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1、关于推荐我校曹世雄研究员申请2018年国家科学技术奖公示内容一、 项目名称：生态修复双赢理论二、 推荐单位：中央民族大学三、 推荐意见：项目组历时20余年，坚持在中国典型生态脆弱区开展植被演化规律的基础科学研究，在退化植被修复过程、生态修复与居民生计改善互动机理等方面取得了突破性进展。提出了生态修复的双赢理论，构建并验证了实现脱贫与改善生态环境的治理新模式。部分研究内容已获得了2014年度国际生态与社会科学实践奖、2012年度甘肃省自然科学一等奖、2011年度全国公路学会科技进步一等奖。现推荐该项目参评2018年度国家自然科学奖二等奖。四、项目简介：生态系统退化导致的水土流失、土地退化及荒漠化
2、等是全球面临的重大生态环境问题，在中国尤为突出。1952年以来，我国累计投入近万亿元开展生态修复，取得一定成效。但“局部改善与整体恶化依然是上个世纪中国环境保护的真实写照（国家林业总局第六次全国森林资源清查及森林资源状况）。”在自然与人类活动综合作用下，生态系统退化的原因及其演化规律是什么？如何通过改变人类活动，促进生态修复，一直是生态环境领域的重大科学难题。为此，项目组历经20余年研究和实践，在生态系统退化与修复方面取得了如下重要科学发现和进展。（1）发现了气候变化与人类活动导致的植被变化和土壤侵蚀变化是我国生态系统演化的核心驱动力；揭示了自然与社会因素耦合作用对植被变化和土地退化的贡献度，
3、为制定生态修复适应性策略奠定了理论基础。（2）揭示了植被耗水对地表水、地下水变化的影响机制，干旱半干旱地区过度人工植被建设会破坏生态系统水量平衡，加剧生态系统退化；发现了植被耗水固碳在生态系统演化进程中发挥关键作用，并进一步发现了闽西红壤区生态系统演化的突变阈值，提出了自然修复与人工干预在生态系统修复进程中的适宜范围，为生态系统修复的技术创新提供了科学依据。（3）提出了生态修复双赢理论，构建了生态修复与经济社会发展双赢治理新模式，并通过陕西延安和福建长汀地区的实证研究，证实了这一理论和模式的科学性与实践意义，使生态脆弱区从本质上摆脱了“越穷越垦、越垦越穷”的被动局面，为生态系统修复提供了理论依
4、据和适度超前的治理样板。8篇代表性论文分别发表在PNAS和. Earth-Sci. Rev.、ES&T、J. Appl. Ecol等地理、环境、生态学全球顶尖期刊，他引1428次（其中SCI他引774次、SSCI他引134次），4篇论文入选ESI高被引论文（Top1%），1篇论文入选“Faculty of 1000 Biology”。相关成果获省部级科技成果一等奖2项、二等奖1项。2014年，项目第一完成人作为唯一获奖人，获得了由瑞士科学基金会设立的国际生态科学实践奖，Ecol. Soc.杂志发表了“一位中国学者找到了生态修复双赢之路”的专题述评，指出“Caos理论通过生态修复与绿色产业发展示
5、范研究，使当地居民在生态修复中获得了长期利益，并通过环境保护与经济发展的有机结合，找到了生态修复的可持续之路，实现了生态修复与脱贫致富的双赢目标，为全球生态修复展示了成功样板”。PNAS、ES&T的同期述评和Science、Nat. Clim. Change、Faculty of 1000 Biology、Ecol. Soc.的专题述评指出：“这一研究成果为全球罕见的成功案例，为生态脆弱区摆脱贫困陷阱痼疾、实现生态修复与社会经济发展双赢的可持续发展提供了成功范例”。世界银行2013年发布的A Risk Management Approach to Climate Adaptation in C
6、hina（中国应对气候变化的风险管理策略）也引用了项目组的研究成果。五、客观评价：1. 整体评价2014年，项目第一完成人作为唯一获奖人，获得了国际生态科学实践奖（该奖由瑞士科学基金会设立，颁发给在生态科学研究中做出突出贡献的学者或组织机构，每年全球1个名额）。Ecol. Soc.（2014, 19: 35）杂志发表了“一位中国学者找到了生态修复的双赢之路”的专题述评，指出“Caos理论通过生态修复与绿色产业发展的示范研究，使当地居民在生态修复中获得了长期利益；并通过环境保护与经济发展的有机结合，找到了生态修复的可持续之路，实现了生态修复与脱贫致富的双赢目标，为全球生态修复展示了成功样板”。8
7、篇代表性论他引1428次（其中被SCI收录期刊他引774次、SSCI收录期刊他引134次），4 篇论文为ISI Top1%高被引论文。获省部级科技成果一等奖2项、二等奖1项。PNAS、ES&T的同期述评和Science、Nat. Clim. Change、Faculty of 1000 Biology、Ecol. Soc.的专题述评，肯定了本研究成果的科学意义和现实意义。世界银行2013年发布的A Risk Management Approach to Climate Adaptation in China（中国应对气候变化的风险管理策略）引用了本研究的部分成果。2. 对重要科学发现的评述（1
8、）对自然与社会耦合机制的评述：著名生态学家、英国生态水文研究中心的J M. Bullock教授等在生态学领域顶尖期刊Trends Ecol. Evol.（2011, 26: 541-549; IF: 16.735）总结全球修复生态学研究进展时，2次引述了项目组的研究结果，指出“生态系统演化是多重因素共同作用的结果，生态修复措施不当会增加生态脆弱去区植被修复的生态风险”。（2）对生态系统演化核心驱动力的评述：著名生态学家、美国亚利桑那州大学和哈佛大学的R. Wehr和JW. Munger教授等在Nature（2016, 534: 680-683; IF: 40.137）引述了项目组的研究结果，指
9、出“通过能量与水分利用模拟可以有效评估生物圈的生产力”；我国著名生态学家傅伯杰院士在全地学领域顶尖期刊Annu. Rev. Earth Pl. Sc.（2017, 45: 223-243; IF: 9.78）总结黄土高原水土保持治理成果时，7次引述了项目组的研究结果，指出“气候变化、人类活动对植被变化和土壤侵蚀影响是生态系统演化的核心驱动力”；著名生态学家、丹麦奥尔胡斯大学B. Sandel和J C. Svenning教授在Nature子刊Nat. Commun.（2013, 4: 2474; IF: 12.124）2次引述了项目组的研究结果，指出“生态修复最终来源于社会经济学动力，比如全球化
10、、城市化引起的人口迁移等等”。（3）对植物耗水影响机制的评述：著名生态学家、美国密歇根州立大学杰出教授J. Liu在Science（2010, 328: 50; IF: 37.205）发表政策评论，在引述项目组的研究结果时指出：“良好的意图未必能获得预期收益，干旱区过分强调人工造林会导致土壤水分枯竭、植被覆盖度和植物多度减少，反而会增加土壤侵蚀危害”；著名生态学家、澳大利亚詹姆斯库克大学的K. Zhang教授等在生态学领域顶尖期刊Trends Ecol. Evol.（2016, 31: 175-177; IF: 16.735）总结了全球生态学研究进展，在引述项目组研究结果时指出：“如果措施不当
11、，干旱地区巨额投资的再造林工程，未必能够达到预期目标”。（4）对自然修复与人工干预适宜范围的评述：著名农学家、中国农业耕作学创始人刘巽浩教授在ES&T（2008, 42: 8165; IF: 6.198）发表同期述评，指出：“该研究结论正确，是荒漠化防治的重大理论突破”；著名生态学家、美国耶鲁大学的TW. Crowther教授等在Nature （2015, 525: 201-205; IF: 40.137）发表论文时，3次引述了项目组的研究成果，指出“生态修复时要要充分进行自然修复与人工干预的有效结合，是生态修复的正确选择”。5. 对植被耗水固碳的评述：著名地理学家、英国牛津大学的A. Bro
12、wn教授在Nature子刊Nat. Clim. Change（2014, 4: 533; IF: 19.304）发表热点述评，指出该成果“对生态脆弱区生态修复以及生物固碳项目发展具有重要科学指导作用，开展生态修复时需要充分考虑该地区的水分利用效率和固碳成本。研究结果对全球生态修复的宏观政策调整、植被修复的地理布局、生态水安全有重要理论指导意义”；著名环境学家、爱尔兰国家环境研究中心的BS. Griffiths教授和欧盟生物研究中心的L. Philippot教授在生态学领域顶尖期FemsMicrobiol. Rev.（2013, 37: 112129; IF: 11.754）总结全球地表科学研究
13、进展时，指出项目组“阈值研究的重大突破对全球生态修复具有重要参考价值”。（6）对双赢模式的评述：著名林学家、国际林业研究中心的J. Reed教授等在生物学领域顶尖期刊Global Change Biol.（2016, 22: 25402554; IF: 8.502）总结全球景观生态学研究进展时，3次引述了项目组的研究结果，指出“离开当地居民支持任何生态修复的努力都难以成功，该研究给全球生态修复提供了强有力证据”；论文1-8入选Faculty of 1000 Biology并获同期述评，入选理由是 “这一研究成果为全球罕见的成功案例，为生态脆弱区摆脱贫困陷阱痼疾、实现生态修复与社会经济发展双赢的
14、可持续发展提供了成功范例”；PNAS（2009, 106: 1039510872; IF: 9.661）发表同期述评时指出，“这一研究成果展示了保护居民生计、减少贫困威胁对生态系统保护的重要性”。（7）对双赢理论的评述：著名生态学家、美国芝加哥大学的L. Cheng教授在Science（2012, 336: 156-157; IF: 16.735）发表述评是指出，项目组“文化多样性研究有助于生物多影响保护，特别是对具有医用价值中药材保护方面有重要战略价值”；著名林业学家、美国普林斯顿大学F. Hua教授等人在Nature子刊Nat. Commun.（2016, 7: 12717; IF: 12
15、.124）引述了项目组的研究结果，指出“综合策略有利于植被修复和生物多样性保护，达到事半功倍的效果”。六、代表论文目录：(1) Cao SX*, Chen L, Yu XX. Impact of Chinas Grain for Green Project on the landscape of vulnerable arid and semiarid agricultural regions: a case study in northern Shaanxi Province. Journal of Applied Ecology2009,46:536-543 (IF: 5.301).(2)
16、 Yuan WP*, Liu SG, Yu GR*, Bonnefond JM, Chen JQ, Davis K, Desai AR, Goldstein AH, Gianelle, D, Rossi F. Global estimates of evapotranspiration and gross primary production based on MODIS and global meteorology data.Remote Sensing of Environmen 2010,114:14161431 (IF: 6.265).(3) Zhao GJ, Mu XM*, Wen
17、ZM, Wang F, Gao P. Soil erosion, conservation and eco-environment changes in the Loess Plateau of China. Land Degradation & Development 2013,24:499510 (IF: 9.787).(4) Cao SX*. Why Large-Scale Afforestation Efforts in China Have Failed To Solve the Desertification Problem. Environmental Science and T
18、echnology 2008,42:1826-1831 (IF: 6.198).(5) Cao SX*, Chen L, Shankman D, Wang CM, Wang XB, Zhang H. Excessive Reliance on Afforestation in Chinas Arid and Semi-arid Regions: Lessons in Ecological Restoration.Earth-Science Reviews 2011,104:240-245 (IF: 7.051).(6) Gao Y, Zhong BL, Yue H, Wu B, Cao SX*
19、. A degradation threshold for irreversible loss of soil productivity: a long-term case study in China. Journal of Applied Ecology 2011,48: 1145-11545 (IF: 5.301).(7) Zhao GJ, Tian P, Mu XM*, Jiao, JY, Wang, F, Gao P. Quantifying the impact of climate variability and human activities on streamflow in
20、 the middle reaches of the Yellow River basin, China. JOURNAL OF HYDROLOGY 2014,517:387398 (IF: 3.483).(8) Cao SX*, Zhong BL, Yue H, Zeng HS, Zeng JH. Development and Testing of a Sustainable Environmental Restoration Policy on Eradicating the Poverty Trap in Chinas Changting County. PNAS 2009,106:1
21、0712-10716 (IF: 9.661).七、主要完成人情况：1 第一完成人曹世雄，中央民族大学教授，1965年2月出生，陕西省延川县人，参加本项目的起止时间为1997年1月至 2014年12月。作为项目主要负责人，直接负责参与了项目核心工作，提出并验证了“生态修复双赢理论”的概念和内涵，设计并构建了“生态修复双赢治理模式”和“植被覆盖率变化阈值测算方法”。负责并直接参与了主要项目的试验设计与调查研究，执笔完成了核心论文1、4、5、6、8。在该项研究中的工作量占本人工作量的80%以上。2 第二完成人穆兴民，西北农林科技大学教授，1961年5月出生，陕西省华阴县人，参加本项目的起止时间为19
22、97年1月至 2014年12月。作为项目主要完成人，直接负责参与了项目核心工作，应用推广了“生态修复双赢治理模式”，评估了黄土高原水土流失生态修复与黄河水沙变化的关系，基于水沙耦合平衡方程估算了黄河中游径流锐减的驱动因素，辨识了区域水土流失状况变化主要原因。负责并直接参与了主要项目的试验设计与调查研究，完成了核心论文3和7。在该项研究中的工作量占本人工作量的40%以上。3第三完成人袁文平，中山大学教授，1979年5月出生，内蒙古阿拉善左旗人，参加本项目的起止时间为2007年9月至 2014年12月。作为项目主要完成人，参与了项目核心工作，发展了基于遥感数据的生态系统蒸发散模型研究，并利用全球通
23、量站点观测资料开展了模型验证，并协助负责人利用该模型评估了生态系统修复过程中水分循环变化特征。完成了核心论文2。在该项研究中的工作量占本人工作量的20%以上。4第四完成人赵广举，西北农林科技大学教授，1980年4月出生，内蒙古阿拉善左旗人，参加本项目的起止时间为2011年4月至 2014年12月。作为项目主要完成人，参与了项目核心工作，应用推广了“生态修复双赢治理模式”，基于水沙平衡耦合方程定量分析黄河中游径流量变化的驱动因素，探讨了黄河水沙变化对黄土高原生态修复的响应机制，评估多时空尺度流域水沙变化与黄土高原生态治理的协同关系。执笔完成了核心论文3和7。在该项研究中的工作量占本人工作量的10
24、%以上。5第五完成人高扬，中国科学院地理科学与资源研究所副研究员，1981年12月出生，福建省长乐县人，参加本项目的起止时间为2004年1月至 2014年12月。作为项目主要完成人，参与了项目核心工作，提出了阈值决定自然修复可能性与采用人工修复必要性，并协助项目负责人进一步确定退化阈值，并用于支持生态脆弱区环境修复政策的可持续性发展。执笔完成了核心论文4。该项研究占本人工作量的10%以上。八、完成人合作关系说明：“生态修复双赢理论”研究项目由北京林业大学、西北农林科技大学、北京师范大学共同合作完成。该研究是在国家自然科学基金 “紫色土丘陵区土壤有机碳、磷竞争吸附-解吸机制及其流失响应研究”(N
25、o.31200404)、国家自然基金青年科学基金项目“黄土高原典型流域碳水平迁移对生态系统碳源汇的影响研究” (No. 41201078)、国家林业公益性行业专项“典型区域森林生态系统健康维护与经营技术研究” (No. 20080422)等项目支持下完成，项目合作实施时间为1984年1月至2014年12月。项目第一完成人曹世雄与第二完成人穆兴民为业务工作同事，2010-2012年共同开展了中央高校基本科研业务费专项基金项目红壤丘陵区水土保持经济学研究（见附件5-1）研究工作。项目第一完成人曹世雄与第三完成人袁文平在2010-2014年共同开展植被蒸散发研究，基于植被蒸散发研究结果，共同合作完成
26、并发表了论文（见附件5-2）。项目第二完成人穆兴民与第四完成人赵广举在西北农林科技大学同一团队工作，2010-2014年共同开展了“延河流域水沙变化及其对退耕还林（草）的响应（41271295）”、“皇甫川流域泥沙来源的复合指纹示踪研究（41201266）”等项目研究工作，共同合作完成并发表了代表性论文1-3和1-7。项目第一完成人曹世雄与第五完成人高扬是北京林业大学同一教研室的同事，2010-2011年，共同合作完成并发表了代表性论文1-6。该项目主要通过课题合作的方式开展调查研究、学术交流。共享监测资料，共同开展调查、监测、实验示范研究，合作发表学术论文。研究成果以论文为主，主要知识产权属论文署名作者及其所在单位所有。依据研究过程中的贡献进行论文署名排序、并申报相关奖励。本项目完成人员排序如下：曹世雄、穆兴民、袁文平、赵广举、高扬。以上研究没有学术争议，同意以上排名次序申请相关奖励。九、知情同意证明：7