梭梭(Haloxylon ammodendron)是古尔班通古特沙漠的主要建群种,在生物多样性保护和防止旱地退化等生态系统服务方面有重要作用.气候变化引起的频发干旱对梭梭生存有显著的影响,明晰干旱胁迫下梭梭的抗旱策略,对于荒漠生态系统的可持续发展至关重要.水力性状和碳收益作为抗旱机制中的重要部分,目前对干旱胁迫下梭梭生存的水力性状阈值尚不明确.该研究以成年梭梭为对象,分别设置对照组和干旱处理组,对梭梭上、中、下3个高度的同化枝水分状况、枝条木质部导度损失率、气体交换特征、非结构性碳水化合物含量和形态特征等进行了测定,利用单因素方差分析检验不同处理及枝条高度间的各项性状差异,结合线性回归了解梭梭气孔敏感性,通过主成分分析解析梭梭的抗旱策略.研究表明:(1)梭梭的黎明和正午同化枝水势、同化枝含水量和枝条含水量均因干旱胁迫而下降,但并未随高度增加而降低;P50和P88(最大导水度损失50％和88％的木质部水势)未因干旱胁迫和枝条高度的增加显著变化,两个处理下3个枝条高度的P50平均值为-4.12 MPa,P88为-7.10 MPa,而水力安全边界在干旱胁迫下显著降低;(2)梭梭的气孔行为对水分亏缺敏感性低,干旱胁迫和枝条高度增加总体上未对其净光合速率和气孔导度产生显著影响;(3)同化枝和枝条非结构性碳水化合物含量未因干旱胁迫和枝条高度的增加而降低,反而略有升高,干旱胁迫下同化枝和枝条非结构性碳水化合物含量相较对照组分别升高22.11％和13.10％;(4)梭梭在干旱胁迫下的胡伯尔值相较对照组升高73.78％;比叶面积相较对照组降低14.60％,但两者均与对照组无显著差异.总之,梭梭的水力性状受干旱胁迫影响显著,但不受枝条高度的影响,并不存在随枝条高度增加的水力限制;干旱胁迫下,梭梭树冠外缘枝条同时发生水力失效的风险较大,水力安全边界(正午同化枝水势与P88的差值)只有对照组的40.85％;但由于梭梭气孔对水分亏缺的低敏感性,这使得其光合固碳并未受到影响,反而同化枝和枝条的非结构性碳水化合物含量会有所升高.

生态水文调节服务是生态系统服务的重要组成,能够有效调节地表径流,缓解暴雨洪涝灾害.但由于城市建设扩张、生态环境退化、极端降雨频发等因素,导致生态水文调节服务出现供需失衡.平原城市中地形水动力较弱及城市发展需求高的特征更是加剧了这种现象.基于生态系统供需视角,以生态水文调节率表征城市生态水文调节服务的生态供给,以暴雨洪涝风险表征城市生态水文调节服务的社会需求,构建应对暴雨洪涝灾害的平原城市生态水文调节服务供需研究框架.以典型平原城市天津市为例,应用SWAT模型、随机森林模型和ArcGIS定量测度城市生态水文调节服务供需水平,划分四种供需空间匹配类型,识别供需失衡关键区域,并进行五级规划干预等级分区.结果表明:(1)供给能力呈现"东南沿海高,西北近山低"的空间分布;需求水平表现出"多中心聚集,圈层向外递减"的分布规律.(2)供需空间分布呈现正相关关系,低供-低需在四种供需匹配类型中占据主导,同时空间聚集性最明显.(3)规划干预分区存在明显的空间差异,优先干预区占比5.41％,整体与建成区分布一致,大部分集中在市内六区,其次分布在滨海新区核心区,是未来规划治理的重点.研究结果为城市规划管理从生态水文调节服务供需视角防控平原城市暴雨洪涝灾害提供科学依据.

土壤保持服务作为一项重要的生态系统调节服务,是防止区域土地退化、降低洪涝灾害风险的重要保障.针对在全球范围内影响最大的土壤水蚀,基于土壤侵蚀、运移和输出过程,对土壤保持服务的概念、评估方法进行了梳理总结.土壤保持服务是指生态系统防止土壤流失的侵蚀调控能力及对泥沙的储积保持能力.土壤保持服务的评估往往是基于通用土壤流失方程RUSLE(Revised Universal Soil Loss Equation),以潜在土壤侵蚀量(裸地时土壤侵蚀量)与实际土壤侵蚀量之差,作为指标衡量.由于生态过程具有尺度依赖性,对土壤保持服务的有效评估,需要采用多尺度方法.土壤保持服务与人类需求紧密相关,在未来土壤保持服务研究中应强调连接土壤保持服务与人类福祉,对土壤保持服务产生、流动、使用的全过程及土壤保持服务时空动态与人类福祉变化的关系进行探究.

生态系统服务评估是地理学与生态学研究的重要议题.目前的生态系统服务评估研究主要着眼于服务供给能力的退化风险评估,缺乏将服务的供需匹配特征、供需动态变化趋势以及服务之间的权衡协同关系综合考虑的生态系统服务风险评价框架及案例研究.首先通过系统地梳理生态系统服务供需风险评估研究进展,提出了区域尺度的生态系统服务供需风险研究框架,并以陕西省产水服务为例进行案例分析,揭示其供需风险时空格局变化特征.讨论了生态系统服务供需风险评估的影响因素、研究意义和未来研究方向.结果 显示:①在产水服务供需时空格局方面,2000-2010年陕西省产水服务供给与需求总量均有所增加.陕南地区是主要的产水服务供给区,而产水服务需求量较大的地区主要分布在关中地区和汉中盆地.②在产水服务供需匹配方面,2010年陕西省产水服务供给不能满足需求的区域相对于2000年减少3.93％,供需空间匹配状况整体有所改善.③在产水服务供需风险方面,2000-2010年陕西省产水服务供需高风险区域占全省的13.37％,主要分布在关中地区和榆林市;低风险区域占全省的86.63％,主要分布在陕南地区以及延安市和宝鸡市.与2000-2005年相比,2005-2010年陕西省产水服务供需风险水平明显降低,高风险区域比重减少1.63％.研究结果以期为生态系统服务风险评估研究与管理应用提供理论支撑.

呼伦湖作为我国北方寒冷干旱地区内陆湖泊的典型代表,在涵养水源、调节气候、防风固沙及维系呼伦贝尔草原生态系统平衡乃至我国北方生态安全屏障等方面发挥着不可替代的作用.准确识别呼伦湖流域主要生态安全问题、完善其生态安全评价指标体系对于科学研判呼伦湖生态环境状况、维持区域可持续发展及精准实施底线管控政策具有重要意义.在遥感影像、地面调查、实验模拟等多尺度数据分析基础上,结合历史资料收集、专家咨询、部门访谈等方式分析识别了呼伦湖区域生态安全问题及成因:(1)气候暖干化及超载放牧等因素使得草地退化显著,土地沙化、盐碱化面积扩大;(2)草原退化增加了干草入湖、大气干湿沉降及水土流失等水环境污染负荷;(3)气候暖干化造成湿地萎缩,加之长期的过度捕捞等人类活动使得渔业资源枯竭、鱼类小型化特征显著,水生生态系统稳定性下降,蓝藻水华频发.在全面诊断分析区域生态安全问题的基础上,以山水林田湖草系统方法论为理论指导,以改善呼伦湖流域生态环境质量为核心目标,依据评价指标的针对性、科学性、可操作性及系统性原则,采用压力-状态-响应(Pressure-State-Response,PSR)模型,以气象条件、人口、水资源、水环境压力及人类活动等5个一级指标构成的压力子系统,以水环境状况、水生态状况、陆域生态状况、生态系统服务功能和敏感性、景观格局及生态风险等6个指标构成的状态子系统,以生态治理措施及生态治理投入等2个指标构成的响应子系统,共同组成了一套包含13个一级指标38个二级指标的天空地一体、陆湖统筹的生态安全评价指标体系,以期为呼伦湖及北方寒冷干旱区类似湖泊的生态安全评价研究提供借鉴.

目前,生态系统服务评估研究多集中于对服务供给的量化和供给能力的退化风险评估,针对生态系统服务供需平衡及供需风险的研究仍较薄弱.厘清生态系统服务的供需数量关系、空间匹配特征与供需风险时空演变,对流域生态系统的管理和资源的有效配置具有重要意义.本文以甘肃白龙江流域为例,基于InVEST模型、ArcGIS和GeoDa等软件,构建了流域生态系统服务供需风险研究框架,评估土壤保持服务的供需特征,揭示了土壤保持供需风险时空变化特征.结果 表明:(1) 1990-2016年甘肃白龙江流域土壤保持服务供需时空格局差异明显,流域土壤保持总供给量呈现先减后增的趋势,由1990年的8.79×108 t减少到2002年的7.74× 108 t,后增加到2016年的9.11×108 t.总需求量表现为递减趋势,由1990年的7.06× 108 t持续减少到2016年的5.69× 108 t.但局部地区有风险加剧的态势.(2)在供需空间匹配上,迭部北部山区、武都及文县的部分区域供需比值小于0,表现为供不应求,其他地区基本保持平衡,流域土壤保持服务主要空间匹配类型为高高型和低低型.(3)在供需风险方面,流域土壤保持服务供需风险等级以脆弱(Ⅴ)和安全(Ⅵ)低风险为主,分别占流域总面积的21％和64％;中风险(Ⅳ和Ⅲ)区域占15％,无高风险(Ⅱ和Ⅰ)区域.相比1990-2002年,2002-2016年流域生态环境有所改善,供需风险水平降低,高风险区域占比由8％降为0.研究结果可为生态系统服务风险评估研究与管理应用提供理论支撑.

辨识生态修复空间是进行生态恢复与重建的重要前提.在流域尺度,以长江源区为研究对象,构建了青藏高原生态修复空间辨识框架,以定量方法为主、定性方法为辅,依次开展了区域主导生态系统服务评估、生态风险评估、植被退化评价,识别了生态修复优先区,提出了系统保护与修复建议.结果表明:①2000年、2015年长江源区生态系统服务呈现从西北部向东南部增加的趋势,单位面积水源涵养量、土壤保持量分别下降18.06％、22.9％,单位面积防风固沙量增加8.84％,NPP未发生显著变化.②生态风险以1、2、3级中低风险为主,面积占比共计74.41％;4级区面积占比19.35％;5级区面积占比仅6.24％,集中分布于称多、玉树和唐古拉山.不同风险等级呈圈层递减的分布格局.③2000-2015年NDVI增长率为0.013％/a.绝大部分草地未发生退化,轻度退化草地面积占比0.82％;中重度退化草地面积占比1.09％;④严格施行划区轮牧和草畜平衡管理,坚持以自然修复为主、辅以人工修复,治理黑土滩、沙化土地、水土流失.对于昂日曲、麻多乡北、加巧曲等9个地块(393.75 km2),严格封禁,针对性地实施沙化地修复、黑土滩修复、草原有害生物防控工程等人工干预和保护措施.研究结果能为青藏高原生态系统服务功能维护和提升、退化生态系统的修复治理提供理论依据和技术支撑.

稳定、协调、可持续的生态系统服务供给是维持区域自然生命系统、保障区域生态安全的基础.面临生态系统所受的人为与自然干扰,有必要准确评估生态系统服务退化风险,揭示区域生态安全和可持续性提升路径.现有研究多叠加所有生态系统服务以评估生态系统服务退化风险,未能面向区域生态问题或生态需求对不同类型生态系统服务进行整合.研究提出面向多重生态保护目标的生态系统服务退化风险情景模拟框架,考虑广东省生物多样性保育、水资源安全、自然灾害防范等生态保护目标,选取代表性生态系统服务类型(生境维持、水源涵养、水质净化、土壤保持、洪水缓解、热带气旋缓解),基于不同典型浓度路径情景评估2018-2035年生态系统服务退化风险.结果表明,2018-2035年广东省生态系统服务供给空间格局基本稳定,尽管有所退化、空间异质性强.生态系统服务退化风险的情景模拟表明,面向生物多样性保育目标的生态系统服务退化高风险区位于珠三角的深圳市、佛山市和江门市,以及粤西和粤东地区的湛江市、茂名市和揭阳市;面向水资源安全目标的生态系统服务退化高风险区位于珠三角的深圳市、中山市和江门市,以及粤西与粤东地区的茂名市、揭阳市和江门市;面向自然灾害防范目标的生态系统服务退化高风险区位于珠三角的深圳市与江门市、粤西与粤东地区的茂名市、湛江市和揭阳市,是广东省生态系统服务退化风险防范的关键区域.面向多重生态保护目标,广东省生态系统服务退化风险应对策略应重视城市生态系统生物多样性保育,应加强对生态用地尤其是红树林的保护及恢复,应对流域进行分级管控,因地制宜开展面向多重生态保护目标的生态保护与修复工程,应积极采取气候变化相关干预政策,优选低资源消耗低生态影响的绿色可持续发展路径.

全球变化深刻影响着全球生态系统,全球变化胁迫超过一定程度则会导致生态系统恢复力下降,极端事件频发,从而使生态系统服务功能退化甚至丧失.量化全球变化的风险,进而制定恰当的人为适应策略是目前应对全球变化的重要途径.全球变化可能降低生态系统的恢复力,从而导致生态系统脆弱性升高,引发生态系统退化风险.目前,相关研究多依托基于星球边界理论的安全运行空间评估方法来量化生态系统退化的风险.厘清生态系统恢复力、脆弱性、星球边界、安全运行空间等概念和它们之间的关系是应对全球变化风险的重要前提.本文通过总结生态系统脆弱性相关理论,将生态系统恢复力与脆弱性、全球变化风险、人为适应等相关概念结合起来,提出了基于生态系统脆弱性的全球变化影响与人为适应的概念框架.并基于该框架的逻辑关系,阐述了全球变化干扰对生态系统脆弱性的影响特征与机制,生态系统退化风险的评估理论与方法,如何采取人为适应措施缓解全球变化风险,以期为应对全球变化风险提供思路.

山西黄河流域当前面临生态环境快速退化问题,从生态系统服务视角进行保护优先区识别是自然保护和可持续发展的关键步骤.为给研究区生态平衡的维护及生态保护规划和决策提供信息来源和理论依据,基于2010-2020年多源数据,通过GIS空间分析和InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade offs)模型等方法模拟主要生态系统服务(生境质量、土壤保持、防风固沙、产水、碳固定、粮食供给)时空格局并采用热点分析和OWA(Ordered Weighted Averaged)多属性决策方法构建保护情景,评估保护效率筛选出最佳保护优先区.结果表明:(1)2010-2020年,土壤保持、防风固沙、产水、碳固定和粮食供给服务整体呈现出上升趋势,仅生境质量小幅度下降.空间上,研究区西部和东南部生境质量、土壤保持、产水和碳固定服务突出,防风固沙服务分布较破碎,中部及西南部平原地区粮食供给服务显著.(2)保护情景中,单项生态系统服务保护优先区主要位于三川河流域、昕水河流域和沁河流域,由单一服务主导呈现空间异质性.综合生态系统服务构建了 11种保护优先区情景,受生态系统服务耦合机制影响,整体呈现西北连片东南破碎的空间态势.(3)综合考虑风险、权衡及保护效率,情景8为最佳保护优先区,保护面积1.85万km2,能高效保护多项生态系统服务,对生境质量、土壤保持、防风固沙、产水、碳固定和粮食供给服务保护效率分别为1.45、1.38、1.04、1.31、1.16和0.98.本文研究结果可为山西黄河流域生态保护工作和可持续发展提供决策支持.