基于自然的解决方案在北方防沙带生态屏障建设中的应用

基于自然的解决方案(NbS)通过自然资源高效利用和适应性生态系统管理应对多样化挑战,是国际上普遍认可的生态恢复前沿理念,我国的国家生态屏障建设从本质上是中国特色的NbS,具有系统性、综合性和多尺度特征。NbS的对象、主体、目标以及方案等方面与生态屏障的建设思路上高度契合,相关准则能够为生态屏障建设提供全面的理论思路和实践框架。以北方防沙带生态屏障带为例,从北方防沙带的生态问题入手,深入剖析了NbS与探讨了北方防沙带生态屏障之间的耦合关系,从“格局-过程-尺度”机理、“服务-价值-福祉”路径和“保护-修复-管理”体系角度对NbS实施准则和北方防沙带生态屏障进行了阐述;并结合基于自然解决方案的北方防沙带案例分析,总结了NbS在北方防沙带生态屏障建设中的未来发展趋势和面临的挑战。     

对北方生态屏障的科技支撑

我国的北方防沙生态屏障带是国家生态安全战略格局和重要生态系统保护和修复重大工程建设的组成部分,涵盖了“两屏三带”的北方生态脆弱区域,是我国防风固沙及北方草地生态恢复的关键地带.该区域涉及黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、内蒙古、甘肃、新疆(含新疆兵团)9个省(自治区、直辖市),是我国脆弱生态区的自然保护和生态修复的...     

加强生态站网络对北方生态屏障的科技支撑

正我国的北方防沙生态屏障带是国家生态安全战略格局和重要生态系统保护和修复重大工程建设的组成部分,涵盖了"两屏三带"的北方生态脆弱区域,是我国防风固沙及北方草地生态恢复的关键地带。该区域涉及黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、内蒙古、甘肃、新疆(含新疆兵团)9个省(自治区、直辖市),是我国脆弱生态区的自然保护和生态修复的重点及难点区域。受自然因素与人为因素综合影响,该区域水资源短缺,河湖和湿地面积快速减少,水土流失严重,森林和草原功能严重退化,生物多样性受损。区域内的水土流失面积约为4500万公顷,沙化土地面积约13400万公顷,其中内蒙古地区草原退化沙化面积占总面积的60%左右。     

防风固沙型重点生态功能区防风固沙服务的评估与受益区识别

防风固沙型重点生态功能区是我国主要的防沙屏障带,对保障全国的生态环境安全具有重要意义。基于RWEQ模型评估了防风固沙型重点生态功能区防风固沙服务的空间格局,利用HYSPLIT模型模拟了防风固沙型重点生态功能区防风固沙服务的空间流动路径,从生态系统服务流动的角度建立了防风固沙型重点生态功能区及其防风固沙服务受益区之间的时空联系。研究表明,2010年防风固沙型重点生态功能区的防风固沙总量为5.55×10~(12) kg,受益区总面积为32.16×10~6 km~2,涉及防风固沙服务流动路径755条。受益区主要位于中国的西北、华北、东北的广大区域,朝鲜半岛,日本,俄罗斯远东地区和北太平洋的广大海域,其中中国境内的受益区占比24.12%,受益草地面积最大,受益建设用地占中国建设用地总面积的比例最高,受益效益更为明显。在空间分布上,防风固沙服务流动效益以各防风固沙型重点生态功能区为中心呈现明显的圈层式递减特征。防风固沙型重点生态功能区的防风固沙服务流动对下风向受益区的生产生活具有重要的保障作用,研究能够为防风固沙型重点生态功能区的区域间生态补偿政策制定提供科学的参考依据,从而进一步提升防风固沙型重点生态功能区的屏障作用,保障国家生态安全。     

干旱荒漠区斑块状植被空间格局及其防沙效应研究进展

斑块状植被相对稳定的空间格局是其适应环境的结果,也是干旱区植被存在的主要形式.干旱荒漠区植被对土壤风蚀的防护功能不仅与盖度、高度有关,而且与植被空间格局有关.以往的研究多侧重于植被盖度和高度对防护功能的影响,而对植被格局影响防沙效应的研究相对薄弱.干旱区斑块状格局的植被能否防沙、防沙效应如何一直是防沙治沙工程研究中的焦点问题.综述了干旱区斑块状植被空间格局特征、形成演化及防风固沙效应等方面的研究进展,提出未来应借助3S技术手段和模型模拟方法,加强对斑块状植被空间格局与风蚀风积过程的互馈关系、斑块动态的驱动因素和斑块状植被格局防沙功能的尺度效应研究.     

耦合生态系统服务供需的生态安全格局构建——以苏南地区为例

生态系统服务供需平衡是保障生态安全的基础,将生态系统服务供需作用流动机制融入生态安全格局构建对保障区域生态安全和提升人类生态福祉具有重要意义。基于景观生态学原理,提出耦合生态系统服务供需的生态安全格局构建逻辑方法,以苏南地区为研究区构建了景观生态安全格局和社会生态安全格局。研究结果表明:(1)耦合生态系统服务供需的生态安全格局应以维系区域生态安全和保障区域人类生态福祉为构建目标。其中,生态安全以生态系统服务与生态风险为核心关注对象,人类生态福祉的实现依赖于人类主动获取与生态系统服务流;(2)苏南地区生态系统服务供需间存在错配格局,在此基础上分别识别生态源地与需求源地4247.46km²、1882.16km²,生态廊道与供需廊道1614.02km、1915.82km,生态夹点29处、生态障碍点23处、生态供需节点20处;(3)形成"三区四带两组团"的社会-景观生态安全格局优化布局方案,并在此基础上提出针对性保护修复策略,推动经济-生态空间协同发展。研究可为丰富区域生态安全格局构建理论和方法、推动国土空间优化与管控提供参考借鉴。     

基于生态廊道识别的拉萨河流域生态安全格局构建

构建生态安全格局对于保障区域生态安全、优化国土生态空间具有重要意义。以拉萨河流域为研究区,基于“生态源地-阻力面-生态廊道”的区域生态安全格局构建范式,评估流域土壤保持、水源涵养、固碳、生境质量四项生态系统服务,基于生态系统服务重要性分级识别生态源地;选择土地覆被类型、归一化植被指数、地形起伏度、坡度、距道路距离、距水体距离作为主要阻力因子,利用熵权法形成综合阻力面;利用Linkage Mapper工具基于最小成本路径理论识别生态廊道并判定生态节点,构建流域生态安全格局。结果表明：提取生态源地20个,总面积2531.42 km²,占研究区总面积的7.77%;生态廊道36条,总长度916.87 km,与拉萨河干流平行呈“二”字型分布;生态节点13个,集中分布在裸地、裸岩、低覆盖度草地等地类,构建以生态源地-生态廊道-生态节点组成的“面-线-点”结构生态网络。研究结果为拉萨河流域生态安全和生态经济协调提供数据支持,为区域生态保护与可持续发展提供科学参考。     

基于生态系统评价的山水林田湖草生态保护与修复体系构建研究——以乌梁素海流域为例

山水林田湖草系统保护与修复工程实施的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。从乌梁素海流域山水林田湖草的生态现状与功能出发,对乌梁素海流域水土流失、土地沙化等生态敏感性及土壤保持、水源涵养、生物多样性等生态功能重要性进行系统评价,形成基于生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果。以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,以乌梁素海流域生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果为基础,制定了“一中心、二重点、六要素、七工程”的乌梁素海山水林田湖草生态保护与修复体系,并基于此将乌梁素海流域生态保护修复分为6个主要治理区域,形成“四区、一带、一网”的生态安全格局,通过具体工程实施,流域生态环境质量和生态服务能力将取得明显提升,防风固沙能力有效增强,生物多样性持续改善,水环境质量稳定达标,生态系统的稳定性明显加强。通过乌梁素海流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复关键区域的识别提供了定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径。     

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。     

防治荒漠化的“三圈”生态-生产范式机理及其功能

防治荒漠化的“三圈”生态-生产范式,是干旱生态系统优化与重建的新结构。根据在鄂尔多斯和新疆等地的研究和实践,从干旱生态系统结构、过程和功能来讨论荒漠化防治的“三圈”范式。地理圈层结构（地理地带性）是“三圈”范式的自然地理背景。从宏观尺度和功能方面划分,“三圈”范式在空间尺度上有大“三圈”和小“三圈”之分,大“三圈”控制洲际范围的荒漠化扩展及沙尘暴蔓延,小“三圈”则以控制区域性风沙活动、沙尘暴和就地起沙的危害。防治荒漠化工程是复杂的多元组合和多功能的系统,我国西北地区受荒漠化影响严重,宏观的大“三圈”与多区域的小“三圈”有机结合,形成圈圈相护、层层设防的严密防护与生产系统,有效地控制大范围风沙危害、改善地方气候与小气候,并对发展经济,提高人民生活发挥重要作用。因此,“三圈”范式的概念与结构既是以自然地理地带性为基础,又是人类对自然、环境与生态系统格局的规律认识,更是科学的人类恢复、重建干旱区生态环境与可持续发展的生态设计范式。     

生态脆弱区生态安全格局构建研究

构建生态脆弱区生态安全格局对维护区域生态安全至关重要。传统的生态安全格局构建多以静态生态指示因子为基础指标,对重要物种的迁徙过程考虑较少,容易忽略生态服务和物种丰富度较低、但对物种迁徙具有重要意义的区域,造成栖息地功能性丧失。因此,以日喀则市为例,基于生境适宜性评价进行生态源地识别,从地形、土地利用等方面构建生态阻力评价指标体系,应用最小累积阻力模型（MCR）识别生态廊道,并将生态廊道与阻力脊线的交点作为生态节点,进而结合生态服务空间特征构建生态安全格局。结果表明：（1）生态源地以草地、未利用地、水域和林地为主,面积8.3万km²,主要集中在日喀则南部沟谷地区、中部雅江河谷地区和北部高山地区;（2）生态廊道累积长达5135 km,主要沿河流或者山体呈网状分布;（3）生态节点主要分布在南部边境地区,用地类型以未利用地为主,是未来需要加强保护的关键区域;（4）建议构建"两屏-一流域"的生态安全格局,保障全市生态安全。该区域总面积5.17万km²,约占市域总面积的29%,能够支持12种物种栖息及迁徙,并分别保护了全域72.0%的水源涵养极重要区、69.9%的土壤保持极重要区、57.5%的防风固沙极重要区和99.6%的碳固定极重要区。生态廊道和生态系统服务相结合构建区域生态安全格局可为脆弱区生态系统和物种保护提供决策工具。     

基于生态系统服务供需平衡的粤港澳大湾区生态安全格局构建

构建生态安全格局是控制城市蔓延、实现区域生态安全和促进社会可持续发展的重要途经。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。现有相关研究在生态源地的识别过程中缺乏对生态系统服务供需平衡,以及生态系统服务的人类活动效应的考量。因此,如何顾及生态系统服务供需平衡和人类活动识别生态源地,是构建区域生态安全格局需要解决的重要问题。以粤港澳大湾区为研究对象,基于生态系统服务供需平衡识别初始生态源地,并根据生态系统服务随土地开发程度的梯度效应进一步确定最终生态源地,而后结合生态廊道、生态战略点的识别,最终确定粤港澳大湾区生态安全格局。结果表明：(1)研究区生态系统服务供需空间匹配程度较弱,表现为四周高供给-低需求,中部高需求-低供给的空间分布特征;(2)研究区生态系统服务综合供给具有随土地开发程度增加而呈显著下降的特征,且存在显著的突变点(阈值)。即在土地开发程度超过28.27%时的生态系统服务综合供给迅速下降;(3)研究区共有100块生态源地,总面积为7344.24km²,整体呈“东西部多-中部空”的外围环绕式分布结构;(4)研究区共有175条生态廊道,总长度为...     

基于生态系统服务与引力模型的珠三角生态安全与修复格局研究

随着我国城镇化的快速推进,大型城市群及周边区域的生态环境问题日益突显。为了促进区域生态保护、生态修复以及精细化生态管理,空间尺度上的区域生态安全和修复格局的识别必不可少。选取珠三角地区为研究对象。首先,基于InVEST生态模型计算区域关键生态系统服务,并根据SOFM神经网络模型识别以林地为主的36个生态源地,约占区域总面积的29.56%。其次,基于最小阻力路径模型识别141条关键生态廊道(1900 km),10个承接生态流流动的生态节点以及2776 km²处于生态过渡地段的高优先级生态修复区。最后,依据引力模型判定的生态廊道重要性,将重要生态源地及其辐射区域整合形成东北部、西北部、东南部、西部和南部5个生态区。由此,提出以生态源地为核心、以生态廊道为主轴、以生态节点为承接点、以生态障碍点为修复区的珠三角区域生态安全和修复格局,并对各类别生态要素提出相应生态修复与管理措施,有利于解决大型城市群跨区域的共性生态环境问题。     

岷江流域生态安全格局评价与优化——基于最小累积阻力模型和重力模型

生态安全格局评价是维护生物多样性、改善环境质量的重要途径,对维持区域持续发展具有重要意义。以岷江流域为研究区,综合运用土地利用和归一化植被指数（NDVI）等数据,基于生态系统服务对岷江流域进行生态重要性分析,将生态极重要区识别为生态源地,采用最小累积阻力（MCR）模型中成本路径法提取潜在廊道,结合重力模型提取重要廊道和重要节点,从而实现对研究区生态安全格局的刻画,进而对岷江流域生态安全格局评价并提出优化建议。研究结果表明：（1）岷江流域安全等级总体较好,较高生态安全和高生态安全的面积占研究区面积的55.02%。（2）从空间上看,研究区内重要生态源地面积为818.32km²,破碎化严重,集中分布在岷江流域上游林地区;廊道共190条,总长度为19633.96km,其中重要廊道41条,呈半环状分布于上游和下游段;生态节点共117个,集中分布在上游段南部-西南部。（3）参考生态阻力和廊道节点空间分布特征,划分岷江流域"四区两带"生态安全格局并提出分区管控措施和相关建议。以期研究结果和调控路径可对完善岷江流域生态安全格局、保护生物多样性和增强水土保持有一定的借鉴意义。     

基于生态系统服务的流域生态安全格局构建——以辽宁省辽河流域为例

人口和社会经济的高速发展导致土地利用格局的变化和生态系统服务的退化。构建生态安全格局是保障区域生态安全的重要途经。识别和保护关键生态区域对维持生态系统的稳定性和可持续性具有重要意义。本文以辽宁省辽河流域为例,基于生态系统服务重要性评价,根据区域自然特征和生态环境状况选取并定量评估固碳释氧、土壤保持、粮食供给和产水4项关键生态系统服务,以生态系统服务的高价值区为生态源地,综合各项生态系统服务功能构建阻力面,运用电路理论的方法识别生态廊道和关键节点,从而构建辽河流域生态安全格局。研究结果表明：辽河流域内共有129个生态源斑块,243条生态廊道和38个“夹点”。其中,生态源斑块主要分布在研究区东部,主要由林地组成,斑块连续、跨度范围较大;生态廊道总长度为1606.07 km,呈梭形沿着平原与山区交错带延伸;“夹点”沿着河流分布在研究区的中部,主要由林地、耕地组成。本文通过构建辽宁省辽河流域生态安全格局,为缓解日益尖锐的辽河流域经济发展与生态保护之间的矛盾提出了新的思路。     

整合多重生态保护目标的广东省生态安全格局构建

构建生态安全格局是缓解生态保护与经济发展之间的突出矛盾,保障可持续发展的有效空间途径。但目前生态安全格局的构建过于强调综合,简单叠加多种生态系统服务的方法忽视了不同服务间的权衡与协同关系,难以直接支撑不同目标下的生态保护决策。以广东省为例,重点关注生境维持、水源涵养、水质净化、粮食生产、土壤保持、洪水调节、沿海灾害缓解七种重要的生态系统服务,面向生物多样性保育、水资源利用、粮食生产、自然灾害防范等单一生态保护目标分别构建生态安全格局。研究结果表明,面向生物多样性保育目标的生态安全格局呈“双屏障带”式分布,生态源地主要分布在粤北生态发展区;面向水资源利用目标的水安全格局呈“五江一带”式分布,重点保护区主要位于河湖水库及周边绿地;面向粮食生产目标的生态源地主要分布在广东省东西两翼;面向自然灾害防范目标的生态源地在珠三角、湛江市、汕头市少有分布,集中在粤北生态发展区。基于多种生态系统服务综合重要性判定生态源地,并整合单一生态保护目标下的多重源地,识别综合生态源地共49536.10 km~2,主要分布在珠三角外围和粤北生态发展区。基于最小累积阻力模型和电路模型,识别了总长度2268.07 km...     

干旱内陆河流域生态安全格局的构建及优化——以石羊河流域为例

生态安全格局识别及构建是保障干旱区生态安全、实现可持续发展的基本空间途径。石羊河流域是典型的干旱内陆河流域,其生态环境极为脆弱、敏感。基于石羊河流域生态本底特征,选取并定量评估水资源、生物多样性、水土保持和沙漠化4种生态系统服务,识别生态源地;以建筑物指数和植被净初级生产力为阻力因子,应用加权叠加法构建基本阻力面,并运用最小累积阻力模型及水文分析法识别生态廊道和生态功能节点,进行生态安全格局构建及优化。结果表明:(1) 2005—2015年,石羊河流域生态源地增加,生态环境质量趋于好转,特别是下游民勤绿洲区及上游祁连山区源地面积增加明显。2005、2010、2015年生态源地面积占流域总面积的比重分别为16.7%、14.7%、19.8%;(2) 2005—2015年,生态廊道明显增加,流域整体生态安全格局网络趋向复杂完善。2005年和2010年提取的生态节点都为36个,2015年的生态节点为35个,生态廊道从2005年的23条增加到2015年47条,部分潜在廊道发展演化为廊道;(3)基于2005—2015年生态安全格局分析,构建了以"二带区、三绿洲、五廊道、多中心"为核心的"绿洲廊道功...     

基于“质量-风险-需求”框架的武汉市生态安全格局构建

生态安全格局旨在维护景观格局的整体性与生态过程的连续性,以保障城市生态安全.当前的生态源地识别方法缺乏对生态用地退化风险以及人类生态需求的考虑.本研究以武汉市为例,从生态用地质量、生态退化风险以及生态需求3方面计算生态用地的综合价值以识别生态源地,根据土地利用类型和夜间灯光数据构建基本生态阻力面,基于最小累积阻力模型识别潜在生态廊道,基于电路理论识别生态“夹点”,在此基础上构建了“四横三纵十组团”的武汉市生态安全格局.结果表明: 武汉市生态源地面积为2138.2 km²,占市域面积的24.9%,以水域和林地为主,呈组团形态集中分布在市域南北.生态廊道总长度为1222.42 km,其中,水生廊道566.75 km,陆生廊道为655.67 km,水生廊道贯穿市域呈十字型构架,陆生廊道呈环状分布在市域四周,整体上呈现出“四横三纵”的空间格局,生态廊道上共有生态“夹点”44处,以中心城区为核呈环状分布格局.现有保护空间基本落入生态源地范围,证明了识别框架的生态意义,能够为都市区域生态安全格局的构建提供一个量化框架,以指导相关的城市空间规划.