城市生态系统:人与自然复合

随着城市化快速发展,城市生态学进入了空前繁荣时期,一些新理念和新范式引起了广泛关注。从生态系统角度,分析了城市生态系统组分、结构、过程、功能和服务的特点,提出了城市生态系统研究的黑箱范式和结构-过程-功能-服务级联范式。重点分析了人与自然在城市生态系统的组分、结构、过程、功能和服务等方面上的不同角色,探讨了人与自然在城市生态系统组分上镶嵌、结构上融合、过程上耦合、功能上互补和服务上协同的相互作用机制,提出了城市生态系统研究的人与自然共同进化范式,即人类和自然相互作用和适应,推动了城市发展。这将为深入认识和研究城市生态系统提供重要理论支撑。     

生态系统服务流研究进展

生态系统服务流是实现生态系统服务供给与人类需求耦合的重要桥梁,是当前生态系统服务研究的热点与前沿。科学理解生态系统服务从产生、传递到使用的全过程,明确区域生态系统服务供给与需求的平衡状况,对于实现区域可持续发展与提高人类福祉具有重要意义。在综合分析国内外相关研究的基础上,阐述了生态系统服务流的概念内涵,归纳总结了生态系统服务流的定量研究方法,并系统梳理了国内外生态系统服务流研究在理论探索与应用案例方面的研究进展;探讨了当前生态系统服务流研究中存在的问题和不足,包括:生态系统服务从供给区传递至需求区的空间转移规律尚不明晰、定量评估生态系统服务流的方法不成熟、面向应用的生态系统服务流的研究较为缺乏,以及人与自然耦合系统中生态系统服务流研究框架有待进一步完善。未来的研究需要重点关注复杂系统中生态系统服务流跨尺度、跨区域的传递过程,加强生态系统服务的空间流动过程与传递路径的定量分析与模拟,重视生态系统服务流的应用性研究,尤其是在生态恢复、生态补偿、城市规划等方面的应用,并完善人与自然耦合系统中生态系统服务流的研究框架,以期促进生态系统服务流研究的发展。     

“自然对人类的贡献”的实现、发展趋势和启示

生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台(IPBES)的目标是加强科学政策对生物多样性和生态系统服务的影响。为了更好地理解和展示IPBES目标的基本要素及其相互关系, 在千年生态系统评估(MA)的基础上, IPBES融合多种知识体系, 不断完善、创新, 逐步形成了以“自然对人类的贡献” (NCP)为核心的概念框架。本文首先梳理了NCP的发展历程, 论述了NCP与生态系统服务的关系, 指出两者均关注人类福祉, 但与生态系统服务不同的是, NCP涵盖了自然对人类生活的消极影响, 强调社会文化因素、传统知识和土著居民的地位以及人与自然共同作用的重要性。其次, 本文阐述了人与自然共同实现NCP进而影响人类良好生活质量的机制, 并分析了NCP大幅下降的全球趋势, 提出世界各国应不断推动生物多样性保护主流化, 增加国际交流与合作, 致力实现“人与自然和谐共生”的2050年愿景。最后, 本文讨论了NCP在IPBES评估和《生物多样性公约》磋商谈判中的应用前景, 为今后NCP理论研究和实践提供科学支持。     

广州市土地利用变化对生态系统服务价值的影响研究

土地是各种陆地生态系统的载体,土地利用是人类生存与发展不可缺少的活动,是人与自然交叉最为密切的环节,土地利用/覆盖的变化必然影响生态系统的结构和功能。在Constanza生态系统服务价值理论基础上,结合谢高地等对中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表,计算了1996~2005年间广州市生态系统服务价值的变化。由于建设用地和养殖水面对耕地及其他农用地面积的占用,以及水域生态价值系数较高,使得广州市10年间的生态系统服务价值(ESV)变化不大,增加了1.08亿元,但人均占有量(Ave(ESV)却下降了30.11%。各种土地利用方式的生态系统服务价值的敏感性指数(CS)均小于1,表明其对生态系统的价值变化是缺乏弹性的。耕地面积的变化主要影响广州市的粮食安全问题,而水域的变化则对生态系统服务价值变化起放大作用。     

“生态环境的保护”的教学组织

从本专题开始,将在研究生态系统结构和功能及其稳定性的基础上,分析有关“生态环境保护”的问题,探讨人与环境资源之间的关系和实现人与自然和谐发展的措施与途径。     

退化生态系统的恢复与管理——兼论自然保护区在其中发挥的作用

生态系统退化与人口的增加及人类的活动有直接的关系。长期以来人类对自然生态系统的掠夺性利用造成了各类生态系统的退化,即人为原因是主要的,而自然原因是次要的。在退化生态系统的治理方面,关键要减少自然生态系统恢复演替中人为的压力,而大面积的土地可借助自然力恢复,恢复后的土地可发展成自然保护区,并开展生态旅游等非直接破坏性的活动。应充分考虑到社区的发展问题,解决人的生存出路并提高他们的生活质量,从而在根本上缓解对自然生态系统的压力。本文提出了“以地养地”并借助自然力恢复退化生态系统的模式,利用各种具体例子阐明了我们的观点。最后指出了中国古代先哲关于人与自然的关系原理至今在退化生态系统的恢复中仍然有着现实的指导意义。     

退化生态系统的恢复与管理--兼论自然保护区在其中发挥的作用

生态系统退化与人口的增加及人类的活动有直接的关系。长期以来人类对自然生态系统的掠夺性利用造成了各类生态系统的退化,即人为原因是主要的,而自然原因是次要的。在退化生态系统的治理方面,关键要减少自然生态系统恢复演替中人为的压力,而大面积的土地可借助自然力恢复,恢复后的土地可发展成自然保护区,并开展生态旅游等非直接破坏性的活动。应充分考虑到社区的发展问题,解决人的生存出路并提高他们的生活质量,从而在根本上缓解对自然生态系统的压力。本文提出了“以地养地”并借助自然力恢复退化生态系统的模式,利用各种具体例子阐明了我们的观点。最后指出了中国古代先哲关于人与自然的关系原理至今在退化生态系统的恢复中仍然有着现实的指导意义。     

结合"小生态瓶的稳定性观察"实验谈生态环保意识培养的重要性

“倡导绿色生活,保护生态环境”,达到“人与自然的和谐统一”是人类追求和努力的目标,本文从小生态瓶的生态系统稳定性观察及对影响其稳定性的因素分析入手,再延伸拓展到整个生物圈面临的“生态危机”,并就解决“生态危机”首要在加强生态环境保护意识的培养提出了一些看法。     

生态系统服务视角下的工矿废弃地再开发模式及策略

工矿废弃地再开发对于改善矿山环境、促进矿区经济转型具有重大意义,也是挖掘存量土地资源的重要渠道之一。由于工矿废弃地属于已损毁土地,选择何种模式进行再开发利用,对于矿区生态系统的改变起到决定性作用。为了保障工矿废弃地再开发,实现生态恢复、优化用地布局、人与自然和谐共生的愿景,本文将生态系统服务思维融入工矿废弃地再开发中,采用文献分析法、理论分析法、案例研究法等,构建生态系统服务视角下的工矿废弃地再开发内涵和框架,研究工矿废弃地再开发目标、模式及策略。主要结论如下:(1)工矿废弃地再开发应以提升社会-生态系统恢复力为最终目标;(2)遵循生态系统服务理论,提出了工矿废弃地再开发中供给服务优先、支持服务优先等5种开发模式,并认为多种服务协同是再开发的理想模式;(3)工矿废弃地再开发方向取决于生态系统服务间的权衡与协同关系。因此,生态系统服务视角下的工矿废弃地再开发,应以生态系统服务总价值的增加为基础,实现废弃地的综合整治,因地制宜选择合适的开发模式,实现社会-生态系统恢复力的提升,推动区域协调可持续发展。     

城市生态系统:高度空间异质性

城市生态系统复杂性不但体现在人与自然复合关系上,而且体现在空间异质性上。不同于传统的内部相对均质的生态系统,城市生态系统的构成元素(建筑物、植被和水体)在类型、密度、人类干扰强度和社会经济生态功能等方面都存在着很大的空间差异,形成了城市生态系统内部的高度空间异质性。城市空间异质性描述多采用以斑块为基础的景观格局指数法和斑块分类法等。城市生态系统的高度空间异质性,表现在城乡梯度上,生态系统要素、结构、过程、功能和服务都呈现出一定的城乡变化梯度。还表现在各类城市要素和功能单元的破碎化分布上,形成了多层级的斑块化格局。因此,城市空间异质性研究可以采用城乡梯度范式和层级斑块动态范式。这将为城市生态系统内部空间分异规律研究和城市规划管理提供重要的方法学基础。     

三峡库区移民安置区生态农业发展模式的研究

就三峡库区农用土地的分布、开发方式、存在问题、生态农业发展模式等方面进行了初步的探讨．在分析三峡库区现已开发的农用土地存在着地力衰退、生产力低、自然灾害频繁及生态环境恶化等问题的基础上,从人与自然相协调的角度,提出了建立农林复合生态系统、木本粮油型、农林牧复合型、农林牧渔复合型的发展模式的思路和建议．     

基于生态系统服务视角的人类福祉评估技术方法体系

不管是联合国2030可持续发展目标,还是我国的生态文明建设,最终的目标都是协调好人与自然的关系,保证生态系统服务的可持续供给以提高人类福祉。过去二十年来,随着生态系统服务成为国际生态学研究的前沿和热点,生态系统服务与人类福祉之间的关系也得到越来越多的重视。而定量刻画二者之间关系的前提是在一个统一的概念框架下建立各自的量化评估指标体系。不过,目前大部分的研究集中在生态系统服务的评估,而对人类福祉评估的研究相对匮乏,因此急需一套对人类福祉进行评估的技术方法。笔者结合多年的理论和实践,对人类福祉评估的理论基础与技术方法进行了系统地归纳与整理,以期为生态系统服务与人类福祉之间量化关系的研究提供参考。     

生态效益及其特性

生态效益从1980年代提出以来,在我国得到了广泛的应用。但到了1990年代,随着外来词—生态系统服务(功能)的引进,生态效益在生态学界的使用不像从前普遍。将探讨生态效益的定义、与生态系统服务的关系、形成机制和主要特征,为国家将落实生态效益纳入到社会经济发展评价指标体系提供理论基础。将生态效益定义为生态系统及其变化引起的人类生存和社会经济发展条件的改善程度,并指出了生态效益形成机制及其特性的范围,其中机制包括:生态系统功能发挥机制、生态系统内部稳定机制以及人与自然耦合机制;生态效益特性包括:生态系统介导性、人类福祉相关性、区域环境依赖性、持续再生性、多维性、跨尺度性、外部性、基础性和非市场性。这将为生态效益监测评价方法的建立和不同研究成果比较提供科学基础。     

持续发展—人地系统优化的新思路

持续发展的本质是优化人与自然的关系和人与人的关系,环境对人类需求的支持能力是有一个自然极限的,在此极限范围内,人类文化调节可实现人类生态系统的持续性,可用生产力稳定性、恢复力、公平性、自立性和协调性等系统特性和原理来衡量人类生态系统的待续性,据此,提出人地系统优化的途径是把人类需求控制在系统承载力之内,使自然资源的再生产社会化,以市场机制协调资源的供需矛盾,政府干预与公众参与。     

实现城市可持续发展的系统转型

城市在为人类提供各种生态系统服务的同时,其发展中的各类问题限制着城市生态系统本身的可持续发展。首先概述了城市发展过程中面临的挑战,主要包括城市化过程中人与自然的关系问题及社会生态问题等;其次从可持续发展的内涵、社会-经济-自然复合生态系统和驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)的理论出发,分别从城市水供给和污水处置系统、消减城市废弃物排放、城市交通和区域规划、城市发展与粮食系统供求关系、城市清洁能源系统等5个方面对如何实现城市的转型进行了系统的论述。结合我国城市可持续发展的研究进展,指出城市的可持续发展问题不仅是城市自身的问题,也是城市与周边区域的协调发展问题。为此,文章提出必须基于五个"转向"来研究和建立城市化与区域生态的耦合和协调机制。     

北京市景观格局演变及其对多种生态系统服务的影响

景观格局是人与自然共同作用的结果,深刻影响着区域的生态系统服务及可持续发展。以高度城市化地区——北京市为案例,选取了粮食生产、水质净化、空气净化、气体调节、生境质量以及休闲娱乐6项重要生态系统服务,采用InVEST （Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）、ROS （Recreation Opportunity Spectrum）等模型定量评估了1980-2018年生态系统服务时空分布。通过对北京市景观组成与景观配置指数进行定量分析,进一步探索了景观格局演变对生态系统服务的影响。结果表明：（1）北京市1980-2018年建设用地扩张了120%,建设用地扩张是耕地面积减少的主要原因。景观格局总体上趋于破碎化,斑块形状复杂化,斑块异质性增加;（2）时间上,北京市1980-2018年粮食生产、水质净化、气体调节、生境质量、休闲娱乐5项生态系统服务均呈现下降趋势;空间上,粮食生产呈现东南部较高,西北部较低的分布特征,其余生态系统服务均呈现西北部较高,东南部较低,市中心最低的分布特征;（3）景观水平上,林地、建设用地等景观组成变化对生态系统服务影响最为显著。破碎化指数、多样性指数等景观配置指数对生态系统服务影响最为显著;类型水平上,平均斑块面积、斑块聚集度对生态系统服务影响相对最为显著。总体来讲,通过分析景观格局演变如何影响生态系统服务,为如何通过设计和优化景观格局来提升生态系统服务提供了定量依据,从而为促进区域的景观可持续规划提供理论依据和案例参考。     

应对气候和生态环境危机促进全球可持续发展——UNEP与自然和谐共处报告简述

2021年2月18日,联合国环境署发布《与自然和谐共处：应对气候、生物多样性和污染危机的科学蓝图》。报告指出：气候变化、生物多样性下降和环境污染已经成为全球三大环境紧急情况;人与自然关系面临着社会经济发展压力加剧环境风险、遏制环境恶化的全球承诺尚未兑现、环境风险威胁可持续发展目标等多重挑战;全球亟需开展以联合国可持续发展目标为框架的系统变革,加快应对全球环境危机的重点行动,改革资源环境和经济系统,提高粮食、能源和水系统的环境友好性与可持续性,加强对人体健康与生态环境健康的协同保护,进而推动人与自然的和谐共处以及可持续发展。该报告结合全球环境评估的最新进展,强调了社会-经济-环境可持续发展仍是未来的重要研究课题,对我国社会-生态系统与可持续发展等领域的科学研究有如下启示：（1）创新社会-生态系统的综合集成研究,探寻不同发展路径和气候变化情景下社会-生态系统时空演变特征与趋势;（2）注重科学研究对决策的支撑以及与国际重大议程的衔接,探索和创新可持续发展的中国方案。     

沿海滩涂围垦对生态环境的影响研究进展

沿海滩涂湿地生态系统,典型的生态脆弱区,既是地球表面最为活跃的自然区域,又承载着人类的生存与发展,其生态环境面临着巨大压力。在社会经济发展和人口增长的推动下,沿海国家大力从海洋中争夺陆地,围填海造地和围垦开发成为许多沿海地区和国家缓解人地矛盾的主要方法。在此背景下,对沿海滩涂围垦历史进行简述,从滩涂土壤性质、生物多样性、土地利用变化及景观格局、生态安全和生态系统服务等5个方面综述了人类围垦活动的生态环境影响。随着围垦时间的增加,滩涂土壤在脱盐过程中累积养分,逐渐熟化,土壤物理、化学和生物特性朝着有利于人类利用的方向变化;植物物种多样性呈不断增加的总体趋势,且随着生境的变化,陆生昆虫和土壤动物逐渐替代湿地典型的底栖动物和水鸟;土地利用方式从自然状态转变为以人工方式为主,景观格局表现为破碎化程度升高、多样性降低和优势度上升;从自然景观为主的自然湿地生态系统转为以人工景观为主的人工陆地生态系统过程中,供给服务的价值是唯一处于增长趋势的生态系统服务功能,但供给服务的价值增加量小于调节服务、文化服务和支持服务的减少量致使生态系统服务总价值降低,而且滩涂湿地面临着土地资源安全、水资源安全、生物入侵以及自然灾害加剧等风险。在全球气候变化背景下,如何权衡资源利用与环境保护并实现人与自然共生,是海岸带湿地生态系统在人类围垦活动中面临的重要难题之一。因此,未来应以机理研究为基础,以长期定位监测为手段,以综合集成的研究体系及对策制定为目标,不断深化沿海滩涂开发利用对生态环境影响的研究,为推动人类围垦活动下沿海滩涂湿地生态系统的可持续发展提供参考。     

中国国家公园原真性与完整性概念及其评价框架

国家公园保护管理的首要目的是有效保护国家重要自然生态系统原真性和完整性。我们提出了面向管理的中国国家公园原真性与完整性概念, 国家公园原真性是指国家公园内生态系统及构成国家公园价值或与国家公园价值紧密联系的自然与文化要素保持在原生状态, 强调“不受损”; 国家公园完整性是指国家公园具有足够面积和充分的组成要素, 以维持生态系统的结构、功能与过程, 维持自然区域的价值与特征, 强调“不缺失”。我们还提出了国家公园原真性和完整性评价框架, 从自然度、气候变化强度、传统文化及其载体的真实性、人类干扰程度、人与自然和谐关系的原真性5个方面评价国家公园原真性; 从生态系统组成完整性、生态系统结构完整性、生态系统功能完整性、景观组成要素完整性和文化景观的完整性5个层面评价国家公园完整性。此外, 我们还提出了国家公园原真性与完整性保护的建议, 包括重塑保护管理目标、更新保护管理理念与提升保护管理技术3个方面。国家公园原真性与完整性的讨论尚未成熟, 对评价指标设定、指标间的相互关系、保护管理技术等的研究均尚待深入。     

应对全球气候变化的干旱农业生态系统研究——第二届EAM国际会议青年学者论坛综述

全球气候变暖对干旱农业生态系统管理提出了严峻的挑战,解决方案须从个体到全球不同尺度开展系统研究,并协同考虑与社会经济系统的互作机制。综述了2010年7月24日在兰州大学举行的第二届生态系统评估与管理(EAM)国际会议青年学者论坛的18场青年学者报告,包括全球变化生态学、植物水分生态学、植物营养与土壤生态学、草畜耦合生态学和生态系统设计与管理等5个分支,报告内容从个体尺度到全球尺度、从自然层面到社会层面均有涉及。将会议主题放入Reynolds等人提出的旱地系统发展范式(DDP)、Jianguo Liu等人提出的人与自然耦合系统理论(CHANS)和Thorvald Srensen提出的生态区概念(ecotope)及脆弱生态系统差别分层管理理论(SFDM)的视角中开展系统地讨论。总结过去20a在干旱农业生态学方面的研究工作,并融合国际前沿进展,提出在年降水量为300-550 mm的地区如何实施"大面积搞生态、小面积搞生产"和以"提高农业生产力和增加植被覆盖率"为核心的生态系统管理模式。该模式映射了未来几十年高效应对全球变化给干旱农业生态系统管理带来的挑战。