基于SD模型的上海市湿地生态系统服务变化过程与情景研究

湿地是上海市城市生态系统的重要组成部分,但其面积在过去几十年间显著减少,影响了城市生态系统服务的供给。通过构建系统动力学模型模拟上海市湿地生态系统服务变化的过程与未来情景。研究表明:(1)该模型有效且具有实际仿真的可操作性,并可根据政策要求设定参数,对上海市湿地生态系统服务价值的变化进行模拟与预测,结果可为上海市制定湿地保护或生态规划政策提供可行性分析。(2)对4种不同"湿地面积增长率"的情景进行模拟,结果显示了未来经济以不同增速条件发展时湿地生态系统服务价值的变化:无论哪种情景,文化服务价值最高,占总价值的64%以上,且在研究时段内呈增长趋势;调节服务价值次之,呈增长趋势;供给服务价值最低,呈下降趋势。(3)到2025年,按照现行的政策,上海市湿地面积将减少至37.92×10~4hm~2,届时湿地生态系统服务价值为4711.56×10~8元,占上海市国内生产总值的20%,人均1.95×10~4元。     

基于生态保护红线管理的塔里木河流域土地利用模拟及生态效益评价

以《生态保护红线划定指南》为依据,在开展区域生态系统服务功能重要性和生态环境敏感性评价的基础上,对塔里木河流域的生态保护红线区域进行划定,并基于FLUS情景模拟、生态系统服务价值（ESV）估算、景观格局指数计算和空间自相关分析等方法,评估生态保护红线政策在塔里木河流域实施后的生态效益。研究结果表明：（1）划定生态保护红线区域总面积133721 km²,占流域总面积的13.01%,植被净初级生产力（NPP）比红线之外的研究区平均值高3.61倍,划定结果符合"以较小面积获取较大服务"的原则。（2）生态保护红线区域提供了全流域44.55%的ESV,调节服务和供给服务是生态系统的最主要功能,其中冰川湖泊贡献了生态保护红线区域52.28%的ESV。（3）生态保护红线政策情景在2030年的ESV比2015年增加了11.96%,且ESV高值面积增加了5.95%,高ESV低风险区域面积增加了6.37%,流域生态系统内部稳定,拥有较高的抵抗风险能力,生态系统结构配置最优。生态保护红线政策能够为塔里木河流域的生态系统稳定和"既要金山银山,又要绿水青山"的可持续发展提供理论支持。     

Managing riparian zones for river health improvement: an integrated approach

Riparian zones are among the most valuable ecosystems on the earth. They act as the ecological engineers that improve river health through delivering a range of ecosystem functions. Stream bank stabilization, pollutant and sediment buffering, temperature regulation, provision of energy to river food webs and communities, groundwater recharge and provision of ecological corridors and habitat for wildlife, are among major ecosystem functions of riparian zones that play a great role in river health. Besides these ecosystem functions, riparian zones also provide various ecosystem goods and services for human well-being. But in the current scenario, riparian zones are under severe threat due to agricultural activities, urbanization, river flow alteration, overexploitation, climate change, pollution, and biological invasion. In the present and probable future scenarios of declining river health and global environmental changes, there is a pressing need of an integrated approach for managing riparian zones. This review article aims to advocate an integrated approach for riparian zone management based on various components such as riparian condition assessment, policy framework, stakeholder’s participation, management practices, legislation, and awareness. Authors also discussed riparian zones in context of their concepts, features, functions, and threats.

     

生态系统服务研究在生态红线政策保护成效评估中的应用

生态保护红线政策是中国推进生态保护与建设的宏观政策,其保护成效评估是国内外关注的重大科学问题。在分析国内外生态系统服务研究进展及中国生态保护红线内涵、划定进程及管控要求的基础上,结合生态红线政策与生态系统服务研究的关联及生态系统服务研究在红线政策保护成效评估应用中面临的挑战,提出了红线政策实施效果评估的技术框架和基本思路。开展生态红线政策保护成效评估,能从科学上明确生态红线政策实施对多尺度利益相关者成本、效益的影响,为生态红线政策的综合研究提供框架和科学方法;从政策设计上,为生态红线布局进一步优化提供依据;从制度建设上,提出符合生态红线政策实施的制度框架,推动生态保护红线制度建设由理论走向实践。     

Global Scenarios: Background Review for the Millennium Ecosystem Assessment

The long-range outlook for the world’s ecosystems depends on the course taken by global development in the coming decades. Current global trends and ecological dynamics are consistent with very different outcomes, defined by alternative assumptions about the technological, economic, demographic, geopolitical, and social aspects of development and the ways in which institutions, personal and public values, and natural systems may be expected to respond to historically novel stressors. Recent advances in scenario analysis have addressed the dual methodological challenge of exploring these uncertainties in an organized way and determining what would be needed to make the transition to sustainability. This paper reviews global scenario research, setting current efforts in a historical context. It focuses on seven recent studies that are comprehensive, regionally disaggregated, and narratively rich—and thus of greatest relevance to the Millennium Ecosystem Assessment (MA). It summarizes their social visions and the level of quantitative detail used in these exercises. Taken together, this suite of global scenario studies provides a useful platform for the MA by offering insight into the complex factors that drive ecosystem change, estimating the magnitude of regional pressures on ecosystems, sounding the alert on critical uncertainties that could undermine sustainable development, and understanding the importance of institutions and values. But these studies are only a point of departure. The integration of changing ecosystem conditions into global development scenarios, as both effects and causes, is at the cutting edge of scenario analysis. The paper concludes by identifying directions for this research program and suggesting ways that the MA can contribute to this effort.     

生物多样性与生态系统服务情景模拟研究进展

生物多样性和生态系统服务情景模拟是指对未来生物多样性和生态系统服务变化轨迹的定量估计,二者相互关联并为长期、稳定的保护和恢复生态系统提供了重要科学依据。梳理生物多样性以及生态系统服务预测情景的核心观点,讨论基于生物多样性和生态系统服务情景模拟的保护决策支持途径,以期服务于我国生物多样性与生态系统服务预测研究的发展和深化。研究凝练结果如下：物种分布模型需要进行更规范的评价以明晰其对具体对象的适用性,生态系统预测模型亟待在关系结构的基础上嵌入更多的生态系统过程和社会经济过程,生态系统服务评估模型有必要强化对生物多样性、生态系统服务、人类福祉级联特征的刻画;全球气候变化驱动了未来区域生物多样性的大幅改变;土地利用则是陆地生态系统服务预测中的核心驱动变量。生态区划与区域尺度情景模拟、景观尺度下的生态安全格局构建、基于社会生态网络的社区适应三点重要展望方向将对基于情景模拟的我国生态系统保护决策提供重要的理论和实践支持。     

中国生态区划研究进展:从格局、功能到服务

在总结国内外生态区域研究的基础上,系统梳理了中国现有的生态区划方案,总结出生态特征和类型区划、生态地理和格局区划、生态功能和服务区划三大类,分别对每个区划的指标、技术、方案、特点进行了归纳,并提出了各自存在的问题。现有研究缺少面向服务供需的生态系统区划,生态制图和更新的标准化技术也存在不足。为此,提出明确不同生态区划的科学或管理目标、强调人类需求对于生态系统服务的影响、重视全球气候变化对生态系统的现实作用和未来影响、加强现代制图技术在生态区划的作用、整合现有多原则和多目标的生态分区方案等五个方面的建议。     

Global Climate Change Adaptation Priorities for Biodiversity and Food Security

International policy is placing increasing emphasis on adaptation to climate change, including the allocation of new funds to assist adaptation efforts. Climate change adaptation funding may be most effective where it meets integrated goals, but global geographic priorities based on multiple development and ecological criteria are not well characterized. Here we show that human and natural adaptation needs related to maintaining agricultural productivity and ecosystem integrity intersect in ten major areas globally, providing a coherent set of international priorities for adaptation funding. An additional seven regional areas are identified as worthy of additional study. The priority areas are locations where changes in crop suitability affecting impoverished farmers intersect with changes in ranges of restricted-range species. Agreement among multiple climate models and emissions scenarios suggests that these priorities are robust. Adaptation funding directed to these areas could simultaneously address multiple international policy goals, including poverty reduction, protecting agricultural production and safeguarding ecosystem services.     

基于生态系统服务的生态补偿政策制定探讨

生态补偿是促进生态保护、协调区域发展的有效手段,生态系统服务理论和方法为制定多元化生态补偿政策提供了科学基础,科学理解生态系统服务在解决生态补偿核心问题上的优势和不足,对于优化生态补偿政策具有重要意义,也是生态学、地理学与社会经济学等多学科交叉的研究前沿和热点。在综合分析相关研究成果的基础上,总结了基于生态系统服务的生态补偿研究技术方法,评述了相关研究和实践应用的进展和不足,并针对生态补偿的核心问题探讨了未来研究思路和方向,包括将生态系统服务流与生态补偿政策制定的结合研究,参照思路方向设计了基于生态系统服务的生态补偿政策制定流程框架,为后期相关研究提供了理论和方法参考。     

不同土地利用情景下汾河上游地区碳储量评估

陆地生态系统碳储量对预测气候变化、温室气体排放和减少等具有重要意义,而土地利用格局变化是研究陆地生态系统碳储量的基础,它直接影响陆地生态系统结构及分布情况,进而改变陆地生态系统碳储量。运用SDCLUE-S复合模型模拟了未来不同情景下汾河上游土地利用情况,并采用InVEST模型测算了不同时期下研究区碳储量情况。结果表明:2007—2017年汾河上游草地、未利用地及水体面积减少,耕地、建设用地、林地增加,自然增长情景与生态保护情景下2030年土地利用格局差异较大,耕地、建设用地、林地及水体呈相反趋势发展。2017年汾河上游生态系统碳储量和碳密度分别为58977910.98t和147.54t/hm²,与2007年相比增加了1237143.02t和3.09t/hm²。2017—2030年自然增长情景下汾河上游生态系统碳储量和碳密度显著下降,主要原因是林地、草地面积减少,建设用地增加,生态保护情景下显著增加,碳储量和碳密度分别为59142210.16t和147.95t/hm²。生态保护情景能够有效提高区域生态系统碳储量,但同时要考虑社会经济可持续发展,因此研究区在未来发展规划中应基于生态保护情景,统筹各项资源,保障经济发展。     

耦合InVEST-HFI-PLUS模型的生态分区规划与动态评估——以博尔塔拉蒙古自治州为例

生态分区规划是平衡区域生态保护与发展建设,促进区域可持续发展的重要手段。以博尔塔拉蒙古自治州为例,通过耦合InVEST-HFI-PLUS模型,在评估研究区生境质量与人类足迹指数的基础上,进行生态分区规划。利用2005年与2020年两期土地利用数据,借助PLUS模型模拟自然发展与规划保护两种情景下研究区2035年的土地利用状况,并动态评估不同情景下的生态系统服务水平,对比分析不同情景的实际效益。结果表明：(1)研究区整体生境质量较好,有56%的区域生境质量等级为高;研究区人类足迹指数呈现四周低、中部高的分布格局。(2)综合生境质量与人类足迹指数,可以将研究区划分为重点保护区、重点修复区以及适度开发区三个生态管制分区,其中重点保护区面积占比为52.8%,重点修复区面积占比为42%,适度开发区面积占比为5.2%。(3)对2035年两种情景下的土地利用模拟与生态系统服务价值评估表明,规划保护情景下生态系统服务总价值较自然发展情景下提升4.16亿元,研究区生态条件有明显改善。     

基于土地利用变化情景的生态系统服务价值评估: 以钱江源国家公园体制试点区为例

土地利用变化是生物多样性与生态系统服务变化的主要原因之一。评估土地利用变化对生物多样与生态系统服务影响对于政府决策具有重要作用。钱江源国家公园体制试点区是钱塘江的源头, 也是国家的重点生态功能区。本研究以钱江源国家公园体制试点区为研究区, 首先设计自然发展情景、规划情景、生态保护情景和开发利用情景等4种2025年不同土地利用变化情景, 随后采用InVEST模型和CLUE-S模型分析不同情景下钱江源国家公园水资源供给、涵养水源、固碳释氧、土壤保持、环境净化和生境质量等生态系统服务及其价值变化。结果表明: (1)核心保护区和生态保育区的生态系统服务价值占钱江源国家公园总价值的88.30%。(2)生态保护情景下钱江源国家公园生态系统服务价值最高, 有129.17亿元; 规划情景下生态系统服务价值次之, 有126.92亿元。(3)规划情景下钱江源国家公园水资源供给服务优于生态保护情景, 其他生态系统服务则次于生态保护情景。考虑到钱江源国家公园为下游提供重要的水资源这一功能, 将规划情景作为试点区2025年最优的土地利用变化情景。     

湖泊生态服务受益者分析及生态生产函数构建

生态系统服务管理作为生态系统管理的优化方式,是生态学研究的前沿方向。湖泊生态系统服务管理是指综合利用生态学、经济学、社会学和管理学等学科知识,对影响湖泊生态系统结构、过程、功能的关键因子进行调控,提高湖泊生态系统服务供给水平和供给能力的过程。近年来国内外学者针对湖泊生态系统服务内涵、分类、经济价值评估等方面开展了大量研究,极大地促进了湖泊生态系统服务从认知走向管理实践。然而,现有研究在开展湖泊生态系统服务价值评估时多忽略生态系统服务受益者和生态系统特征对生态系统服务的边际影响分析,无法揭示生态系统服务空间流动和转移特征及生态系统服务时空权衡关系,制约了生态系统服务研究与管理决策和政策设计结合。在综述湖泊生态系统服务定量评估方法的基础上,认为通过生态系统服务受益者分析确定湖泊生态系统最终服务,并通过构建生态生产函数确定湖泊生态系统服务权衡关系及湖泊生态系统特征对生态系统最终服务的边际影响,是生态系统服务走向管理实践和政策设计的科学依据,可以确保生态、社会、经济可持续发展。     

生态-经济发展情景下内蒙古宏观生态系统模拟与分析

内蒙古自治区是我国北方面积最大、种类最全的生态功能区,是我国北方的重要生态屏障,其宏观生态系统状况不仅关系民众生存和生计,而且关系华北、东北、西北乃至全国的生态安全。构建了1990、2000及2015年3期宏观生态系统格局与影响因子数据集;融合区域生态系统发展规划,设置了基准、生态-经济协同发展和生态-经济权衡发展三种情景;应用土地利用均衡分析模型,模拟了3种情景下2025年及2035年内蒙古六大类生态系统结构与空间格局变化。结果表明：在延续历史发展趋势的基准情景和注重经济发展的生态-经济权衡发展情景下,草地和农田生态系统在2035年均无法恢复至2000年的水平,宏观生态系统结构难以达到规划目标;在注重生态保育的生态-经济协同发展情景下,草地、森林与湿地生态系统面积增长较大,符合内蒙古构建中国北方生态屏障的战略定位。从空间上看,农田生态系统面积的减少主要集中在农牧交错带地区,该区域的退耕还草构成了草地生态系统增加的主要来源;草地生态系统面积扩张还分布在近十年来发生草地退化的区域,这与近年来通过实施"京津风沙源治理"、"草原奖补政策"等生态工程建设后内蒙古自治区原有退化的草地生态系统在逐渐恢复的趋势相吻合;森林生态系统面积增加主要集中分布在大兴安岭等几个植被恢复地;城市生态系统主要以原有城镇居民点为中心,在其周边区域呈扩散式增长,特别是在采矿场、工业用地、交通沿线附近城镇面积增加较为显著;荒漠生态系统的缩减主要发生在与其它生态系统的交界处,这与开发利用的便利性、原有生态系统的可开发潜力等密切相关。研究表明,生态-经济发展情景下的宏观生态系统的空间显性模拟是区域国土空间规划和可持续发展的重要科学依据。     

禁牧政策对宁夏盐池县农业生态系统服务影响的能值分析

农牧交错区农业可持续发展问题一直是我国区域农业研究的重要课题,以典型北方农牧交错区宁夏盐池县为例,利用农业生态系统能值分析框架,评估盐池县1991—2016年农业生态系统正反服务,揭示禁牧政策对农业可持续发展的影响。研究结果表明:(1) 1991—2016年盐池县农业投入能值和农业生态系统正反服务能值一直处于增长的趋势,禁牧政策实施以后增长速度高于禁牧之前,其中农业投入能值的增加主要是由于经济反馈能值投入的增加。(2)根据Pearson相关性分析,盐池县农业生态系统服务和反服务在0.01水平(双侧)呈显著的强正相关,农业生态系统服务和反服务具有相同的变化趋势。(3)生态环境的改善、经济反馈能值和农业灌溉面积的增加,可以增强北方农牧交错区农业抵御气候波动的能力。(4)盐池县农业可持续性高于全国和典型农区的平均水平,禁牧政策实施之前盐池县农业可持续性表现出稳定的下降趋势,而禁牧政策实施以后其可持续性表现为上升的趋势,禁牧政策的实施已初步实现农业生产的生态经济效益。     

Moving from autonomous to planned adaptation in the montane forests of southeastern Australia under changing fire regimes

Forest ecosystems and their associated natural, cultural and economic values are highly vulnerable to climate driven changes in fire regimes. A detailed knowledge of forest ecosystem responses to altered fire regimes is a necessary underpinning to inform options for adaptive responses under climate change, as well as for providing a basis for understanding how patterns of distribution of vegetation communities that comprise montane forest ecosystems may change in the future. Unplanned consequential adaptation of both natural and human systems, i.e. autonomous adaptation, will occur without planned intervention, with potentially negative impacts on ecosystem services. The persistence of forest stands under changing fire regimes and the maintenance of the ecosystem services that they provide pivot upon underlying response traits, such as the ability to resprout, that determine the degree to which composition, structure and function are likely to change. The integration of ecosystem dynamics into conceptual models and their use in exploring adaptation pathways provides options for policy makers and managers to move from autonomous to planned adaptation responses. Understanding where autonomous adaptation provides a benefit and where it proves potentially undesirable is essential to inform adaptation choices. Plausible scenarios of ecological change can be developed to improve an understanding of the nature and timing of interventions and their consequences, well before natural and human systems autonomously adapt in ways that may be detrimental to the long‐term provision of ecosystem services. We explore the utility of this approach using examples from temperate montane forest ecosystems of southeastern Australia.     

国家重点生态功能区2010-2015年生态系统服务价值变化评估

国家重点生态功能区是国家重要的生态安全屏障,其生态保护价值对维护国家生态安全具有重要意义。基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法,采用模型运算和地理信息空间分析,定量分析了25个国家重点生态功能区在实施转移支付后（2010-2015年）生态系统服务价值的时空分布格局及其变化特征。研究结果表明：（1）2015年,全国重点生态功能区生态系统服务价值呈现明显的"西北低,东南高"的分布格局。从25个重点生态功能区来看,中高值区的面积占比31.60%,个数占比60%。4类自然生态功能区的生态系统服务价值大小排序为水土保持型功能区 > 生物多样性维护型功能区 > 水源涵养型功能区 > 防风固沙型功能区。（2）2010-2015年,全国重点生态功能区的生态系统服务价值整体呈明显增加趋势,增幅为16.46%。从空间分布来看,80.14%面积的生态系统服务价值基本持衡;从分级变化特征来看,高值区、较高值区的面积增加,中值区面积减少,较低值区面积增加,低值区面积减少。（3）近5年来,25个重点生态功能区的生态系统服务价值呈增加的有21个,占比84%,而生态系统服务价值出现减少区域的变化幅度均小于1%;4类自然生态功能区生态系统服务价值均呈增加趋势,其变化幅度从高到低依次为水土保持生态功能区（1.44%） > 水源涵养生态功能区（0.22%） > 防风固沙生态功能区（0.21%） > 生物多样性生态功能区（0.08%）。生态系统服务价值整体呈上升趋势,反映出生态保护与工程建设成效明显。本文研究成果可为分类分区开展生态系统保护、改善及其效果的定量综合评估提供科学依据,为重点生态功能区管理和国家生态安全格局的构建提供有效参考依据。     

黑河流域生态系统服务价值预测及权衡分析--以张掖市为例

土地利用变化将改变区域生态系统服务的稳定供给能力,进而对区域生态稳定和可持续发展构成威胁。中国西部地区快速城镇化背景下,扩张的经济发展需求对土地利用变化产生了重大影响。以丝绸之路经济带规划的重要节点城市张掖市为例,基于土地利用变化均衡分析(CGELUC)模型及土地利用动态模拟(DLS)模型,模拟了多情景下张掖市2010-2030年的土地利用变化时空分异特征,并通过生态系统服务价值(ESV)估算、空间自相关分析等方法分析并预测了ESV及其时空演变特征,集中分析了多情景下2030年张掖市ESV各项服务间的权衡与协同关系。结果表明:(1)2010-2030年张掖市土地利用格局变化显著,建设开发情景下城镇建设用地扩张最为剧烈,建设用地增长7.41%,耕地面积减少11.05%;生态保护情景下城镇扩张最为和缓,同时未利用地减少明显,面积降低1088km²,主要向林地、草地、水域等生态用地发生转化。(2)2010-2030年张掖市ESV在基准情景和生态保护情景下分别增长6.43、13.16亿元,建设开发情景则整体仅增加1.53亿元。(3)供给、调节、支持与文化4种单项ESV,基准和生态保护情景下均呈现显著上升趋势;建设开发情景下有3项呈现缓慢的增长趋势,且该情景下供给服务则始终呈现下降趋势。(4)各单项生态系统服务协同关系明显,东南-西北轴线南北两侧区域表现为协同关系,仅有少数区域表现为权衡关系,且供给-文化服务的权衡关系较为明显。本研究可为西部城镇化快速发展地区统筹经济发展与生态保护提供科学方案。     

面向连通性提升的旱区城市生态网络优化情景——以巴彦淖尔市及其周边地区为例

巴彦淖尔市作为典型的干旱区城市,经济发展与生态保护之间的矛盾突出,生态空间的破碎化日益严重。生态网络是景观连通性视角下耦合景观结构、生态过程和功能的有效途径。基于生态系统服务重要性、景观核心区与桥接区、自然保护区、重要湖泊湿地4个层面指标选取生态源地,使用最小耗费距离方法识别巴彦淖尔市及其周边区域的潜在生态网络,并设置了3种网络优化情景进行网络优化,包括情景一增加生态"踏脚石"、情景二清除生态障碍点、情景三保护生态夹点,结合"网络构建成本"及"生境连通效果"选取最佳优化方案。结果表明,研究区当前的生态网络由24处生态源地,44条生态廊道、39个生态障碍点和41个生态夹点组成。3种情景中生态夹点的保护对生态网络连通度的改善最明显,且相对保护成本较低。研究结果对干旱区城市生态网络构建提供了方法支撑。     

多情景模拟下重庆市土地利用变化对生态系统健康的影响

模拟多情景下区域土地利用变化引起生态系统健康状况改变,对优化用地格局和保障区域生态安全具有重要意义。基于重庆市2000-2020年土地利用和生态系统健康动态演变特征,运用生态系统健康模型和斑块生成土地利用模拟(PLUS)模型模拟自然发展(ND)、生态保护(EP)和城镇发展(UD)三种情景下土地利用变化对生态系统健康的影响程度。结果表明:(1)2000-2020年建设用地扩张迅速,耕地面积减少最多,主要向林地和建设用地转移;生态系统健康状况整体呈现向好趋势,但区域差异显著。(2)2030年土地利用类型仍以耕地、林地为主,ND、EP和UD情景的建设用地规模较2020年分别增加63.59%、44.54%和100.13%,中心城区成为建设用地扩张集聚地。(3)2030年ND和UD情景的生态系统健康值较2020年均减小,建设用地增加和林地减少成为其健康退化的重要原因;而EP情景的健康值呈上升趋势,与反映生态系统健康对土地利用变化响应弹性结果相反,可见EP情景下的土地利用优化是实现区域生态系统健康可持续发展的有效途径。研究结果可为研究区生态系统保护管理与土地利用政策优化提供参考依据。