國家生態科學數據中心在中國陸地生態系統服務功能和質量評估方面取得新進展
基于生態系統服務功能開展生態系統評估,是生態系統恢復、生物多樣性保護以及建立生態補償機制的理論基礎,也是保障國家生態安全、推進生態文明建設的重大戰略需求。國家生態科學數據中心何洪林研究團隊針對我國生態系統評估中參照系缺乏客觀性、區域可比性差等問題,構建了基于“參照系-現狀-變化量”的生態系統評估技術體系,發展了面向生態系統服務功能評估的生態系統過程模型(CEVSA-ES),結合中國生態系統研究網絡(CERN)長期定位觀測數據確定了不同評估單元重要生態功能和生態系統質量的參照值,實現了近30年中國陸地生態系統重要生態系統服務功能和生態系統質量綜合評估。相關研究在Journal of Advances in Modeling Earth Systems、Journal of Environmental Management等國際主流期刊發表。重要進展如下:
(1)針對傳統的生態系統評估缺乏科學合理的評估參照系,評估結果難以被管理應用的問題,提出了基于生態完整性理論的“參照系-現狀-變化量”(RSD)生態系統評估體系,并結合遙感和氣候驅動的生態系統過程模型和多源數據,以NPP供給功能評估為例,驗證了基于RSD生態系統評估體系和評估方法的有效性。該方法體系同時考慮生態系統狀況的空間差異和自然變異,有助于開展考慮自然稟賦的生態系統狀況評估,評估結果更具客觀性和可比性,對完善我國生態系統評估體系,推動生態系統評估結果的實用化,支撐我國重點生態功能區縣域考核、生態紅線監管、自然保護地體系建設等國家需求具有重要意義。
(2)集成遙感葉面積指數驅動,發展了基于過程的生態系統服務評估模型(CEVSA-ES),定量評估4種重要生態系統服務(即生產力、固碳、淡水保持及土壤保持)。與傳統陸地生物圈模型相比,該模型的創新點是考慮了土壤侵蝕過程及其對陸地生態系統碳循環的影響,實現了植被生長過程與地表過程的集成。模擬結果可分別解釋總初級生產力、生態系統呼吸、凈生態系統生產力及蒸散年際變化的95%、92%、76%及65%,并且可以很好地模擬淡水保持及土壤保持在不同站點或流域的年際變化趨勢。
(3)利用新發展的CEVSA-ES模型,定量評估了2000-2018年中國4種生態系統服務(即凈初級生產力、固碳、蓄水及土壤保持)的時空格局及其權衡與協同關系。中國凈初級生產力、固碳、蓄水等服務均呈顯著增加趨勢(P<0.05),年際變化速率分別為42.80 T g C/a、13.42 T g C/a、11.90 km3/a,土壤保持呈不顯著增加趨勢,年均增加速率為1.11 Gt/a (P=0.21)。熱帶-亞熱帶季風區主導了凈初級生產力及固碳的增加趨勢。凈初級生產力、固碳、蓄水及土壤保持等服務兩兩之間均呈協同關系。
(4)基于“參照系-現狀-變化量”的生態系統評估框架和新發展的CEVSA-ES模型模擬結果,以國家自然保護區核心區、CERN永久觀測樣地等較少受人類活動干擾且生態系統結構和功能優良的生態系統作為參照系,評估了1990-2015 年中國陸地生態系統質量(ESQ′)及其變化情況。與1990-2000 年ESQ′全國平均值下降1.2%相比,2000-2015年ESQ′上升3.69%。生態系統質量提升的縣域主要位于水源涵養、生物多樣性維護和水土保持生態功能區,這些區域實施的退耕還林還草、防護林和石漠化治理工程等措施對提升生態系統結構、功能和穩定性發揮了重要作用,進而促使生態系統質量的改善。
以上研究得到國家重點研發計劃項目(2021YFF0703900、2016YFC0500200)資助。
相關論文:
1. Niu ZE, He HL*, Peng SS, Ren XL, Zhang L*, et al. A Process-Based Model Integrating Remote Sensing Data for Evaluating Ecosystem Services. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 2021, 13, e2020MS002451.
2. Zhang MY, Zhang L*, He HL*, Ren XL, Lv Yan, et al. Improvement of ecosystem quality in National Key Ecological Function Zones in China during 2000–2015. Journal of Environmental Management, 2022, 324, 116406.
3. 何洪林,任小麗*,張黎,秦克玉,馮莉莉,呂妍,牛忠恩,張夢宇.基于“參照系?現狀?變化量”的生態系統評估方法研究.生態學報,2023, 43(5), https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2031.Q.20221017.1624.004.html
4. 牛忠恩,何洪林*,任小麗,張黎,秦克玉,趙旦,呂妍.基于過程模型的2000—2018年中國陸地生態系統服務時空動態及其權衡與協同分析.生態學報, 2023, 43(2),https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2031.Q.20220922.1823.050.html
5. 張夢宇,張黎*,何洪林,任小麗,牛忠恩,呂妍,徐茜,常清青,劉衛華,李攀. 基于參照系的中國陸地生態系統質量變化研究. 生態學報, 2021, 41(18): 7100-7113.
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