我国区域尺度生态系统管理中的几个重要生态学命题

生态系统管理学是研究生态系统管理的理论与实践技术,相关政策和管理策略的综合性应用生态学。当前,综合研究全球或区域尺度生态系统管理模式及其相关的重大科学问题不公是人类社会可持续发展的迫切需要,也是生态系统管理学的重要发展方向和科学任务,为此,本文系统地论述了生态服务功能、可持续性、复杂性和不确定性的综合评价与生态学机制,自然资源保护、生态系统健康以及退化生态系统恢复的生态学基础,生态系统管理的基础生态学过程,生态系统适应性管理的理论与实践,生态系统网络研究,监测和成果集成,区域尺度生态系统管理的综合性专题研究等一系列重要生态学命题,讨论了这些生态学命题的国内外研究进展及其发展方向。     

流域生态与管理学科发展及研究重点

在介绍了流域生态与管理学科发展的基础上,阐述了流域生态与管理研究的基本内容,并根据我国水土保持与生态建设需求,提出我国在该领域研究任务是深入了解流域生态过程,完善野外研究基地,发展以退化生态系统恢复为主要特色的流域管理理论体系,建成不同尺度流域生态与管理研究网络及示范模型,完成流域生态与管理学科建设。近期研究的重点为流域生态系统功能过程及其模拟、土壤质量演变与生态系统健康评价理论与方法、社会经济因素对流域水土资源管理的影响过程及作用机制。     

生态功能区划理论研究进展

作为生态系统管理的重要手段,开展科学合理的生态功能区划,已成为世界各国走向可持续发展所面临的关键挑战之一。生态功能区划针对一定区域内自然地理环境分异性、生态系统多样性、以及经济与社会发展不均衡性的现状,结合自然资源保护和可持续开发利用的思想,整合与分异生态系统服务功能对区域人类活动影响的生态敏感性,将区域空间划分为不同生态功能区的研究过程。生态功能区划反映了基于景观特征的主要生态模式,强调了不同时空尺度的景观异质性。通过梳理生态功能区划的概念与内涵、形成与发展及其理论基础,提出了生态功能区划是以恢复区域持续性、完整性的生态系统健康为目标,基于区域的自然地理背景,界定生态功能分区及其子系统的边界,结合区域水陆生态系统、社会经济与土地利用的现状评价与问题诊断,识别生态系统空间格局的分布特征、生态过程的关键因子以及动态演替的驱动因子,明确影响生态系统服务功能的景观格局与结构、景观过程与功能以及景观动态变化,构建生态功能区划的指标体系与技术体系,实现生态功能多级区划,并为决策者更为全面和综合地开展生态系统管理提供科学依据。     

粤港澳大湾区城市群生态系统智能化管理

开展生态系统数字化、信息化、智能化管理,全面提升粤港澳大湾区生态环境质量,是建设国际一流湾区的必然趋势。以城市群生态系统智能化管理为目标,系统整合各类生态环境相关数据资源,形成生态系统管理数据和决策支撑体系,并以此为基础构建生态智能管理平台。研究以生态系统要素和功能管理逻辑为核心,构建了生态系统管理业务流程：（1）精准剖析生态环境问题,确定问题发生的尺度、范围并对其进行分类和定性;（2）确立生态管理目标,制定适宜的管理策略;（3）根据现状与基线进行生态系统服务权衡,通过生态管理恢复工程提升生态系统质量;（4）通过环境物联网监测生态系统变化,及时调整和改进生态系统管理计划。针对城市群生态系统多尺度、多层次、复杂化等特点,在制定管理决策时应充分权衡管理目标和生态服务,兼顾各类生态系统服务效益;需通过示范性生态工程印证管理方案的可行性、适用性和协同性;以趋善化理念为指导思想,不断优化调整生态管理目标;同时在管理活动实施的过程中不断积累、凝练、总结所获得的反馈信息和经验。面向生态管理体制和管理能力的现代化提升需求,融合大数据、地理信息系统（GIS）、全球广域网络（Web）等信息化技术,构建粤港澳大湾区生态管理智能平台,实现多主体信息共享,打破管理决策的"黑箱",为推进生态环境管理现代化提供可靠可行的方案。构建的生态系统管理业务流程和管理策略,将知识充分融入管理决策的制定流程,能服务于粤港澳大湾区的生态文明建设,推动可持续和高质量发展。     

面向管理目标的国家公园生态监测指标体系构建与应用

国家公园具有生态系统保护、自然资源可持续利用等管理目标,这些管理目标的实现需要大量监测数据和信息的支持。对国家公园开展生态监测有助于了解国家公园内生态系统的动态变化并揭示管理活动的影响,从而为管理决策的规划和实施提供有用信息。为推动我国国家公园生态监测体系的建立,提出了面向管理目标的国家公园生态监测指标构建方法。该方法由确定国家公园生态监测目标、识别国家公园管理目标、识别国家公园关键生态过程、确定需要监测的生态过程并制定初始监测指标清单、确定最终监测指标清单5个部分组成。该方法在三江源国家公园进行了应用。三江源国家公园的管理目标包括生态系统保育、维持江河径流量持续稳定等13项,在区域、景观、生态系统和种群尺度上共识别出16个关键生态过程。通过匹配三江源国家公园的关键生态过程与管理目标,构建了一个由两级共93个指标组成的三江源国家公园生态监测指标体系,为三江源国家公园生态监测体系的构建奠定了基础。     

基于信息熵量化评价大熊猫国家公园生态系统管理成效

生态系统管理绩效的量化评价是保护区域生态安全、合理利用自然资源、实现可持续发展的重要前提。选取大熊猫国家公园四川片区作为研究对象,从生态系统服务潜力、人为活动强度、旗舰种保护和生态管理实际情况出发,构建生态系统管理评估指标体系。指标体系包含16个因子。对指标体系构建的数据集,基于熵理论定量评价系统无序程度、发展方向。结果表明:(1)大熊猫国家公园生态系统总熵流值为-0.8309,系统整体健康;其中5个市县总熵流为正,生态系统无序性较大,为非健康状态。(2)生态系统管理的正熵流主要受第一产业影响;负熵流的产生主要来自旗舰种保护和区域保护绩效。在空间尺度上,不同区域间总熵流存在差异,宝兴县总熵流最高,达到0.0880;九寨沟县最低,为-0.1826。综合农村居民收入与总熵流评价结果,研究认为试点期内大熊猫国家公园管理可以考虑选取示范点,总结管理经验;在生态管理热点区域优先推广,如平武县、宝兴县和茂县。在管理过程中谨慎对待社区发展与生态保护的关系。     

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。     

长江源区生态系统完整性测量与评价

生态系统完整性概念正在逐步成为公共环境政策和决策的基础,许多区域生态系统管理的规划和政策都将生态系统完整性作为目标和原则.本文建立了长江源区多尺度生态系统框架,依照生态系统完整性的定义,发展了长江源区生态系统完整性评价的指标体系,对源区进行了生态系统完整性的测量和评价.根据完整性的评价结果,将长江源区划分为生态良好区、生态脆弱区和优先生态恢复区.     

基于生态系统服务供需的城市群生态安全格局构建框架

近年来,生态系统服务供需失调引发了一系列问题,诸如城市热岛、生态用地流失、环境污染、生物多样性减少等生态风险问题,已成为威胁生态安全、制约社会经济可持续发展的重要因素,因此维持生态系统服务供需平衡是生态安全健康发展的保障和关键。梳理了生态系统服务评价、生态安全格局构建的研究现状,指出了存在的不足,同时构建了基于生态系统服务的城市群生态安全格局基本框架,并提出了生态安全格局未来的研究重点:城市群区域和城市内部生态系统服务的多尺度综合评价、城市功能区的划分及对生态安全的胁迫作用、生态过程与生态系统服务与生态安全的耦合、基于生态系统服务流的生态安全格局构建、模拟和优化。通过耦合社会经济数据、卫星遥感数据、城市地图大数据,评价城市内部和外部不同尺度的生态系统服务,保障城市群生态系统服务流畅通传输,实现城市群生态安全格局评价和优化。     

长期生态研究中的若干重要问题及趋势

长期生态研究（LTER）是对生态过程进行长期的监测,研究各种生态因子的相互作用及生态过程,从而揭示出生态系统和环境的长期变化。为生态系统评价管理提供科学依据。本文探讨了长期生态研究的核心问题及其时空尺度,揭示出长期生态所注重的问题及其对策,并以国际长期生态研究计划为例论述了生态研究所关注的内容并提出了研究的发展趋势,这对中国的长期生态研究及陆地生态系统评价有着积极的指导作用。     

生态系统途径——生态系统管理的一种新理念

介绍了生态系统途径的概念和内涵．生态系统途径最早由西方生态学家提出。随后得到一系列国际学术组织和国家的认同和支持,其中《生物多样性公约》、世界自然保护联盟和世界野生动物基金发挥了重要作用,．生态系统途径的实质是对土地、水和生物资源进行综合管理,旨在生态系统保护、生物资源可持续利用和共享生物资源三者之间达到平衡．作为生态系统管理的一种方法论,它以生物为核心。将人类及文化的多样性视为生态系统的一个组成部分,2000年《生物多样性公约》缔约国会议上制定的生态系统管理的12条基本原则和5项行动指南,丰富了生态系统途径的内涵,明确了实施的办法,我国在生态系统管理方面有着丰富的学术储备和经验总结。但也存在一定问题。

     

生态系统综合评价的内容与方法

生态系统综合评价是系统分析生态系统的生产及服务能力,对生态系统进行健康诊断,做出综合的生态分析和经济分析,评价其当前状态,并预测生态系统今后的发展趋势,为生态系统管理提供科学依据。从总体上讲,综合评价更强调生态系统一系列产品与服务功能之间的权衡,具有很强的实践意义。许多学者对不同的生态系统服务功能进行了经济价值评估,但缺乏对生态系统的产品、服务、健康与管理之间关系的进一步探讨。对生态系统服务功能评价、健康评价的生态管理与预测进行了系统论述,目的是提出生态系统综合评价的框架,指导生态系统评价行动及生态系统管理。     

生态系统健康评价方法初探

生态系统是维持人类环境的最基本单元,生态系统功能主要体现在两个方面：一是生态服务功能（service);二是价值功能（goods)这两种功能是人类生态和发展的基础,生态系统健康是保证生态系统功能正常发挥的前提,结构和功能的完整性,具有抵抗干扰和恢复能力（resilience)、稳定和可持续性是生态系统健康的特征,生态系统健康评价需要基于生态系统的结构、功能过程来确定指标,包括生态系统的完整性,适应性和效率,生态系统健康评价主要有两种方法：一是指示物种评价,二是结构功能指标评价,结构功能指标评价包括单指标评价,复合指标评价和指标体系评价,指标体系评价中又包括自然指标体系评价,社会－经济－自然复合生态系统指标体系评价,本文针对生态系统健康的不同评价方法进行了对比研究,同时,针对不同的生态系统类型应选择其健康评价方法方面进行了简要的阐述。     

Understanding relationships among multiple ecosystem services

Ecosystem management that attempts to maximize the production of one ecosystem service often results in substantial declines in the provision of other ecosystem services. For this reason, recent studies have called for increased attention to development of a theoretical understanding behind the relationships among ecosystem services. Here, we review the literature on ecosystem services and propose a typology of relationships between ecosystem services based on the role of drivers and the interactions between services. We use this typology to develop three propositions to help drive ecological science towards a better understanding of the relationships among multiple ecosystem services. Research which aims to understand the relationships among multiple ecosystem services and the mechanisms behind these relationships will improve our ability to sustainably manage landscapes to provide multiple ecosystem services.     

Neighbourhood-scale urban riparian ecosystem classification

Urban riparian ecosystems are now recognized as essential components in determining the vulnerability of nature and human systems to climate change, but still remains uncertainty concerning how to stratify and classify urban riparian landscapes into units of ecological significance at spatial scales appropriate for management. Ecosystem classification presents a tool that allows for quantifying the social and ecological processes of ecosystems so as to shape them into relatively homogeneous management objectives, and provides the potential of offering decision support to urban planners based on urban ecological principles. The purpose of this study is to explore and develop a framework for urban riparian ecosystem classification. The classification framework integrates 9 ecosystem components and 29 spatially-explicit variables that characterized by the biophysical landscape, built environment and human population. Then this framework is applied at the neighbourhood scale in Huangpu River basin, Shanghai city, China, employing hierarchical cluster analysis. The results of the ecosystem classification show that the riparian ecosystems in the Huangpu River could be grouped into three principal categories and these ecosystems are aligned along a gradient of increasing urbanization. We highlight the conservation and payment for riparian ecosystem services delivered in the upstream of Huangpu River, and revegetation and enhancement of riparian ecosystems in the more urbanized downstream area. We also find that riparian vegetation connectivity and coverage were negatively related to land use mix, built environment density, and economic wealth. In terms of riparian vegetation ecology, neighbourhood scale land use mix and built environment density are more influential than socioeconomic background (such as average family income and immigrant status).     

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。     

Scaling up functional traits for ecosystem services with remote sensing: concepts and methods

Ecosystem service‐based management requires an accurate understanding of how human modification influences ecosystem processes and these relationships are most accurate when based on functional traits. Although trait variation is typically sampled at local scales, remote sensing methods can facilitate scaling up trait variation to regional scales needed for ecosystem service management. We review concepts and methods for scaling up plant and animal functional traits from local to regional spatial scales with the goal of assessing impacts of human modification on ecosystem processes and services. We focus our objectives on considerations and approaches for (1) conducting local plot‐level sampling of trait variation and (2) scaling up trait variation to regional spatial scales using remotely sensed data. We show that sampling methods for scaling up traits need to account for the modification of trait variation due to land cover change and species introductions. Sampling intraspecific variation, stratification by land cover type or landscape context, or inference of traits from published sources may be necessary depending on the traits of interest. Passive and active remote sensing are useful for mapping plant phenological, chemical, and structural traits. Combining these methods can significantly improve their capacity for mapping plant trait variation. These methods can also be used to map landscape and vegetation structure in order to infer animal trait variation. Due to high context dependency, relationships between trait variation and remotely sensed data are not directly transferable across regions. We end our review with a brief synthesis of issues to consider and outlook for the development of these approaches. Research that relates typical functional trait metrics, such as the community‐weighted mean, with remote sensing data and that relates variation in traits that cannot be remotely sensed to other proxies is needed. Our review narrows the gap between functional trait and remote sensing methods for ecosystem service management.     

生态系统生产总值核算:概念、核算方法与案例研究

生态系统产品与服务功能是人类生存与发展的基础。生态系统生产总值(GEP)可以定义为生态系统为人类福祉和经济社会可持续发展提供的产品与服务价值的总和,包括生产系统产品价值、生态调节服务价值和生态文化服务价值。生态系统生产总值核算的基本任务有3个,即核算生态系统产品与服务的功能量、确定生态系统产品与服务的价格、核算生态系统产品与服务的价值量。生态系统生产总值核算可以用于揭示生态系统为经济社会发展和人类福祉的贡献,分析区域之间的生态关联,评估生态保护成效和效益。以贵州省为例,探讨了生态系统生产总值核算的应用方法,评价了贵州省生态系统为贵州和其他地区人们福祉和支撑经济社会发展所提供的产品和服务及其经济价值总和。评价结果显示,贵州省2010年全省生态系统生产总价值为20013.46亿元,人均GEP 57526元,是当年该省国民生产总值和人均GDP的4.3倍。研究表明,生态系统生产总值的核算可以反映生态系统对经济社会发展的支撑作用,并为建立生态系统保护效益与成效的考核机制提供基础。     

Measurement methods and applications for beneficial and detrimental effects of ecological services

Ecosystem service refers to a wide range of conditions and processes provided by natural ecosystems to help sustain and enhance human life. However, not all ecological conditions or processes are beneficial; some are restrictive or even detrimental under certain circumstances. The nature of the effects depends on time, space and specific target groups. Some locally detrimental phenomena might be beneficial at larger scales, and vice versa. Nature frequently causes detrimental impacts on human beings through disasters such as earthquakes, tsunamis, ice, sandstorms, flooding, drought, soil erosion, fire, disease and biological intrusion, even though these events might be beneficial to natural evolution. And such natural disasters can in turn be caused by human overuse of natural resources and destruction of the environment. On the other hand, human beings do not always destroy nature, but in fact can play a beneficial role through ecological design, engineering and management – activities which could be considered as the human eco-service contribution to nature. To avoid the misleading point of view that nature is always a servant of mankind, the mono-directional ecosystem service concept should be expanded to one of mutual services. Measurement methods of ecological services were put forward, including space, time, equivalent, pattern and order measuring methods. Case studies of urban land evaluation, ecological space accounting, water and energy equivalents assessment were performed in Changzhou city, Taihu basin and Yangzhou city of PR China applying spatial, pattern and equivalent measurement methods.