基于生态服务价值的三江源生态工程成本效益分析

为评价三江源生态保护和建设工程的经济效益,本研究通过核算2004年和2012年三江源区生态系统水源涵养、土壤保持、防风固沙、固碳释氧、净化大气环境、牧草供给和水供给等主要服务物质量和价值量,在采用模型模拟变量控制法厘定生态工程与气候因子对生态成效贡献率的基础上,开展了三江源生态保护和建设工程的成本效益分析。结果表明：2004-2012年间,三江源区总生态系统服务价值增加2 372.23亿元。其中自然保护区内单位面积生态系统服务价值的增加比例高于非自然保护区;生态工程的实施对防风固沙服务的影响最大,其次为土壤保持服务;三江源生态保护和建设工程的生态效益显著,使生态系统服务价值增加1 035.32亿元,占增加总量的43.64%,其投入产出比为1：13.73,净经济效益为959.92亿元。虽然三江源生态保护和建设工程一期项目的实施使得生态系统退化趋势得到初步遏制,并逐渐向良性方向发展,但生态系统全面恢复仍需一定时间。     

三江源地区林草生态系统水源涵养服务评估

[目的]分析青海省三江源地区生态工程实施前后生态系统水源涵养服务的变化情况,客观评估生态工程的效果。[方法]采用降水贮存量法估算三江源地区林草生态系统的水源涵养量。[结果]1997—2012年三江源地区林草生态系统水源涵养服务在波动中有所提升,平均水源涵养量为1.54×1010m~3/a,单位面积水源涵养量为430.67m~3/hm~2。三江源生态保护与建设工程实施后(2005—2012年)林草生态系统年平均水源涵养量比前期(1997—2004年)增加了15.60%。从空间格局而言,三江源地区林草生态系统涵养水源能力自东南向西北逐渐递减。单位面积水源涵养量澜沧江流域最高,其次为黄河流域,长江流域最低。真实气候条件和平均气候状况下,生态工程实施后的区域林草生态系统水源涵养量均比前期高。前期主要受到区域气候变化的影响,后期则叠加了生态工程的驱动作用。两种情况下,生态工程实施后三江源地区林草生态系统水源涵养量的线性变化趋势分别为1.94×10~9和4.64×10~8 m~3/10a。[结论]生态工程对三江源地区水源涵养服务提升的贡献率约为23.98%。     

再生水滴灌土壤中重金属Cd分布运移实验研究

对生育期内大棚蔬菜进行再生水滴灌试验,与地下水滴灌为对照,分析研究了再生水滴灌后8 d内土壤不同深度中重金属Cd积累分布和运移情况。结果表明:滴灌后第2 d,表层土壤Cd浓度最大,滴灌后第4 d 100 cm深度处Cd浓度最大,表层土壤Cd浓度略有降低,第6~8 d,各层土壤Cd浓度接近,0~40和80~120 cm处浓度最大,深度低于120 cm时Cd浓度随深度增加降低。适当浓度再生水滴灌情况下,土壤深层Cd浓度符合GB15618-1995标准限值,适当浓度的再生水滴灌不会造成Cd污染。     

再生水滴灌土壤和植物中重金属积累分布研究

对白菜和萝卜进行再生水滴灌大棚试验,与地下水滴灌为对照,分析研究了再生水滴灌后土壤和植物地下及地上部分中重金属积累分布情况。结果表明:重金属主要在土壤表层(0~40 cm深度处)积累,浓度随深度降低,40~80 cm深度处无明显差异,80~100 cm深度处重金属含量突增,浓度最高,100~180 cm深度处重金属含量急剧降低,180~220 cm深度处重金属浓度无差异。对植物地下及地上部分进行研究,发现再生水滴灌使白菜和萝卜地上部和根系中Pb~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)的含量增加显著。     

贵州土地石漠化变化及社会经济活动的影响分析

分析石漠化与社会经济活动的关系及其动态变化,有利于石漠化状况的改善和治理。以往的驱动因子分析对社会经济因素的研究较少,本文以贵州省为研究区,以县域为研究单元,基于2000年和2011年两期石漠化影像,通过空间分析研究了贵州省2000—2011年的石漠化动态变化,并从人口因素、社会发展状况和经济水平、农业生产活动、地形坡度和生态工程建设等5个方面选取23个影响因子,对石漠化的驱动力进行分析。结果表明:1)2000—2011年贵州省石漠化的治理工作取得了一定的成效,石漠化面积总体减少,但中度和重度石漠化面积呈增加趋势,轻度以上石漠化的治理任务还很艰巨;2)23个影响因子与石漠化呈现不同程度的正负相关关系; 3)农业人口比重、农业总产值、人均粮食、人均耕地、耕地比重、15°～25°耕地(岩溶)比重和25°以上耕地(岩溶)比重均与石漠化呈显著正相关,其他因子均与石漠化呈显著负相关,其中农业活动对石漠化的影响最为显著,农业人口比重、农业总产值、人均耕地、15°～25°耕地比重、25°以上耕地比重、15°～25°岩溶比重和25°以上岩溶比重与石漠化的相关系数分别为0.473、0.425、0.291、0.288、0.430、0.338和0.334。研究社会经济活动对石漠化的影响可为石漠化治理提供借鉴和参考。     

基于空间插值数据支持下新疆伊犁地区草地类型判别与分类研究

在遥感和地理信息系统技术支持下,我国草地类型学研究有新的进展。本研究在伊犁地区草地群落高度、盖度、地上生物量、地下生物量、草地表层土壤容重、土壤全碳、土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷等空间分布数据的基础上,通过对不同草地类型不同指标的特征值分析,研究确定各草地类型不同指标的阀值范围,采用决策树分类法,实现新疆伊犁地区草地类型自动判别。研究结果表明,利用伊犁地区不同草地类型在群落高度、盖度、地上生物量、地下生物量、草地表层土壤容重、土壤全碳、土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷9个指标的特征值作为草地类型划分的依据,可以简单直观地反映各类草地的空间分布面积和分布范围,与20世纪80年代草地调查数据比较,分布趋势一致,结果可靠。同时,本研究为伊犁地区草地资源利用管理提供基础,为伊犁地区草地资源监测和信息管理平台建设提供依据,对于指导新疆伊犁地区草地畜牧业生产具有现实意义。     

中国草地碳库估算差异性综合分析

我国草地资源丰富,固碳量大,具有深厚的碳汇潜力。本文综合分析已发表的中国草地碳库相关研究结果,以期阐述中国草地碳库的情况及其分布格局,探究草地碳储量估算中不确定性因素导致的差异性。结果表明:中国草地碳储量估算结果差异较大,接近4倍;中国草地有机碳主要分布于高寒和温带地区;采用不同资料数据来源估算出的草地面积不同,利用草场普查资料估算的草地面积均值最大,卫星遥感数据估算出的最小;不同估算方法也导致碳库估算结果存在差异,全球平均碳密度法的草地碳储量平均估值最大,模型估算法最小;根冠比范围差距由0.38到52.30导致草地地下生物量碳储量估算差异较大。经综合分析,中国草地碳储量为41.67 Pg C,具有较大的碳汇潜力。     

多源水汽再分析资料在青藏高原的适用性评估

评估多源水汽再分析资料在青藏高原的适用性,可为高原水汽分布及输送特征研究提供数据参考,并有利于提高高原地区气候变化研究结果的可靠性。以探空观测资料(简称"观测资料")为参照标准,对比分析JRA-25(J25)、JRA-55(J55)和ERA-interim(ERA)等再分析水汽资料在高原的适用性。结果表明:3种再分析资料均能揭示高原比湿的时空变化特征,但再分析资料与观测资料比湿偏差存在明显的季节和区域差异。水平方向上,J25与观测资料比湿均方根误差(RMSE)及相对偏差(PIC)总体较小,J55和ERA夏季及年平均比湿RMSE和PIC明显偏大,冬季较小。垂直方向上,与观测资料比湿垂直廓线相比,J25夏、冬季及年平均比湿垂直廓线一致性最好;J55和ERA比湿垂直廓线冬季一致性较好,夏季偏差较大,特别是高原主体及东南部站点偏差尤为显著。再分析资料与观测资料各层比湿RMSE低层大,高层小,且J25的RMSE最小。与观测资料相比,J25比湿数值小幅偏高,J55和ERA则整体偏低,且偏差较大。J55和ERA再分析资料比湿存在较大偏差的原因及其在我国其他区域的适用性还有待进一步检验。     

中国耕地景观细碎度时空变化特征及其影响因素

耕地细碎化是中国耕地利用效率提高和农业现代化转型的关键制约因素。2014年以来中央政府试图通过鼓励土地经营权流转以实现耕地细碎度降低和适度规模经营耕地的目标。然而，少有研究开展中国全域尺度的耕地细碎化趋势分析，土地经营权流转政策的相关实施效果也尚不明晰。该研究基于长时序土地利用数据，辅以景观格局指数、趋势分析和动态面板模型等方法，对1990-2020年中国耕地景观细碎度的时空变化特征进行了识别，并剖析了土地流转政策实施对耕地景观细碎化的影响。结果表明，1）中国耕地景观细碎度大致呈"平原、盆地低、山地、高原高"的分布格局，东北平原、黄淮海平原、长江中下游平原以及四川盆地、准噶尔和塔里木盆地等地区耕地景观细碎度低，而二三级地势阶梯过渡地带以及黄土高原、云贵高原和东南丘陵等地区耕地景观相对细碎；2）1990-2020年中国耕地景观细碎度大致呈"持续细碎化-细碎化改善-波动细碎化"变化特征，其中2004-2013年耕地景观整体呈细碎化趋势，超过70%的县域耕地斑块密度（Patch Density，PD）/形状指数（Landscape Shape Index，LSI）显著增加、聚集度指数（Aggregation Index，AI）显著减小，集中分布在黄淮海平原、长江中下游平原、四川盆地以及两广地区，但2014-2020年70%的省份耕地景观细碎度有所改善，以两广地区表现最为典型；3）土地流转政策显著降低了耕地景观细碎度，此外，区域土地利用变化、非粮化耕地利用、坡度以及灌溉条件等因素也是影响中国耕地景观细碎度变化的重要因素。该研究从全域尺度剖析了中国耕地景观细碎度的时空变化特征并揭示土地流转政策等因素对其的影响，研究结果可为区域耕地景观细碎度变化以及不同土地利用/生态系统类型变化分析提供新思路。     

流域尺度农业“水-土-经济”要素耦合机制与行为调控系统效应模拟

农业系统的“水-土-经济”要素是刻画人类活动与生态-水文过程互馈效应耦合的关键界面之一。本研究以局部均衡理论为依据，基于栅格尺度的水、土、作物的空间分布数据与行政区尺度的粮食生产、消费与贸易数据嵌套，构建了行政区-栅格跨尺度的农业部门局部均衡分析“水-土-经济”要素耦合模型（Water-Land-Economic nexus Model，WLEM）。研究以黑河流域“粮改饲”补贴政策为例，模拟种植与加工环节的农机设备补贴下水土资源消耗强度与空间布局的变化，刻画农业“水-土-经济”要素的耦合机制与政策干预下行为调控的资源消耗及经济产出的系统效应。模拟发现，对种植环节的大型农机补贴增加了非水土自然要素的投入，降低了生产成本，有助于增加青贮玉米种植面积。而对加工环节进行农机补贴，可通过提高青贮技术直接影响青贮玉米作为饲料的投入，与种植环节补贴相比，其对青贮玉米产量的拉动作用较大。种植与加工环节叠加补贴在鼓励青贮玉米生产的同时，一定程度减少了籽粒玉米种植面积，符合“粮改饲”政策目标。结果表明，在政策补贴过程中需重视加工环节的农业机械设备补贴，并完善种植补贴和加工补贴两种政策的优势互补机制。从生产和加工两个环节补贴的空间效益来看，青贮玉米与籽粒玉米在畜牧业投入上的竞争关系使作物种植过程中水土资源要素投入呈现出空间异质性特征，这与栅格尺度上水土资源要素作为农产品成本的占比以及要素供给和替代弹性差异直接相关。该研究为制定合理的水土资源配置方案与农业发展政策，实现流域水-生态-经济协同发展提供了科学依据。