中国生态恢复效果评价研究综述.pdf
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1、第 28 卷 第 4 期2009 年 07 月地理科学进展PROGRESS IN GEOGRAPHYVol.28,No.4July,2009收稿日期:2008-12;修订日期:2009-02.基金项目:国家自然科学基金项目(40871047);国家科技支撑计划子课题(2006BAC01A01-03)。作者简介:吴丹丹(1984-),女,壮族,广西柳州人,硕士研究生,主要从事土地利用变化研究。E-mail:622-628页中国生态恢复效果评价研究综述吴丹丹,蔡运龙(北京大学城市与环境学院 资源与环境地理系,北京100871)摘要:随着全球环境的日益恶化,生态恢复的理论与实践的研究在世界范围内逐渐
2、开展起来。中国是世界上生态系统退化最为严重的国家之一,也是较早开展生态恢复研究和实践的国家之一。自20世纪50年代以来,中国已经批准和实施了一大批生态恢复工程。对生态恢复工程的实施效果进行科学准确的评价,不仅是生态恢复工程的重要组成内容,更是进一步调整和优化生态恢复方案的重要手段。本文在回顾中国生态恢复效果评价研究的基础上,归纳了中国生态恢复效果评价的主要内容、评价思路及相应的方法与技术,指出现有研究中存在的问题,并对今后中国生态恢复效果评价研究进行了展望,提出了今后该领域的研究重点。关键词:生态恢复;效果评价;综述;中国生态退化已成为全球共同面临的重大问题,并成为人类自身的生存和经济的可持续
3、发展的严重威胁。在严峻的生态形势下,人们逐渐认识到生态恢复工作的必要性,从20世纪70年代开始,有关受损生态系统恢复的理论与实践的研究在世界各国广泛开展起来1。目前,对于什么是生态恢复仍没有统一的定义,不同学者分别从生态恢复的目标、内容、过程等角度进行了阐述1-5。综合近年来国内外生态恢复的研究和实践项目,生态恢复的涵义可概括为“根据生态学原理,在生态系统层次上进行的,通过一定的生物技术和工程技术恢复、修复、改良、更新、重建受损或退化的生态系统和土地,使其结构和功能恢复到一定的或原有的乃至更高的水平的过程”,而各类“生态修复”、“生态治理”、“生态重建”、“植被恢复”等方面的研究和实践都应属于
4、生态恢复的范畴。中国是世界上生态系统退化最为严重的国家之一,也是较早开始生态恢复实践和研究的国家之一。20世纪50年代以来,中国已经批准和实施了一大批保护与生态恢复工程,这些工程有的已经显现出一定的效益,有的还处在摸索和调整阶段。由于生态恢复是一个长期的动态过程,对已经完工或正在实施的生态恢复工程的效果进行科学、客观和准确的评价,及时掌握生态系统当前状况、恢复实现程度、发展方向等方面的信息,不仅是生态恢复工程的重要组成内容,也是为生态恢复提供反馈信息,进一步调整和改进恢复方案的重要手段。本文在系统总结中国生态恢复效果评价研究进展的基础上,归纳了中国生态恢复效果评价的主要内容、评价思路及相应的方
5、法与技术,指出了研究中存在的问题,并对今后的重点研究领域进行了展望。1中国生态恢复研究和实践概况中国部分地区自然环境脆弱,加之多年来不合理的资源利用方式造成的破坏,中国已成为世界上生态系统退化最为严重的国家之一。目前,中国森林生态系统退化、水土流失、土地荒漠化、湿地退化等生态退化问题突出6,生态恢复成为保证中国经济可持续发展的必然选择。20世纪50年代末,中国有关专家开始注意到资源不合理利用及由此产生的环境破坏问题,提出了退化生态系统恢复方面的问题,并进行了零散的小规模的恢复试验,如中科院华南植物研究所在广东热带沿海侵蚀台地上开展的退化生态系统的植被恢复机理与技术研究7以及50年代末华南地区退
6、化坡地上的荒山绿化、植被恢复工程5。几十年来,国家通过防护林建设工程等形式开展了农牧交错区、风蚀水蚀交错区、干旱荒漠区、丘陵山地、干4期吴丹丹 等:中国生态恢复效果评价研究综述热河谷和海岸、湿地等退化或脆弱生态环境的恢复重建工作4-5,10-11。进入新世纪,国家实施了以重点林业生态工程为主体的生态建设,六大重点生态工程即天然资源保护工程、退耕还林工程、三北和长江流域等重点防护林系统建设工程、野生动植物保护及自然保护区建设工程、速生丰产用材林基地建设工程正逐渐显现出成效8。总体上看,近几十年来由于国家政府层面的高度重视,中国的生态恢复事业得到了快速发展9,已经在退化生态系统的类型、分布、特点,
7、退化的机理、程度、诊断以及退化生态系统恢复重建的机理、模式和技术上做了大量的研究1-5,10。生态恢复研究涉及的地域范围广,从干旱区到湿润区,热带到寒带,平原到高原山地等均有涉及;涉及的生态系统类型多样,包括森林、草地、农田、水域、采矿废弃地等11;同时包含多个生态系统退化典型地区研究,如农牧交错带、风蚀水蚀交错区、干热河谷、石灰岩山地等4,11;此外还有基于具体生态退化问题的水土流失治理、土地荒漠化治理、污染治理等3研究。2中国生态恢复项目效果评价研究2.1 生态恢复效果评价研究进展2.1.1总论性研究高彦华等12对生态恢复评价进行了较系统的归纳,通过借鉴生态系统健康和生态安全的概念,从多角
8、度、多途径判断和分析生态系统恢复状况,同时提出了监测与评价的指标体系、评价标准与参照系、外来种影响以及遥感应用等问题。李万明等13提出了弃耕地生态重建效益评价指标体系的原则和目标,设置了弃耕地生态重建效益评价指标体系,并提出了指标体系的评价方法。徐宣斌等14在西部生态修复限制因子分级基础上,阐述了生态修复评价指标筛选的依据、思路和原则,并提出了一套4要素共30个指标的西部生态修复评价指标体系。林积泉等15在分析小流域治理效益评价的常用指标的基础上提出了由流域生态环境、农村环境和社会经济3类指标和17个子指标构成的小流域环境质量综合评价指标体系。杨子峰等16对水土保持生态修复综合效益评价的指标进
9、行了归类,并对主要的评价方法进行评述,在此基础上确立了评价原则和一套涵概生态、经济、社会效益的综合评价指标体系。吴后建等17在系统总结中国湿地生态恢复效果评价研究进展的基础上,归纳了目前该领域研究中存在的问题,并提出了今后中国湿地生态恢复效果评价研究重点。田宇鸣等18对生态恢复的生态系统服务功能的价值评估方法进行了总结。郭百平等19根据生态学原理,总结了水土保持生态修复工程建设和监测的实践经验,提出了水土保持生态修复效果监测指标设计的原则、监测指标体系及主要指标的具体监测方法。2.1.2方法创新性研究喻理飞等20采用“空间代替时间”的方法,建立退化群落自然恢复的演替系列,在分析群落组成、结构、
10、功能变化的基础上,提出潜力度、恢复度、恢复速度3个评价指标,研究显示采用这3个指标评价退化喀斯特群落恢复情况是可行的,可用于长期定位研究。丁成21采用PFU法对草浆工业废水各处理阶段水体中的原生动物进行了监测,对原生动物的特征参数与水质的关系进行了初步的探讨,研究表明原生动物可作为废水湿地生态处理状况的指示生物。吴克华等22对贵州省花江峡谷的监测研究表明,进行人工生态恢复的不同等级喀斯特石漠化地区的土壤温度及水分效应具有一定变化规律,可尝试从土壤水热角度解释石漠化恢复治理过程中的生态效应。李巧等23介绍了节肢动物作为生物指示对生态恢复评价的重要性、可行性以及指示种选取、抽样、鉴定和分析等具体研
11、究方法。李娜等24介绍了采用植物光谱进行尾矿生态恢复评价的原理,并以云南个旧锡矿尾矿的生态恢复效果评价为例,证明了与传统方法相比高光谱数据能去除干扰信息的影响,提高计算精度。卓莉等25利用锡林郭勒草原地区NDVI时间序列数据,通过建立像元尺度上的气候植被生长基准响应模型并结合相对残差趋势法识别处于恢复阶段的草原区域,将结果与统计资料进行对比分析,初步证明了该方法在时间序列较短情况下监测和评价草原生态恢复效果的有效性。2.1.3实践性研究(1)植被恢复及退耕还林方面,彭少麟等26通过土壤养分元素和空气负离子浓度的定量对比分析,计算了恢复系统的直接经济效益和间接生态效应,认为植被生态恢复提高了土壤
12、的理化性质和空气质量,并提出未来应在林分、美学方面进行改进。张文辉等27采用干群问卷调查的方式对黄土高原植被生态恢复效果进行了评价,表明黄土高原大部分地区已经改变了植被数量和质量持续下降的局面。雷敏等28基于统计数据和构建的评价指标体系,采623地理科学进展28卷用数理统计分析及趋势预测等方法,对陕北黄土高原米脂县的退耕还林工程综合效益进行定量评价与定性分析并提出后续政策建议。(2)水域湿地方面,冯江等29通过前后定量对比发现长春南湖水质明显好转,藻类生存密度大幅下降,种类组成明显增加,种群暴发式更替显著受控,表明生态工程治理效果显著。方东等30选取总磷、总氮、叶绿素a、浮游生物、浮游植物等多
13、项环境监测指标前后对比,对南京玄武湖水环境污染的治理效果进行了监测与评价,指出水环境已从高度富营养化降到中度富营养化,生态工程治理效果显著。(3)喀斯特石漠化方面,王德炉等31以贵州花江为例,根据石漠化的成因和治理目标选择了8个主导因子,用直接评价和因子评分相结合的方法进行数量评价并对结果进行分级,结果显示该区域由原来的“差”等级上升为“一般”等级,治理效果较好。向悟生等32以广西平果县龙何生态重建示范区的石漠化山地复合生态系统为例,采用层次分析法确定了评价指标体系中的各权重值,应用指数评价模型对该系统进行综合评估,结果显示示范区生态总体质量由项目实施前的较差等级恢复到一般等级。吴孔运等33比
14、较了广西平果县果化示范区治理前后的植被覆盖率和土壤侵蚀模数、直接利用价值,用影子工程法、市场价格法计算了治理恢复前后的生态服务净价值。(4)水土保持方面,黎锁平34阐述了水土保持综合治理效益评价的系统思想、指标体系以及灰色系统评价用于水土保持综合治理效果评价的具体过程,并对黄土高原水土流失区的5条小流域作了实例分析。刘霞等35以淄博市淄川区水土保持生态修复试点工程为例,在构建土石山区生态修复效益监测指标体系、划分措施类型的基础上,采用宏观遥感与微观实测耦合技术,对生态修复工程的效益进行了分类监测及系统评价,结果表明生态修复区域生态环境得到了改善,经济效益和社会效益显著。(5)小流域治理方面,李
15、中魁36根据黄土高原地区小流域及其治理的特点,以宁夏黄家二岔小流域为例,提出了效益评价指标体系和评价方法,从整体上系统评估了小流域在不同治理阶段的状态,认为该流域已达到了持续、稳定和协调发展的阶段。韩玉玲37以浙江省50个小流域统计数据为基础,探讨了小流域综合治理保土、经济、社会、生态效益的计算方法,并通过对小流域综合治理项目的国民经济评价及效益分析,反映小流域综合治理在国民经济中的作用和地位。陈宝昆等38对姚安县典型小流域水土保持生态修复过程中的植被群落、土壤理化性质、径流泥沙进行监测,采用直接对比评价的方法,表明该小流域景观生态系统的组成要素、结构和功能都得到一定程度的提高和改善。丁立仲等
16、39对浙西山区上梧溪采用层次分析及模糊综合分析相结合的方法建立综合评价指标体系,并用欧氏距离模型结合模糊聚类分析法对生态恢复工程综合效益进行评价,结果显示其经济、社会、生态效益都呈明显上升趋势。王道坦等40针对福建朱溪河流域治理情况构建小流域评价指标体系,利用层次分析法与专家分析法相结合确定指标权重,对治理前后流域状况进行了评价,得出治理后生态效益、经济效益和社会效益明显优于治理前。(6)其他方面,洪涛等41在对张掖地区农田防护林生态效益研究的基础上建立区域防护林生态效益的评价指标体系,并对张掖、高台、临泽3县(市)的防护林生态效益采用灰色局势决策中的效果测度法计算生态效益综合指数,据此动态评
17、价这3县(市)的防护林生态效益的差异。李忠锋等42利用TM影像解译的土地利用变化情况,运用GIS空间分析和景观分析软件分析了神木县近10年土地利用变化的数量、速度、类型转化和景观变化特征,结果表明神木县土地整治取得显著成绩。马育军等43选取生态系统服务价值、生态绿当量、人均生态足迹赤字和环境质量综合指数作为区域生态环境质量表征指标,借助DEA模型对区域生态环境建设过程中劳动力投入、资金投入、技术投入和资源投入的绩效进行评价,结果显示苏州市10年来生态环境建设总体而言绩效良好。潘竟虎等44采用遥感技术和地面检测相结合的方法对长江流域两当河上游的生态修复实施效果进行了评价,表明其农田退化系统恢复效
18、果显著,植被盖度提高,种群数量增加,生态系统向良性演变。2.2 生态恢复效果评价研究小结2.2.1评价内容综合近年我国生态恢复效果评价的研究结果,评价内容可以概括为以下几个方面:(1)生物及群落评价。植被恢复是我国生态恢复的重要目标和最直接的效果表现,所以对恢复生态系统的生物个体生长情况及生物群落的结构和功能的评价成为生态恢复效果评价的重要内容。生物及群落评价主要通过实地跟踪监测和调查展开,主要的指标包括生物量、生存密度、生物多样性等。(2)水土保持功能评价。对许多严重退化生态系统的恢复工程来说,控制水土流失是首要的工作。6244期吴丹丹 等:中国生态恢复效果评价研究综述水土保持功能主要体现在
19、植被对降雨的拦蓄能力、林地的涵养水源能力、林地的保土能力等。通常采用渗透性能、持水性能、抗蚀性能、径流泥沙含量、土壤侵蚀模数等指标,相应数据主要通过实地检测取得。(3)水土理化性质评价。土壤养分的恢复和维持是陆地退化生态系统功能恢复和自我维持能力提高的最重要的表现,所以土壤理化性质是生态系统恢复评价的重要方面,普遍采用矿质营养元素含量、有机质含量、阳离子交换量、土壤生物学活性指标以及与营养物质循环密切相关的枯枝落叶分解指标等。而在水域生态系统,水质评价则是生态恢复效果评价的必要内容,常用指标包括富营养元素含量、有机质含量、细菌微生物含量等。这些指标的数据一般靠实地监测或采样分析获得。(4)小气
20、候评价。在退化生态系统的植被恢复及演替过程中,小气候的改善也是恢复生态系统效益的表现之一45。常用气象气候方面的指标,如温度、湿度、降水等,以及空气质量方面的指标,如空气负离子含量、有害气体含量、可吸入颗粒物含量等来进行评价。(5)景观格局评价。随着景观生态的发展与相关技术的应用,景观格局评价也开始在生态恢复效果评价领域应用。景观格局评价的实质是考察区域生态系统在景观尺度上的各子系统的数量和空间结构关系。评价方法主要是在土地利用数据或子系统空间数据的基础上计算多个景观格局指数,如斑块的面积指数、形状指数、距离指数以及景观多样性均匀度指数等。(6)生态价值评价。生态价值的评价主要包括直接经济效益
21、和间接生态服务价值,其中直接经济效益主要为林产品和旅游产业;间接生态服务价值包括空气质量改善、涵养水源、提高土壤肥力、生态多样性保育等等,这些生态服务价值通过影子工程法、市场价格法等方法计算为可进行度量的货币价值。(7)系统的综合评价。当前生态恢复和重建的研究和实践已经从关注自然转向关注人地关系的协调,生态恢复的目标、技术模式等已经显现出较强的综合性14,46,生态恢复效果的综合评价也随之兴起。生态恢复效果的综合评价全面考虑了工程技术效益、经济效益、社会效益、生态效益,通常根据研究区的具体情况建立一套多要素多指标多层次的评价体系,通过一定的数学方法得到相应的综合指数来进行评价。综合评价的指标数
22、据除生态系统各方面的监测数据外,还包括各种社会经统计数据。总之,对恢复生态系统效益的评价应从各个方面进行,同时也应该考虑恢复生态系统作为一个生态系统的生态功能的综合性,在单方面或多方面评价的基础上建立相应的综合评价体系,才能系统而全面地评价生态恢复的效果。2.2.2评价方法与技术对应以上的生态恢复效果评价内容,目前主要有两种评价途径:(1)指标直接评价。对于生态恢复效果某个具体内容的评价多采用这种途径,即根据所要评价内容的要求,选取相应的指标,或定性描述指标的变化,或用定量的方法,将生态恢复前后的数据进行对比或监测某个指标数据的连续变化趋势,以直接评价生态恢复工程对生态系统某个方面的影响或取得
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