邵全琴
, 樊江文
Shao Quanqin, Fan Jiangwen
中图分类号: P20
文献标识码: A
文章编号: 1001-8166(2017)11-1174-09
收稿日期: 2017-10-17
修回日期: 2017-10-27
网络出版日期: 2017-11-10
版权声明: 2017 地球科学进展 编辑部
基金资助:
作者简介:
First author:Shao Quanqin(1962-),female, Changzhou City,Jiangsu Province, Professor. Research areas include monitoring and evaluation of the terrestrial ecosystem.E-mail:shaoqq@igsnrr.ac.cn
作者简介:邵全琴(1962-),女,江苏常州人,研究员,主要从事陆地生态系统监测与评估研究.E-mail:shaoqq@igsnrr.ac.cn
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摘要
近几十年来,由于人类活动和气候变化的共同影响,我国生态系统持续退化,严重影响经济社会的可持续发展。为了保护和修复生态系统,我国先后投巨资启动了三北防护林体系建设、退耕还林(草)、石漠化综合治理等重大生态工程。如何全面及时地掌握重大生态工程实施的生态成效及存在问题,以便滚动调整生态工程实施方案、保障工程实施效果,并使后续生态工程部署具有科学性和空间针对性,是国家的重大迫切需求。为此,国家重点研发计划“典型脆弱生态恢复与保护研究”设立了“国家重大生态工程生态效益监测与评估”项目。通过项目实施,构建重大生态工程生态效益监测评价指标体系,研发各类重大生态工程生态效益监测评估技术体系及系统,定量评价重大生态工程的生态效益,提出生态效益提升的技术途径,为国家重大生态工程的布局和管理提供科学依据。
关键词：
Abstract
In recent decades, due to the combined effect of human activities and climate change, the ecosystem of our country has been continuously degraded, seriously affecting the sustainable economic and social development. In order to protect and recover the ecosystem, China has invested heavily in launching a series of key ecological programs and projects including North Shelter Forest Program, Grain for Green Project and integrated ecosystem management of rock desertification. How to comprehensively and timely grasp the ecological effects and existing flaws of the implementation of key ecological projects so as to scroll the implementation of ecological projects and ensure the implementation effect of the projects, and promote the follow-up ecological engineering deployment of being scientific and space-oriented is a major imperative for the country. Therefore, the National Key Research and Development Program of China set up the project of “Monitoring and Assessment of Ecological Benefits of Key Ecological Engineering in China”. Through the implementation of this project, we will establish an indicator system for monitoring and evaluating the ecological benefits of key ecological projects, developing various technical systems for monitoring and evaluating the ecological benefits of key ecological projects, quantitatively evaluating the ecological benefits of key ecological projects, and concise the technical approaches to enhancing ecological benefits. We will provide a scientific basis for future planning and management of key ecological projects.
Keywords：
近几十年来, 由于人类活动和气候变化的共同影响,我国生态系统持续退化,严重影响经济社会的可持续发展[1]。为了保护和修复生态系统,我国先后投巨资启动了三北防护林体系建设、退耕还林(草)[2]、石漠化综合治理等重大生态工程[3]。如何全面及时地掌握重大生态工程实施的生态成效及存在问题,以便滚动调整生态工程实施方案、保障工程实施效果,并使后续生态工程部署具有科学性和空间针对性,是国家的重大迫切需求。为此,国家重点研发计划“典型脆弱生态恢复与保护研究”设立了“国家重大生态工程生态效益监测与评估”项目,项目拟在建立重大生态工程生态效益综合监测评估的指标体系和方法的基础上,系统评估三北防护林、退耕还林(草)、北方防沙治沙、岩溶地区石漠化综合治理等重大生态工程的生态效益及其区域差异,提出重大生态工程生态效益提升的技术途径和对策,为国家有关部门或地方政府提供决策支持。
国际上,联合国秘书长于2000年发起并开展了千年生态系统评估(Millennium Ecosystem Assessment,MA),评估报告由来自95个国家的1 360位专家撰写,80人组成的独立编审委员会,审核意见来自850位专家与政府部门,开展了33个亚全球和区域的生态评估。其主要研究内容包括:生态系统与人类福祉的关系。研究定量测度生态系统状况和服务、变化驱动力的方法,以及生态系统服务的改变对人类的影响和在区域、国家或全球尺度上可能采取的应对措施。首次提出了包括生态系统支持服务、供给服务、调节服务、文化服务和生物多样性的生态系统评估框架体系与指标体系,编写了在全球、亚全球和区域尺度的系列评估报告。评估了过去50年间的全球生态系统变化,分析了生态系统变化的得失,对今后50年中生态系统变化进行了情景分析,提出了扭转生态系统退化局面的策略[4]。该项目是迄今为止对地球生态系统健康开展的最大时长评估项目,提出的生态系统评估框架体系、指标和方法在国内外广泛应用于生态系统评估。但其评估指标仅为生态系统服务功能,并不针对生态工程,评估方法也是以文献资料综述为主的定性判断[5]。
美国农业部(United States Department of Agriculture,USDA)发起的生态保护效果评估计划(Conservation Effect Assessment Project,CEAP)对美国的环境质量激励计划(Environmental Quality Incentives Program,EQIP)、保育保护区计划(Conservation Reserve Program,CRP)、湿地保护区计划(Wetland Reserve Program,WRP)、野生动植物栖息地激励计划(Wildlife Habitat Incentives Program,WHIP)等保护工程进行了工程效果评价。建立了包括水质、土壤质量、水调节(水源涵养)、野生动物栖息地等的评价指标体系,在田间、流域和国家3个尺度,分别采用样点调查、模型模拟和综合分析等方法,采用工程区和非工程区对比、工程前后对比、有工程措施和无工程措施模型模拟结果对比等手段,评价生态保护工程的生态效果。在国家和区域尺度,分别定量评价了工程对耕地、湿地、野生动植物和草地的影响,编写了系列评估报告,提出了生态保护规划、管理实施等方面的政策建议[6,7]。开发了基于Web的分布式地球流域—农业研究数据系统(Sustaining the Earth’s Watersheds Agricultural Research Data System,STEWARDS)。STEWARDS在美国被广泛应用于生态工程成效评估和后续工程布局、管理优化;提出的理论框架、技术方法在美国自然资源保护局(Natural Resources Conservation Service,NRCS)管理的生态工程中得到广泛应用。该技术和方法处于国际领先水平,但未开展工程区域恢复潜力的评估。
国际林业研究中心 (The Center for International Forestry Research,CIFOR) 研究林业生态工程评价体系、森林经营指标与标准、可持续森林管理方案、森林生态系统诊断和清查技术等,协助相关国家制定林业工程管理、评价体系。提出了森林经营管理和评价的指标与标准,广泛应用于发展中国家的森林保护项目,如REDD+和SWAMP等的实施效果评估。国际林业研究中心基于BACI方法,对 15 个国家的森林保护项目 REDD+的实施效果进行了对比评估,评估了工程对碳蓄积的作用和贡献[8],但对其他方面的评价不足。
由欧盟发起的沙漠化防治计划(Prevention and Restoration Actions to Combat Desertification Prevention and Restoration Actions to Combat Desertification,PRACTICE)于2009—2012年对欧洲(希腊、意大利、西班牙以及葡萄牙)、非洲(摩洛哥、纳米比亚、南非)、中东(以色列)、亚洲(中国)、南北美洲(智利、墨西哥以及美国)等全球12个国家防沙治沙措施的有效性进行了综合评价。建立了涵盖社会、经济、文化以及环境等4个方面50余项指标的评价指标体系;在地面观测和遥感监测的基础上,采用参与式的评价模式,邀请农牧民、自然资源管理人员、科学家以及政策制定者,为不同的指标设置相应权重,对各地区防沙治沙手段和措施的有效性进行了分级评价[9]。建立了防沙治沙工程措施有效性评价模式,建立了一个国际性的沙漠化防治长期监测站网,编写各地区沙漠化防治措施有效性评估报告。PRACTICE提出的参与式评估模式在欧洲、非洲、亚洲以及南北美洲等12个国家防沙治沙工程措施的有效性综合评估方面得到广泛应用。该方法主要基于参与式调查进行评价,并未对工程的生态效益进行量化评估。
加拿大不列颠哥伦比亚森林生态系统战略性生态恢复评估。通过生态、林务、生物、生态恢复等相关领域专家打分,定性分析确定每个地区退化最严重的生态系统,以及导致退化的原因;在此基础上,对退化森林生态系统恢复治理优先顺序进行排序,引导对退化森林生态系统恢复计划的投资方向。加拿大实施了战略性生态恢复评估(Strategic Ecological Restoration Assessment,SERA),采用专家打分方式,对退化森林生态系统恢复治理的优先顺序进行了排序[10]。该方法简便易行,但并未对工程的生态效益进行量化评估。
在国内,中国科学院地理科学与资源研究所先后开展了西部地区生态系统评估[11]、三江源生态保护与建设一期工程评估[12]、重大生态工程区生态环境十年变化调查与评估等,研发了地面—遥感一体化监测、模型模拟和综合评估技术体系,编制了《三江源生态保护和建设生态效果评估技术规范》地方标准。中国林科院曾开展三北防护林建设、退耕还林等重大林业生态工程监测与评价,研发了天然林保护及退耕还林工程监测信息系统平台,编制了相关行业标准,发布了系列“退耕还林工程生态效益监测国家报告”[13]。中国科学院成都山地灾害与环境研究所进行了“西藏生态安全屏障保护与建设工程建设成效评估”,编制了《西藏生态安全屏障生态监测技术规范》 地方标准。北京林业大学编制了《退耕还林工程建设效益监测评价》国家标准。中国科学院水利部水土保持研究所开展了黄土高原生态工程的生态成效评价[14]。2011年起,国家林业局组织开展了第二次石漠化监测工作,掌握了2005—2011年我国石漠化动态变化情况[15]。
目前国内生态工程生态效益评估与国际领先水平还存在较大的差距,主要表现在工程措施的有效性评价、工程的区域适宜性评价和具体工程措施的贡献评价等方面尚存不足。
本领域的发展趋势包括研发基于定位和联网观测及新遥感手段相结合的天地一体化实时精细监测技术体系,发展具有区域针对性的生态工程评估方法,开展重大生态工程实施有效性和适宜性及生态效益提升的技术途径研究。
重大生态工程生态效益监测与评估需要解决4个关键科学问题:
(1) 重大生态工程区生态系统宏观结构、质量与服务有何变化,是否具有空间差异性?
在三北防护林、退耕还林(草)、北方防沙治沙、岩溶地区石漠化综合治理等重大生态工程区,自生态工程实施以来,生态系统宏观结构、生态质量与生态服务有何变化,是否具有空间差异性?
(2) 重大生态工程区生态退化是否得到遏制并有所恢复,是否具有空间差异性?
在三北防护林、退耕还林(草)、北方防沙治沙、岩溶地区石漠化综合治理等重大生态工程区,与生态工程实施前的历史动态生态本底相比,生态工程实施后生态系统退化是否得到遏制并有所恢复,是否具有空间差异性,与地带性顶极生态本底相比,还有多大差距?
(3) 重大生态工程区生态系统的变化是生态工程还是气候因素起主导作用?
在三北防护林、退耕还林(草)、北方防沙治沙、岩溶地区石漠化综合治理等重大生态工程区,生态系统的变化—生态系统恢复或进一步退化,通常是由生态工程和气候因素共同影响的结果,但到底是生态工程还是气候因素起主导作用,它们分别的贡献率有多大?
(4) 生态工程的哪些技术途径或模式在生态恢复中发挥了关键作用?
在三北防护林、退耕还林(草)、北方防沙治沙、岩溶地区石漠化综合治理等重大生态工程区,生态工程的哪些技术途径或模式在生态恢复中发挥了关键作用?
重大生态工程生态效益监测与评估需要解决3个关键技术问题:
(1) 如何基于卫星—无人机—地面立体监测技术开展生态工程任务实施效果遥感精细辨识和制图?
目前我国各类重大生态工程的任务实施情况多为统计资料,工程实施效果大多是根据样点调查结果扩展到以行政单元为统计单位的估算结果,缺乏在空间上的精准辨识。如果只利用卫星遥感进行监测,中高分辨率卫星遥感监测范围较大,但空间精度不够,而高分遥感通常只监测城市和重点区域,而且时效性差;而只利用地面调查则很难在空间上进行大面积扩展;无人机近地面监测分辨率和覆盖范围则介于地面调查和卫星遥感之间,但限于经费成本和自然条件也无法大面积开展,因此,需要利用卫星遥感技术、无人机技术和地面观测技术进行立体监测。
(2) 如何基于多源、多尺度数据同化技术和人工智能技术构建生态服务量估算模型系统?
生态系统服务量估算是本项目的重要研究内容之一,目前采用的生态系统服务估算相关模型大多是基于小尺度试验的经验模型,现在已经推广到大尺度进行模拟,模型参数在空间上的扩展有的采用文献参数,并进行了简化处理,大部分则采用了遥感反演地面生态参数和气象数据插值产品等。模型参数在本地化和精细化方面需要突破,如利用水土流失方程估算水土流失量时,植被因子利用遥感反演NDVI进行的参数计算,而对于那些植被覆盖很好的人工经济林(如橡胶林)来说,NDVI掩盖了林下水土流失,因此植被因子的估算需要利用专家知识;而降雨侵蚀力因子的估算,降水量仅利用国家气象局公开的国家气象台站观测的数据进行插值是不够的,不仅需要收集地方台站数据,而且需要利用卫星降水数据进行同化,因此需要利用陆面模式,基于多源多尺度数据进行数据同化。
(3) 如何厘定生态工程与气候变化对生态系统变化影响贡献率?
目前大部分生态工程生态效益评估结果反映的是生态工程与气候因子综合影响的结果,没有考虑生态工程与气候因子对生态效益的各自贡献。
针对以上关键科学问题和技术问题,项目主要开展的研究内容包括5个方面。
(1) 构建以生态系统结构、质量、服务为核心的重大生态工程生态效益监测评价指标体系
围绕构建“历史动态本底—恢复现状—恢复指数”+“地带顶极本底—恢复现状—偏离指数”生态工程生态效益评估体系,在项目团队已取得成果的基础上,分析相关文献,结合问卷调查,制定以生态系统结构、质量、服务为核心的生态工程生态效益监测评估共性指标指标体系,同时考虑工程类别、规划目标、区域特征等因素,运用层次分析法,形成三北防护林、退耕还林(草)、北方防沙治沙、岩溶地区石漠化综合治理等各类重大生态工程生态效益监测评估的差异化指标体系。
(2) 研发基于卫星—无人机—地面立体监测的生态工程任务实施效果遥感精细辨识和制图技术,开展宏观生态结构遥感信息提取和生态参数遥感反演,并生成生态系统宏观结构和生态参数时空数据集
基于野外生态台站开展样点—样带—样区的地面调查与无人机航拍,结合卫星遥感手段,解决尺度转换等关键技术,研发基于卫星—无人机—地面立体监测的生态工程任务遥感精细辨识与制图技术,核定不同技术途径/模式工程任务实施效果。
发展基于Landsat,HJ和资源卫星高空间分辨率遥感数据的双时序变化检测方法,以及基于MODIS和NOAA高时间分辨率遥感数据的时序轨迹分析方法,结合地面调查和无人机近地面调查,获取工程区生态系统结构及其变化信息,生成生态系统宏观结构时空数据集。
利用生态系统网络观测、气象水文站点、历史地面调查、项目地面调查与无人机近地面监测、多分辨率卫星遥感、再分析等多源数据,通过尺度转换和数据融合,生成工程区高时空分辨率NDVI、覆盖度、NPP、生物量等生态参数时空数据集。
(3) 基于陆面模式数据同化的生态系统服务量估算模型系统研发
基于RUSLE,RWEQ,InVEST和水量平衡法等模型方法,开展工程区生态系统土壤保持、防风固沙、水源涵养等服务量的模型模拟研究,根据模型对其参数长时间序列和高空间分辨率本地化的需求,研发基于CLM陆面模式数据同化的RUSLE等方程的气象水文因子改进算法、基于地形变化和地表下垫面多因素控制的地形因子改进算法、基于专家知识的植被因子改进算法,在此基础上,实现工程区水源涵养、土壤保持、防风固沙等服务量的核定。
(4) 构建基于“历史动态本底—恢复现状—恢复指数”+“地带顶极本底—恢复现状—偏离指数”生态工程生态效益评估体系,开展重大生态工程生态效益综合评估
发展用以分析生态系统与过去相比的恢复程度的“历史动态本底—恢复现状—恢复指数”评估方法,以及用于分析生态系统与顶极状态的距离的“地带顶极本底—恢复现状—偏离指数”评估方法;发展基于模型参数控制的生态工程与气候波动对生态系统变化影响贡献率的厘定技术;开展三北防护林、退耕还林(草)、北方防沙治沙、岩溶地区石漠化综合治理等重大生态工程生态效益评估。
(5) 揭示各类生态工程生态效益的区域差异,提炼重大生态工程生态效益提升的技术途径和模式,提出国家重大生态工程的布局和管理相关对策建议
基于重大生态工程的生态效益综合评估,开展三北防护林、退耕还林(草)、北方防沙治沙、岩溶地区石漠化综合治理等重大生态工程在不同区域的生态效益差异分析,揭示各类生态工程生态效益的区域差异。提炼重大生态工程生态效益提升的技术途径和模式,完成各类重大工程实施以来到“十三五”中期(截至2018年)工程实施成效评估报告,提出国家重大生态工程的布局和管理相关对策建议。
研究区包括三北防护林体系建设、退耕还林(草)、北方防沙治沙、岩溶石漠化综合治理等重大生态工程区,以及茂兰、秦岭等重点自然保护区。卫星遥感监测和模型模拟覆盖整个研究区,无人机近地面监测和地面调查则在典型样带内进行。三北防护林工程生态效益调查样带包括毛乌素沙地和河西走廊2个调查样带;退耕还林工程生态效益调查样带包括“固原—吴起—安塞—神木”黄土高原和“罗霄山—井冈山—武夷山南方红壤丘陵”2个调查样带;北方防沙治沙工程生态效益调查样带主要在“科尔沁—浑善达克”沙地;岩溶石漠化综合治理工程生态效益调查样带主要在“威宁—普定—长顺—惠水”;自然保护区调查主要在江苏盐城湿地珍禽国家级自然保护区;野生动物调查主要在三江源国家公园黄河源区。
以自上而下的遥感、卫星定位和模型模拟技术,结合自下而上的野外观测台站、野外调查、无人机近地面调查和人文实证调查等方法,实现野外观测数据、模型模拟数据和遥感对地观测数据的集成,通过多源数据融合、尺度转换,实现地面—遥感/模型数据相互验证,构建生态本底,开展国家重大生态工程生态效益综合评估,为国家有关部门和地方政府提供决策支持(图1)。
项目将综合采用地面调查、无人机航拍、卫星遥感、模型模拟、GIS、统计分析、数据融合、数据同化和尺度转换等方法开展研究。其中,地面调查包括地面路线调查、样方和样带调查、问卷调查、定位观测等,遥感方法包括图像解译、遥感定量反演等,模型模拟采用生态模型、陆面模式、土壤侵蚀方程、土壤风蚀方程等模型,GIS方法包括空间制图、空间统计等方法,统计分析方法包括层次分析、回归分析、方差分析等。在构建以生态系统结构、质量、服务为核心的重大生态工程生态效益监测评价指标体系的基础上,研发基于卫星—无人机—地面立体监测的生态工程任务实施效果遥感精细辨识和制图技术,生成生态系统宏观结构和生态参数时空数据,研制基于多源、多尺度数据同化技术和人工智能技术的生态服务量估算模型系统,开展生态系统水源涵养、土壤保持、防风固沙等生态系统服务量核定;构建生态工程区历史动态生态本底和地带性顶极生态本底,发展生态工程生态效益综合评估方法,开展重大生态工程生态效益综合评估;揭示各类生态工程生态效益的区域差异,提炼重大生态工程生态效益提升的技术途径和模式,提出国家重大生态工程的布局和管理相关对策建议。
(1) 研发基于卫星—无人机—地面立体监测的生态工程任务实施效果遥感精细辨识和制图技术,开展宏观生态结构遥感信息提取和生态参数遥感反演,并生成生态系统宏观结构和生态参数时空数据集
研发基于多源、多尺度数据融合的工程区生态参数获取技术,基于HJ,Landsat等中高空间分辨率影像,以及MODIS,NOAA 等高时间分辨率影像,采用双时序变化检测方法、时序轨迹分析方法以及专家知识判读等方法,开展重大生态工程区生态系统宏观结构的信息提取,并结合地面调查和无人机近地面调查进行样带调查与精度验证。
利用CERN,CNERN和CFERN等生态系统网络观测数据,气象站、水文站等观测数据,森林资源调查、草地调查等历史地面调查数据,文献数据,项目样带地面调查/观测数据,无人机近地面监测数据,多分辨率卫星遥感数据,再分析数据,采用神经网络法等方法,实现多源数据尺度转换和数据融合,完成工程区NDVI、覆盖度、NPP 等生态参数的遥感协同反演。
研发基于卫星—无人机—地面立体监测的生态工程任务实施效果遥感精细辨识技术,采用无人机和高分卫星遥感技术,结合生态台站观测及地面调查,在三北防护林建设工程典型区,实现防护林体系构成类型与结构特征的遥感精细调查;在退耕还林工程典型区,开展基于高分/无人机遥感完成退耕还林还草“地块”的识别;在北方防沙治沙工程典型区,开展沙地治理效果的精细制图;在岩溶石漠化治理工程典型区,开展不同石漠化程度的工程措施类型及组合特征的遥感精细识别,并完成相应的专题图制作。
(2) 基于陆面模式数据同化的生态系统服务量估算模型系统研发
基于RUSLE,RWEQ,InVEST和水量平衡法等模型方法[16],开展工程区生态系统土壤保持、防风固沙、水源涵养等服务量的模型模拟研究,根据模型对其参数长时间序列和高空间分辨率本地化的需求,研发基于CLM 陆面模式数据同化的RUSLE 等方程的气象水文因子改进算法、基于地形变化和地表下垫面多因素控制的地形因子改进算法、基于专家知识的植被因子改进算法,在此基础上,实现工程区水源涵养、土壤保持、防风固沙等服务量的核定。
(3) 构建基于“历史动态本底—恢复现状—恢复指数”+“地带顶极本底—恢复现状—偏离指数”生态工程生态效益评估体系,开展重大生态工程生态效益综合评估
发展用以分析生态系统与过去相比的恢复程度的“历史动态本底—恢复现状—恢复指数”评估方法,以及用于分析生态系统与顶极状态的距离的“地带顶极本底—恢复现状—偏离指数”评估方法图(图2);发展基于模型参数控制的生态工程与气候波动对生态系统变化影响贡献率的厘定技术,采用模型变量参数控制法、工程措施区域内外对比法等厘定生态工程的贡献率,用毗邻空间替代分析法来区分和厘定各重叠区各工程措施对生态效益的工程贡献程度;开展三北防护林、退耕还林(草)、北方防沙治沙、岩溶地区石漠化综合治理等重大生态工程生态效益评估,完成各类重大工程实施以来到“十三五”中期(截至2018年)工程实施成效评估报告,提出国家重大生态工程的布局和管理相关对策建议。
“历史动态生态本底”是指生态工程在时间上的对比本底,它既包括工程实施前5~10年的生态系统平均状况,也包括过去20~30 年生态系统的变化趋势。“地带性顶极生态本底”是指生态工程在空间上的对比本底,它反映了与工程区相同地带和相同类型生态系统的最佳状况。
(1) 恢复指数计算
第i项指标的恢复指数Reci为恢复现状与历史动态本底的差值与历史动态本底的比值,即:
式中:Zi为第i项指标恢复现状,Di为第i项指标的历史动态均值(本底)。
图2 生态工程生态效益评估恢复指数与偏离指数示意图
Fig.2 Diagram of recovery index and deviation index for evaluating ecological benefits of key ecological projects
(2) 偏离指数计算
第i项指标的偏离指数Revi为恢复现状与地带顶极本底现状的差值与地带顶极本底现状的比值,即:
式中:Zi为第i项指标恢复现状,Ci为第i项指标地带顶极本底现状。
(1) 构建重大生态工程生态效益监测及评价指标体系。构建完成围绕“历史动态本底—恢复现状—恢复指数”+“地带顶极本底—恢复现状—偏离指数”生态工程生态效益评估指标体系。包括以生态系统结构、质量、服务为核心的生态工程生态效益监测评估共性指标,以及考虑工程类别、区域差异和工程目标的三北防护林、退耕还林(草)、防沙治沙、岩溶石漠化综合治理等重大生态工程生态效益评估的个性指标。在各重大生态工程生态效益监测评估中应用,形成行业/地方标准。
(2) 研发各类重大生态工程生态效益监测评估技术体系。主要包括:基于多源、多尺度数据融合的工程区生态参数获取技术、基于陆面模式数据同化的生态系统服务量估算模型系统、基于卫星—无人机—地面立体监测的重大生态工程任务实施效果遥感精细辨识和制图技术、基于“历史动态本底—恢复现状—恢复指数”+“地带顶极本底—恢复现状—偏离指数”生态工程生态效益综合评估方法、生态工程与气候因子对生态系统变化贡献率的厘定方法等。
(3) 撰写重大生态工程生态效益监测评估报告、咨询报告、规划报告。评估报告主要内容包括三北防护林建设工程生态效益评估、退耕还林工程生态效益评估、北方防沙治沙工程生态效益评估、岩溶石漠化治理工程生态效益评估、重点自然保护区生态效益监测评估等。撰写形成的重大生态工程生态效益监测评估报告、相关政策咨询报告,以及依托本项目结合国家或地方需求撰写的相关规划报告等,提交国家或地方有关部门,提供决策支持。
本项目面向重大生态工程生态效益评估的迫切需求,针对生态系统结构与服务有何变化、生态系统退化和恢复如何识别、生态工程与气候变化的贡献率分别是多少等关键科学问题,构建以生态系统结构、质量、服务为核心的重大生态工程生态效益监测评估指标体系,并形成行业或地方标准,有效实现对国家重大生态工程生态效益的监测与评估,全面把握国家重大生态工程所取得的生态成效与存在问题,及时提出综合决策方案,将有助于具体落实重大生态工程的实施目标,为生态保护与建设工程的滚动实施提供有利的科技支撑。
通过突破一系列技术与方法,能够为我国重大生态工程生态效益监测评估奠定技术基础,促进重大生态工程生态效益评估方法论的发展,有效提升我国重大生态工程生态成效监测评估水平,为国家重大生态工程的生态效益监测评估业务化工作的建立和发展提供科学高效的技术支撑。通过系统评估三北防护林、退耕还林(草)、北方防沙治沙、岩溶地区石漠化综合治理等重大生态工程的生态效益及其区域差异,可以加强生态监管的针对性和有效性,全面提高生态监管能力。本项目将产出一批评估报告、咨询报告和规划报告等,可促进公众对生态工程生态效益和生态保护与恢复的认识水平,有助于提出科学的重大生态工程生态效益提升的技术途径和对策,为国家和地方相关部门提供科学的评估结论,为国家重大生态工程的布局和管理提供相关对策建议。
通过实施本项目,将开发重大生态工程生态效益监测评估系统,交由环保、农业、林业等相关业务机构运行。本项目将生成可跨部门应用的系列数据库、行业或地方标准、系统等,有助于提高不同部门间数据的可应用性和监测评估方法的可移植性,从而更好地服务于国家重大生态工程生态成效的监测评估,可避免不必要的重复,极大节省各地生态工程的监测评估成本,提高地方和部门的生态工程管理水平和效率,实现部门、地方、行业的推广效应。同时,将为政府部门的生态保护管理决策提供可靠的依据,减少决策风险,提高国家财政转移支付资金的使用效率,满足相关部门对生态工程成效监测与评估方面的现实需求。针对各重大生态工程的生态恢复效果准确评估,可有助于发现目前存在的问题,提出较强针对性的政策建议,可为国家生态建设资金的投入方向提供科技支撑,为进一步的治理与保护提供科学依据。
通过本项目的研究,将培养一批学术带头人、青年科研骨干,为相关领域技术人才建设提供支持。
作为一项紧密服务于决策的基础应用性研究,本项目的研究成果将提升我国生态系统监测与评估能力,为国家尺度上生态系统评估积累经验、凝练成果,锻炼队伍,并直接对国家生态系统管理的政策产生影响,为近期协调我国经济发展与生态环境保护之间的矛盾提供重要的决策支持,从而产生巨大的社会效益与经济效益。
致 谢:在项目方案设计过程中,傅伯杰院士、于贵瑞研究员、李秀彬研究员、王桥研究员、张怀清研究员等提出了宝贵建议,安如教授、陈卓奇副教授提供了有关资料,在此一并表示衷心的感谢!此外,感谢项目组成员的辛苦付出!
The authors have declared that no competing interests exist.
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