态系统的影响评估。     

生态系统的脆弱性与退化生态系统

生态系统的脆弱性是一个含义广泛的概念,是生态系统内固有的特性,脆弱性只能在干扰的状态下才显现出来．而干扰（包括自然干扰和人为干扰）又是引起退化生态系统的原因,种类的入侵和消亡、种类组成的变化、生态系统的多样性和稳定性、生产力、生态位的分化及生态系统小环境变化则是研究退化生态系统形成和恢复的重要内容,本文探讨脆弱性与退化生态系统诸方面的关系以及在植被恢复上的应用．     

粤港澳大湾区生态系统服务时空演化及其权衡与协同特征

打造国际一流湾区和世界级城市群的粤港澳大湾区,生态保护、环境优化与城市发展、经济开放具有同等重要地位,掌握其城镇化过程中生态系统及其服务变化状况有助于科学合理、有针对性的制定生态保护修复相关政策。基于2000—2015年粤港澳大湾区生态系统宏观格局变化,分析了大湾区生态系统生产力、水源涵养、土壤保持服务的时空演化特征,进而探讨了供给与调节服务之间的权衡与协同关系。结果表明:(1)森林与农田是大湾区的主体生态系统,面积占大湾区国土面积的54.1%和22.8%,近15年由于城镇面积快速增长(增幅达68.6%),导致森林、农田、湿地面积不断减少。(2)基于净初级生产力的供给服务量和土壤保持量整体上均呈现轻度增加趋势,特别是江门、肇庆等生态服务主要提供区域;东南部最高、北部次之、中部偏低的水源涵养量,除西北部呈现增加趋势以外,其它区域皆呈现减少趋势;城镇扩张是生态系统供给、调节服务明显减少的主要影响因素。(3)大湾区生态系统供给服务与水源涵养、土壤保持调节服务之间的相关关系均以协同为主,然而,在大湾区东北部和南部的广州、惠州、江门等区域呈现明显的权衡关系,提示大湾区发展过程中,需要在这些呈现权...     

云南程海湖泊生态系统演化的摇蚊亚化石沉积记录

通过对程海沉积岩芯摇蚊亚化石组合的分析, 结合210Pb、137Cs 年代测定和沉积物TOC、TN、粒度指标, 探讨了近200 年来程海摇蚊属种组合变化及其对湖泊环境演化过程的响应, 揭示了人类活动对湖泊生态系统的影响。结果表明: 1920 年之前, 程海营养水平较低, 摇蚊属种组合以Procladius sp.为主; 1920 至1990 年, Procladius sp.逐渐减少,而耐营养种Chironomus plumosus-type 增加, 营养水平上升; 1990 年末期后, 受农业化肥使用、藻类养殖等人类活动的影响, 湖泊营养水平显著增加, Procladius sp.相对丰度急剧减少, 而Chironomus plumosus-type 急剧增加, 取代Procladius sp.成为优势种。程海近200 年沉积记录研究表明1970 年前湖泊的环境状态基本接近人类干扰前的状态, 可作为该湖科学管理与治理的基准环境。     

中国海洋渔业产业生态系统脆弱性时空演化及影响因素

海洋强国战略以及蓝色农业计划的实施亟需加强海洋渔业可持续发展。以脆弱性为切入点,采用三轴图法剖析中国海洋渔业产业结构,从敏感性、应对能力两方面构建海洋渔业产业生态系统脆弱性指标体系,运用Topsis法和障碍度模型分析2001—2015年中国海洋渔业产业生态系统脆弱性时空演变特征及其影响因素。结果表明:①2001—2015年中国海洋渔业产业结构单一且长期处于初级阶段;②时间维度上,以2008年为节点中国海洋渔业产业生态系统脆弱性呈现由小幅波动向大幅提升转变的阶段性特征;③空间维度上,中国海洋渔业产业生态系统脆弱性空间分布呈现南高北低的集群化特点,依据系统脆弱性等级演变轨迹将中国海洋渔业产业生态系统脆弱性划分为\"U\"型、\"线性上升\"型、\"波浪\"型、\"平稳\"型脆弱性演化结构;④增强海洋渔业近海海域环境整改力度、优化海洋渔业产业结构、发展远洋渔业、加强海洋灾害预警、引进先进科技设备和优秀专业人才是降低中国海洋渔业产业生态系统脆弱性的有效措施。     

埃三极(Exergy)理论──生态系统研究的一种新方法

埃三极（Ｅｘｅｒｇｙ）理论生态系统研究的一种新方法孙平跃陆健健（华东师范大学河口海岸国家重点实验室,上海２０００６２）ＥｘｅｒｇｙＴｈｅｏｒｙ：ＡＮｅｗＭｅｔｈｏｄＦｏｒＥｃｏｓｙｓｔｅｍＲｅｓｅａｒｃｈ．ＳｕｎＰｉｎｇｙｕｅ,ＬｕＪｉａｎｊｉａｎ（...     

森林生态系统发展和植物种群变化的热力学过程

随着生态学的发展,人们对自然生态系统的认识逐渐从对自然现象的记录、描述,发展为对机制的系统认识。热力学定律为人们提供了认识系统发展规律的理论基础,但在生态系统中的应用还处于起步阶段。基于前人关于生态系统可用能的研究。探讨了森林生态系统和植物种群变化的热力学过程。在生态系统水平上,把可用能耗散分为了植物耗散和环境耗散两个部分,并探讨了这两个过程之间的关系。第一次明确地提出蒸散是植物耗散的主要部分。在植物种群水平上,“可用能储存”与“可用能耗散”是决定植物竞争力的关键因子,在同一区域相同条件下,拥有更大可用能耗散能力的物种应当被优先选择。因此,群落中的优势物种应当比同层次的伴生种具有相对高的生长速度和更强的蒸腾能力。研究试图在热力学理论体系与实际生态系统的生理生态过程之间建立了纽带和桥梁,为开展森林生态系统的健康评估、深刻认识植物与环境的关系、以及评价物种竞争能力提供新的理论视野。     

Estimation of ecological exergy using weighing parameters determined from DNA contents of organisms – a case study

We studied the changes of exergy and specific exergy with data of benthic macrofauna communities, periodically sampled along an estuarine gradient of eutrophication in the Mondego estuary (Western Portugal). Exergy estimates were calculated from organism biomass, based on weighing factors for the relative content of exergy per unit of biomass determined from DNA contents of organisms. Results were discussed in terms of both the macrofauna biomass production and the structural organisation of the system. Estimates for the exergy indices provided useful indications for the evaluation of environmental impact due to the eutrophication process. Different average values for the indices of exergy and specific exergy were estimated relatively to areas with different levels of eutrophication, in the spatial gradient of eutrophication. Higher exergy levels and lower exergy content per unit of biomass (specific exergy) were associated to populations more stabilized or areas less perturbed. Additionally, the index of specific exergy seemed capable of providing indications for the qualitative alterations in the communities (in temporal and spatial terms) that go in the direction of the observations made in this ecosystem.     

海岸带生态系统健康评价中能质和生物多样性的差异——以江苏海岸带为例

生态系统健康评价是生态系统保护和监测研究的重要内容,该过程迫切需要综合性强、准确性高的指标,能质和生物多样性指标都是生态系统健康评估中的有效指标.以江苏省海岸带游泳和底栖生物群落为对象,沿海岸线从海州湾到长江入海口北岸选取15个站点,调查研究江苏省海岸带生态系统能质和生物多样性及其空间分布格局.结果表明:江苏海岸带除了中部地区能质和结构能质值较一致(都偏小)外,南北差异明显,生物多样性指数空间分布情况为南部Margalef指数略大于北部,中部较小,Shannon Wiener和Simpson指数空间分布都为南部＞中部＞北部;能质与生物多样性指标在高级生态系统中反映的生态系统健康状态一致,在中低级生态系统中差异明显;能质与生物多样性指标关联程度低,前者的测算侧重于生态系统中物种的等级,后者的测算侧重于物种的数量;总结能质和生物多样性指标在理论支撑、建立理论视角、与生态系统健康对应关系、应用模型以及局限性等方面的差异,研究结果在一定程度上可以丰富和完善生态系统健康评价研究理论与方法体系.     

生态流的构成和分析方法研究综述

人类活动带来的生态环境和土地利用变化是全球变化研究的重点内容之一。在复杂的自然生态系统中,各组分之间的物质循环、能量流动和信息传递通常以流态形式来表达,其路径、方向、强度、速率等对生态系统产生重要影响。系统分析了生态流的起源与发展,从能流、物质流和信息流三方面对生态流进行了解构,并对相关原理和分析方法进行了总结和述评。在现有研究基础上,以典型半人工半自然的农田生态系统为例,通过生态网络连接度等指标与纯自然生态系统对比分析生态流的流向、路径和强度等,人类活动增强了生态系统的灵活度,但扰乱了原有的稳定性。生态学家一直专注于研究适用于统一计算生态流的方法,其量化已具有一定的研究基础,但仍存在许多问题,在以后的研究中仍需系统地深入探索。     

Exergy作为生态学指标用于底栖动物群落恢复监测

Exergy作为热力学指标是指系统从给定状态到与其周围介质达到热力学平衡所需做的最大功,Exergy概念被生态学家借鉴应用于生态系统的研究,使它有了生物学的含义。应用Exergy作为生态指标,用于指示崇西潮滩湿地生态工程中受到干扰的大型底栖动物群落结构的复杂的恢复过程。用BACI（before versus after,control versus impact）方法进行底栖动物采样,根据（a）TV同食性类群的代码基因数;（b）储存在有机体基因内的信息;（c）种水平上的基因组尺度（C值）作为参数估算局域Exergy。结果显示工程区的Exergy值在工程干扰后9d时降到最低,接着工程区大型底栖动物群落的Exergy值逐渐与周围对照区趋向平衡。270d后,工程区的大型底栖动物群落得到恢复。3种不同方法估算的区域Exergy值表现出极为相似的动态趋势,进一步证实了用基因组尺度数据估算Exergy的可行性和优越性。研究表明Exergy指标不但适用于干扰后底栖动物群落恢复过程的监测,而且适合更广泛的生物系统研究。用周边对照区作为计算受干扰群落的局域Exergy值的动态参考比用历史资料更合适。     

提升生态系统质量和稳定性的生态学原理及技术途径之探讨

提升生态系统质量和稳定性是国家生态环境建设的迫切任务,但生态系统质量及其稳定性的生态学原理是亟待阐述的生态学难题。本文在梳理生态系统质量和稳定性的影响因素及其相互作用关系基础上,从生物集聚与结构嵌套的自组织、生态要素关联及生态过程耦合、生态系统整体性及功能涌现、生态服务外溢及功效权衡、资源供给能力和环境适宜性的协同互作、自然变化和人类活动交互影响等视角,论述了生态系统质量及其稳定性演变的生态学原理,并围绕生态系统宏观格局调整、自然保护地体系建设、区域复合生态系统综合管理、退化生态系统恢复、受损生态系统重建、典型生态系统过程管理等层级,提出了提升生态系统质量及其稳定性的技术途径与管理策略。