荒漠生态质量科学框架:概念、指标、监测及评估（英文）

荒漠生态系统是地球上最大的陆地生态系统,全球四分之一的人口生活在这一区域。清晰地定义荒漠生态系统生态质量,制定反映生态质量优劣的关键监测指标,集成"星–空–地"一体化监测技术、构建综合评价模型可为干旱区生态质量监测、促进区域可持续发展提供技术支撑。荒漠生态质量是指一定时空范围内荒漠生态系统要素、结构和功能的综合特征。该研究通过集成卫星、无人机和地面传感器网络的"星–空–地"一体化监测技术,在区域和站点两个尺度上对荒漠生态系统的生态要素、生物多样性和生态功能进行连续监测,通过标准化生态质量指标数值、厘定其阈值范围,构造判断矩阵建立生态质量综合评价模型,评价荒漠生态系统质量状况。本论文阐明了构建荒漠生态质量动态综合监测技术规范与评价方法的概念框架,为实现我国荒漠生态系统生态质量综合监测、科学诊断和定量评估提供理论基础。     

国际生态系统观测研究计划及启示

国际生态系统研究计划与全球可持续发展相结合,推动了区域和全球可持续发展相关生态系统科学知识的发现和应用。多尺度、多平台集成的生态系统观测研究网络有力地支撑了上述计划的实施,进而服务于管理决策,促进可持续发展目标的实现。本文阐述了国际生态系统相关研究计划和生态系统观测网络研究发展及其对中国生态系统观测研究网络的启示。全球生态系统相关研究计划的发展显示:面对复杂因素驱动的生态系统变化,生态系统研究需要发展多学科交叉、国际合作的研究平台,需要从单纯的生态系统过程机理的研究转向与全球可持续发展相结合。当前,国际生态系统观测研究网络的观测尺度从站点走向流域和区域,关注的对象从生态系统扩展到地表系统,逐渐将自然生态要素与社会经济相结合,深化了联网观测和联网研究;在观测手段上实现了地面观测和遥感多尺度观测的有机结合,日益注重数据共享和集成,促进了科学知识的产生。今后生态观测网络研究需要扩展观测和研究的时空尺度,深化和规范单要素联网观测和研究,有机结合地面观测和遥感观测,强化生物多样性相关监测与研究,发展耦合自然和社会经济的综合研究,拓展国内外合作研究,融入全球尺度的观测研究网络。     

中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的主要进展及发展展望

基于微气象学理论的涡度相关通量观测技术实现了对生态系统尺度的生产力、能量平衡和温室气体交换等功能和过程的直接测定,特别是全球尺度通量塔观测网络的联合观测是实现从生态现象观察和生态要素观测跨越到全球尺度生态系统功能状态变化观测的重大突破。本文回顾了中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的创建及发展历程,系统介绍了ChinaFLUX的科学目标和设计理念、观测技术体系、观测数据的标准化处理及长期积累;综合评述了ChinaFLUX在陆地生态系统碳—氮—水的收支评估和交换过程的环境响应、碳通量时空格局及其形成机制等方面所取得的主要研究进展。最后,在探讨未来全球尺度通量塔观测网络发展趋势的基础上,提出了ChinaFLUX的主要发展方向、关键科学问题与未来工作重点,为中国通量观测研究事业的进一步发展提供理论参考。     

生态系统科学研究与生态系统管理

中国科学院地理科学与资源研究所生态系统学科以生态系统生态学研究为核心,通过研制生态系统观测和模拟分析的技术和方法,探索解决区域性/大尺度生态学问题的理论和方法,监测生态系统变化,认知生态系统变化规律,推动生态系统生态学、生物地理生态学、全球变化生态学和生态信息科学技术的发展,创新生态系统管理模式,服务于国家和地方的生态建设、应对全球变化及区域可持续发展。面向国家重大需求,在中国华北平原农业区、南方红壤丘陵林业区、青藏高原农牧区以及黄土高原区等典型区域开展生态系统管理技术与模式的集成与创新研究,着力解决国家生态文明建设和应对全球气候变化中的重大生态学问题,推动区域生态系统管理领域的科技进步。围绕生态系统生态学学科前沿,着重在① 生态系统联网观测、模拟与信息管理,② 生态系统结构、过程与功能,③ 生态系统空间格局与机制,④ 生态系统对全球变化的响应与适应,⑤ 生态系统管理与生态系统服务等五大主要研究方向,系统开展生态系统生态学前沿理论和实践的创新研究,研究成果处于国内和国际生态学研究的科学前沿。     

我国生态系统研究的发展趋势与优先领域

进入21世纪以来,生态系统研究取得了重要进展,在国际上形成了一系列的研究热点,包括生物多样性与生态系统功能、生态系统管理、生态风险与生态安全、全球变化的生态响应与效应等,表现出向着机理深化、多尺度系统监测与模拟、社会经济自然综合评价与管理对策等多维方向发展的总体趋势。中国的资源环境问题已经成为经济社会发展所面临的重要挑战。为应对挑战,我国已经开展了大规模生态保护、生态恢复重建等方面的生态工程,从而对生态系统研究提出了一系列亟待解决的科学问题。在综合分析中国国情和国际学术研究前沿领域与发展趋势的基础上,本文提出了我国未来生态系统研究的优先领域和重点方向。     

青藏高原国家生态安全屏障保护与建设

青藏高原对我国乃至亚洲生态安全具有重要的屏障作用。在全球变化和人类活动的综合影响下,青藏高原呈现出生态系统稳定性降低、资源环境压力增大等问题,突出表现为:冰川退缩显著、土地退化形势严峻、水土流失加剧、生物多样性威胁加大与珍稀生物资源减少、自然灾害增多等。这些问题严重影响了青藏高原区域生态安全屏障功能的发挥。针对当前高原生态安全状况,在总结相关研究成果和生态建设实践经验的基础上,提出了加强青藏高原国家生态安全屏障保护与建设的对策建议：加强气候变化对青藏高原生态屏障作用影响及区域生态安全调控作用的基础研究;系统开展高原生态安全屏障保护和建设关键技术研究与示范推广;部署建设生态屏障功能动态监测体系,加强生态安全屏障保护与建设成效评估,构建评估体系和标准,并凝练经验,以系统提升国家生态安全屏障的总体功能,在应对全球变化中占据主动地位。     

陆域生物多样性保护区群网体系框架研究

针对当前生物多样性保护中存在的生态孤岛问题,提出陆域生物多样性保护区群网体系建设的设想,阐述了生物多样性保护区群网体系的基本概念,各种尺度体系的主要任务和功能,并设计了体系的初步框架,以期充分利用自然保护区外一切利于生物多样性保护的地域空间和条件,从生态系统整体性、空间关联性和不同尺度、不同层次、不同性质的保护性地域的协调整合上,建构一个用地节约且效能较高的生物多样性保护空间。通过实证,从县域、省域、省际不同的空间尺度探索生物多样性保护区群网体系的建构。县域尺度以福建省明溪县生物多样性保护体系为例,分析了各类自然保护实体空间的协调和保护以及主生态廊道的架构;省域尺度以福建省生物多样性保护空间群网体系构建为例,在增补生物多样性保护重点节点的基础上,探索了地域上分割的同类或相关生物多样性保护空间的网络连接;省际尺度以中国南方华南虎潜在分布区生境廊道构建为例,探索华南虎种群生存空间体系网络架构。     

生态系统观测研究网络在地球系统科学 中的作用

地球系统科学是以地球系统为研究对象, 重点研究各圈层、各要素以及自然和人为现象 之间相互作用关系的科学, 是在科学技术自身发展和社会需求共同推动下发展起来的新兴学科。 地球系统科学概念的提出是为了解决全球性的资源和环境问题的需要, 是地球科学向综合集成 方向转变的重要阶段。目前在地球系统科学思想的指导下, 在全球规模上已经组织了一系列重要 国际联合研究计划, 企图组织全球的科学家协作推动地球科学的发展。地球系统科学发展离不开 对地球系统要素和圈层的物理、化学和生物过程的综合观测工作的支持。自20 世纪80 年代以 来, 一些国家、国际组织和国际合作项目都纷纷建立了国家、区域甚至全球尺度的观测、监测和信 息共享网络。国际长期生态研究网络(ILTER) 自20 世纪80 年代开始建设, 其目的是对生态过程 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, 为生态系统评价及管理提供科学依据。 中国生态系统研究网络(CERN) 始建于1988 年, 在中国生态系统动态观测、科学研究和试验 示范方面发挥了重要作用, 2005 年在CERN 的基础上, 由国家科技部组织开始建立中国国家生 态系统观测研究网络(CNEN) , 目前已经遴选出了53 个台站, 开始对农田、森林、草地( 含荒漠) 和 水体( 湖泊和海湾) 的动态进行观测研究, 该网络必将成为全球地球观测系统(GEOSS) 的重要组 成部分, 在我国地球系统科学发展的历程中发挥重要作用。本文主要从发展地球系统科学角度, 讨论生态系统观测研究网络在地球系统科学中的作用。     

区域尺度生态功能网络构建 ——-以中国台湾岛为例

生态网络的构建具有保护环境、稳定生态及提高城市开放空间价值等功能。以行政单元 为基础的区域尺度生态网络, 可整合区域自然环境特性与生态功能差异, 进而指导区域景观生态 建设工作。本研究选择台湾岛为研究区, 以县、市为研究单元进行全岛生态功能网络构建, 通过能 值分析、生态系统服务功能价值评估及景观格局分析等方法, 整合全岛生态效益、生态格局等数 量、空间指标, 目的在于明确各个县、市在全岛尺度的景观功能网络中的功能定位, 以作为制定各 县市发展策略的参考。目前, 台湾岛生态功能网络以东部花莲县、中部南投县为中心, 向西部功能 逐渐减弱。通过与生态需求的对照分析可知, 台湾岛以台北市及台北县迫切需要改善境内的生态 环境。     

生态水文过程观测与模拟的发展与展望

中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心是管理CERN陆地生态系统台站水环境长期监测的专业分中心,也是从事生态水文学研究的一个学术团队.长期以来,CERN水分分中心致力于先进的生态水文观测方法和技术的引进与研究,先后在大型蒸渗仪、涡度相关技术、实验遥感方法、大孔径闪烁仪和同位素技术应用于生态水文过程的观测方面做了许多卓有成效的工作,对生态水文过程野外观测方法先进技术的应用在国内起到引领作用.CERN水分分中心也开展了以陆面蒸散过程机理与模拟的研究,围绕华北农田作物蒸散过程模拟方法,从早期的经验模型,到具有物理基础的模型,发展到基于水碳耦合机理的蒸散过程模拟方法.未来的发展,需要进一步深入推进新技术新方法在生态水文过程观测中的应用,并构建不同生态系统生态水文过程机理模型,为流域和区域水资源管理及生态系统管理提供科学数据和科学工具.     

道路建设的生态效应及对区域生态安全的影响

道路建设和路网的扩展影响着道路周边生态系统格局、结构和功能,其对区域生态安全的影响也受到了极大关注.从道路建设和道路网络本身的多尺度特征和所产生的生态效应入手,在分析了道路工程对土地利用影响的基础上,探讨了道路对区域生态安全的影响和道路的生态安全,指出道路景观尺度上的生态恢复是区域生态安全格局构建的合适尺度,并对道路工程的景观恢复途径做了进一步的探讨.     

土地变化的生态效应研究方法

土地变化研究是全球土地计划(GLP)的重要组成部分,并逐渐演化成新的研究领域——土地变化科学(LCS)。土地变化对陆地生态系统造成了深远影响,其生态效应研究在全球和区域尺度上广泛开展。该文对土地变化的大气、水文、土壤、生物单要素效应及区域综合生态效应的主要研究方法和技术手段进行总结。结果表明,在观测和试验基础上,抽象出数理模型对土地变化的生态效应进行模拟以及定量评价是主要研究方法;借助于多时空尺度模型,土地变化的大气、水文效应研究已经相当深入,但区域综合生态效应的研究还比较薄弱,主要以影响评价为主;建立多元素耦合、多尺度集成的机理模型和综合定量评价是今后发展的重要方向。     

陆域生物多样性保护区群网体系框架研究

针对当前生物多样性保护中存在的生态孤岛问题,提出陆域生物多样性保护区群网体系建设的设想,阐述了生物多样性保护区群网体系的基本概念,各种尺度体系的主要任务和功能,并设计了体系的初步框架,以期充分利用自然保护区外一切利于生物多样性保护的地域空间和条件,从生态系统整体性、空间关联性和不同尺度、不同层次、不同性质的保护性地域的协调整合上,建构一个用地节约且效能较高的生物多样性保护空间.通过实证,从县域、省域、省际不同的空间尺度探索生物多样性保护区群网体系的建构.县域尺度以福建省明溪县生物多样性保护体系为例,分析了各类自然保护实体空间的协调和保护以及主生态廊道的架构;省域尺度以福建省生物多样性保护空间群网体系构建为例,在增补生物多样性保护重点节点的基础上,探索了地域上分割的同类或相关生物多样性保护空间的网络连接;省际尺度以中国南方华南虎潜在分布区生境廊道构建为例,探索华南虎种群生存空间体系网络架构.     

北京大学生物地理学与生态学的发展与成就

北京大学的生物地理学研究始于1953年成立的植物地理小组,1991年拓展为景观生态学教研室,21世纪初发展为生态学系。半个多世纪以来,依托地理学系（现城市与环境学院）,北京大学生物地理学与生态学研究团队极大地推动了植被结构、功能和动态研究,在干旱半干旱区、高山林线等关键地区的植物地理学研究方面取得了开创性的成果,在此基础上有力地推动了以景观生态学和城市生态学为代表的宏观生态学研究。近年来,围绕全球变化和生物多样性等全球关注的热点问题,北京大学生物地理学与生态学研究团队在气候变化及生态响应、碳循环、生物多样性、植物化学计量学等前沿方向开展了开创性的工作,并服务于气候变化的适应对策、生物多样性保护等国家战略。目前,北京大学生物地理学与生态学研究在软硬件建设方面都取得了长足的进步,建设了塞罕坝生态站等观测设施和全国树木生长、森林施肥实验、高山林线监测等平台,形成并延续了国家自然科学基金委“中国陆地植被的格局与功能”创新研究团队。未来将加强不同尺度生态学研究方法的整合,同时围绕区域生态退化开展生态修复的支撑研究。     

基于生态安全的洞庭湖湿地管理策略

洞庭湖湿地具有涵养水源、调蓄洪水、提供生物栖息地、保护物种基因和生物多样性、降解污染等多种生态系统服务功能,在维护流域生态安全方面发挥着重要作用。由于对湿地资源的过度利用,导致湿地内部生境破碎化、生物栖息地退化、生物多样性锐减和湿地污染日趋严重,湿地生态安全问题越来越突出。在加强湿地宏观管理的基础上,优化调整湿地区域经济结构,调控湿地水土资源管理,加强湿地水污染防治,建立起符合湿地生态系统整体性特点的湿地生态安全管理策略,遏制生态安全恶化趋势,促进洞庭湖生态经济区的建设和可持续发展。     

区域生态承载力预警评估方法及案例研究

本文针对国家资源环境承载能力监测预警评估中生态承载力评估的需求,探讨了生态承载力及预警的定义与内涵,从预警角度提出区域生态承载力评价的内容与方法,并以京津冀地区为例开展了案例研究。主要结论为：生态承载力是指生态系统提供服务功能、预防生态问题、保障区域生态安全的能力。生态承载力预警评估的实质是评估人类活动是否及在多大程度上影响生态系统在水源涵养、水土保持、防风固沙等主要服务功能的提供,是否产生了生态环境问题,是否影响到区域的生态安全。其评价流程主要包括：区域生态承载力评价指标选取及评价方法和阈值的确定、生态承载力预警状况及变化趋势分析、成因解析等内容。本文提出的生态承载力预警评价的方法及案例,可为全国及区域生态承载力的评估提供基础。     

论自然保护地与国家生态安全格局构建

科学评估自然保护地与国家生态安全格局的关系是合理开展自然保护地建设和国家生态安全格局构建的重要基础。以中国国家重点生态功能区、生物多样性保护优先区和国家级自然保护区等自然保护地为研究对象,定量分析自然保护地的时空分布特征及其对保障国家生态安全的重要作用,基于生态系统服务重要性评估辨识国家生态安全格局构建的空间缺失,面向国家生态安全构建和保障需求提出生态保护管控对策建议。结果表明:(1)自然保护地总面积为488.42万km~2,占陆地国土面积的51.38%。生态系统类型以草地、森林、荒漠等自然生态系统为主,三种生态系统的总面积为371.24万km~2,占自然保护地总面积的76.0%。2000-2010年,自然保护地的生态系统构成整体稳定,对保护生态空间稳定性和生态安全格局稳定发挥了重要作用。不同类型生态系统之间有少量转化,不同自然保护地内生态系统转换特征略有差异。(2)综合水源涵养、土壤保持、生物多样性保护等生态系统服务重要性评估,自然保护地的生态系统服务极重要区和重要区总面积为321.4万km~2,占区域国土总面积的66.02%。森林、草地和灌丛生态系统是水源涵养、土壤保持、维护生物多样性等生态系统服务主体。2000-2010年,水源涵养、土壤保持功能有所改善,但生物多样性维护功能无明显变化。(3)生态系统服务极重要区的31.7%没有在自然保护地内,是今后国家生态安全格局构建和自然保护地建设需要重点关注的区域。面向国家生态安全构建和保障需求,迫切需要基于国家治理模式、建立最严格保护制度,提高自然规律认知水平、强化生态系统综合管理,完善分类分区管理、强化自然保护地管控,完善生态补偿机制、建立协同保护制度,加强生态保护综合监管、严格生态损害责任追究。     

城市土地利用/覆盖变化与热环境生态调控研究进展与展望

城市土地利用/覆盖变化(LUCC)与热环境生态调控是城市生态学和城市气候适应性关注的热点问题。在提出城市LUCC/空间结构与生态服务热调节功能连接的重要性的基础上,综述了城市土地利用变化、城市绿色基础设施在热岛减缓和气候适应性发挥的作用,评述了观测实验、定量遥感和过程模型方面以及热调控的进展情况。基于此认为,局地或区域尺度城市高精度结构组分高精度遥感探测方法、城市高精度下垫面多尺度(功能区/覆盖组分/构造或材质等)对局地气温和辐射能量平衡影响机理和定量贡献识别、城市生态系统热调节功能的城市地表结构组分调控阈值确定、以及区域或全球尺度城市土地利用/覆盖变化影响的生物地球物理机制定量化认知等,是未来重要的发展方向。     

水文连通对湿地生态系统关键过程及功能影响研究进展北大核心CSCD

水文连通是湿地生态过程的主要非生物驱动因子,湿地生态系统中水文连通对于湿地稳定性自维持极为重要。湿地生态系统关键生态过程及功能对水文连通受损的响应机制是目前国内外湿地研究的热点与难点问题,综述了目前国内外该科学问题的相关进展。湿地生态系统水文连通具有尺度特征,从群落—生态系统、从局地到区域,其主导影响因素不同。水文连通被阻断,会导致沉积过程改变,进而改变湿地微地貌特征;水文连通可以通过改变生物生境进而影响生物定殖、扩繁及湿地的生物多样性功能,生物觅食与繁殖更趋向选择连通较好的湿地斑块,水文连通的丧失将导致全球生物多样性的降低;完整的水文连通能够促进能量和营养物质的循环,水文连通与生物地球化学连通的耦合,是驱动湿地生态系统能量与物质流转和功能发挥的主要营力。未来关于湿地水文连通与生态系统稳定性研究应着重关注构建湿地水文连通评估方法、水文连通与湿地关键生物地球化学过程的耦合机制、多重胁迫下水文连通与湿地生态系统稳定性作用机制和基于水文连通调控的湿地恢复与保育技术等方面的研究。     

水文连通对湿地生态系统关键过程及功能影响研究进展

水文连通是湿地生态过程的主要非生物驱动因子,湿地生态系统中水文连通对于湿地稳定性自维持极为重要。湿地生态系统关键生态过程及功能对水文连通受损的响应机制是目前国内外湿地研究的热点与难点问题,综述了目前国内外该科学问题的相关进展。湿地生态系统水文连通具有尺度特征,从群落—生态系统、从局地到区域,其主导影响因素不同。水文连通被阻断,会导致沉积过程改变,进而改变湿地微地貌特征;水文连通可以通过改变生物生境进而影响生物定殖、扩繁及湿地的生物多样性功能,生物觅食与繁殖更趋向选择连通较好的湿地斑块,水文连通的丧失将导致全球生物多样性的降低;完整的水文连通能够促进能量和营养物质的循环,水文连通与生物地球化学连通的耦合,是驱动湿地生态系统能量与物质流转和功能发挥的主要营力。未来关于湿地水文连通与生态系统稳定性研究应着重关注构建湿地水文连通评估方法、水文连通与湿地关键生物地球化学过程的耦合机制、多重胁迫下水文连通与湿地生态系统稳定性作用机制和基于水文连通调控的湿地恢复与保育技术等方面的研究。