Natural restoration of degraded rangeland ecosystem in Heshan hilly land

This study examined the 20-yr trend of natural restoration of a degraded rangeland ecosystem after disturbance in Heshan hilly land. The results showed that herbs and shrubs were the dominant plants in the community and only a small number of the shade-intolerant tree species had invaded, showing the characteristics of assembly of pioneer communities. The organic matter content, soluble nitrogen, available phosphorus and available potassium had recovered to the level of the local climax community. Part of the ecological functions such as water and soil conservation had also recovered. While the functions of water and soil conservation recovered first, more time was needed for productivity and other functions to completely recover, suggesting the idiosyncratic nature of different ecosystem variables in response to time and microclimate change. Particularly, nutrient cycling recovered very slowly by natural restoration and artificial plantation may be necessary to accelerate the restoration process.     

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。     

沙漠前沿不同植被恢复模式的生态服务功能差异

沙漠是具有生态脆弱性和生态功能特殊性的生态系统,其生态系统的恢复与重建,更多的是考虑其防风固沙、生物多样性的产生与维持、气候调节、土壤保护等非实物型生态服务功能的发挥。根据植被样地调查、土壤分析和风因子监测等相关数据,开展了新疆奇台县沙漠前沿不同植被恢复模式的生态服务功能差异研究。结果表明:人工植被恢复模式较天然植被恢复模式对风速和风动能的消抵作用明显,人工植被恢复区比天然植被恢复区多58.8 d/a无风天;年均降低风速0.88 m/s,消抵65.2%的风动能,人工植被恢复对北向和西北向风的消抵作用最显著,对西南向风的消抵作用最弱;不同植被恢复模式的生物多样性保育功能差异较大,天然植被恢复的植物群落较之人工植被恢复的植物群落,物种丰富度指数和Shannon-Wiener指数更高,Pielou指数则相对较低,天然恢复的植物群落的稳定性更高,其维持、繁衍和保持植物多样性的能力更强;不同植被恢复模式对土壤部分化学性质的影响有明显差异,人工植被恢复模式能够通过植物的生理代谢,降低沙漠前沿土壤的含盐量和pH值,但对土壤有机质含量影响不显著。上述研究结果可以为高效的沙漠前沿植被恢复模式的筛选提供必要的理论支撑。     

黄土丘陵沟壑区典型小流域生态系统服务权衡与协同关系研究

黄土高原植被恢复状况制约生态系统服务的提升,本研究依托中国科学院水利部水土保持研究所安塞国家科学野外观测站的基础土壤、植被、气象和水文等数据,在黄土丘陵沟壑区选取纸坊沟和坊塌2个典型小流域,通过购买1998、2008和2018年遥感影像,采用InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)模型对生态服务(碳储量、土壤保持量、生境质量和产水量)进行评估,探究植被恢复过程中生态系统服务的协同效应和权衡关系。通过对比得知：随着植被的恢复,坊塌和纸坊沟各生态服务(碳储量、土壤保持量、生境质量和产水量)均得到了大幅度的提升,其中2008—2018年增加幅度较小,而1998—2008年增加幅度较大,主要原因在于该阶段(1998—2008年)是退耕还林还草的初始10年,林地及草地面积增长较多,而后10年为退耕的延续阶段,退耕面积增长减缓。从1998—2018年,受自然因素和人为因素的影响,坊塌和纸坊沟流域生态系统服务表现出协同和权衡关系。对于坊塌流域,2008年生态系统服务主要表现为协同关系,1998、2018年以权衡关...     

半干旱黄土小流域不同恢复方式对生态系统多功能性的影响

在黄土高原大规模退耕还林（草）背景下,植被恢复对生态系统功能会产生极大影响。以往研究多为比较不同恢复方式或植被类型的单一生态系统功能,对生态系统多功能性的研究亟待加强。因此,基于甘肃定西龙滩流域3种恢复方式（天然荒草、自然恢复、人工恢复）6种植被类型（长芒草草地、赖草草地、苜蓿草地、柠条灌丛、油松林、山杏林）38个样地调查数据,选取与土壤养分储存与循环、水源涵养、初级生产力、多样性维持等相关的23个功能指标利用平均值法量化生态系统多功能性。研究结果显示,（1）除营养物转化与循环功能外,其余土壤相关的生态系统功能在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。人工恢复植被的土壤肥力显著高于自然恢复植被;人工恢复植被中土壤肥力从高到低依次为柠条灌丛、苜蓿草地、山杏林、油松林。自然恢复植被的水源涵养功能显著高于人工恢复植被。（2）除植物生长策略外,其余植物相关的生态系统功能在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。人工恢复植被中地上初级生产力从高到低依次为山杏林、油松林、柠条灌丛、苜蓿草地,并显著高于自然恢复植被。人工恢复植被中植物养分吸收能力从高到低依次为苜蓿草地、柠条灌丛、油松林、山杏林,并显著高于自然恢复植被。自然恢复植被的物种多样性显著高于人工恢复植被。（3）生态系统多功能性在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。生态系统多功能性表现为人工恢复植被高于自然恢复植被,但人工恢复植被的水源涵养功能与物种多样性均低于自然恢复植被,不利于生态系统的可持续发展。研究认为,在植被恢复具体实践中,应针对不同的恢复目标,根据各植被类型的功能特征,制定因地制宜的植被恢复战略。     

海岛退化生态系统的恢复

海岛在干扰极下极易退化且不易恢复,这些干扰包括毁林、引种不当和自然灾害三类。海岛恢复的限制性因子是缺乏淡水和土壤,生物资源缺乏、严重的风害或暴雨。不同大小的海岛和海岛不同部分的恢复策略不同。海岛植被恢复可参考其群落演替过程,其恢复至少是一个群落或生态系统水平的恢复。海岛恢复的长期利益包括重建海岛的生物群落,再现海岛生态系统的营养循环,恢复海岛的进化过程。海岛恢复的过程比较复杂,最关键的是要选择好适生的关键种。     

滇中几种人工林生态系统恢复效应研究

对滇中几种典型人工林生态系统恢复效应研究表明,由不同树种构成的人工林生态系统植物多样性、森林水文、地表土壤侵蚀控制、土壤改良和森林结构的恢复具有显著差异．用乡土树种造林能促进植物多样性．生态恢复变量间具有某种相关关系．草本植物盖度、群落均匀度、Shannon-Wiener指数、土壤有效钾、土壤容重、草本植物生物量、乔木材积、全钾、土壤侵蚀、土壤Si／V、枯落物凋落量、非毛管孔隙、穿透降雨是生态恢复主导效应变量．植物多样性的恢复处于生态恢复的中心位置．并用平均恢复距离指数及恢复距离树对几种生态系统恢复程度进行了评价。     

海岛退化生态系统的恢复

海岛在干扰下极易退化且不易恢复,这些干扰包括毁林、引种不当和自然灾害三类。海岛恢复的限制性因子是缺乏淡水和土壤、生物资源缺乏、严重的风害或暴雨。不同大小的海岛和海岛不同部分的恢复策略不同。海岛植被恢复可参考其群落演替过程,其恢复至少是一个群落或生态系统水平的恢复。海岛恢复的长期利益包括重建海岛的生物群落,再现海岛生态系统的营养循环,恢复海岛的进化过程。海岛恢复的过程比较复杂,最关键的是要选择好适生的关键种。     

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。     

基于功能与空间格局的区域生态系统保管策略

本研究以位于长江流域的湖北省兴山县为研究区域,着重讨论了基于功能与空间格局的生态系统保育策略,即以改善生态系统功能为评价指标,以调整生态因子的空间格局为手段的生态系统保育策略。根据该县的地理位置,我们以生态系统功能中的水源函养为森林生态系统保育的评价指标。利用基于地理信息系统的水涵养能力。利用生态系统中水涵养能力的空间异质性和变化－位置效应在生态因子改变中的作用,我们提出了“基于空间格局的森林扩展”的策略。将该策略应用于兴山县的生态系统保育,以期达到保育森林与改善水涵养能力的双重目的。本研究为保育,管理和持续利用长江流域和其他遭遇同样问题的区域的生态系统提供了有价值的信息。     

三江源国家公园生态功能时空分异特征及其重要性辨识

三江源国家公园的建立有利于在该区域实行最严格的生态保护,筑牢国家生态安全屏障。为摸清三江源国家公园生态本底,基于遥感数据,地理信息系统平台及生态评估模型模拟等技术手段,分析了三江源国家公园生态系统类型,2000—2015年生态功能的时空分异特征及变化趋势,辨识其重要性,并对其变化驱动因素进行初探。结果表明:(1)三江源国家公园以草地、荒漠、水体与湿地生态系统为主,面积占比达到99.8%。(2)三江源国家公园水源涵养、土壤保持及防风固沙极重要区的占比分别为15.3%、13.7%和22.4%。(3)整体呈现东部以水源涵养、中部以土壤保持、西部以防风固沙为核心生态功能的空间格局。(4)2000—2015年,水源涵养功能量总体下降,但提升区域面积占比达84.5%,极重要区呈现下降态势;土壤保持功能量总体提升,年变化趋势为987万t/a,全区超过95%的地区均呈上升趋势;防风固沙功能由于风速减小及植被覆盖度的降低,出现下降态势,为-356万t/a。(5)气候暖湿化以及三江源生态保护工程的实施是三江源国家公园生态功能总体提升的主要原因,然而草地退化态势尚未完全遏制,局部地区植被覆盖度仍有所下降。为实现国家公园和自然资源的严格保护和永续利用,需对其进行统筹规划、科学布局,在科学把握生态系统自然规律的基础上,分区、分级对其进行生态保护和修复。     

中国北方草地生态系统服务评估

北方草地是我国天然草地主体部分,其生态功能对提升生态系统稳定性、保障国家生态安全具有重要的作用。在北方草地生态功能分区基础上,开展2011-2015年不同功能区内防风固沙、土壤保持、水源涵养等生态功能评估,探明其现状和空间格局,为北方草地生态功能分区研究提供评估数据,也为推进草地生态系统保护与修复工作提供科技支撑。结果表明：（1）北方草地防风固沙能力为32.44 t hm^-2 a^-1,防风固沙量为89.22亿t/a。半干旱草原区防风固沙能力和固沙量最大,分别为68.76 t hm^-2 a^-1和29.16亿t/a,其固沙量占北方草地固沙总量的32.68%。（2）北方草地土壤保持能力为124.5 t hm^-2 a^-1,土壤保持量为243.59亿t/a。土壤保持功能的空间异质性较大,暖性灌草丛区土壤保持能力最大,为431.52 t hm^-2 a^-1;高寒草甸区土壤保持量最多,为105.36亿t/a,占北方草地土壤保持总量的43.19%。（3）北方草地水源涵养能力为93.03 m³ hm^-2 a^-1,水源涵养量为288.98亿m³/a。高寒草甸区和高寒草原区水源涵养能力较大,分别为211.09 m³ hm^-2 a^-1和118.04 m³ hm^-2 a^-1。两个区域的水源涵养量也较多,分别为125.36亿m³/a和72.13亿m³/a,合占北方草地水源涵养总量的68.34%。整体上,北方半干旱草原区、暖性灌草丛区、高寒草甸区和高寒草原区对发挥我国草地防风固沙、土壤保持、水源涵养等生态多功能效益、提升生态系统服务和稳定性具有极其重要的作用。     

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。     

石羊河流域生态系统服务权衡与协同关系研究

生态系统服务权衡与协同研究是国际生态学、地理学等学科研究的热点。以石羊河流域为研究区,借助In VEST模型,对流域2005、2010和2015年的水源涵养、土壤保持、水质净化、碳储存和生物多样性五项服务进行精准测度,分析服务的时空格局及演变特征,并利用相关系数法逐像元定量计算5种服务之间的权衡与协同关系,从不同尺度分析权衡与协同关系的空间格局特征。结果表明:(1)各项服务具有空间异质性:水源涵养、土壤保持、碳储存、生物多样性呈"西南高-东北低"的空间格局,且水质净化、碳储存服务的高值区沿河流分布。(2) 10年期间,水源涵养、水质净化、碳储存、生物多样性服务呈现"整体增加-局部减少"的变化趋势,而土壤保持呈"整体减少-局部增加"的变化特征。(3)多种服务之间权衡与协同关系具有区域依赖特征:水源涵养与土壤保持、水源涵养与水质净化、水质净化与碳储存、水质净化与生物多样性、土壤保持与碳储存、土壤保持与生物多样性以权衡关系为主;水源涵养与碳储存、水源涵养与生物多样性、土壤保持与水质净化、碳储存与生物多样性以协同关系为主。定量可视化评估生态系统服务及权衡关系,为制定区域发展与生态保护双赢政策提供依据,同时也为其他流域的相关研究提供可靠参考。     

Forest ecosystem services of changbai mountain in china

The forest ecosystem of the Changbai Mountain is the most typical upland temperate forest ecosystem in eastern Asia. It is also of the most primitive vegetation type that came into being through the natural succession of soil and vegetation following volcanic eruption. The forest ecosystem has great importance for maintaining the structures and functions of the watershed ecosystems of the Songhua River, the Yalu River and the Tumen River. We combined physical assessment method (PAM) with the value assessment method (VAM) to evaluate the forest ecosystem services of the northern slope of the, including eco-tourism, forest by-products, timber, soil and water conservation, air purification, and the recycling of nutritive elements. We also assessed the integrated forest ecosystem service and analyzed its dynamics. The service value provided by the Changbai Mountain forest ecosystem amounts up to RMB 3.38 × 10¹² yuan, of which, water conservation is 66%, water conservation and air purification together make up 80%, while the timber value is only 7%. Therefore, developing the ecosystem services besides timber is the best way to exert the integrated value of the forest ecosystem services of Changbai Mountain.     

退耕还湿后土壤细菌群落结构和生物量变化过程

土壤细菌对湿地生态系统功能和健康维持起着重要作用。以菜子湖原始湿地、不同退耕年限湿地(3a、7a、11a和21a)和仍耕作油菜地土壤为研究对象,应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)、高通量测序和磷脂脂肪酸(PLFAs)方法分析土壤细菌群落组成和生物量,探讨它们在退耕还湿后的变化过程及其影响因素。结果表明,退耕还湿后土壤变形菌门(α-变形菌纲、β-变形菌纲和δ-变形菌纲)、酸杆菌门(酸杆菌纲和全噬菌纲)、Nitrospinae(Nitrospinia纲)和硝化螺旋菌门(硝化螺旋菌纲)相对丰度先增高后降低;这些参与氮循环的土壤细菌对退耕后湿地生态恢复过程中土壤氮素提升起着重要作用。与农业生产活动密切关联的厚壁菌门(芽孢杆菌纲和梭菌纲)和放线菌门(放线菌纲)相对丰度逐渐降低。湿地土壤细菌多样性在退耕初期(3—7a)上升达到最大,退耕中后期逐渐降低。表层土壤各类群细菌生物量逐渐升高,亚表层土壤各类群细菌生物量则先降后升再降。水分条件和容重是与研究区土壤细菌群落结构和多样性密切相关的土壤因子,而全氮是与土壤细菌生物量密切相关的土壤因子。研究从生态过程视角解析了土壤细菌群落较详...     

Forest ecosystem services of changbai mountain in china

The forest ecosystem of the Changbai Mountain is the most typical upland temperate forest ecosystem in eastern Asia. It is also of the most primitive vegetation type that came into being through the natural succession of soil and vegetation following volcanic eruption. The forest ecosystem has great importance for maintaining the structures and functions of the watershed ecosystems of the Songhua River, the Yalu River and the Tumen River. We combined physical assessment method (RAM) with the value assessment method (VAM) to evaluate the forest ecosystem services of the northern slope of the Changbai Mountain, including eco-tourism, forest by-products, timber, soil and water conservation, air purification, and the recycling of nutritive elements. We also assessed the integrated forest ecosystem service and analyzed its dynamics. The service value provided by the Changbai Mountain forest ecosystem amounts up to RMB 3.38×1012 yuan, of which, water conservation is 66%, water conservation and air purificatio     

基于生态系统服务提升的山水林田湖草优先区分析——以贵州省为例

山水林田湖草作为生命共同体,其生态保护与修复必须以生态系统服务功能提升为导向,而且需要考虑生态系统本身脆弱性,协调好保护与发展的关系。因此,生态保护与修复工程必须从整体统筹考虑,解决生态系统及要素分割管理的问题。研究以贵州省为案例区,通过对生态系统服务和景观脆弱度分析,得到生态系统服务重要性的空间分布,确定需要生态修复的重点流域;进一步从生态保护与经济发展角度,辨析保护与发展的冲突区。结果表明,贵州省的生态系统服务能力空间差异显著,水源涵养能力在贵州东部和东南较高;土壤保持能力东南和西北部较高;生物多样性服务在贵州省西南、东南、东北部较高。景观脆弱度在都柳江流域、赤水河流域最高,生态重要性高的区域主要在都柳江流域最高。生态保护与经济发展冲突分析结果表明,生态保护与经济发展在贵州省西北和东南部存在较多的冲突区,是保护与修复的优先区域。并以乌蒙山片区山水林田湖草优先区为案例区,进一步分析生态功能、生态问题,修复措施和工程特点。本思路既体现了山水林田湖草的完整性,又体现了生态恢复的优先性,为山地地区生态保护修复工程实施与决策管理提供参考。     

土壤微生物网络复杂性预测黄土高原造林恢复生态系统多功能性

人类活动导致黄土高原土地退化和生物多样性丧失,进而降低了生态系统功能。人工造林是该区域退化土地恢复的重要措施。现有的生态修复研究通常侧重于微生物群落物种多样性的恢复对单一生态系统功能的影响,而忽略了微生物间存在的相互作用与生态系统多功能性(Ecosystem multifunctionality, EMF)的关系。为探究造林恢复过程中土壤微生物多样性和网络复杂性与EMF的关系,本研究采用时空代换法(space-time substitution method),沿50年造林恢复时间序列,分析了黄土高原地区造林恢复对土壤微生物群落多样性、土壤微生物网络复杂性以及与土壤养分循环相关的10个生态系统功能指标的影响,明确了土壤微生物群落特征与EMF的关系。结果表明,随造林恢复时间序列的增加,土壤微生物群落的综合多样性、网络复杂性和EMF均呈现出显著增加后下降的趋势(P<0.05),其中土壤微生物综合多样性和网络复杂性在第8年达到最高值,EMF在第20年达到最大值。在未控制土壤环境因素时,细菌和古菌多样性与EMF无显著相关性,真菌多样性与EMF呈显著正相关(P<0.001);土壤微生...     

面向多重生态保护目标的广东省生态系统服务退化风险情景模拟

稳定、协调、可持续的生态系统服务供给是维持区域自然生命系统、保障区域生态安全的基础。面临生态系统所受的人为与自然干扰,有必要准确评估生态系统服务退化风险,揭示区域生态安全和可持续性提升路径。现有研究多叠加所有生态系统服务以评估生态系统服务退化风险,未能面向区域生态问题或生态需求对不同类型生态系统服务进行整合。研究提出面向多重生态保护目标的生态系统服务退化风险情景模拟框架,考虑广东省生物多样性保育、水资源安全、自然灾害防范等生态保护目标,选取代表性生态系统服务类型(生境维持、水源涵养、水质净化、土壤保持、洪水缓解、热带气旋缓解),基于不同典型浓度路径情景评估2018—2035年生态系统服务退化风险。结果表明,2018—2035年广东省生态系统服务供给空间格局基本稳定,尽管有所退化、空间异质性强。生态系统服务退化风险的情景模拟表明,面向生物多样性保育目标的生态系统服务退化高风险区位于珠三角的深圳市、佛山市和江门市,以及粤西和粤东地区的湛江市、茂名市和揭阳市;面向水资源安全目标的生态系统服务退化高风险区位于珠三角的深圳市、中山市和江门市,以及粤西与粤东地区的茂名市、揭阳市和江门市;面向自然灾...