生态系统服务功能管理研究进展

生态系统给人类提供了自然资源和生存环境两个方面的多种服务功能,这些服务功能的可持续供给是经济社会可持续发展的基础。然而,生态系统服务功能从认知走向管理实践面临着严峻挑战,包括:定量测度、多种服务功能权衡、生态系统服务功能多尺度关联、生态系统服务功能与政策设计的结合。针对这些难点,近年来生态系统服务功能管理研究主要集中在以下领域:生态系统服务功能度量;生态系统服务功能与人类福祉的关系;多种生态系统服务功能权衡;生态系统服务功能保护规划;基于生态系统服务功能的生态补偿机制。为了进一步推动生态系统服务功能管理实践,应该进一步加强生态系统服务功能供给的理论研究;增加生态系统服务研究结果表达的多样性;增加与社会学、经济学、人口统计学等领域跨学科研究;进一步探索生态系统服务功能研究的结果如何运用到管理决策中,促进在管理实践中的应用。

基于植物功能群的生态系统服务形成与维持机制研究

生态系统可以从“结构-功能-服务”3个层次来理解,其中服务是人类的主观感受或效用。维持高质量的生态系统服务还需从生态系统的自然属性入手。结构和功能是生态系统服务形成和维持的内在机制,而植物是生态系统结构和功能的核心驱动力。植物功能群具有特定功能的植物组合,其中优势植物功能群控制着生态系统的结构和功能。生态系统服务的概念、分类与植物功能群密切相关,植物功能群是生态系统与生态系统服务间更直接的桥梁。建立生态系统服务与植物功能群间的联系,使相关研究有更明确的指向,在深化理论研究的同时使研究成果更容易落地。生态系统服务的形成、维持机制与植物功能群的内在联系主要体现在4个主要方面:(1)植物功能群的内在适应性特征和外在效应是生态系统服务形成的基础;(2)植物功能群的多功能特性为生态系统服务协同提供了可能;(3)植物功能群间替代和互补效应可以提升生态系统服务质量和稳定性;(4)植物功能群能够提供基于自然的生态系统服务修复问题解决方案。

黄河流域生态系统服务价值核算及生态管理分区

为了给黄河流域实施生态环境精细化管理和生态治理差异化管控提供参考,采用“单位面积价值当量因子方法”对黄河流域1995—2020年4类11种生态系统服务的价值(ESV)进行核算,采用Pearson相关分析方法对研究期6个典型年份流域各类生态系统服务之间的权衡与协同关系进行测度,同时借助空间自相关方法对黄河流域进行生态管理分区划定。得出结论如下:1)研究期内,黄河流域的ESV呈增加趋势。就土地利用类型来看,农田、湿地和荒漠的ESV占比减小,而森林、草地和水域的ESV占比的变化趋势则与之相反。供给服务、支持服务和文化服务的ESV占比均呈现减小趋势,而调节服务、支持服务构成了区域ESV的主体。空间上,单位面积ESV在东西走向上呈现“凹”形,在南北走向上呈现“凸”形。2)黄河流域各类生态系统服务之间显著正相关,强协同关系占比为47.27%,表明研究期内各生态系统服务之间成协同关系。3)将黄河流域410个研究单元划分为4个一级分区和13个二级分区,并提出相应生态管理措施。

云南省沼泽湿地生态系统服务功能价值评价

以2021年为基准年,将云南省沼泽湿地生态系统服务功能划分为供给服务、生态调节服务、支持服务和社会服务4类,估算各类服务价值。结果表明,云南省沼泽湿地生态系统年服务总价值量为303.29亿元,单位面积价值量为74.74万元/(hm^(2)·a);在4类服务功能中,生态调节服务价值(169.63亿元)>供给服务价值(115.51亿元)>社会服务价值(13.41亿元)>支持服务价值(4.74亿元);各州市沼泽湿地供给生态服务价值最高为迪庆州(155.70亿元)。该结果旨在为云南省沼泽湿地保护管理与生态保护补偿政策制定提供科学依据。

森林生态系统服务多功能性:概念、指标和经营模拟模型

森林生态系统同时提供多种功能和服务的能力,被称为森林生态系统多功能性,可分为生态系统功能多功能性和生态系统服务多功能性。近年来,生态学领域对生物多样性与多功能性关系机理、多功能性驱动因子等进行了大量研究,这些研究持续成为热点。然而,这些研究成果在实际应用,尤其是在指导森林经营实践方面,尚显不足。森林经营一直以实现多种功能或服务的最大化为目标,但目前还缺乏与生态学中多功能性理论研究的有机联系,迫切需要将二者结合。本文对国际国内森林生态系统服务多功能性的概念、指标、评价方法、经营模拟和优化模型进行了综述,认为预测森林生态系统服务及多功能性、在森林经营单位层面实现多功能性最大化是将来的研究方向。因此,需要加强森林经营模型模拟研究,寻找减少不同服务间冲突、增加协同(即增加多功能性)的经营策略,回答森林经营和气候变化如何影响生态系统服务间的权衡和协调关系及其时空变化等理论和实际问题。

北京市中关村绿色创业生态系统的服务功能评价研究

绿色创业生态系统作为绿色低碳循环利用的重要载体,对促进我国绿色低碳循环发展具有重要意义。为探究绿色创业生态系统的服务功能发展水平,本文选取了2016—2020年北京市中关村示范区的数据为研究样本,以“支持功能、调节功能、文化功能、供给功能”4个功能为核心维度构建北京市中关村绿色创业生态系统的服务功能评价指标体系,建立熵权—TOPSIS模型和耦合协调度模型,对其进行实证分析。结果表明:服务功能整体发展态势向好,其中供给功能更为突出;形成了“政策支持—支持功能—服务功能”的明显链式影响结构;服务功能整体以及两两之间的功能耦合协调度呈非线性波动上升状。最后,本文提出了针对性政策建议,为北京市中关村绿色创业生态系统的服务功能的水平提升提供了有益启示。

资源型城市生态系统服务格局演变与功能分区研究——以抚顺市为例

构建依据生态系统主导功能的分区管理策略是实现资源型城市生态转型可持续发展的重要途径。文章以资源型城市抚顺市为研究对象,基于多种生态系统服务的时空演变特征,利用自组织特征映射神经网络识别其在时空共现的组合类型(即生态系统服务簇),并依据服务簇的主导服务功能从提高协同减少权衡的角度提出差异化分区管理措施。研究结果可为未来抚顺市因地制宜实施生态管控措施提供有益参考,对促进资源型城市精细化管理实现可持续发展具有重要意义。

基于需求层次理论和生态系统服务供需的黄河流域生态管理分区

生态管理分区是实现生态系统有效管理的重要途径,是生态保护和管理的前提基础,对改善区域生态系统结构,实现生态文明建设,提升人类福祉具有重要意义。以黄河流域县域为基本研究单元,通过测算2020年粮食生产、产水、固碳、土壤保持、生境质量以及休闲娱乐等6种典型生态系统服务供给和需求,进一步融合马斯洛需求层次理论对生态系统服务供需进行分层,最终利用象限法和耦合协调度模型划定黄河流域生态管理分区。研究结果表明:(1)2020年黄河流域六种生态系统服务的供需格局差异明显,生态系统服务供给在空间上呈现“南高北低”的分布格局,需求则呈现“东高西低”的分布格局,供需分布格局与区域生态用地以及人类活动有着密切关系。(2)综合生态系统服务供需受到人类对不同类型生态系统服务需求的差异性和层次性的影响,综合供给高值区分布在黄河流域南部生态本底较好的区县,综合需求高值区分布在郑州、西安、济南等核心城市及周边区县。(3)将黄河流域划分划定为五类生态管理分区:A生态潜力型分区,需要挖掘生态系统服务潜力,提高生态系统服务利用效率。B生态改善型分区,需要提高生态系统服务供给能力,改善生态环境质量。C生态保护型分区,需要加强生态保护和恢复,减少外来干扰。D生态调节型分区,需要维护生态环境,调整农业产业结构以实现环境、社会、经济和生态效益的统一。E生态协调型分区,需要平衡生态系统服务供需关系,协调经济社会发展和生态保护。研究结果可为黄河流域国土空间优化和生态系统服务管理与保护提供参考。

宁夏贺兰山国家级自然保护区生态系统服务功能评估

生态系统服务功能能够促进人与自然和谐共生,探究宁夏贺兰山国家级保护区生态系统服务功能对统筹山水林田湖草沙一体化保护和系统治理具有重要意义。以森林和草地生态系统长期观测研究与服务功能评估系列国家标准为基础,应用林业小班数据,结合分布式测算方法,选取保育土壤、林木养分固持、涵养水源、固碳释氧、净化大气环境等5项生态系统服务功能对保护区森林和草地生态系统进行效益评估。结果表明:宁夏贺兰山国家级自然保护区森林和草地生态系统服务功能物质量在空间分布格局中呈东北高、西南低的变化趋势;价值总量为28.27亿元/a,其中,涵养水源、保育土壤功能位列前2位,是宁夏贺兰山国家级自然保护区森林和草地生态系统的主要服务功能。保护区未来应进一步加强森林经营管理,合理优化树种结构和林龄结构,提升森林生态系统质量,充分发挥生态系统服务功能。

基于森林生态系统服务权衡与协同的森林可持续管理

森林是水库、钱库、粮库、碳库,提供多种生态系统服务,对缓解全球气候变化、维护国土生态安全和促进经济社会可持续发展具有基础性、战略性作用。科学认识不同森林生态系统服务间的权衡与协同对实现森林多重效益和开展森林可持续管理至关重要,但森林生态系统服务间的协同或权衡关系存在较大不确定性、因不同研究而异,导致如何通过森林经营实现森林生态系统多种服务成为关键挑战。全面梳理森林生态系统多种服务之间协调与权衡研究现状后发现:(1)研究聚焦森林碳汇、木材供应、生物多样性、森林游憩等多种服务之间的关系与影响因子;天然林的协同效应高于人工林,林龄、林分密度、树种组成、气温、海拔、社会偏好、管理政策等是主要驱动因素;(2)对比不同森林经营模式或管理措施对森林生态系统多种服务的影响,可持续经营是协同实现森林多种效益的有效途径;(3)气候变化与森林生态系统多种服务之间的相互作用取决于气候因子种类与变化程度、森林类型、森林管理方式、区域环境等,当前重点围绕IPCC发布的未来气候变化情景开展研究;(4)借助InVEST、FSOS、CASA等工具,模拟优化森林管理情景,探索兼顾森林多目标的管理方案。同时,系统总结现有研究和森林可持续管理面临的突出问题:(1)森林生态系统多种服务间权衡协同的形成机理和驱动机制仍不清晰;(2)未考虑全部的森林生态系统服务、森林类型、影响因素、森林管理方式和气候因子等;(3)缺乏跨多种时间、空间、尺度的数据融合,也未融入森林生长动态过程、不确定性和风险分析;(4)模拟空间精度较低、运行机制简单和情景不完善导致优化森林生态系统多种服务的模型无法推广;(5)森林管理设备和理念落后、资金投入和科技支持能力不足、森林质量不高、森林更新滞后等;(6)森林资源管理一体化的技术体系不完善。在此基础上,提出协同实现森林生态系统多种服务的森林可持续管理发展趋势与建议:树立人与自然和谐共生的中国式现代化森林经营理念,倡导基于自然的森林可持续经营,推行增强气候韧性的森林可持续经营,坚持系统观念精准提升森林质量,完善森林经营的技术规程、标准和政策体系。

基于生态系统服务功能的兰西城市群高质量发展思路研究

兰西城市群是黄河上游地区经济发展的重要增长极,也是我国重要的生态安全保护屏障和生态系统服务供给源。为给兰西城市群高质量发展相关政策制定和推进实施提供新的视角及理论参考,对该城市群的基础条件、空间保障能力、产业支撑水平、环境承载能力等已有研究进行梳理,阐述了兰西城市群高质量发展与生态系统服务功能的联系,通过构建基于生态系统服务功能的兰西城市群高质量发展思路研究框架,建立城市群由自然生态系统服务功能向“生态-经济-社会”复合系统功能转化的路径。兰西城市群高质量发展的研究重点在于:保障生态系统支持服务功能,以筑牢一体化地缘环境基础;发挥生态系统调节服务功能,以破解自然生态环境条件的约束;释放生态系统供给服务价值潜力,以加快自然资本绿色价值转化;赋能生态系统文化服务功能,以良好生态增进民生福祉等。

生态系统服务多功能区时空变化及其影响因素分析:以青藏高原生态屏障区为例

生态功能分区是生态系统管理的重要环节,基于生态系统服务簇进行生态功能分区对维持生态系统的可持续性具有重要意义。以青藏高原生态屏障区为例,采用生态系统服务和权衡的综合评估模型(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs,InVEST)、修正通用土壤流失方程模型(Revised Universal Soil Loss Equation,RUSLE)和卡内基-阿梅斯-斯坦福模型(Carnegie-Ames-Stanford Approach,CASA)评估产水量、土壤保持、固碳和生境质量,在县域尺度上基于主导的生态系统服务类型将研究区划分3个生态系统服务多功能区(生态调节多功能区E1、生态供给多功能区E2和生态支持多功能区E3),并分析了生态系统服务多功能区的时空变化及影响因素。结果表明:(1)与2000年相比,2015年青藏高原生态屏障区产水量和土壤保持减弱,固碳和生境质量提高;(2)青藏高原生态系统服务多功能区时空变化主要是E1和E3之间的相互转化;(3)降水是影响青藏高原生态系统服务多功能区空间格局形成的最主要因素,人口密度是增幅最明显的因素。社会经济因素和自然因素的共同作用加强了多功能区的相互转化。该研究结果可为青藏高原土地多功能属性的管理和国土空间整体功能的提升提供价值参考。

内蒙古大兴安岭土地利用格局和生态系统服务功能的时空演变特征

[目的]内蒙古大兴安岭作为独特山地生态热点地区,研究其土地流转和强度对生态系统服务功能的响应关系,为推进该地区科学配置土地利用格局、促进生态可持续发展提供理论依据。[方法]基于1990—2022年5期遥感影像,在县域尺度上综合运用InVEST-CASA模型和四象限模型法,评估5种典型的生态服务功能(生境质量、碳储量、水源涵养量、土壤保持量和植被净初级生产力)变化,并研究土地利用强度(LUI)时空演变与生态系统服务功能相关性。[结果](1)1990—2022年,研究区土地利用格局稳定,农田、草地和林地(天然林、人工林)是内蒙古大兴安岭主要组成地类。(2)生态系统服务功能呈北高南低缓慢退化态势,生境质量和土壤保持量逐年下降,产水量和植被净初级生产力波动式衰减,碳储量增速减缓。(3)由于土地利用格局变化和利用强度增加,生态系统服务功能综合值与土地利用强度之间呈现负相关,受其影响较为显著的县域主要分布在该研究区的东南侧。[结论]内蒙古大兴安岭生态系统服务功能存在明显时空异质性特征,合理优化土地利用格局可以有效提升内蒙古大兴安岭地区生态系统服务功能。

近十年雄安新区景观格局动态变化及生态系统服务功能评价

为深入了解和解析雄安新区景观格局的时空特征及其生态发展趋势,利用2013-2022年间4期典型的遥感影像数据,结合Google Earth影像,通过支持向量机分类和目视解译法获得雄安新区的土地利用分类图,综合运用GIS技术和InVEST模型分析等方法,对近10年雄安新区景观格局变化特征及其生态质量进行分析评价。结果表明:(1)2013-2022年期间,建设用地、开阔水体、林地持续增长,其中林地在2017年以后呈快速增长趋势,占雄安新区总面积比例由10.75%增长到31.79%,耕地由于转出较多面积缩减迅速,主要转出为林地、开阔水体和建设用地,白洋淀湿地面积增加。(2)开阔水体、水生植被、耕地的景观破碎化程度在逐年增大,林地的空间连通性持续向好。雄安新区景观形状指数增加,其中,2022年景观丰富度最大,景观中优势斑块类型连通性增强,大比例斑块增加。(3)10年间,研究区碳储量增加60.59×10^(6)MgC,优良类生境区域面积和差等生境质量面积呈上升趋势,中等生境质量面积减小33.66%。需重点关注耕地、农村建设用地与城区的交汇处、交通道路与生态源地交汇处等的生态节点的建设及其生态功能的提升。

富源县森林生态系统服务功能价值评估

根据2020年森林资源监测本底资料对云南省曲靖市富源县森林生态系统的支持服务、调节服务、供给服务、文化服务4个服务类别的8个功能(保育土壤、林木养分固持、涵养水源、固碳释氧、净化大气环境、生物多样性保护、林木产品供给、森林康养)计16个指标(固土、保肥、氮固持、磷固持、钾固持、调节水量、净化水质、固碳、释氧、提供负离子、吸收气体污染物、滞尘效应、生物多样性保护、木材产品、非木材产品、森林康养)的价值,依据《森林生态系统服务功能评估规范》(GB/T38582—2020),进行价值评估。结果表明2020年富源县森林生态系统服务功能总价值约为138.958亿元·a^(-1),单位面积价值约为11.42万元·hm^(-2)·a^(-1);各项森林生态系统服务功能价值表现为保育土壤>涵养水源>固碳释氧>生物多样性保护>森林康养>净化大气环境>林木产品供给>林木养分固持。

特定模型与GIS结合的生态系统服务功能评价及分区研究——以黔北芙蓉江流域绥正道地区为例

黔北芙蓉江流域绥(阳)正(安)道(真)地区是以“三区四带”为核心的全国重要生态系统保护和修复重大工程总体布局中长江重点生态区的重要组成部分,是长江上游重要的生态安全屏障,对其开展生态系统服务功能评价及生态功能区划是区域生态系统全要素一体化保护和系统治理的重要基础。本研究基于水量平衡方程模型、RUSLE模型及NPP模型并与GIS结合,建立了区域生态系统服务功能评价与分区体系,在识别现有状态的基础上规划未来,使其各区域能更好的承担相应生态系统服务功能。研究结果显示:研究区生态系统服务功能重要性中等以上的面积为5166.11 km^(2),占区域总面积的70.85%。研究区生态系统服务功能重要性整体较高,主要分布在道真县西部、北部和中部,正安县中部及绥阳县北部等区域。在指标提取与遥感解译的基础上依据生态调节功能、产品提供功能及人居保障功能对区域生态功能进行分区。针对各类生态功能区的主要生态问题,提出了生态保护方向与限制、禁止措施,并划分出6个重要生态功能区作为区域保护修复的重点区,为区域山水林田湖草沙一体化保护和系统治理等生态保护修复工程提供重点靶区与实施路径参考。

天保工程对京津冀地区天然林资源及生态系统服务功能影响的研究

为评估实施天然林保护工程后京津冀地区天然林资源现状以及生态系统服务功能价值,为京津冀地区天然林协同保育提供技术支撑。采用国家二类森林资源清查数据,利用主成分分析法和层次分析法,构建最优模型,评价研究区内天然林生态系统服务功能及质量状况。结果表明,天保工程实施后,京津冀地区天然林资源数量、单位面积蓄积量逐年稳步增加,天然林蓄积量从天保工程实施前的3488.73×10^(4)m^(3)增加到7599.14×10^(4)m^(3);天然林生态服务功能物质量和价值量衡量指标均显著增加,相较于天然林保护一期工程初始,涵养水源量增长了28.69×10^(8) m^(3)·a^(-1),价值总量增加了550.19×10^(8)元·a^(-1),表明京津冀地区天然林提供生态服务的潜力较大;构建的天然林质量综合评价体系中,影响最大的准则层是森林生产力指标(0.41),对准则层影响最大的5个指标为龄组(0.2001)、平均胸径(0.1801)、每公顷株数(0.0925)、平均树高(0.0853)及海拔(0.0493);天然林质量总体处于中等水平。经过实施天然林保护工程,京津冀地区天然林资源量呈逐年递增趋势,提供生态服务的能力逐渐增强,但现阶段区域天然林的质量还普遍不高,有较大提升空间;实施调整优化龄组结构和林分密度等经营措施可以提升京津冀地区的天然林质量。

南京市高淳区村域尺度土地利用功能变化及生态系统服务价值响应研究

基于2009—2019年土地利用调查数据,以高淳区145个行政村为研究单元,利用土地利用变化模型和生态系统服务价值评估方法,研究高淳区土地利用功能转型的时空演变格局,并评估该区域生态系统服务的价值损益情况,同时,利用敏感性系数来衡量生态系统服务价值对土地利用功能转型的敏感程度。结果表明:①高淳区生产生态功能、生态生产功能既是研究区分布最广的土地利用功能类型,也是转型最剧烈的土地利用功能类型。生产生态功能的转移面积和比重最大,而且转移速率远高于其同期的新增速率,属于转型收缩型土地利用功能;生态生产功能空间、生活生产功能空间和生态功能空间的新增速度大于同期转移速度,属于转型扩张型功能空间。②2009—2019年,高淳区生态系统服务价值增加了33.78亿元,其中,水域用地、耕地和林地是对生态系统服务价值贡献最大的3种土地类型;水文调节和废物处理是高淳区最主要的生态系统服务功能。③当土地利用功能从低利用指数向高利用指数转变时,生态系统服务价值减少,此时土地利用程度引起区域生态系统服务价值的变化强度也较小。当土地利用功能呈现高利用指数向低利用指数的转变趋势时,生态系统服务价值呈现增加的趋势,土地利用程度变化对区域生态系统服务价值的贡献率越大。④具体来说,高淳区生态系统服务价值呈现增加显著,生态系统服务价值对不同土地利用功能转型的响应程度不尽相同,生产生态功能空间转向生活生产功能空间对生态系统服务价值降低的贡献度达到15.02%,生产生态功能空间转为生态生产功能空间对生态系统服务价值增加的贡献度达到44.57%。

黄河流域国家级自然保护区生态系统服务功能评估

【目的】研究黄河流域国家级自然保护区生态系统服务功能的时空变化特征,为制定有效的生态保护策略提供科学依据。【方法】以黄河流域国家级自然保护区为研究对象,采用InVEST模型,分析并评估其水源供给、土壤保持、碳储存和生境质量4项生态系统服务功能。【结果】(1)2000—2020年,黄河流域国家级自然保护区的水源供给量和平均生境质量指数呈现出先减少后增加的变化,土壤保持量表现为逐期下降,碳密度随着时间的推移先增加后减少。降水和土地覆被变化是影响生态系统服务功能变化的主要因素。(2)受黄河流域地区城市化快速发展的影响,国家级自然保护区的综合生态系统服务功能随时间推移逐渐减弱,在空间上表现为从黄河流域上游向下游逐渐增强。【结论】面对黄河流域的复杂生态环境风险问题,建议强化全流域的水资源管理,合理开发利用土地资源以提高土地利用效益。注重植被保护和自然恢复,完善全流域的生态补偿机制,并采取因地制宜的保护措施。通过这些措施,以促进区域生态环境和经济社会协调可持续发展。

提高曲靖森林生态系统服务功能的对策研究

森林生态系统是人类生存和发展的基础,是一个地区生态承载力的基石。通过文献回顾,总结了森林生态系统服务功能的部分基本规律,把这些基本规律作为提高森林生态系统服务功能的基本遵循。在分析了曲靖森林生态系统服务功能提高面临挑战的基础上,提出两方面对策,一是提高所有类型森林生态系统服务功能的总体措施,共提出了六个方面十二条具体对策。二是针对九种森林生态系统服务功能中的某种服务功能的措施,共三个方面三条具体对策。