黄土高原小流域退耕还林还草的生态水文效应与可持续性

黄土高原实施退耕还林还草工程20余年,区域生态环境发生巨大变化,过度植被恢复产生的负效应也逐步显现,有关黄土高原高强度植被恢复的可持续性问题引起讨论。当前,黄土高原植被恢复已进入一个节点性时期,但植被重建的终极目标并不十分明确。未来50—100 a,黄土高原退耕还林还草工程的环境效应与可持续性如何,目前缺乏前瞻性的科学认识。鉴于这一问题,本文对黄土高原近20 a大规模植被恢复和重建产生的生态、水文、侵蚀和气候效应进行了回顾,并对在甘肃庆阳南小河沟长期退耕还林和还草小流域持续开展近10 a的观测研究成果进行了总结分析,探讨长期自然和人为植被恢复背景下小流域的生态水文效应,最后从小流域视角对黄土高原退耕还林还草的可持续性进行了探讨。针对当前黄土高原退耕还林还草工程取得的成绩和面临的挑战,提出了退耕还林还草的两阶段论。第一阶段为退耕还林还草实施至今20 a,主要目标是增绿、控蚀、减泥沙,目前这一目标已基本实现;第二阶段为未来20—30 a,目标是稳绿、增水、促发展,当前工作的重点是需要针对第二阶段的目标开展规划和研究工作,提高黄土高原生态质量的持久性和区域人地关系的协调。     

典型岩溶区植被恢复对土壤养分的影响

对典型岩溶地区不同植被恢复(草丛、灌草丛、灌丛、乔幼林和成熟林)过程中的土壤养分进行研究,结果表明:土壤养分随着植被的恢复呈波折状上升,但是各恢复阶段过程中的土壤有机质、有效N、P、K、有效Zn、Cu、Mn、Fe含量存在无显著性差异(P0.05),弃耕后2～3年的草丛土壤养分含量可以达到成熟林的养分水平;土壤pH值与有机质、有效N、P、K、有效Zn、Cu、Mn、Fe含量存在不同程度的负相关关系,降低土壤的pH值,可以有效的提高石灰土肥力;土壤养分具有明显的表聚性。在岩溶区,退耕还草、退耕还林、种植牧草和自然恢复是石漠化地区较好的生态重建和植被恢复方式。     

黄土丘陵区退耕还林工程对县域粮食安全的影响——以陕西省清涧、米脂、子洲、吴堡县为例

为了评估黄土丘陵区实施退耕还林工程对县域粮食安全的影响,选取研究区典型四县——米脂、清涧、子洲和吴堡,假设实施退耕还林工程粮食补贴全部以粮食实物兑现和不实施退耕还林工程退耕的坡耕地提供粮食生产为前提,运用修订的耕地压力指数模型来对比评估退耕还林工程对县域粮食安全的影响。研究结果表明:退耕还林工程对米脂县和子洲县粮食安全影响较明显,对清涧县和吴堡县影响甚微。不同退耕规模对不同人口密度县域粮食安全的影响程度不同。研究结果对国家建立长期、稳定、有效的粮食补偿机制有一定参考意义。     

生态恢复背景下喀斯特地区植被覆盖的时空变化——以黔中地区为例

为了揭示退耕还林(草)、封山育林和石漠化综合治理等生态恢复工程驱动下喀斯特地区的植被覆盖度的时空变化情况,以黔中为研究区,利用2000年、2005年和2010年三期的MODIS影像数据,通过NDVI像元二分模型法,对研究区植被覆盖进行了动态变化评估。结果表明:2000年到2010年,极高植被覆盖度面积持续增长,高植被覆盖度面积持续减少,极低植被覆盖度、低植被覆盖度和中等植被覆盖度面积先增后减,植被覆盖总体呈现转好趋势;此外,植被覆盖景观斑块数减小,平均斑块面积增大,香农多样性指数减小,表明这一时期内植被覆盖景观的破碎化程度逐渐降低,生态恢复工程取得良好实效。     

黄土高原退耕还林(草)紧迫性地域分级论证

退耕还林还草是治理黄土高原水土流失的有效措施。科学分析现有土地及其利用结构是退耕还林还草战略实施的重要保证。论文应用科学抽样数据资料,分析了黄土高原地区土地、耕地的坡度构成及其土地垦殖率等的区域差异特征,提出了黄土高原地区退耕还林(草)紧迫性地域分级。其结果可以为根据有限的资金,分区分批进行退耕,最大限度地保证粮食安全,并实现区域生态重建,为合理实施退耕提供科学依据。     

基于土地利用变化模型的退耕还林还草决策分析——以通辽地区为例

通过综合考虑影响退耕还林还草的自然和社会因素,结合土地利用规划和遥感影像解译结果,论文以通辽地区为例,介绍了利用土地利用变化模型确定退耕还林还草区域的方法和过程。根据对2010年模型模拟结果和2000年通辽地区土地利用现状的对比分析,结果发现2000～2010年该地区进行退耕还林还草的合适区域应该主要位于研究地区的中部、南部,以及北中部。研究地区中部属于科尔沁沙地的腹地,土地沙漠化最为严重,同时城镇和农村居民点分布较密,退耕还林还草是政府用于减缓风沙对城镇和农村居民点危害程度的重要生态措施;而南部和北中部属于丘陵和山区,由于过度开垦,水土流失较为严重,是实施退耕还林还草的重点区域。此外,与退耕还林区相比,退耕还草区距城镇、农村居民点以及道路相对较远,具有可达性较差、地理位置较为偏僻的特点。论文得出的结果可为今后通辽地区退耕还林还草工程的实施提供科学依据,同时,该文提出的确定退耕还林还草区域的方法对其它地区具有一定的借鉴意义。     

国家生态文明试验区(贵州)经济增速与植被恢复协调发展

以国家生态文明试验区(贵州)作为研究区,以植被覆盖度(FVC)作为研究对象,基于2000~2019年的NDVI数据分析了贵州省近 20年FVC的时空演变特征,利用地理探测器方法识别并量化了经济持续增速下维持植被恢复的主要驱动力,结果表明:(1)近20年来贵州省FVC整体呈增加趋势,FVC分布整体水平较高,主要以中等、中高和高度覆盖为主,三者面积占比之和约为89.7%,年均增长率为0.52%,平均FVC为0.53.(2)近20年来贵州省FVC变化趋势以轻微改善、基本不变为主,两者面积占比之和为68.94%,改善区域面积占比为57.93%,西部区域得到明显改善和提升,退化区域主要集中在城镇周边,总体动态变化趋于稳定且向好改善.(3)FVC空间分布格局演变深受人类活动与自然环境因子的双重影响,且人类活动对于植被恢复的驱动作用更强,国内生产总值(GDP)和降水是经济持续增速下维持植被恢复的人类活动与自然环境因子主导驱动力.(4)积极推动产业结构优化升级、大力推进第三产业快速发展以及不断贯彻落实退耕还林还草政策等积极的人类活动为贵州省实现经济增速与植被恢复协调发展的“双赢”局面做出了巨大贡献.     

沙漠化地区退耕还林政策的生态经济效应分析——以民勤县为例

退耕还林是沙漠化地区生态环境治理的主要内容。论文以沙漠化严重的民勤县为例,采用环境社会学的研究方法,对民勤县农户的退耕还林意愿和退耕还林政策的生态经济效应在农户中的响应进行了典型调查和抽样调查,并搜集了相关数据。统计分析表明:退耕还林涉及到农户土地利用方式的变化,农户的退耕意愿主要取决于退耕后经济利益的得失;农户虽然在近期承受退耕地收益减少的负担,但长期可以得到退耕还林的保肥效果和减少风沙灾害损失的生态经济效果。退耕还林具有典型的外部经济性,政府应该为退耕还林的成本全部买单,同时,在调整退耕地结构、优化退耕模式的过程中还要协调好退耕还林与农户增收的关系。     

黄土丘陵区林草退耕年限对土壤团聚体特征的影响

随着国家退耕还林还草战略的实施、植被覆盖的变化,林、草地植被恢复进程中土壤团聚体特征的变化受到广泛关注.本研究以黄土丘陵区西部的官山林场退耕后栽植的刺槐林地、撂荒草地为对象,选取退耕年限为10、25 a的林、草地,采用湿筛法测定各样地0~30 cm土壤的水稳性团聚体组成,比较退耕还林、还草和退耕年限(10、25 a)对土壤水稳性团聚体平均质量直径(MWD)和分形维数(D)的影响.结果表明:退耕10 a的林地0~30 cm土层水稳性大团聚体含量(R0.25)、MWD和D分别为57.60%、1.91 mm和2.73;退耕25 a的林地分别为60.17%、1.88 mm和2.74;退耕10 a的草地分别为59.89%、1.82 mm和2.74;退耕25 a的草地分别为72.69%、2.71 mm和2.61.进一步分析证明,随着退耕年限的增加,土壤团聚性增强;但林草地的变化存在差异:恢复10 a阶段,土壤团聚性林地尚优于草地,25 a后草地优于林地.各样地土壤的SOC含量与R0.25呈显著正相关关系(p0.01),与D呈显著负相关关系(p0.05).退耕类型和退耕年限对土壤团聚性有显著影响.     

黄土高原生态恢复程度及恢复潜力评估

黄土高原是世界水土流失最严重的地区之一,2000年以来黄土高原重点实施了退耕还林还草等一系列生态工程,促进了生态恢复。为全面评估黄土高原地区生态恢复现状、生态恢复程度及恢复潜力,选取生态质量和生态系统服务两大类指标,采用模型模拟计算方法,对黄土高原2000—2019年生态恢复进行综合分析和评估。结果表明:(1)生态质量有所恢复转好,植被覆盖度和植被净初级生产力呈增加趋势。比较前后十年变化,植被覆盖度持续转好的面积占比为39.90%,植被净初级生产力持续转好的面积占比为82.71%。(2)生态系统服务有所恢复提高。水源涵养服务持续转好的面积占比为15.46%,土壤保持服务先转好(稳定)后稳定(转好)的面积占比为18.88%,风蚀区防风固沙服务持续转好面积占比为6.30%;水源涵养和土壤保持服务提高区域集中在农牧交错带地区,防风固沙服务提高区域集中在沙地和沙漠区。(3)综合生态恢复程度高的地区占全区面积的11.08%,主要分布在黄土丘陵沟壑区,仅少数无恢复地区占全区面积的3.51%,集中分布于沙地和沙漠区西北部地区。(4)植被覆盖恢复潜力高值区主要位于黄土塬沟壑区西部,低值区主要位于黄土丘...     

西部大开发中的水土保持与生态保护

我国西部土地资源优势突出，但由于人口增长、植被毁坏、不合理利用土地等原因，水土流失严重。应退耕还林还草，制订相应措施和政策，在西部开发中保持水土，实现生态环境的综合整治。     

最后间冰期至未来2070s中国潜在自然植被时空分布格局及其对气候变化的响应

潜在自然植被（PNV）对生态环境的修复与重建、自然保护区的规划与建设和农牧业的生产与发展均有着重要的指导作用。研究基于综合顺序分类系统（CSCS）,利用最后间冰期至未来2070s六个时期的温度和降水量数据,模拟中国PNV的时空分布格局及其对气候变化的响应。研究结果表明：（1）CSCS将六个时期中国PNV分别划分为39、37、38、40、40和40类以及10个类组。（2）寒冷干旱型类组主要分布在西北,温暖湿润型和炎热潮湿型则分布在中东部和南方。除冻原和高山草地、冷荒漠、半荒漠和温带森林草地4个类组呈现下降趋势外,其余均为上升趋势。（3）温带森林草地转变为亚热带森林草地的面积最大,占总变化面积的35.4%。（4）CSCS既未包含人类活动影响因素,又能模拟长时间序列的PNV演替。（5）最后间冰期至未来2070s,森林类组向纬度和海拔高度更高的北方及青藏高原移动。研究结果进一步明确了PNV概念的界限,揭示了气候变化对PNV演替的作用机理。     

复杂地形条件下根系对土壤有机碳的贡献

在地形条件复杂的地区,量化根系对土壤有机碳的贡献对科学评价水土流失区的土壤碳储量具有重要意义.本研究在黄土高原丘陵沟壑区的砖窑沟小流域内,基于地貌类型(梁峁坡、沟坡和沟谷)和植被措施(农田、林地和草地措施)两大因素采集土壤和根系样品,在流域尺度上研究根系密度(FRD)对土壤有机碳密度(SOCD)的贡献.在砖窑沟小流域内,地形、植被措施和土层厚度及其交互作用显著影响SOCD和FRD的空间分布. SOCD和FRD在不同地形部位下均呈现出沟谷沟坡梁峁坡的趋势,在不同植被措施下均呈现出林地措施草地措施农田措施的趋势,在不同土层厚度上均呈现出表层(0～20 cm)大于下层(20～100 cm)的趋势.此外,FRD对SOCD的影响显著(P 0. 05),SOCD随着FRD增加呈现出对数增加的趋势,且不同地形和植被措施下的根系-碳转化效率差异显著(P 0. 05).在农田措施下,沟谷(0. 87)的根系-碳转化效率均是沟坡(0. 43)和梁峁坡(0. 43)的2. 0倍;在草地措施下,沟坡(0. 57)的根系-碳转化效率分别是沟谷(0. 45)和梁峁坡(0. 27)的1. 3倍和2. 1倍;在林地措施下,梁峁坡(0. 56)的根系-碳转化效率是沟坡(0. 44)的1. 3倍.因此,在砖窑沟小流域内,从增加根系-碳转化效率的角度而言,沟谷适合进行农业生产,沟坡适宜进行退耕还草,而梁峁坡适合进行退耕还林.     

基于碳汇的县南沟流域退耕林地补偿标准研究

补偿标准是退耕还林生态补偿的核心与难点,为探讨黄土高原退耕林地合适的补偿标准,论文基于清洁发展机制的国际背景,通过理论分析、实地测量与室内实验,把碳汇价值与退耕农户的机会成本相结合,构建了禁伐政策下退耕林地补偿标准的动态模型;并选取黄土高原退耕的代表流域——县南沟进行实证分析,依据退耕刺槐（Robinia pseudoacacia）林特性确定退耕的一个补偿周期为37 a,退耕地补偿过程与补偿标准分为两个阶段：退耕1~17 a,通过机会成本的计算,补偿的可执行标准为1 997.26元/(hm²·a);退耕18~37 a,通过碳汇模型进行测算,补偿的可执行标准为3 692.35元/(hm²·a)。人工刺槐纯林在补偿周期之后会逐渐出现灌木层和衰败现象,因此,这一补偿期结束后,应根据林地生态群落的变化再行核算并完善其补偿标准。将碳汇价值纳入补偿体系,能促使农民为提高碳汇产量自觉增强林地管护,巩固退耕成果。     

呼伦贝尔草原植被覆盖时空动态变化监测定量方法研究

开展植被动态监测与评价,是评估生态保护措施、环境管理政策和全球变化研究的重要基础。论文以呼伦贝尔草原为例,基于1998—2008年间SPOT_VGT NDVI旬数据,通过分析生长期间的植被年均NDVI值、年NDVI最大值、年NDVI最小值、季节性动态性与物候的变化状况及其趋势,反映研究区植被覆盖空间特征,监测植被覆盖动态变化情况。结果表明:研究区植被覆盖区域特征为:以林地为主的区域草地-耕地-林地过渡区以耕地为主的区域以草地为主的区域;11 a来,研究区植被覆盖呈减弱趋势,植被覆盖最佳期提前,以林地为主的区域、草地-耕地-林地过渡区和以耕地为主的区域植被覆盖季节性动态变化较小,植被覆盖稳定性较强,而以草地为主的地区植被覆盖最小值日期推后,其季节性动态变化较大,生态环境稳定性较差。     

鄂尔多斯十大孔兑区植被生产力变化趋势对土地利用转移的响应

归一化植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)是衡量区域植被生产力变化的一个重要指标,而土地利用/覆盖变化(Land use/cover change,LUCC)进程深刻影响了陆地生态系统空间分布格局及其生产力变化。因此本文结合趋势分析和转移矩阵法,从中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)NDVI年际变化角度分析鄂尔多斯北部典型农牧交错区(十大孔兑地区)2000-2015年植被生产力的变化趋势与LUCC的关系。结果表明:(1)在农牧交错区植被生产力总体呈增加趋势,其中显著增加和不显著增加区域面积占总面积的89.41%,分别为22.01%和67.4%;其后依次为不显著减少区域、无变化区域和显著减少区域,面积比例分别为4.59%、3.32%和2.68%。(2)在不显著增加和显著增加区,土地转换面积分别为235146.08 hm2和82761.76 hm2,草地转为农田、林地、水体、建设用地和未利用地尤其是草地转为农田导致对应区域植被生产力增加。     

中国农牧交错区土地利用变化空间格局与驱动力分析

以遥感与GIS为技术支撑,运用专家知识,结合实际,从农牧交错区的实质出发,定量地计算出我国的农牧交错区。在此基础上,分析我国农牧交错区近10年的耕地、草地变化的空间格局。整个农牧交错区的耕地以变林地、草地为主。耕地的变化以内蒙古的变化为大,主要分布于它的中、东部地区。草地主要以变耕地、城镇为主,分布于内蒙古与东北三省接壤处。最后探讨这种格局的成因。耕地变化受经济发展、人口增加、农业结构等驱动,主要表现为人文作用。草地变化受人为与自然的驱动,主要为人类活动的影响,表现为经济发展与草地过牧。     

黄土坡耕地退耕还林后土壤性质变化研究

退耕还林是治理黄土高原水土流失的根本措施。论文以退耕历史较长的黄土丘陵沟壑区安塞县为例,选取不同类型植被恢复和不同恢复年限的退耕样区,探讨了退耕还林还草对土壤理化性质的影响。结果表明,坡耕地退耕后,遭侵蚀破坏的土体构型渐趋恢复,土壤容重、pH值减小,毛管孔隙度、饱和含水量等增大;土壤有机质增加了2.75倍,碳增加了27.29%,氮增加了46.79%;而且,土壤速效养分增加的速度大于土壤全量元素增加的速度。土壤质量恢复效益最大的是刺槐林地,其次是柠条灌木地,最小的是撂荒地。混交林土壤全氮含量最高,柠条最利于铵态氮、硝态氮和亚硝态氮的积累。不同类型植被,土壤速效养分的差异比土壤全量元素间的差异明显。随恢复时间的增加,土壤结构不断得到改善,土壤有机质、全碳、全氮以及主要离子含量呈明显增加趋势,土壤速效养分增加更明显。土壤有机质在植被恢复5年以上开始明显增加,土壤碳、氮和速效养分则在10年以后增加明显。     

黄土丘陵区自然恢复与人工修复流域生态效益对比分析

论文以陕西吴起县柴沟和合家沟为例,通过样地的植被和土壤调查,在小流域尺度上分析了退耕10 a后人工修复和自然恢复方式生物多样性、生物量、群落特征和土壤物理性质的差异。结果表明:两者草本群落结构相近,相似性系数为0.925。人工修复区乔灌草三层的层盖度和为99.03%,三层的物种数和为85,草本层的株均高为0.41 m,还有该层的物种丰富度指数、多样性指数、均匀度指数均高于自然恢复区;而平均生物量、群落密度、土壤含水率、土壤容重和毛管孔隙度分别为5.890 t.hm-2、8.11×105株.hm-2、8.8%、1.251 g.cm-3和48.9%,均低于自然恢复区。两区土壤指标的变异系数变化较为复杂。