区域生态系统健康评价——研究方法与进展

生态系统健康评价是当前宏观生态学与生态系统管理研究的热点问题之一,区域尺度的生态系统健康评价则是生态系统健康评价研究的一个重要发展方向。在探讨生态系统健康时空尺度特征的基础上,明确界定了区域生态系统健康及其评价等相关概念,结合目前区域尺度生态系统健康评价的相关研究进展,从评价的区域类型、目标单元、模型方法、指标选取及其阈值、权重设定等方面探讨了区域生态系统健康评价的基本原理与方法,并展望了进一步研究的重点方向,即评价结果的多尺度综合与尺度转换、景观生态学理论与方法的应用、3S技术的综合应用等理论与技术问题。     

生态系统健康研究进展

健康的生态系统一般被视为环境管理的终极目标,进行生态系统健康研究对探索区域与生态系统可持续发展具有重要意义。随着国际生态与健康学会(International Association for Ecology and Health)的解体,生态系统健康研究视角出现转型。系统梳理了近年来国际上有关生态系统健康概念及其评估方法、指标的新进展,通过文献统计和重要文献引用揭示了国际生态系统健康研究的发展历程,提出了从生态系统健康到生态健康再到生态文化健康的三大核心框架发展阶段,生态系统健康的研究对象和范围正在不断扩充。资源环境研究领域是国内研究者应用生态系统健康概念与方法的优势领域,在区域尺度上评价生态系统的健康更贴近资源环境和社会文化交互作用的复合表征理念。因此,我国生态系统健康研究的趋向不仅应包括在生态系统尺度上研究的继续深化,也应包含对生态文化健康概念的完善与应用,并发挥地理-生态视角的区域集成研究优势,从而有效指导区域生态与环境政策制定与实施。     

湿地生态系统服务价值评估的空间尺度转换研究进展

湿地生态系统服务取决于一定空间尺度中的生态系统结构和生态过程,而人类从湿地生态系统获得利益的大小也与其空间尺度有着密切联系。同时,湿地生态系统服务价值评估的空间尺度转换问题也一直是整个湿地生态学研究中的热点和难点之一。在分析湿地生态系统服务空间尺度特征的基础上,提出了湿地生态系统服务价值评估研究中空间尺度转换的概念,即是指通过一个已经有的、与被估算湿地生态系统相似的更大空间范围的或更小空间范围的另一湿地生态系统的价值来估算该湿地生态系统的价值量的过程。介绍了常用的空间尺度转换的方法,主要包括成果参照法和空间模型分析两种方法,成果参照法又包括数值直接外推法和调整函数参照法(Meta分析法)。对目前空间尺度转换研究中存在问题进行总结,并对未来的研究进行了展望。     

区域尺度生态修复空间辨识研究进展

区域尺度辨识生态修复空间是进行生态恢复与重建的重要前提,对区域生态文明建设和可持续发展具有重要作用。如何构建科学合理、面向政策和民众需求的生态修复空间辨识指标体系,目前已成为生态学研究的热点问题之一。系统梳理生态空间评价理论,综合构建生态修复空间辨识框架,包括评价对象的选择、评价指标筛选的原则、指标体系构建的主要方法和评价指标权重设定等方面,在区域生态评价的基础上,强调政策目标、民众需求,构建了生态质量、生态系统服务、生态系统健康3个方面18个指标,能够较全面反映区域生态空间主要特征,以期为构建区域尺度生态修复空间辨识指标体系提供参考,为生态恢复和重建提供科学依据。研究还展望了区域尺度下生态修复空间辨识的重点发展方向,即加强复合生态系统理论的应用,统筹社会、经济、自然因子开展综合评价,并推动多尺度评价结果的融合与应用。     

区县生态系统健康评价方法——以东莞市各镇区为例

现有城市生态系统健康研究多集中在城市及城市群层面，未能深入探究城市内部特征。鉴于此，聚焦区县生态系统健康状况，进一步探究城市内部的健康分布特征；提出了"发展水平-服务功能-抵御干扰-自我维育"四维区县生态系统健康评价框架，并建立了相应的多层级指标体系，构建了区县生态系统健康评价模型；在分析区县生态系统健康变化过程及空间分异特征的基础上，识别区县生态系统健康的主要贡献因子。针对东莞各镇区的研究结果表明：1995-2015年间，各镇区生态系统健康状态总体趋于恶化，其中西南地区生态系统的退化比东南地区更为明显。自我维育对各镇区生态系统健康变化具有重要影响，主要瓶颈在于快速发展过程中土地资源的稀缺及较低的利用效率。对区县生态系统健康的研究可以帮助决策者了解城市生态系统复杂的内部特征，在此基础上更好地平衡区域发展、维护城市生态系统健康。     

Spatio-temporal variations of ecosystem health in the Liuxi River Basin,Guangzhou, China

Ecosystem health is an important research topic. Several studies have mainly focused on ecosystem health assessment (EHA) on a large or medium scale, with only a few studies using small grids as research units. Based on the Vigor–Organization–Resilience–Services (VORS) model, which can adequately compute multiple ecosystem values for each land use type, this study used a scale with a 250 m × 250 m grid as the spatial research unit to quantitatively and dynamically assess the ecosystem health and analyze its spatial implications in the Liuxi River Basin, Guangzhou, China. The results showed that the ecosystem health level of each land use type is ranked as follows: water areas > shrublands > grasslands > wetlands > broadleaf forests > drylands > construction land. The amount of construction land area rapidly increased from 2005 to 2018 at the cost of a substantial loss of broadleaf forests, shrublands, and wetlands, which led to a decline in ecosystem health values. Thus, anthropogenic activities such as urbanization and deforestation were the main driving factors affecting land use changes and spatial distribution of ecosystem health. Furthermore, the correlation between ecosystem services (ES) and ecosystem health was the strongest, indicating that ES was a key indicator contributing to ecosystem health in the Liuxi River Basin. The ecosystem health of the Liuxi River Basin had a significant positive spatial aggregation effect which gradually increased from 2005 to 2018. The high–high aggregation areas were mainly clustered in water areas and grasslands, and the low–low aggregation areas were mainly clustered in construction zones and paddy fields. This study provides an important reference for evaluating ecosystem health based on the VORS model, ecological conservation, and the management of small basins in the context of rapid urbanization.     

多尺度生态系统服务的权衡关系及其对景观配置的响应——以湖北省为例

多种生态系统服务相互关系及其对景观配置响应的多尺度分析一直是生态系统服务研究的热点问题,对于厘清生态系统服务尺度效应和实现区域分级管理具有重要的意义。以湖北省为研究区域,采用遥感、土地利用类型、水文、气象、土壤等多元数据,从5 km×5 km、10 km×10 km、15 km×15 km、20 km×20 km、25 km×25 km、县域和市域等7个递增尺度分析4种生态系统服务(水源供给、碳固持、粮食生产、水质净化)对景观配置的响应关系。结果表明：(1)4种生态系统服务的空间分布具有较强的异质性,粮食生产服务的高值区与水质净化服务的低值区主要分布于湖北省中部和东部的耕地集中区域,碳固持与水源供给呈现相反的空间特征。(2)生态系统服务权衡关系的作用强度随尺度增加而减弱,而协同关系呈增加趋势;同时服务间相互作用强度的变化大于作用方向的变化。(3)景观配置对生态系统服务的影响程度在县域和市域尺度上大于格网尺度。结果反映了受尺度变化中“削峰填谷”过程的影响,景观配置对生态系统服务影响的大小和正负效应具有尺度差异性。研究结果可为区域生态系统服务分级管理和景观格局调控提供科学参考。     

城市滨水空间生态系统服务供需匹配的空间智慧

当前生态系统服务空间性研究大多在区域或城市尺度上开展,风景园林生态实践的指导性较为有限,研究聚焦场地尺度,旨在从生态系统服务供需视角看待城市滨水空间的发展与规划设计实践。在已有生态系统服务供需方面文献爬梳的基础上,提出影响需求的三大因素及其需求类型的划分方法,甄别影响城市滨水空间生态系统服务供给能力的核心指标,选取上海苏州河市区段进行实证研究,采取田野调查法、文献研究法,并基于GIS进行需求目标与供给能力的空间制图。通过拟合分析比对创新性地提出指导城市滨水空间生态实践的三大空间智慧：1）基于需求目标研判制定发展策略的空间智慧;2）分段分类型供给满足存量更新需求的空间智慧;3）生态系统服务供需平衡转向匹配的空间智慧,为城市滨水空间的生态实践提出理论依据、评价标准及技术支撑。     

中国东海海岸带地区生态系统健康评估及其尺度依赖性

维持生态系统健康是实现社会经济可持续发展的关键性工作之一。本文基于邻域变异度和人为干扰修正后的活力-组织-弹性-服务模型,从5 km至地级市设置8个评估尺度单元,定量化的评估了我国东海海岸地区（包括上海、嘉兴、宁波、温州、台州、宁德、福州、莆田、泉州、厦门和漳州共11个城市）1990—2015年的生态系统健康状况,并分析了其时序变化特征和空间分异规律,探究了生态系统健康的尺度依赖性效应,得到以下结论：1）研究时段内,研究区生态系统健康水平以2000年为节点先下降后上升,但整体呈下降趋势。自2000年起生态系统健康值分布更加离散,呈现健康的生态系统更加健康,劣化的生态系统不断劣化的分化趋势。2）生态系统健康在空间分布上具有较高的异质性特征。沿海地区、宁波以北地区的生态系统健康值较低;远离海洋部分的山地丘陵的生态系统健康值较高。小尺度下上海市中心生态健康最差,地级市尺度下嘉兴市生态健康状况最差。3）生态系统健康评估工作具有一定的空间尺度依赖性。大尺度生态系统健康评估结果趋于平均化,可用于刻画变化趋势的空间分布格局。小尺度评估结果能够更好的解释生态系统健康程度的聚类分异细节。因而,在生态系统健康评估中不存在最佳的研究尺度,多尺度的设置有助于全面解析生态系统健康的时空分异特征。     

旅游生态系统能值研究进展

能值分析是以能值为基准,通过能值转换率,有效测度与评价生态系统及经济系统中不同类型的物质流、能量流、货币流及其相互关系的方法。旅游生态系统是特殊类型的人地关系地域系统,是以旅游活动为中心的"自然、经济、社会、旅游"复合系统,利用能值方法进行旅游能值研究可以为旅游可持续发展提供科学建议。通过对国内外相关研究重要文献的梳理,从旅游能值研究尺度与类型角度,分析了国内外相关研究进展,并通过与农业、工业系统的能值研究对比分析,目前研究在理论推进、要素选择、指标构建、方法集成等4个方面,旅游生态系统能值研究存在特殊性,并从理论、方法、内容等3个角度,提出了今后旅游能值研究的方向,以期推动旅游系统能值研究的深入。     

生态系统服务功能的空间尺度特征

生态系统服务功能的形成依赖于一定的空间和时间尺度上的生态系统结构与过程,只有在特定的时空尺度上才能表现其显著的主导作用和效果。不同尺度的生态系统服务功能对不同行政尺度上的利益相关方具有不同的重要性。一般而言,生态系统产品提供功能往往与当地居民的利益更密切;调节功能和支持功能通常与区域、全国,甚至全球尺度的人类利益相关;文化功能则与本地-全球尺度上的利益相关方关系密切。由于不同尺度的生态系统服务功能有时互相冲突,从而可能导致不同的生态系统管理策略。本文探讨了生态系统服务功能在不同空间尺度上的表现特征和生态系统服务功能的空间规律,论述了不同空间尺度上生态系统服务功能与不同行政尺度上利益相关方的关系,以期为生态系统服务功能的评价、生态补偿机制的建立与生态系统管理提供科学依据。     

城市绿地与居民健康福祉相关性研究进展——基于生态系统服务供需匹配视角

城市绿地耦合了生态系统服务与人类福祉,兼顾公平与效率的城市绿地空间格局,是提升人居环境和改善民生的重要途径。在厘清相关概念内涵的基础上,基于Citespace软件对城市绿地生态系统服务与健康福祉及其相近概念进行关键词共现图谱与聚类分析,可以发现：研究集聚性强、各集群下研究领域重叠度高,研究尺度逐渐精细化,城市绿地与建成环境、休闲性体力活动与健康空间分异成为近几年研究热点。从供给侧：城市绿地绿地生态系统服务类型以及其估与测度方法,需求侧：居民健康福祉需求测度方法及时空表达,供需匹配：城市绿地生态系统服务供需匹配方法与空间公平,提升与调控：城市绿地时空结构优化与高效服务4个方面系统地综述了绿地生态系统服务与居民健康相关性研究,并指出目前城市绿地生态系统服务供需研究在研究内容、研究逻辑、研究方法及研究结果等方面还需进一步深化与提升。未来研究应重点关注城市绿地生态系统服务空间特征关系与居民健康需求层级的供需匹配程度,通过耦合新数据环境下精细化、规范性居民健康时空行为空间研究,总结供需平衡状态下多维度城市绿地高效服务的空间形态、功能结构与要素组织,并将其应用到城市绿地空间格局研究与绿地系统规划实践中,拓展人居环境优化提质的理论与方法。     

生态系统质量评估方法——理想参照系和关键指标

良好的生态系统质量是社会可持续发展的重要基础,也是国家生态文明建设的重要目标之一。目前,我国在生态系统质量评估体系建设方面取得了很好的进展,但由于缺乏科学的评估标准和统一的指标体系,不同区域间评估结果的可比性差或同一区域不同时期间评估结果难以比较,难以开展区域和国家尺度的集成研究,同时也难以满足快速评估关键区域或国家尺度生态系统质量的需求。为了有效克服上述困难与挑战,迫切需要构建一套科学的、经济可行的、简单快速的、且适用于区域或国家尺度的生态系统质量评估体系。以国内生态系统质量评估现状为基础,通过梳理现有的评估体系,提出了"理想参照系"的概念体系,旨在进一步完善评估体系的基本框架;同时,较详细地阐述了理想参照系中阈值的确定方法。此外,从科学、直观、快速、经济可行等角度出发,建议重新思考生态系统质量评估的关键指标(如生产力、土壤有机质、植物多样性和景观破碎度)。新构建的"理想参照系+关键指标"的新型生态系统质量评估体系,理论上可满足新时期区域或国家生态系统质量快速评估的需求,但许多技术细节仍待于进一步完善;由于新评估体系能量化生态系统质量的恢复潜力与发展阶段,它可为更合理配置资源、提高保护成效等提供科学依据。     

额济纳天然绿洲景观健康评

在景观尺度上开展健康评价研究,不但可提供一个将自然生态过程与社会经济价值进行综合研究的基础,而且景观健康概念本身蕴含着在针对资源与环境问题开展研究时更为合适的时间和空间尺度.额济纳天然绿洲位于我国西北干旱内陆河黑河流域下游.近年来,随着黑河中、上游地区下泄地表径流量的减少,绿洲景观退化严重.基于研究区近十几年来的景观演变特征,分别从景观变化指标、生物物理指标、生态环境指标以及社会经济指标4个方面发展并构建了景观健康评价指标体系,制定了评价标准,并分别赋予了各指标相应的权重值,运用综合评判方法,得到了具有动态性、定量性的绿洲景观健康评价结果.结果表明, 研究区景观近10多年来总体的景观健康指数为0.3042,健康等级紧邻“濒危的”级别.该结果较为客观、真实地反映了当前额济纳天然绿洲景观的健康状况,说明近10多年来研究区的景观健康状况与较早时期相比趋于恶化, 发展态势表现出严重的不可持续性.     

生态脆弱性评价与预测研究进展

如何定义和观测生态脆弱性,如何对生态脆弱性进行客观评价和有效预测,对于维持生态系统稳定、实现区域可持续发展有着重要的理论参考价值.本文在分析国内外相关研究进展的基础上,讨论了生态脆弱性的研究方向、研究尺度和研究方法等问题,并对生态脆弱性评价和预测进行了总结.当前生态脆弱性研究中,存在着研究框架不完善,研究方法不统一,以及研究尺度与精度之间难协调等问题.未来生态脆弱性研究应关注:1)进一步增加生态脆弱性研究的广度和深度;2)生态脆弱性研究与其他学科的交叉与融合;3)利用“3S”技术建立更加系统和完善的集脆弱性动态监测、综合评价和趋势预测为一体的生态脆弱性研究体系;4)生态脆弱性应对政策的研究.     

区域生态安全格局:概念与理论基础

提出区域生态安全格局概念的提出 ,适应了生态系统恢复和生物多样性保护的发展需求。针对区域生态环境问题 ,通过干扰排除以及空间格局规划和管理 ,能够保护和恢复生物多样性 ,维持生态系统结构、功能和过程的完整性 ,实现对区域生态环境问题的有效控制和持续改善。区域生态安全格局的研究对象具有针对性、研究尺度具有区域性、研究问题具有系统性、研究手段具有主动性。它强调区域尺度的生物多样性保护、退化生态系统恢复及其空间合理配置、生态系统健康的维持、景观生态格局的优化、以及对社会经济发展需求的满足。它更加强调格局与过程安全及其整体集成 ,将生态系统管理对策落实到具体的空间地域上 ,实现管理效果的直观可视。相关理论 ,景观生态学、干扰生态学、保护生物学、恢复生态学、生态经济学、生态伦理学、和复合生态系统理论等为其提供了坚实的理论基础。区域生态安全格局不存在一个固定标准 ,人类对生态系统服务功能需求的不断变化是生态系统管理的根本原因。实现区域生态安全不但要以社会、经济、文化、道德、法律、和法规为手段 ,更要以其不断发展对生态系统服务功能的新需求为目标逐步进行。区域生态安全格局研究对于解决区域生态环境问题具有不可替代的作用 ,具有广阔应用前景。     

Scaling‐up biodiversity‐ecosystem functioning research

A rich body of knowledge links biodiversity to ecosystem functioning (BEF), but it is primarily focused on small scales. We review the current theory and identify six expectations for scale dependence in the BEF relationship: (1) a nonlinear change in the slope of the BEF relationship with spatial scale; (2) a scale‐dependent relationship between ecosystem stability and spatial extent; (3) coexistence within and among sites will result in a positive BEF relationship at larger scales; (4) temporal autocorrelation in environmental variability affects species turnover and thus the change in BEF slope with scale; (5) connectivity in metacommunities generates nonlinear BEF and stability relationships by affecting population  synchrony at local and regional scales; (6) spatial scaling in food web structure and diversity will generate scale dependence in ecosystem functioning. We suggest directions for synthesis that combine approaches in metaecosystem and metacommunity ecology and integrate cross‐scale feedbacks. Tests of this theory may combine remote sensing with a generation of networked experiments that assess effects at multiple scales. We also show how anthropogenic land cover change may alter the scaling of the BEF relationship. New research on the role of scale in BEF will guide policy linking the goals of managing biodiversity and ecosystems.     

湿地生态系统健康评价指标体系Ⅰ.理论

湿地生态系统健康是一个新的研究领域。主要从湿地生态系统指标的概念出发,阐述了选择生态系统指标的基本理论,分析了湿地生态特征指标体系,湿地功能整合性指标体系和湿地社会政治环境指标体系所包含的基本内涵,特别强调了生态系统结构和内在功能是生态特征的主要表现。功能整合性是湿地生态系统健康的外在表现,同时,社会政治环境因素中,政策法规,总体规划,政策保障,公众参与程度,代际周期的社会公平性,个人接受能力,团体接受能力等是影响湿地生态系统健康的重要因素。     

区域生态风险评价的关键问题与展望

区域生态风险评价具有多风险因子、多风险受体、多评价终点、强调不确定性因素以及空间异质性的特点,它与传统的生态风险评价在风险源、胁迫因子和评价尺度上具有明显区别。尝试建立了一个基于陆地生态系统的区域生态风险评价框架,同时针对目前区域生态风险评价的研究现状,指出不确定性分析、尺度外推难、评价指标不统一、评价标准不统一、风险因子筛选及优先排序、区域内污染物复合、水生过渡到陆生生态系统风险评价、特殊的人为因素等是目前区域生态风险评价存在的关键问题及难点所在,并提出解决这些问题可能所需的工具、手段和理论方法突破。最后指出区域生态风险观测与数据采集加工、区域生态风险指标体系的统一与整合、区域生态风险评价方法论、区域生态风险的空间分布特征与表达以及区域生态风险评价反馈与管理机制5个方面是区域生态风险评价未来的研究重点。     

Remote sensing-based assessment of ecosystem health by optimizing vigor-organization-resilience model: A case study in Fuzhou City,China

Although remote sensing technology has been used to evaluate regional ecosystem health for a long time, it is still necessary to find a suitable index system to better evaluate ecosystem health. This study aims to improve the ecosystem health measurement ability of remote sensing technology. This research was carried out in Fuzhou under the traditional Vigor-Organization-Resilience (VOR) framework by optimizing and improving the construction method of sub-indexes. Sub-indexes were constructed using spectral index analysis, landscape theoretical ecology model and spatial measurement. Three remote sensing datasets were used (1996, 2008 and 2021) to carry out remote sensing diagnosis of regional ecosystem health in the Fuzhou administrative region. The main research findings and conclusions were as follows. A new comprehensive vigor index (CVI) was developed by the principal component analysis (PCA) based on the four indicators: fractional vegetation cover (FVC), global vegetation moisture index (GVMI), vegetation temperature condition index (VTCI), normalized differential build-up and bare soil index (NDBSI). A new organizational index was constructed based on the landscape index. Four types of indexes, namely landscape heterogeneity (LH), landscape connectivity (LC), the shape characteristics of forest patches (CS) and the connectivity of forest patches (CC) were used as the main factors for calculating the organizational index. A resilience index calculation framework was proposed based on the habitat quality model. The temporal and spatial characteristics of ecosystem health were evaluated and analyzed. The regional ecosystem health value of the whole region reduced gradually, with average values of 0.3521 (1996), 0.3445 (2008) and 0.3345 (2021) respectively. The average reduction rate was 0.0007 per year (1996–2021). The proposed remote sensing diagnosis method provides a complete framework for solving the problems of measuring the dynamic evolution process and characteristics of regional ecosystem health.