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。     

退耕还林还草工程对生态系统碳储存服务的影响——以黄土高原丘陵沟壑区子长县为例

陆地生态系统碳储量是表征生态系统碳储存服务的重要指标,与土地利用变化之间存在着密切的关系。退耕还林还草工程使区域土地利用格局发生巨大变化,并对生态系统碳储存服务造成了较大的影响。为了能简单快速的评估退耕还林还草工程对陆地生态系统碳储存服务所带来的影响,以位于黄土高原丘陵沟壑区的子长县为例,运用InVEST模型评估了退耕还林还草工程对陆地生态系统碳储量的影响,进一步耦合InVEST模型和FLUS模型,并设置四种不同的退耕还林还草实施情景,预测子长县2037年陆地生态系统碳储量变化和碳汇产生的经济价值。研究发现:(1)子长县退耕还林还草工程实施效果显著,17年间共有31627.98 hm~2耕地退耕为林地和草地,境内的林草覆盖率由2000年的53.26%增长至2017年的64.20%;(2)退耕还林还草工程的实施显著提升了子长县陆地生态系统碳储存服务,碳储量由2000年的39.19×10~6t增长至2017年42.34×10~6t,增加量集中在工程实施主要阶段(2000—2008年);(3)未来子长县若继续实施退耕还林还草工程,其生态系统碳储存服务会得到进一步提升,且会获得一定的碳汇经济价值。预计到2037年子长县在退耕还林还草工程实施A、B、C、D四种情景下的陆地生态系统碳储量将分别达到:43.78×10~6t、44.10×106~t、44.32×10~6t和44.54×10~6t,并将由此获得碳汇经济价值净收益分别为1627.88万美元、1979.89万美元、2231.39万美元和2471.67万美元。耦合InVEST-FLUS模型,不但能利用InVEST模型简单快速的对陆地生态系统碳储量进行评估,而且还能基于FLUS模型对未来土地利用变化情景下的陆地生态系统碳储量和碳汇经济价值做出测算。     

退耕还林还草工程对生态系统碳储存服务的影响——以黄土高原丘陵沟壑区子长县为例

陆地生态系统碳储量是表征生态系统碳储存服务的重要指标,与土地利用变化之间存在着密切的关系。退耕还林还草工程使区域土地利用格局发生巨大变化,并对生态系统碳储存服务造成了较大的影响。为了能简单快速的评估退耕还林还草工程对陆地生态系统碳储存服务所带来的影响,以位于黄土高原丘陵沟壑区的子长县为例,运用InVEST模型评估了退耕还林还草工程对陆地生态系统碳储量的影响,进一步耦合InVEST模型和FLUS模型,并设置四种不同的退耕还林还草实施情景,预测子长县2037年陆地生态系统碳储量变化和碳汇产生的经济价值。研究发现：（1）子长县退耕还林还草工程实施效果显著,17年间共有31627.98 hm²耕地退耕为林地和草地,境内的林草覆盖率由2000年的53.26%增长至2017年的64.20%;（2）退耕还林还草工程的实施显著提升了子长县陆地生态系统碳储存服务,碳储量由2000年的39.19×10⁶ t增长至2017年42.34×10⁶ t,增加量集中在工程实施主要阶段（2000—2008年）;（3）未来子长县若继续实施退耕还林还草工程,其生态系统碳储存服务会得到进一步提升,且会获得一定的碳汇经济价值。预计到2037年子长县在退耕还林还草工程实施A、B、C、D四种情景下的陆地生态系统碳储量将分别达到：43.78×10⁶ t、44.10×10⁶ t、44.32×10⁶ t和44.54×10⁶ t,并将由此获得碳汇经济价值净收益分别为1627.88万美元、1979.89万美元、2231.39万美元和2471.67万美元。耦合InVEST-FLUS模型,不但能利用InVEST模型简单快速的对陆地生态系统碳储量进行评估,而且还能基于FLUS模型对未来土地利用变化情景下的陆地生态系统碳储量和碳汇经济价值做出测算。     

我国的退耕还林研究进展

综合阐述了我国退耕还林实施现状,从思路与方略、模式与技术、运行管理及其他相关理论等方面的研究,并针对目前国内退耕研究存在的问题和不足,提出应加强坡耕地和其他类型耕地退耕适宜性技术、理论、政策的研究,注重新技术的开发和使用。采用先进的遥感和地理信息技术的研究方法和手段是今后退耕还林还草规划和决策分析的重要手段。     

退耕还林还草工程区域生态环境质量评价初探——以太仆寺旗为例

以太仆寺旗为退耕还林还草工程的典型区域,通过2000年和2008年TM遥感影像,提取了研究区两年度的土地利用现状数据,并对研究区生态环境质量作出评价。评价结果为,1）2008年较2000年,林地、草地、水域湿地、建设用地面积有增加,耕地、未利用土地面积减少了;2）高功能组分指数增加了,草地生态系统生产力、耕地面积比指数、未利用地面积比指数均下降;3）土地利用格局和生态环境质量指数的变化均反映了退耕还林还草工程的实施对改善研究区生态环境质量的生态效益。     

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。     

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。     

基于ARCGIS的四川省分级退耕还林还草空间决策分析

首先,利用遥感和GIS技术建立土地利用、土壤侵蚀、数字高程模型、坡度、生态环境质量等级、植被指数、降雨、温度、植被分区、土壤类型和行政区、水体缓冲区、聚落缓冲区等栅格GIS数据库。其次,将旱地数据分别与坡度、土壤侵蚀、植被指数、生态环境质量等级、水体缓冲区和聚落缓冲区等栅格指标数据进行叠加分析。再次,利用各指标构建了基于ARCGIS的一、二级退耕决策模型及其空间复合模型,并得到一、二级退耕面积分别为724 495hm²和333 085hm²。然后,利用温度和降雨指标数据构建了基于ARCGIS的还林还草决策模型,并得到一、二级还林的面积分别为702 362hm²和331 357hm²,还草的面积分别为22 133hm²和1 728hm²。最后,将其分别与行政区、植被分区和土壤类型数据进行空间叠加统计分析,得到各行政区的退耕还林还草情况,以及每一个退耕栅格单元所处的植被分区和土壤类型情况。研究表明,该方法可以节约大量的人力、物力和财力。其研究结果对退耕还林还草工程的规划、实施和管理等具有较大的应用价值。     

西部地区植被恢复重建中几个问题的思考

以退耕还林还草为主体的西部地区植被恢复重建是一项复杂的生态-经济复合系统工程,必须以水热等气候因子所决定的植被生物地带性为科学依据,以国家调控下的区域间互补的市场经济机制为运作体系,必须在建立长期稳定的经济补偿机制的同时,建立长期稳定的政策和法律保障体系。为此,该文讨论了西部地区自然植被的地理格局、适度的退耕规模和退耕后的植被恢复重建、植被恢复工程的环境服务功能产出、生态产业与经济补偿机制、天然植被的保护和改良等科学问题,指出了退耕还林还草试点工程中所存在的一些错误认识和不良倾向。     

退耕还林工程规划中GIS空间分析理论及应用研究

退耕还林还草是保护生态环境,治理水土流失的一项重大工程.文章研究GIS空间分析理论,阐述退耕还林还草工程规划及执法中GIS技术支持,及时准确提供土地利用、地表形态等决定工程实施的重要参数的方法,实现了工程可视化.通过ArcView GIS对研究区域进行分析,得出科学的工程规划及执法数据,以利于推动退耕还林工程建设在科学高效的基础上顺利进行.     

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。     

黄土高塬沟壑区植被恢复对不同地貌部位土壤可蚀性的影响

通过采集不同地貌部位（塬面、塬坡和沟坡）各土地利用（农地、草地、灌木地和林地）坡面土壤和根系样品,采用综合土壤可蚀性指数（CSEI）评价了植被恢复对土壤可蚀性的影响。结果表明：（1）不同地貌部位的CSEI差异显著,沟坡CSEI较塬坡和塬面分别增加8.1%和77.7%。（2）塬面草地、灌木地和林地的CSEI较农地分别降低21.1%、29.2%和28.8%;而塬坡和沟坡林地CSEI均低于其他土地利用。（3）CSEI与粘粒含量、砂粒含量、毛管孔隙度、根重密度、根平均直径、根长密度及根表面积密度均呈极显著负相关,而与粉粒含量和土壤容重呈显著正相关关系;粉粒含量、土壤容重和根重密度是影响CSEI的关键因素,其中粉粒含量对CSEI的直接影响最大,而根重密度通过直接或间接作用对CSEI产生负相关影响。建议在塬面上以灌木作为植被恢复模式的首选,而在塬坡和沟坡上选择以乔木为优势群落的恢复模式对水土流失的控制更为有效。     

Effects of land-use pattern change on rainfall-runoff and runoff-sediment relations: a case study in Zichang watershed of the Loess Plateau of China

The purpose of this article is to identify the effect of land-use pattern on rainfall-runoff and runoff-sediment relations in Zichang Watershed of the Loess Plateau. From 1986 to 1997, many farmlands changed into grassland or woodland, especially the farmland in steep slope positions or far away from the river. The change of land-use pattern altered the rainfall-runoff and runoff-sediment relationships, and led to higher slope of trend curves(STCs) of annual rainfall-runoff mass curve and runoff-sediment mass curve in 1990s than that in 1980s. It is implied that more soil and water loss yielded in 1990s. In order to reduce soil loss, more attentions should be paid to land-use pattern and some grass or other herbaceous filter strips should be built along rivers.     

地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响

研究地形和土地利用类型共同作用下表层土壤有机碳空间分布特征,对准确评估区域土壤有机碳的空间分布和变异特征具有重要意义。以黄土丘陵沟壑区燕沟流域3种地形部位(峁顶、峁坡、沟底)和8种土地利用类型(农田、果园、天然与人工草地、天然与人工灌木林、天然与人工乔木林)为研究对象,采集表层(0~20 cm)314个土壤样品用于研究地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域表层土壤有机碳空间分布的影响。地形和土地利用方式极显著(P0.000 1)影响小流域表层土壤有机碳含量与分布,并且交互作用显著(P=0.051 1)。地形影响下,土壤有机碳空间分布表现为沟底峁坡峁顶的变化趋势,土壤有机碳含量沟底(8.0 g/kg)、峁坡(7.1 g/kg)分别是峁顶(4.2 g/kg)的1.9、1.7倍。土地利用方式影响下,土壤有机碳空间分布表现为天然乔木天然灌木人工乔木天然草地人工灌木人工草地农田果园的分布变化规律。地形和土地利用交互作用下,农田、果园、天然草地在坡面水土流失条件下显示出土壤有机碳在沟底逐渐富集的特征,沟底有机碳含量农田(6.9 g/kg)、果园(8.8 g/kg)、天然草地(9.3 g/kg)分别是峁顶的1.9、2.0、1.9倍。林地(灌木林和乔木林)却表现为峁坡土壤有机碳含量远远高于沟底,天然乔木林且达到了显著水平,天然乔木峁坡土壤有机碳含量(24.6 g/kg)是沟底(16.4 g/kg)的1.5倍。     

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。     

黄土高原不同生态系统水土保持服务功能评价

以土壤保持量为评估指标,应用修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原水土保持生态系统服务功能,分析了近20 a 来的黄土高原土壤保持量的空间分布及其动态变化,对于揭示全球气候变化背景下黄土高原林草植被建设的生态成效具有重要的科学价值和现实意义。结果表明：1990-2010 年黄土高原平均单位面积土壤保持量为305 t·hm^-2·a^-1,年均土壤保持总量为190×10⁸ t。1990-2000 年农田、草地和林地生态系统平均单位面积土壤保持量分别为249、285 和640 t·hm^-2·a^-1,2000-2010 年平均单位面积土壤保持量分别增加了14.6%、2.9%和7.4%。黄土高原草地和林地的土壤保持率分别为83%~88%和94%~97%。农田生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区较大,农灌区和河谷平原区偏低;草地和林地生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为沿东南向西北减少的变化趋势。与1990-2000 年不同,2000-2010 年农田、草地和林地生态系统土壤保持量的空间变化特征表现为较为明显的增长趋势,尤其是黄土丘陵沟壑区陕西榆林、延安地区和山西吕梁山区一带。     

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。     

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.     

1961—2019年黄土高原植被潜在蒸散及影响因子

研究潜在蒸散对于深刻了解区域的生态环境问题及水文循环过程具有重要的理论与现实意义.该研究基于Penman-Monteith模型对1961—2019年黄土高原潜在蒸散的时空变化特征进行了分析,再结合土地利用数据探究了各植被类型潜在蒸散的差异及其影响因素.结果表明:①1961—2019年黄土高原区域呈暖干化趋势,其中平均最高温度、平均最低温度与平均温度均呈显著增加趋势;平均相对湿度、平均风速、日照时数均呈显著降低趋势;降水量非显著减少.②在空间分布格局上,黄土高原区域年均、生长季、春季、夏季和秋季潜在蒸散均呈南北高、东西低的分布特征;1961—2019年春季潜在蒸散以0.41 mm/a的速率显著增加(P < 0.05).③1981—2019年黄土高原区域潜在蒸散平均变化趋势为1.35 mm/a,其中62.98%的区域呈显著增加趋势(P < 0.05),多分布在东部和西部地区.④1961—2019年黄土高原区域各植被类型潜在蒸散变化均表现为不显著上升趋势,多年平均潜在蒸散大小表现为草原>农田>针叶林>草甸>阔叶林>灌丛,其中,1981—2019年各植被类型潜在蒸散增加趋势大小表现为阔叶林>针叶林>灌丛>农田>草甸>草原.⑤影响黄土高原区域各植被类型潜在蒸散的主要气象因子为平均风速与平均相对湿度,其次为日照时数.潜在蒸散随着平均风速和日照时数的增加而增加,随着平均相对湿度的增加而减小.研究显示,各植被类型潜在蒸散的增加与区域降水的减少可能会加剧水资源短缺态势,建议黄土高原地区在开展植被恢复工作时,应优先考虑耗水较少的树种,优化群落植被结构,充分利用光水热资源,修建蓄水设施,支撑区域生态环境的可持续发展.      

黄土高原水蚀风蚀交错区植被间土壤水分竞争

通过对黄土高原水蚀风蚀交错区4 种相邻植被条带（撂荒地、柠条地、苜蓿地、农地）0~4m土壤剖面含水量和地上生物特征的测定分析,研究不同植被之间的水分竞争关系。结果表明：水平方向上,撂荒地和农地土壤含水量随着靠近柠条地和苜蓿地呈下降趋势,且柠条对临近撂荒地土壤水分影响的水平距离至少有6 m。而深根性植物柠条和苜蓿相邻处测点的土壤含水量在所有测点中最低。此外,通过对地上生物特征分析,临近农地的苜蓿和临近撂荒地的柠条有较高的生物指标,证明这两种深根系植物吸收利用了相邻地块的土壤水分。因此,柠条和苜蓿对土壤水分竞争激烈,不宜搭配种植,而深根-浅根植物搭配扩大了深根系植物根系吸水空间,有利于其生长。