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。     

三江源国家公园生态系统服务时空变化及权衡-协同关系

本文基于“当量因子法”、空间自相关及相关系数等方法,定量分析了1990—2015年三江源国家公园生态系统服务的时空变化及生态系统服务间的权衡与协同关系。结果表明：① 1990—2015年,三江源国家公园生态系统服务价值呈不断上升趋势,从研究初期的542.37亿元增加至研究末期的834.70亿元,增长292.33亿元,增幅53.90%,每一阶段平均增长率为9.01%;长江源园区与黄河源园区生态系统服务价值占比情况与三江源国家公园整体情况一致,水域的生态系统服务价值最高,其次为草地、湿地,其中草地与水域提供了各园区90%以上的生态服务;澜沧江源园区的生态系统服务占比则为草地（70.58%）、湿地（23.58%）、水域（3.38%）。② 空间上,长江源园区及澜沧江源园区的生态系统服务价值呈东南高西北低的特征;黄河源园区则呈现西高东低特征。③ 相关分析表明,协同关系是三江源国家公园生态系统服务之间的主导关系,但各生态系统服务之间的相关程度各异。④ 数量方面,4类典型生态服务之间的权衡与协同关系的Moran′s I指数与相关性系数表现一致;空间分析方面,生态系统服务之间权衡与协同关系的异质性显著。     

Mapping wetland characteristics using temporally dense Sentinel-1 and Sentinel-2 data: A case study in the St. Lucia wetlands,South Africa

Wetlands have been determined as one of the most valuable ecosystems on Earth and are currently being lost at alarming rates. Large-scale monitoring of wetlands is of high importance, but also challenging. The Sentinel-1 and -2 satellite missions for the first time provide radar and optical data at high spatial and temporal detail, and with this a unique opportunity for more accurate wetland mapping from space arises. Recent studies already used Sentinel-1 and -2 data to map specific wetland types or characteristics, but for comprehensive wetland characterisations the potential of the data has not been researched yet. The aim of our research was to study the use of the high-resolution and temporally dense Sentinel-1 and -2 data for wetland mapping in multiple levels of characterisation. The use of the data was assessed by applying Random Forests for multiple classification levels including general wetland delineation, wetland vegetation types and surface water dynamics. The results for the St. Lucia wetlands in South Africa showed that combining Sentinel-1 and -2 led to significantly higher classification accuracies than for using the systems separately. Accuracies were relatively poor for classifications in high-vegetated wetlands, as subcanopy flooding could not be detected with Sentinel-1’s C-band sensors operating in VV/VH mode. When excluding high-vegetated areas, overall accuracies were reached of 88.5% for general wetland delineation, 90.7% for mapping wetland vegetation types and 87.1% for mapping surface water dynamics. Sentinel-2 was particularly of value for general wetland delineation, while Sentinel-1 showed more value for mapping wetland vegetation types. Overlaid maps of all classification levels obtained overall accuracies of 69.1% and 76.4% for classifying ten and seven wetland classes respectively.     

中国区域水资源系统韧性与效率的发展协调关系评价

在界定水资源系统韧性概念的基础上,综合应用赋权法、SBM-DEA模型及发展协调度模型对2000—2016年全国31个省区的区域水资源系统的效率、韧性以及两者之间的发展协调关系进行评价。结果如下：① 中国区域水资源系统效率整体上处于非有效区,在研究期间呈现出在波动中上升的趋势。② 中国区域水资源系统韧性的平均值为0.39,总体水平较低,研究期间整体上呈波动上升趋势。③ 中国区域水资源系统效率与韧性的发展度总体呈现平稳上升—较快上升—急剧下降—上升的趋势,呈倒“U”型发展;协调度在研究期间呈现波动中上升趋势,大部分省区的发展度较好,而协调度较弱。④ 2000—2016年,水资源效率与韧性的发展协调度一直维持着“东?中?西”阶梯式递减格局,失调省区的数量降低,初级协调、中级协调、良好协调省区的数量逐渐提升,整体向协调趋势发展;空间格局上呈现由2000年倒“E”型对称式分布格局向如今北部围绕天津、中部围绕上海、南部围绕广东的三级格局演变,格局分布与中国三大经济区基本吻合,可知中国水资源系统效率与韧性的发展协调水平与经济发展水平之间有明显的关系。     

滤食性贝类在对虾综合养殖生态系统中的作用

就混养虾池中滤食性贝类如何影响虾池整个生态系统这个问题，综合了国内外这方面的文献，从滤食性贝类对混养虾池的水质、底质和其中的浮游植物、浮游动物的影响，以及混养对养殖效益的影响这几个方面作了探讨。     

Separate and interactive effects of eutrophication and climate variables on the ecosystem elements of the Gulf of Riga

There is currently a critical knowledge gap in how eutrophication and climate variables separately and interactively impact the dynamics of marine ecosystems. Based on long-term monitoring data we quantified the separate and combined impacts of nutrient loading, temperature, salinity, and wind conditions on zooplankton, zoobenthos and fish inhabiting a brackish water ecosystem in the Gulf of Riga. Changes in zoobenthos communities and herring stock were largely explained by climate variables. Zooplankton species were related to both eutrophication and climate variables, and models combining all environmental variables explained additional variation in zooplankton data compared to the separate models of climate and eutrophication. This suggests that zoobenthos communities and herring stock are largely driven by weather conditions, whereas the combined effect of weather and nutrient loads are likely the cause for dynamic zooplankton communities in the Gulf of Riga.     

基于生态系统的上海崇明东滩海岸带生态系统退化诊断

海岸带是资源与环境条件最为优越的区域,也是与人类发展关系最为密切的区域之一。本文选择上海崇明东滩海岸带生态系统为研究示范区,在对崇明东滩海岸带生态系统结构分析的基础上,基于"压力-状态-响应"模型构建海岸带生态系统退化诊断指标体系,定量评估了崇明东滩海岸带生态系统退化状况。结果表明,从2000年至2008年,崇明东滩海岸带生态系统整体上表现为健康,局部区域表现为轻微退化,轻微退化的面积分别为25.71km2(2000)、16.66km2(2003)、18.16km2(2005)和40.46km2(2008)。自然湿地生态系统是崇明东滩海岸带中一个重要的生态系统类型,2000年至2008年,崇明东滩自然湿地生态系统大部分面积保持在健康的状态,大规模的围垦工程和外来物种互花米草入侵是造成自然湿地生态系统退化的主要原因。2000年至2008年,崇明东滩农业生态系统整体上表现为健康状态,产业结构不合理和由于化肥、农药使用造成的环境恶化等问题,是造成崇明东滩海岸带农业生态系统局部区域发生退化的主要原因。人口增长和经济发展引起的现有资源的过度使用和环境恶化等问题,使得城镇生态系统健康面临巨大挑战,在2005年表现为轻微退化。本文的研究方法可为我国其它地区海岸带生态系统管理和建设提供理论依据和示范案例。     

1999年渤海浮游植物生物量的数值模拟

以浮游植物量、浮游动物量、营养盐浓度 (包括无机氮和无机磷 )以及碎屑量为生态变量 ,在HAMSOM水动力学模式的基础上构建了 1个三维浮游生态动力学NPZD模型。采用此模型研究了渤海 1999年浮游植物量和初级生产力的变化情况 ,模拟结果与实测基本相符。模拟结果表明 :1999年渤海浮游植物量的变化大致呈双峰分布 ,春季水华出现在4,5月份 ,秋季水华出现在 9,10月份 ;受透明度和局地水深的影响 ,渤海湾和辽东湾北部浮游植物量的年变化呈夏季大、冬季小的单峰分布。 1999年渤海不同海区初级生产力的变化特征是 :除莱州湾一年中有春、夏 2个峰值外 ,其它 3个海区都是夏季高、冬季低的单峰分布 ;1999年整个渤海年平均的初级生产力为 2 5 7mgC/m2 /d。     

快速城镇化背景下的浙江省海岸带生态系统服务价值变化

从快速城镇化背景下土地利用变化的角度来分析浙江省海岸带生态系统服务价值(ESV)损益情况,将ESV的估算引入海岸带开发决策,对浙江省海岸带资源的可持续利用具有重要意义.以1990、2000、2010年遥感解译数据为基础,研究了快速城镇化背景下浙江省海岸带土地利用类型变化,并通过构建ESV估算模型,估算了1990~2010年间浙江省海岸带ESV变化.结果表明:1990~2010年间,由于城镇化速度不断加快,浙江省海岸带土地利用类型变化显著,主要表现为城镇建设用地大量增加,林地和耕地面积减少.期间浙江省海岸带ESV总量不断减少,从352.78亿元降至299.64亿元,降幅达15.06%.浙江省海岸带ESV空间分布不断由高价值区域向低价值区域转变.各土地利用类型价值系数(CS)均小于1,价值总量对价值系数弹性不大,所设置的ESV系数原始值较为合适.浙江省海岸带土地利用强度不断上升,其空间分布与ESV变化率空间分布具有一致性,无序增加的城镇建设用地占用林地和耕地而引起的土地利用结构转变是海岸带ESV不断减损的主要原因.     

气候变化中海洋和冰冻圈的变化、影响及风险

本文系统梳理了IPCC 《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》(SROCC)的主要结论,并对主要观点进行了解读。报告主要关注全球变暖背景下高山、极地、海洋和沿海地区现在和未来的变化及其对人类和生态系统的影响,以及实现气候适应发展路径的方案。在全球变暖背景下,冰冻圈大面积萎缩,冰川冰盖质量损失,积雪减少,北极海冰范围和厚度减小,多年冻土升温,全球海洋持续增温,1993年以来,海洋变暖和吸热速度增加了一倍以上。同时,海洋表面酸化加剧,海洋含氧量减少。全球平均海平面呈加速上升趋势,2006—2015年全球海平面上升速率为3.6 mm/yr,是1901—1990年的2.5倍,但存在区域差异。高山、极地和海洋的生态系统的物种组成、分布和服务功能均发生变化,并对人类社会产生了显著负面影响。极端海洋气候事件发生频率增多,强度加大。1982年以来,全球范围内海洋热浪的发生频率增加了一倍,且范围更广,持续时间更长。海平面持续上升加剧了洪涝、海水入侵、海岸侵蚀等海岸带灾害,并影响沿海生态系统。海洋及冰冻圈的变化及其影响在未来一定时期仍将持续,应对这些影响而面临的挑战,应加强基于生态系统的适应和可再生能源管理,强化海岸带地区的海平面上升综合应对,打造积极有效、可持续和具有韧性的气候变化应对方案。