自然度评价应用于城市生物多样性保护的研究进展

城市生物多样性为城市生态系统提供了诸多生态系统服务,是实现城市可持续发展的基础。然而,随着城市人类活动加剧,自然景观向人工景观转变,城市生物多样性受到了严重威胁。作为判断生态系统的自然性或人为干扰度的科学方法,自然度评价对城市生物多样性保护和生态系统管理具有重要的指导作用。该文在辨析自然度及其评价概念的基础上,归纳了3种自然度评价方法：指示生物法、自然距离法、多指标综合评价法,从城市生境质量评估、城市景观动态监测、城市生态空间规划3个层面梳理了自然度评价在城市生物多样性保护中的应用研究进展,提出未来应加强城市生态系统自然度评价,并综合考虑生物多样性状态和变化、生态系统完整性、人类干扰和管理决策等因素,进一步将自然度评价纳入土地利用、社会经济和生态效应的综合研究中,揭示城市区域人类活动与生物多样性之间的关系。     

近20年国内外生态系统服务研究回顾与解析

生态系统服务对人类生存发展以及生态环境的可持续具有重要的意义,作为当前生态学、环境科学、地理学、生态经济学等诸多学科的研究热点和前沿,目前已经积累了大量的研究成果。文章基于Citespace V5.2软件以及文献计量学分析方法,以Web of science核心合集与CNKI核心期刊为数据来源,系统地分析了1999—2018年近20年国内外生态系统服务研究热点、进展与存在的问题。首先从生态系统服务形成机制及其流动、生物多样性与生态系统服务、土地利用与生态系统服务、气候变化与生态系统服务、生态系统服务评估、生态系统服务权衡协同与生态管理等6个方面对国际生态系统服务的研究热点进行了详细的评述。又进一步从生态系统服务价值评估、土地利用变化与生态系统服务、生态系统服务与可持续等3个方面对国内近20年生态系统服务研究进展与现状进行追踪与分析;讨论了目前国内研究中存在生态系统服务理论研究尚待深入、评估方法科学性有待提高、研究结果应用性不强等3个方面的问题。最后,针对当前研究存在的问题与未来发展方向提出展望:加强生态系统服务形成机理及综合应用研究、建立更加精确的生态系统服务价值评估体系指标与方法、加强生态系统服务区域集成和尺度转化研究。     

资源型城市土地利用变化及其对生态系统服务价值的影响

东营市是新兴的石油资源城市,土地利用/覆被变化剧烈且具有独特的区域特征。探讨该地区的土地利用变化及其对生态系统服务价值的影响有着重要的现实意义。为此,基于RS和GIS技术,利用Costanza提出的生态系统服务价值评估方法,研究了东营市1986—2008年间的土地利用变化及其引起的生态系统服务价值动态变化。研究结果表明：（1）耕地是东营市主要的土地利用类型,面积有所减少;未利用地和次生盐碱地所占比重较大,居民点及工矿用地大幅增加,油田生产建设和生态环境保护矛盾非常突出。（2）生态系统服务价值减少了6.68%。2008年东营市提供的生态服务仍然以维护原材料、气体调节、食物生产、气候等为主,而废物处理、水源涵养、生物多样性保护、土壤形成与保护和娱乐文化功能是比较弱的。今后应维护生物多样性保护和水源涵养功能,防止土壤盐渍化,提升区域生态系统服务功能;（3）生态系统服务价值对生态价值系数的敏感性指数均小于1,说明研究区内的生态系统服务价值缺乏弹性,研究结果是可信的。     

土地利用变化对生物多样性的影响

土地利用变化对生物多样性影响是生物多样性受到威胁的重要因素.文章对土地利用变化对基因多样性、物种多样性、生态系统多样性影响方面的研究进行了总结分析,并提出了新的展望.土地利用变化对基因多样性的影响涉及了对物种生境的隔离、农牧业活动对物种改良和生境条件的改变方面,目前还主要集中在对少数物种繁殖过程方面影响的研究;土地利用变化对物种多样性影响包括对物种优势度和丰富度、种间关系、物种分布格局、物种入侵和灭绝方面的影响,目前对物种丰富性和多样性影响方面研究较多,对物种灭绝、物种入侵和种间关系影响方面的研究极少,且还限于大型动物和植物,对微生物和小型动植物研究却很少;土地利用变化对生态系统的影响涉及了对生态系统结构组成及分布方面的影响.另外,目前缺少土地利用变化对基因多样性、物种多样性和生态系统多样性综合影响方面的研究,难以量化和预测土地利用变化对生物多样性影响效应.未来需要综合考虑基因多样性、物种多样性和生态系统多样性方面,系统开展土地利用变化对生物多样性影响的趋势和机制方面的研究,定量预测土地利用变化对生物多样性的影响.     

全球生物多样性评估方法及研究进展

评估和预测全球生物多样性丧失趋势及其对人类福祉的影响,是当前国际生物多样性研究的重要方向之一。结合全球生物多样性评估的最新研究进展,对全球生物多样性评估的内涵、方法和成果进行了阐述。驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)概念框架是当前生物多样性评估项目主要使用的评估框架。按照评估目的的不同,可将生物多样性评估方法划分为指标评估、模型模拟和情景分析3种主要方法,其中全球2010年目标评估指标框架、全球环境综合评估模型(IMAGE)/全球生物多样性评估模型(GLOBIO)组合以及政府间气候变化专门委员会(IPCC)的《排放情景特别报告》(SRES)以及千年生态系统评估(MA)、全球环境展望(GEO)和世界经济合作组织(OECD)环境展望等项目建立的情景模式是全球评估项目中主要采用的评估方法。多个全球评估项目的研究结果表明,全球生物多样性丧失趋势没有得到有效遏制,在21世纪,其速度将进一步加快。在今后的研究中,仍需在理解生物多样性、生态系统服务和人类福祉之间的关系,全球2020年评估指标框架,以及发展基于多情景、多模型和多生态系统的综合评估方法等方面进行深入探讨。中国应认真总结全球生物多样性评估理论和方法方面的研究经验,加强中国2020年目标评估指标体系和中国生物多样性监测网络建设,发展适合中国区域特点的具有自主知识产权的生物多样性综合评估模型和情景分析方法,定期对全国生物多样性进行综合评估,切实掌握全国生物多样性现状及变化趋势,为中国生物多样性保护和管理决策提供服务。     

定量测度生物多样性对人类福祉贡献的指标体系研究

生物多样性关系人类福祉,是人类赖以生存的基础。定量评估生物多样性对人类福祉的贡献尤为重要,是当前的研究热点。在总结前人研究理论的基础上,从物质贡献、生态调节贡献和精神文化3个方面,构建了基于生态系统服务视角的生物多样性对人类福祉贡献评估的指标体系,并利用专家打分确定各级指标权重。该指标体系具有较好的可操作性和可推广性,可用于我国生物多样性对人类福祉贡献的多尺度评估。同时,指标体系具有一定的灵活性,允许在三级指标中增加反映地方或局地特征的特色指标,可以促进局地尺度的精细化研究,这将为我国生物多样性保护、生态系统管理和人类福祉相关的决策制定提供重要的科学基础。     

生物多样性贡献人类福祉的研究进展

近年来,生态系统服务和人类福祉之间的关系成为了生态学研究的重点,生态系统所提供的各类生态系统服务,是人类生存和社会经济发展的基础,只有健康的生态系统才能够为人类提供更多的福祉.生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和,表现在生命系统的各个组织水平上,从多方面影响生态系统服务,进而影响人...     

气候变化对生物多样性的影响:脆弱性和适应

气候变化对生物多样性影响及其适应直接关系着未来生物多样性的保护.气候变化对生物多样性影响、生物多样性在气候变化影响下的脆弱性、生物多样性适应气候变化方面进行了总结分析,对存在的问题进行了讨论,对今后研究提出了一些建议.过去的气候变化已使物种物候、分布和丰富度等改变,使一些物种灭绝、部分有害生物危害强度和频率增加,使一些生物入侵范围扩大、生态系统结构与功能改变等.未来的气候变化仍将使物种物候和行为、分布和丰富度等改变,使一些物种灭绝、使有害生物爆发频率和强度增加,并将可能使生态系统结构与功能发生改变等.生物多样性适应气候变化包括了自然适应和人为适应两个方面,自然适应体现在物种适应性进化、迁移、生态系统稳定性和弹性等,人为适应体现在种质基因保存、物种异地保护、自然保护区规划设计、生态系统适应性管理、生态恢复和气候灾害防御等.目前,生物多样性对气候变化影响的脆弱性、生物多样性自然适应和人为适应气候变化方面的研究都还不系统深入,需要加强生物多样性自然适应和人为适应气候变化方面的研究.     

农区土地利用强度变化对生物多样性的影响

农业集约化引起的景观变化是导致农业景观生物多样性丧失的重要原因,为评估农业景观结构变化对物种多样性的影响,探索生物多样性未来的变化趋势,研究基于Meta分析(Meta-Analysis)构建我国农区不同土地利用强度的生物多样性数据库,收集了来自全国298个农业景观样地的15 042条物种记录。依据线性混合效应模型构建我国农区土地利用强度-生物多样性关系模型,并以浙江省为例,结合浙江省退耕还林、生态农业发展等土地利用政策和规划,基于Dyna-CLUE模型模拟不同情景下土地利用的空间分布,将土地利用空间分布模拟和土地利用强度-生物多样性关系模型结果输入Flus-Biodiversity模型,从而模拟典型农区生物多样性的空间分布格局,提出浙江省农田生物多样性保护目标优化方案。Meta分析显示,无论在景观尺度还是局部管理尺度上,随着农田土地利用强度的增加,生物多样性均呈显著下降趋势。情景模拟发现,在所有情景中生物多样性都呈下降趋势,其中生态保育情景下降幅度最小,将常规农田转换为生态农田时生物多样性有所提高。因此,为进一步保护多样性、提升生态系统服务、改善生态环境,一方面应尽量保护农田周围的自然和半自然生境,以减少土地利用改变对农业生物多样性的破坏;其次,适当增加农业景观中的半自然生境,如人工林等,构建合理的农业景观格局;第三,适度推动有机管理或生态管理,合理化减少化肥和农药的施用,有利于区域生物多样性的保护;第四,在保证耕地红线的前提下,应深入推进退耕还林政策,严格限制生态功能区的土地开发,同时注重生物多样性完整性损失严重区域的保护。     

草地生态系统生物和功能多样性及其优化管理

草地生态系统作为陆地生态系统的主要类型之一,能够为人类提供丰富多样的生产和服务功能,在维持和保护生物多样性、提供生产力、土壤碳库、养分循环、防风固沙、保持水土、涵养水源、调节气候等方面发挥着重要功能。然而,随着城市化和工业化进程的加快,人类对自然界进行了高强度掠夺式开发利用,为谋求经济发展而不惜以牺牲环境与自然资源为代价,致使社会经济的发展同资源与环境保护之间的矛盾日益突出,如越来越多的生物面临灭绝、生态系统服务功能下降、全球气候变化等,而这些问题反过来又影响了社会经济的可持续发展。在人类活动附加于自然草地生态系统后,草地的利用与经营管理方式以依赖实践和经验为主导,而关于草地生态系统结构和功能的理论研究一直处于探索积累阶段而不能很好地指导实践,致使草地利用与发展经历了缺乏科学指导和合理调控的盲目发展模式。随着数学方法和信息技术等在生态学中的广泛应用,对生态系统结构、组分之间机理联系的深入认识,生态学家正试图利用信息科学、系统科学和网络分析技术,准确模拟生物多样性、多元生态功能网络,分析多功能之间的权衡关系,优化生态系统服务,实现对草地发展趋势的科学预警,加强草地良性发展的人为调控,以最终实现生物多样性保护、优化生态功能和可持续发展的科学管理系统。文章综述了生物多样性和草地生态系统功能与管理的重要研究进展,提出了促进草地生态系统可持续发展的建议与研究展望。     

湿地生态系统服务价值评价去重复性研究的思考

重复计算一直是困扰湿地生态系统服务价值评价的一个难点问题。湿地生态系统服务的复杂性及其组成分的非线性容易导致在计算湿地生态系统服务价值时容易导致重复计算,如果不能正确的去除湿地生态系统服务价值评价中重复计算的部分,会使评估结果的可信度降低。湿地生态系统服务价值评价的重复性计算主要体现在两个方面,总服务价值评价中的重复计算和部分服务之间的重复计算。湿地生态系统服务由湿地生态系统和生物多样性产生,并为人类福祉做出贡献,在这一过程中,湿地生态系统功能与服务的复杂的关系及服务之间的因果关系容易导致在计算生态系统总的服务价值时重复计算的产生,也就是分类时存在重复计算。部分服务之间的重复计算则主要是由于指标的模糊不清、参数的重复和评价方法的选择导致的。通过分析湿地生态系统服务价值评价重复性计算产生的原因,文章提出了一个具体的解决框架,包括最终服务的确定、指标的明确、模型的构建以及评估方法的选择等。首先,将湿地生态系统服务分成中间服务和最终服务,以最终服务作为最终要评价的服务;其次,针对部分服务中可能存在的重复计算,从指标和参数的明确、评价方法的选择和数学模型的构建等方面进行解决;最后,构建一个优化的湿地生态系统服务价值评价体系。希望通过这些解决办法来降低湿地生态系统服务价值评价中重复计算的可能性,以期更加准确的评估湿地生态系统服务。     

重要生态功能区典型生态服务及其评估指标体系的构建

科学评估重要生态功能区的生态服务是管理者制定相关政策的基础,对促进重要生态功能区维护区域生态安全、支撑经济社会可持续发展具有重要意义。依据生态服务的空间转移特性,探索提出了重要生态功能区典型生态服务的概念与内涵,并在此基础上综合运用频度分析法、专家咨询法和层次分析法,构建了重要生态功能区水源涵养、土壤保持、防风固沙、生物多样性保护和洪水调蓄等典型生态服务的评估指标体系。结果表明：在指标体系中,影响水源涵养服务的主要是土壤质地和降水量;影响土壤保持服务的主要是植被覆盖度和丰富度指数;影响防风固沙服务的主要是植被覆盖度和大风时速;影响生物多样性服务的主要是植被景观多样性指数;影响洪水调蓄服务的主要是湿地容积和降水量。土壤、植被、地形和气候等生态因子是重要生态功能区典型生态服务产生与发挥的重要基础。     

生态系统服务价值评估的研究进展

生态系统服务价值评估是当前生态经济学和环境经济学的研究焦点。首先回顾了国内外关于生态系统服务功能的概念和分类的研究;其次根据发展历程分析了国外生态系统服务价值的评估研究;然后从全国、区域以及单个生态系统等方面探讨国内生态系统服务价值评估的研究。最后指出现有生态系统服务价值评估研究中的不足及今后发展方向,以期丰富生态系统服务价值评估理论。     

流域生态系统服务研究进展与展望

在分析国内外流域生态系统服务研究动态的基础上,归纳全球流域(河流、湿地)尺度生态系统服务研究案例的分类和评估方法,重点阐述以水循环和水生态过程为纽带的流域生态系统产品和服务的特点和内涵,总结提出流域生态系统服务的研究重点是与水有关的水资源服务和水生态服务.强调今后要加强流域尺度上的科学研究与政策、管理的对接和应用,通过科学规范的流域生态系统服务评估,为流域生态补偿、生态修复机制的建立和流域水环境综合管理提供有力支撑.     

湿地生态系统服务功能评估研究进展

介绍了湿地生态系统服务功能评估发展历程和生态系统服务价值评估的理论基础,对湿地生态服务功能评估的流程、方法、指标体系建立给出了参考范例,并探讨了生态服务价值评估在方法和技术上需要改进的几个方面,主要包括评价方法的统一、生态过程价值的理解、计量参数修正、标准和体系的选择、对生态服务功能状态好坏分级评估。阐述了生态系统服务价值评估还存在某些问题及有待今后发展的理论和方法来改进和完善的途径。     

Ecosystem services as a counterpart of emergy flows to ecosystems

A generic input-state-output scheme has been used to represent ecosystem dynamics. Systemic approaches to ecosystems use functions that are based either on inputs, state or outputs of the system. Some examples of approaches that use a combination of functions have been recently proposed. For example the use of eco-exergy to emergy flow can be seen as a mixed input-state approach; more recently, to connect the state to the output of the ecosystem, the relation of eco-exergy and ecosystems services has been proposed. This paper studies the link between the useful output of an ecosystems and its input through the relation between ecosystem services and emergy flow, in a kind of grey/black box scheme (i.e., without considering the state and the structure of the ecosystem). No direct connection between the two concepts can be determined, but identifying and quantifying the emergy flows feeding an ecosystem and the services to humans coming from them facilitate the sustainable conservation of Nature and its functions. Furthermore, this input-output relation can be established in general by calculating the ratio of the value of the ecosystem services to the emergy flow that supports the system. In particular, the ratio of the world ecosystem services to the emergy flow supporting the entire biosphere has been calculated showing that, at least at the global level, Nature is more efficacious in producing “money” (in form of ecosystem services) than economic systems (e.g., national economies and their GDP).     

Valuing Ecosystem Services in Terms of Ecological Risks and Returns

Abstract: The economic valuation of ecosystem services is a key policy tool in stemming losses of biological diversity. It is proposed that the loss of ecosystem function and the biological resources within ecosystems is due in part to the failure of markets to recognize the benefits humans derive from ecosystems. Placing monetary values on ecosystem services is often suggested as a necessary step in correcting such market failures. We consider the effects of valuing different types of ecosystem services within an economic framework. We argue that provisioning and regulating ecosystem services are generally produced and consumed in ways that make them amenable to economic valuation. The values associated with cultural ecosystem services lie outside the domain of economic valuation, but their worth may be expressed through noneconomic, deliberative forms of valuation. We argue that supporting ecosystem services are not of direct value and that the losses of such services can be expressed in terms of the effects of their loss on the risk to the provision of the directly valued ecosystem services they support. We propose a heuristic framework that considers the relations between ecological risks and returns in the provision of ecosystem services. The proposed ecosystem‐service valuation framework, which allows the expression of the value of all types of ecosystem services, calls for a shift from static, purely monetary valuation toward the consideration of trade‐offs between the current flow of benefits from ecosystems and the ability of those ecosystems to provide future flows.     

Ecosystem services and urban heat riskscape moderation: water, green spaces, and social inequality in Phoenix, USA

Urban ecosystems are subjected to high temperatures--extreme heat events, chronically hot weather, or both-through interactions between local and global climate processes. Urban vegetation may provide a cooling ecosystem service, although many knowledge gaps exist in the biophysical and social dynamics of using this service to reduce climate extremes. To better understand patterns of urban vegetated cooling, the potential water requirements to supply these services, and differential access to these services between residential neighborhoods, we evaluated three decades (1970-2000) of land surface characteristics and residential segregation by income in the Phoenix, Arizona, USA metropolitan region. We developed an ecosystem service trade-offs approach to assess the urban heat riskscape, defined as the spatial variation in risk exposure and potential human vulnerability to extreme heat. In this region, vegetation provided nearly a 25 degrees C surface cooling compared to bare soil on low-humidity summer days; the magnitude of this service was strongly coupled to air temperature and vapor pressure deficits. To estimate the water loss associated with land-surface cooling, we applied a surface energy balance model. Our initial estimates suggest 2.7 mm/d of water may be used in supplying cooling ecosystem services in the Phoenix region on a summer day. The availability and corresponding resource use requirements of these ecosystem services had a strongly positive relationship with neighborhood income in the year 2000. However, economic stratification in access to services is a recent development: no vegetation-income relationship was observed in 1970, and a clear trend of increasing correlation was evident through 2000. To alleviate neighborhood inequality in risks from extreme heat through increased vegetation and evaporative cooling, large increases in regional water use would be required. Together, these results suggest the need for a systems evaluation of the benefits, costs, spatial structure, and temporal trajectory for the use of ecosystem services to moderate climate extremes. Increasing vegetation is one strategy for moderating regional climate changes in urban areas and simultaneously providing multiple ecosystem services. However, vegetation has economic, water, and social equity implications that vary dramatically across neighborhoods and need to be managed through informed environmental policies.     

Meta-analysis of ecosystem services associated with oyster restoration

Restoration of foundation species promises to reverse environmental degradation and return lost ecosystem services, but a lack of standardized evaluation across projects limits understanding of recovery, especially in marine systems. Oyster reefs are restored to reverse massive global declines and reclaim valuable ecosystem services, but the success of these projects has not been systematically and comprehensively quantified. We synthesized data on ecosystem services associated with oyster restoration from 245 pairs of restored and degraded reefs and 136 pairs of restored and reference reefs across 3500 km of U.S. Gulf of Mexico and Atlantic coastlines. On average, restoration was associated with a 21-fold increase in oyster production (mean log response ratio = 3.08 [95% confidence interval: 2.58–3.58]), 34–97% enhancement of habitat provisioning (mean community abundance = 0.51 [0.41–0.61], mean richness = 0.29 [0.19–0.39], and mean biomass = 0.69 [0.39–0.99]), 54% more nitrogen removal (mean = 0.43 [0.13–0.73]), and 89–95% greater sediment nutrients (mean = 0.67 [0.27–1.07]) and organic matter (mean = 0.64 [0.44–0.84]) relative to degraded habitats. Moreover, restored reefs matched reference reefs for these ecosystem services. Our results support the continued and expanded use of oyster restoration to enhance ecosystem services of degraded coastal systems and match many functions provided by reference reefs.     

城市生态系统服务功能的价值结构分析

本文从城市生态系统价值体系出发,探讨城市自然资本,经济资本和社会资本综合测算的理论与方法,结果表明：示范区的自然总资本以年均４％的速度递减,其真实总资本年均增长率为４．５％而不是国内生产总值的１２．６％,自然资本的增减应成为衡量一个城市或区域是否实现可持续发展的核心指标。城市生态系统中自然资本由持续递减变为递增,是实现人类共同追求的可持续发展目标必由之路。