围绕山水林田湖草沙生态一体化保护修复的科技需求，以不同尺度流域为单元，构建“天空地”一体化监测体系，搭建生态系统模拟分析与预警平台，研究山水林田湖草沙等生态系统识别与诊断方法、景观格局与生态过程的耦合机制，水资源约束下的山地生态系统稳定性及其对生物多样性、生态系统结构、功能和服务的影响机理，提出生态系统管理与功能提升的景观优化调控路径，为生态系统稳定性维持与功能提升提供科技支撑。
生态系统监测与诊断。构建“天空地”一体化监测体系，从景观、区域、流域尺度研究不同生态系统的生态胁迫、生态系统质量、生态系统服务和景观格局，解析不同自然地理单元山水林田湖草沙生态系统的物质循环与能量流动过程；研究自然生态要素和生态系统关联性，建立流域景观完整性和连通性的识别与诊断技术。
关键生态系统模拟与预警。基于生态系统监测与诊断基础，融合生态大数据系统，构建不同尺度山水林田湖草沙生态系统评估指标体系与预警模型，研发针对生态保护修复重大工程的生态环境效应评价与生态突变的预测预警模型，模拟不同发展路径和情景条件下流域水安全、生态安全与可持续发展水平，建立预警技术体系，为流域生态系统耦合机制与优化调控提供支撑。
生态系统耦合与景观优化。分析区域景观格局、演变过程及其驱动机制及其尺度效应，阐明景观间物质能量流通过程、运作效率及其调控机理，构建气候变化和人类活动驱动下景观演变模拟方法，评估山地景观格局、过程的环境效应及尺度依赖规律，从优化景观格局、畅通生态网络、提升生态系统质量等方面提出山水林田湖草沙系统的景观优化与调控技术模式。
资源优化配置与调控。分析流域人水、人土关系演变，揭示不同自然地理单元山水林田湖草沙生态系统结构、服务功能和自组织过程及调控机理，明确生态系统适应幅度、不确定性及突变阈值，提出山水林田湖草沙生态系统水土资源协同发展和统筹优化的配置和调控方案。
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