中国陆地生态系统服务功能的时空变化分析

自Westman(1977年)和Ehrlich(1982年)分别提出"自然的服务"和"生态系统服务功能"概念以来,如何对其进行科学的价值核算和应用就成为该领域研究的热点.在对相关研究成果进行综述的基础上,我们提出了3点科学假设:陆地生态系统既提供正向的服务功能,也提供负向的服务功能;陆地生态系统服务功能的变化不仅体现在生态系统类型的数量或面积上,还应反映出其质量或品质的变化;陆地生态系统服务功能的价值应该从存量和增量两个方面来衡量.因此,本文在收集了中国1999～2008年土地利用和基于GIMMS遥感影像的NDVI数据基础上,计算和分析了近10年内中国陆地生态系统服务功能价值的时空变化,并得出了一些有意义的结论.首先从时间变化来看,中国陆地生态系统服务功能总价值存量从1999年的6.82万亿元减少到2008年的6.57万亿元;其中正价值减少了2401.7亿元,负价值增加了88.5亿元;减少的价值主要体现在水分调节、土壤形成和废物循环功能上;从其总价值的增量来看,2000年中国陆地生态系统服务功能价值净增43.1亿元,2008年则变为负增长,为?1.3亿元.其次从空间角度来看,中国陆地生态系统服务功能的供给主要集中在东北部和南部地区,且近10年空间变化并不显著;人类活动影响下山西和甘肃生态服务功能价值的亏损较为严重,陕西盈利较为明显;而单位面积陆地生态系统所提供的服务功能强度则是中、东部地区较高,西部地区较低,且近10年空间变化较为显著.最后讨论了导致中国陆地生态系统服务功能时空变化的原因,希望对未来中国陆地生态系统的管理提供一些建议.     

公路网对纵向岭谷区生态系统服务价值的影响

以纵向岭谷区1985和2000年的土地利用数据及该区公路网为基础,利用景观退化指数估算在公路网干扰下的生态系统服务价值,揭示人类活动对生态系统服务功能的影响.研究表明,生态系统类型的转换使研究区在这16年期间损失了65多亿元服务价值,该区有5.42%的生态系统受各等级公路的影响,公路网对生态系统的结构破碎化效应显著,这种破碎化影响具有累积性.2000年生态系统在公路网干扰下,损失了1900多亿元生态系统服务价值,公路网密度对生态系统服务价值的影响呈指数递减,该区2010和2020年的规划公路网预测表明,生态系统服务价值平均每年以1.2%速率减少.文中从价值量的角度反演生态系统结构的变化对服务功能为复杂的非线性影响,考虑人类重大工程——公路对生态系统服务功能的干扰,对生态系统服务价值的精确估算以及生态系统功能的定量研究探索一种新的研究思路与方法,为公路建设的生态影响研究具有理论与现实意义.     

纵向岭谷区不同水电梯级开发情景胁迫下的区域生态系统变化

以纵向岭谷区澜沧江流域和红河流域为研究对象,在对比分析澜沧江和红河流域生态环境现状的前提下,结合澜沧江、元江-红河干流的水电梯级开发规划,构建了水电梯级开发胁迫下的生态脆弱度评价指标体系,设置了8种不同的水电梯级开发情景,模拟和预测不同开发情景下引起的区域生态系统变化,在计算过程中考虑了生态系统功能的突变特征.分析中没有考虑水电梯级开发带来的发电、航运等经济效益,只是从生态保护的层面进行考虑.结果表明,干流规划的梯级电站联合运营后,澜沧江流域的生态脆弱度将由现状的0.34变为0.90~0.91,红河流域的生态脆弱度将由现状的0.43变为0.86~0.89,并且两个流域的生态系统均可能发生突变,导致不可逆转的后果.为了保证生态环境遭到最小的破坏,澜沧江上游适合进行高响应水平下的间隔开发,开发后流域的生态脆弱度为0.56~0.62;元江-红河干流如果在响应实施水平不能够保证的情况下,也建议间隔开发,高响应水平下间隔开发后生态脆弱度为0.42~0.43.一方面,为水电梯级开发引起的生态系统变化理论和方法研究提供参考,另一方面,旨在能够提醒相关部门在水电梯级开发过程中注意对生态环境的保护和加强开发后的生态恢复力度,并对纵向岭谷区其他流域的水电开发进行预警.     

基础设施建设对长白山森林生态系统服务功能价值的影响

基础设施建设势必会对长白山森林生态系统服务功能价值产生影响。为此,本文采用假定法对其进行估算,即假设基础设施建设侵占的林地未被破坏,能产生的各种价值的总和即为森林生态系统服务功能价值的缺损量。计算结果表明,因基础设施建设损失的生态系统服务功能价值为1 532.18万元,占长白山生态服务总价值的0.21％。随着森林生态系统受到人类的压力增加,其代价就会迅速增大。因此,人类在开发森林资源的同时,必须保护森林生态系统,使其达到可持续发展。     

澜沧江干流水电开发的跨境水文效应

利用澜沧江域干流水文站1950s以来的月径流系列、干流8个水电梯级开发方案的关键指标等数据,综合分析了澜沧江干流水电大坝建设的跨境水文效应．结果表明:澜沧江-湄公河南北向发育4880 km,沿途河川径流的变化复杂多样,现有澜沧江水电大坝只是其众多驱动力中的一个,不是主驱动力;澜沧江已建大坝对下湄公河径流变化有明显的影响,主要在日平均变化时间尺度上,并集中在万象以上的干流狭窄河段;在几天以上变化的主要影响因素是气候变化;在允景洪水文站以下到出境点,有高达113．7×108 m3径流量,占澜沧江出境多年平均径流量15．44％的径流量不受水电梯级开发影响．这些结论,为合理评价澜沧江干流水电开发的跨境影响,提供了新的科学依据．     

纵向岭谷区河流生态水文时空分异及驱动力分析

以纵向岭谷区两条典型高山峡谷河流为例,对河流生态水文的时空异质性及变化驱动力进行相应的分析.通过对河岸带植被物种环境二元数据矩阵进行典型对应分析,识别影响河岸带植被分布的环境因子;借用生物多样性指数的变化来反映研究区生态状况的时空变异性;利用河流水文气象要素的多元相关性分析,界定河流水文情势变迁的主导性因素;对比分析澜沧江干流及元江水系水环境状态的时空变异性规律及影响要素.通过对纵向岭谷区典型河流的生态水文时空分异及驱动力分析,可知:南北纵向上,澜沧江与元江流域的生态水文时空分布呈现规律性变化;东西横向上,纵向岭谷区生态状况时空变异性显著;自然驱动力主要是海拔、坡向以及水分要素,而人为驱动力主要是水电开发、河岸带边坡公路建设以及流域土地利用等.     

重大工程建设与生态系统变化交互作用

以重大工程建设与生态系统变化间的交互作用为主要科学问题,基于DPSIR框架模式,从驱动、压力、状态、影响、响应等层面分析了工程建设与生态系统变化间交换作用的内部链接,构建了重大工程建设与生态系统变化交互作用模型,并提出了交互作用指数II(驱动响应指数IIDR、驱动影响指数IIDI、影响响应指数IIIR、影响作用指数IIII)以及相应的计算模型、情景分析模式和交互作用指标体系.通过采用不同的交互作用指数来反映重大工程建设驱动对生态系统的影响以及产生的响应;以西南纵向岭谷区澜沧江干流漫湾水电站建设以及纵向岭谷区公路交通网络建设为例进行了重大工程建设与生态系统变化交互作用模型验证分析.经过分析,漫湾电站建设中的驱动响应指数为3.67,驱动影响指数IIDI为3.92,影响响应指数IIIR为14.35,影响作用指数IIII为0.35;漫湾电站建设与生态系统变化交互作用体内部要素变异性不大,电站建设对生态环境影响有利于整体区域环境与经济的可持续发展,但此结果是基于不考虑漫湾电站建设中的环境成本、影响的扩散效应以及潜在负面影响和潜在响应的前提;由案例应用研究可知,本文构建的交互作用模型在交互作用体构建以及量化方面具有很好的实际应用价值.     

青藏高原高寒草地生态系统变化的归因分析

高寒草地生态系统是青藏高原主要生态系统类型之一,其结构和功能对全球变化敏感.过去几十年,随着气候变化与人类活动加剧,高寒草地生态系统结构和功能发生了巨大变化,然而其变化的自然及人为相对贡献率存在较大争议.本研究基于优化的模型差值法评估了1990～2013年青藏高原高寒草地变化的人为相对贡献率.研究结果表明,这一时期青藏高原高寒草地生产力显著增加,人类活动主导了草地生态系统净初级生产力的变化,人为相对贡献率达到74.0%,人类活动主导草地生产力增加的面积占比大于主导草地生产力减少的面积占比,青藏高原草地可能已由过度利用转变为适度保护,但其特征呈现复杂性. 2000年后人类活动影响急剧增强,表明同期实施的大型生态恢复工程可能增加了高寒草地生产力.空间结果表明,两个时期相比有36.7%的草地生产力变化由气候变化主导转为人类活动主导,其中主导草地生产力减少是增加的两倍以上.随着我国生态文明建设的不断推进,青藏高原高寒草地生态功能总体上开始呈恢复趋势,但人类活动主导草地生产力减少的区域也在增加,该区域可能已趋于人地关系发生转变的临界点.因此,退化草地的恢复与治理仍是青藏高原生态安全屏障建设的重要支点,青藏高原草地适应性管理已刻不容缓.     

澜沧江干流水库拦沙效应分析与预测

水库的蓄水拦沙对下游水道产生相应的物理化学及生态影响,定量研究水库的拦沙效应是揭示水库影响的关键之一.运用澜沧江漫湾电站的进出库控制水文站39年的实测资料,估算漫湾水库拦沙率,并与修正后的Brune和Siyam水库拦沙模型估算进行对比研究.结果表明:(1)漫湾水库实测资料估算的拦沙率为60.48%,Brune和Siyam模型估算的拦沙率为60.03%和60.03%,三者相近,结果较为合理,证明修正后的Brune和Siyam拦沙率估算模型适用于澜沧江流域规模相当的水库拦沙情形;(2)运用此两个修正模型,估算出的功果桥、大朝山与景洪水库的拦沙率分别为30.23%,66.05%,63.50%与38.81%,63.97%,62.30%.本研究所采用理论方法及其结果对澜沧江流域及其毗邻的其他流域的水沙关系研究,具有一定的参考价值.     

基于遥感与GIS的干旱区生态资产评估研究

在3S技术的支持下, 利用地面Landsat TM数据、中巴卫星数据、气象数据和MODIS数据, 以及地表覆盖类型和野外测定观测等数据, 在景观生态学的基础上研究干旱区生态资产单位面积价值, 建立了基于遥感与GIS的干旱区生态资产价值评估模型, 并结合野外测验数据, 以2003年的新疆玛纳斯河流域为例, 将流域划分为4个生态资产区, 对其生态系统的生态资产进行了定量的计算, 并分析了生态资产空间分布特征, 编制了生态资产空间分布图, 分析了其空间分布特征. 结果表明: 玛纳斯河流域生态系统2003年的生态资产总价值为1494.54亿元人民币, 生态资产的分布具有从高山向平原、从绿洲向荒漠逐渐减少的趋势, 具有和干旱区植被地带性分布一致的特征. 测量结果更加客观地反映干旱区流域生态资产及其空间分布的现实情况, 为全面开展生态资产测量进行了初步的探索研究.     

干旱区生态资产遥感定量化评估及其动态变化分析

生态资产是生态系统生物资源直接价值及其生态服务功能价值的总和,在3S技术的支持下,利用卫星遥感Landsat TM数据、中巴CBERS数据、NOAA数据和MODIS数据,以及地表覆盖类型和野外测定观测数据等生态参数,在传统生态学生态资产单位面积价值研究的基础上,建立了基干遥感定量测量的生态资产价值评估模型,以天山北坡昌吉地区1990,1995和2003年生态资产评估的时空分析为例,开展了生态资产遥感动态测量,进行了GDP的比较分析,编制了生态资产空间分布图,分析了其空间分布特征．研究结果表明:天山北坡典型干旱区生态资产的分布具有从高山向平原,从绿洲向荒漠逐渐减少的趋势,具有和干旱区植被地带性分布一致的特征,其测量结果可以更加客观地反映干旱区生态资产及其空间分布的现实情况,为今后开展相关研究奠定良好的基础,同时可将生态系统服务功能研究与区域规划相结合,使之成为区域规划的一个重要依据．     

中国主要陆地生态系统服务与生态安全研究的重要进展*

介绍了国家重点基础研究计划项目“中国主要陆地生态系统服务功能与生态安全（2009-2013）”执行三年多来的重要研究进展,包括生态系统过程与服务机理、生态系统服务区域综合研究、国家尺度生态系统结构与服务、生态系统服务价值化与生态安全等四个方面。最后概要介绍了项目的后续研究计划。     

基于可持续发展的太行山区生态系统服务垂直分类管理*

生态系统服务优化调控管理是实现山区可持续发展的根本措施。太行山区虽然没有明显的垂直带谱特征,但仍呈现较明显的生态特征垂直分异规律。本文选取生态要素指标,确定了太行山区生态系统的2个垂直分异关键线带和3个生态类型区。根据单位面积垂直梯度生态系统服务特征,确定生态系统服务调控管理的可持续发展模式和目标为：亚高山区为非供给服务为主的生态系统服务外溢区与调控区;中山区为4种服务均衡发展的生态系统服务外溢廓道和供给服务人工调控提升区;低山丘陵区为以供给服务为主导兼顾协调其他功能的生态系统服务过程控制与调整区。     

京津风沙源治理对生态系统服务的影响及其效益核算

京津风沙源区治理工程是国家为改善和优化京津及周边地区生态环境状况、减轻风沙危害实施的一项重大生态建设工程.工程实施以来,区域的土地利用、植被盖度、土壤风蚀等方面发生了深刻变化,也改变了区域生态系统服务的供给.生态系统服务及其多功能性的理论框架与定量化研究,为综合评估区域生态效益,准确厘定生态系统服务变化,深刻理解生态治理工程对区域生态系统服务的作用与影响提供了方法和途径.本文利用多源数据,从生态供给、生态调节、生境支持服务3个方面,计算了京津风沙源区生态系统服务各项指标,结合生态系统服务集成性指数(multiple ecosystem services landscape index, MESLI)和生态系统服务香农多样性指数(ecosystem services Shannon diversity index, ESHDI)等指标,评估了县域的生态系统服务多功能性,揭示了县域尺度综合生态服务的空间格局和集聚规律,阐明治理前后生态系统服务的变化特征及其空间分布,确定各类土地利用和生态系统服务的相关关系,厘清风沙治理与植被恢复工程对区域生态系统服务功能及其多功能性贡献的变化,并对治理区2...     

近50年来荆江监利段河床平面及断面形态调整特点

利用近50年来实测水沙及地形等资料,采用河段平均的方法,详细计算了监利段河床平面及断面形态的调整过程,主要包括河道深泓线及岸线变化、平滩河槽形态调整及其与前期水沙条件之间的关系.计算结果表明:上车湾裁弯后监利河段河势调整剧烈,其河段尺度的年均深泓摆幅约为35.1 m/a,20世纪90年代因该河段高水位历时较长深泓摆幅增至45.4 m/a,三峡工程运用后受护岸工程影响该值降至32.8 m/a.2002~2013年监利河段年均崩退速率约为14.3 m/a,岸线累计崩长达15.4 km,其中左岸占64%;荆江门、七弓岭及观音洲河湾的凸岸发生崩退,岸线崩长占河段崩岸总长的43%.目前该河段的曲折系数稳定在2.02,而局部河段——七弓岭河湾的曲折系数随八姓洲狭颈逐步缩窄增至3.82,有发生自然裁弯趋势.监利河段典型崩岸断面的平滩河宽可随水沙条件的改变迅速做出响应,但由于大规模护岸工程的修建,河段尺度的平滩河宽变化不大;断面形态调整主要表现在河段平滩水深变化方面,已累计增加约0.9 m,相应平滩面积增加近6.6%,且二者均与前5年汛期平均的水流冲刷强度密切相关.此外在持续冲刷过程中,监利段河床纵比降趋于调平,目前稳定在4.35×10~(-5)左右,河床在纵深方向上趋于稳定.     

1978～2008年中国湿地类型变化

分别基于美国陆地卫星(Landsat MSS/TM/ETM+)和中巴资源卫星(CBERS-02B)影像数据,以人工目视解译为主,完成了中国1978～2008年4期(基准年分别为1978,1990,2000和2008年)湿地遥感制图,并进行了大量的室内外验证.在此基础上,对我国湿地现状及近30年来湿地变化进行了初步分析,得到以下主要结论:(ⅰ)截止2008年,中国湿地面积约为324097km2,其中以内陆沼泽(35%)和湖泊湿地(26%)为主.(ⅱ)1978～2008年,中国湿地面积减少了约33%,而人工湿地增加了约122%.过去30年里湿地减少的速度大幅降低,由最初5523km2/a(1978～1990年)降为831km2/a(2000～2008年).(ⅲ)减少的自然湿地(包括滨海湿地和内陆湿地),其类型变化由湿地向非湿地转化的比例逐渐降低.初期(1978～1990年)几乎全部(98%)转换为非湿地;在1990～2000年间减少的自然湿地约有86%转化为非湿地,而在2000～2008年,这一比例下降为77%.(ⅳ)气候变化和农业活动是中国湿地变化的主要驱动因素,湿地变化在中国分为三大不同特征区域,即西部三省/自治区(西藏、新疆和青海)、北部两省/自治区(黑龙江和内蒙古)和其他省市区.其中西部区域尤其是青藏高原,湿地变化的驱动因子以气候增温为主;新疆湿地由于气候增温和农业活动共同作用造成变化不大.北部省/自治区的湿地变化则主要由农业活动引起;而其他省市区的湿地变化几乎完全受控于人类的农业经济活动.     

生态系统服务净价值核算方法及其对北京市人工林项目的评估

生态系统服务价值评估是评价自然生态系统和人工生态系统经济价值的重要方法,是生态学和地理学研究的重要领域.然而,任何价值的形成都免不了成本投入,学术界普遍使用的生态系统服务价值评估方法忽略了生态系统在形成这些服务功能时的成本投入(包括直接投入成本、资源占用成本、风险成本等),计算得出的服务价值必然会夸大自然和人工生态系统、以及维护和恢复生态系统相关措施的经济学意义,给土地利用规划造成混乱,影响了国民经济发展规划的科学性和可行性.为了探索基于可持续发展目标的土地规划的有效方法,该研究在生态系统服务价值概念的基础上,提出了生态系统服务净价值评估方法,并以北京市人工林项目为例,解释了这一方法的应用原理及其意义.通过生态系统服务净价值评估,可以比较分析不同土地利用方式产生的最大净收益,为土地的资源化利用、工农业项目、以及生态环保项目的科学规划和评估提供决策依据,并为社会经济可持续发展、以及国民经济发展规划提供科学依据.     

生态系统服务复杂关系研究的机遇、挑战与对策

理解多种生态系统服务之间的相互影响已经成为可持续发展科学的热点与前沿.本文总结了多种生态系统服务间复杂关系的分析方法与模型研究的最新进展,分析了当前研究中的问题和难点,并提出了一种新的交叉学科研究路线,即利用来自基因调控研究的布尔网络模型为生态系统服务间的复杂互动提供建模和模拟分析平台.以食物生产系统的4项基本生态服务的关系为案例,设定1个基本情景和1个调控情景,分析4项生态系统服务的相互关系变化对系统功能的影响.结果表明,运用布尔网络模型可以在简单规则和少量数据的条件下,模拟多个生态服务之间非线性的复杂相互作用,并能为研究调控多种生态服务提供建议.本文是对基因调控网络模拟多生态系统服务间相互关系的能力和合理性的初步验证可为进一步开展该领域研究提供参考.     

青藏高原冰川退缩对河水径流的影响

青藏高原发育着36 793条现代冰川,冰川面积49 873.44 km2,冰储量4 561 km3,分别占中国冰川总条数的79.5%,冰川总面积的84%和冰储量的81.6%。进入20世纪以来,随着全球气候的波动变暖,特别是进入20世纪80年代以来的快速增温,使得大多数冰川处于退缩趋势。20世纪上半叶是冰川前进期或由前进期转为后退的时期;50年代至60年代冰川出现大规模退缩,但并未形成冰川全面退缩;60年代末至70年代,许多冰川曾出现前进或前进迹象,前进冰川的比例增大,退缩冰川的退缩幅度减小; 80年代以来,冰川后退重新加剧;90年代以来冰川退缩强烈。现在虽仍有个别冰川在前进,但高原冰川基本上转入全面退缩状态,这是20世纪90年代以来冰川变化的一个重要特征。 青藏高原哺育了亚洲的十多条河流,包括长江、黄河、恒河、印度河、雅鲁藏布江、怒江和澜沧江等七条最重要的河流。近数十年来,在全球变暖和冰川退缩加快的大背景下,青藏高原七大江河径流量亦呈现出不稳定的变化。从趋势上看,短期内冰川退缩将使河流水量呈增加态势,但亦会加大以冰川融水补给为主的河流或河段的不稳定性;而随着冰川的持续退缩,冰川融水将锐减,以冰川融水补给为主的河流,特别中小支流将面临逐渐干涸的威胁。     

本期专题简介

正我国是一个多山的国家,山地面积约占陆域国土的70%,目前仍有40%多的人口生活在山区。山地是集水源涵养、气候调节、生物多样性维持、生态产品供给等多种功能,关乎区域乃至国家的生态安全,既是重要的国土空间,也是国家可持续发展的保障基础。本期专题刊登的7篇文章,解读了我国山地科学研究进展。以山地水土要素时空变化及其耦合过程与资源效应为关键,探究和阐释变化环境下水土时空过程、效应与影响,科学分析资源环境承载能力的动态特征及阈值,阐明生态空间占用与生态系统服务权衡关系,建立多目标协同的国土空间功能优化的指标体系,探索和建立其理论与方法体系,定量分析变化环境下水土失调、失衡作用与可能风险及其应对策略。