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中科院生态环境中心傅伯杰院士:黄土高原造林生态效果的空间差异及影响因素

2022-08-10 10:08:10 来源:STOTEN全环境科学

  导读

  生态系统服务付费是实现生态环境保护和社会经济发展“双赢”的有效途径,在全球范围内得到了广泛的应用。理解生态系统服务付费效果的空间异质性及其影响因素对相关项目的设计和实施非常重要。黄土高原是中国人口、资源、环境矛盾最集中的区域之一。长期以来,区域发展面临着土壤侵蚀、植被稀疏等突出问题。随着退耕还林还草等一系列生态恢复和治理工程的开展,黄土高原的植被覆盖率显著增加,主要生态系统服务提升。本研究以黄土高原为研究区,在县级尺度分析造林生态效果的空间差异,并结合全程耦合(即不同距离的人与自然相互作用)理论揭示多种区域和非区域内部因素对造林生态效果的影响。

  一、黄土高原植被变化

  2000-2015年黄土高原的MODIS NDVI按0.010 yr-1的斜率显著增加(p<0.001),平均NDVI从2000年的0.538上升到2015年的0.655,增加了21.7%,大多数区域都呈现显著变绿趋势(图1A)。以退耕还林还草工程为代表的造林工程是黄土高原植被变化的主要原因。2002-2014年累计造林面积达12.8×106 ha,占黄土高原总面积的20%。不同县域的累计造林力度存在差异(图1B)。

黄土高原MODIS NDVI变化趋势与累计造林力度

图1 黄土高原MODIS NDVI变化趋势(A)与累计造林力度(B)

  二、黄土高原造林生态效果的空间差异

  由于植被条件可以通过影响区域水循环、土壤侵蚀和碳循环等过程直接或间接地影响环境,本研究选取NDVI来分析造林的生态效果。在考虑降水和气温等环境因素的影响下,县域年NDVI和累计造林力度的回归系数被用来评价造林的生态效果,即单位造林力度带来的NDVI变化。虽然植被指数随着造林力度的增加而增加,但造林的效果在不同的县域有所不同(图2)。在319个有造林记录的县中,有214个县造林的生态效果显著。这些县造林效果的平均值为0.739,意味着如果有10%的土地造林,NDVI值将增加0.074。

黄土高原各县造林的生态效果

  图2 黄土高原各县造林的生态效果

  三、黄土高原造林生态效果的影响因素

  在显著影响造林生态效果的因素中(表1),总造林力度和造林前植被情况与造林效果显著负相关(p<0.001),说明造林力度大、造林前植被情况较好的县造林效果较低。干旱指数与造林效果显著正相关(p<0.05),意味着造林效果在气候较湿润的县更高。在区域内部的社会经济因素方面,农村非农就业对造林效果有显著的正向影响(p<0.10),而粮食生产对造林效果有显著的负向影响(p<0.05),这表明在农村居民有更高的非农从业比例,较少依赖粮食生产的县造林效果更高。而在非区域内部的影响因素方面,农村人口迁移与造林效果显著正相关(p<0.10),而固定资产投资与造林效果显著负相关(p<0.10),说明农村人口迁移率较高而固定资产投资较少的县具有更高的造林效果。

  表1 造林生态效果与全程耦合因素的关系

造林生态效果与全程耦合因素的关系

  相关启示

  通过理解造林生态效果的空间差异和影响因素,本研究可以为退耕还林还草工程等造林工程的设计、实施和效果的增强提供相关启示和建议:(1)工程设计时优先选择气候湿润、植被覆盖较低的县域;(2)实施过程中需要确定最优的造林力度,以实现生态效率和总的生态效应、生态环境保护和社会经济发展的平衡;(3)促进农村生计活动转型、多样化参与农户家庭收入来源,以缓解农村土地的利用压力,增强造林效果。

  总结

  本研究发展了造林效果的评价指标,分析了造林效果和多种全程耦合因素的关系。结果表明,黄土高原造林的生态效果存在空间差异,湿润条件、农村非农从业、农村人口迁移可以提高造林的效果,而造林总力度、造林前植被情况、粮食生产、固定资产投资会对造林效果产生负面影响。研究结果为相关工程的设计和实施提供了科学依据。