西北地区新一轮退耕还林还草规模分析

西北地区干旱少雨、水土流失严重、生态环境脆弱,退耕还林还草工程是西北地区生态环境建设的重大举措,也是全国生态环境建设的一项宏伟生态工程。通过对退耕还林还草工程实施现状、生态效应及存在问题的整合分析,探讨了西北地区新一轮退耕还林还草工程的实施规模。结果表明:(1)西北地区1999—2011年退耕还林还草面积累积751.99万hm~2,占全国同期退耕还林还草面积的36.14%;陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆、山西和内蒙中西部地区退耕还林还草的实施面积分别占西北地区同期退耕还林还草面积的27.89%,21.29%,4.62%,9.80%,10.80%,13.57%和12.03%。(2)自退耕还林工程实施以来,2002—2012年西北地区农民纯收入逐年增加,且各省(区)增加趋势一致。(3)西北地区植被覆盖在提高,植被NDVI整体呈上升趋势,但存在明显的空间差异,空间分布是从东南向西北逐渐递减,而陕北地区是黄土高原近10年植被恢复最快的区域。(4)2003—2014年黄河流域径流量和侵蚀量均低于1950—1995多年平均值,且年际间波动较大。(5)25°以上的坡耕地可退耕180.1万hm~2,占现有耕地的6.0%,15°~25°的坡耕地退耕面积可达296.5万hm2,占现有耕地面积的9.9%,并厘清了各省(区)的退耕规模,最后针对新一轮退耕政策的顺利实施,提出了4点建议。     

基于RS与GIS的内蒙古武川县退耕还林生态成效监测

为监测半干旱地区退耕还林工程实施的效果,基于MODIS NDVI时间序列数据及土地利用数据,该文对内蒙古武川县的土地利用变化及植被覆盖变化进行了研究。结果表明:1)2000-2013年,武川县植被覆盖呈增加趋势发展的面积占33.55%,呈减少趋势发展的面积占30.15%,无显著变化的占36.30%,植被覆盖变化的空间差异明显,植被退化的区域重点集中于武川县的西北部。2)1999-2010年间,研究区耕地面积净减少18 809.29 hm2,耕地转为草地13 873.48hm2,转为林地5 429.81 hm2,草地转为林地13 554.25 hm2;结合地形特征,退耕地重点分布于2°~15°坡度与1 500~2 000 m海拔范围,并随着坡度与海拔的增加,退耕的幅度越来越大。3)退耕区中,植被覆盖下降的面积占20.98%,植被覆盖增加的面积占43.89%;在非退耕区,植被覆盖下降的区域面积占29.40%,植被覆盖增加的占34.14%。整体来看,退耕区植被的改善程度要高于非退耕区。4)进一步分析发现,退耕区中,耕地-草地的植被呈退化趋势发展,退化区域集中于2°~15°坡度与1 500~2 000 m海拔范围;在耕地-林地与草地-林地区域,其整体植被覆盖均显著提高,其中,耕地-林地的植被改善区域集中于2°~6°坡度与1 500~1 750 m海拔范围,草地-林地的植被改善区域重点分布于6°~15°、2°~6°及15°~25°坡度范围与1 500~2 000 m海拔范围。在非退耕区,耕地保持区、林地保持区与林地-草地区域的植被覆盖整体增加,而草地保持区、草地-耕地与草地-沙地区域的植被覆盖整体下降。     

渭河源区坡耕地时空变化及其土壤保持效应

[目的] 分析渭河源区不同等级坡耕地的时空变化,揭示不同坡耕地类型的土壤保持效应,探讨退耕还林还草工程对渭河源区坡耕地及土壤保持的影响,为完善不同坡耕地资源合理规划利用提供科学依据。[方法] 利用1990,2000,2010和2020年4期渭河源区土地利用和地形数据,通过叠加分析、耕地动态度、土地利用转移矩阵和中国土壤流失方程等方法进行分析。[结果] ①1990—2020年耕地呈先缓慢增加后急剧减少再缓慢减少的趋势,面积净减少321.03 km²,其中陡坡耕地和缓坡耕地是耕地变化主要类型。②近30 a来,耕地的时空变化主要表现为1990—2000年耕地少量转入,主要分布在漳县和岷县;随着退耕还林还草工程的实施,有279.80 km²的坡耕地转变为林草地,其中耕地转换为草地主要分布在通渭和陇西县,而耕地转换为林地主要分布在陇西和岷县。③1990—2000年渭河源区林草地开垦导致土壤保持量减少5.52×10⁴ t,而2000—2020年退耕还林还草导致土壤保持量增加2.21×10⁶ t,其中大于15°的坡耕地的转变对土壤保持量变化影响更大。[结论] 渭河源区退耕还林还草工程成效显著,其中2000—2010年陡坡耕地的退耕面积最大,陡坡耕地退耕地土壤保持总体效应最大,但峭坡耕地退耕地单位效应最大。峭坡耕地仍有较大退耕空间,依旧是新一轮退耕任务的主要目标。     

贵州省退耕还林紧迫性地域分级与退耕策略

退耕还林是治理贵州省水土流失的有效措施,科学分析陡坡耕地的数量,尤其是分析陡坡耕地占一定区域国土面积的比例,是制定退耕地还林战略实施的重要依据。在深入分析贵州陡坡耕的现状及影响因素基础上,提出以陡坡耕地占区域国土面积比例作为退耕还林紧迫性的指标,将全省82个县(区、市)的退耕地还林紧迫性分为7级3类,提出贵州省实施退耕还林的战略是占全省国土面积56.63%的极重点退耕类型区和重点退耕类型区,从而可实现全省75.39%陡坡耕地退耕。同时,提出了林种结构配置比例的原则。     

黄土高原不同地貌类型区植被恢复潜力及其土地利用变化

黄土高原1999年开始的退耕还林（草）工程，对植被覆盖与土地利用结构产生了深刻影响，评估黄土高原未来植被恢复潜力、植树造林适宜区以及土地利用变化，对黄土高原生态保护和高质量发展具有重要意义。该研究基于北洛河流域2020年下垫面状况，借鉴"相似生境法"，对不同地貌类型区的未来恢复潜力、植树造林适宜区与土地利用变化进行了分析。结果表明：1）丘陵沟壑区目前平均植被盖度为61.9%，未来20~30 a仍有9.2%左右的上升空间，植被可恢复土地面积约占丘陵区的36.4%。土石山林区尚有11.5%的土地面积具有恢复余地，高塬沟壑区与阶地平原区植被盖度恢复余地很小。2）未来土地利用变化面积主要集中在丘陵沟壑区，与2020年相比，其耕地将减少47.4%，而林地与草地会增加0.7%与15.8%。土石山林区耕地将减少23.0%，林地与草地分别会增加0.2%与36.0%。3）基于"适地适树"原则下的情景模拟，高塬沟壑区与阶地平原区分别有279.16、233.73 km2面积可植树造林，而丘陵沟壑区大片可退耕土地适宜于自然恢复。结果表明，丘陵沟壑区仍是未来生态恢复重点关注区域，是黄河流域生态保护和高质量发展的热点区域。     

岩溶地区坡耕地时空动态变化及其生态服务功能评估

中国西南岩溶地区坡耕地受人类活动强烈作用,生态问题突出,定量评估其时空动态变化与生态服务功能,对于区域石漠化治理、生态建设、扶贫开发都具有重要意义。该研究以贵州省为例,利用2000年、2005年、2010年3 a多时相、多源遥感影像建立土地利用数据,结合坡度、岩性、聚落、交通条件,运用土地利用动态模型、综合热区域模型、生态服务价值模型,对2000年以来贵州岩溶地区坡耕地时空动态变化及生态服务功能进行分析,旨在弄清岩溶地区坡耕地时空动态变化的特征,为坡耕地管理利用提供参考。结果表明:1)10 a来贵州岩溶地区耕地资源减少0.44万km2,80%是坡耕地;坡度6°~15°区域集中分布了最多的耕地资源;随着坡度梯度增加,坡耕地减少幅度增大,分布比例大幅下降;2)岩溶地区坡耕地分布与基质岩性具有明显相关性,灰岩地区坡耕地(尤其陡坡耕地)比例、数量规模明显高于白云岩地区;白云岩地区坡耕地较多地分布在缓坡地带;3)空间上,一方面,10 a来距聚落大于900 m地区成为坡耕地转出的主要区域,但目前这一区域的陡坡耕地仍较多,应加快其退耕步伐;另一方面,坡耕地退耕过程表现出明显的公路指向性,在坡耕地转出土地距公路500 m内集中了近30%的坡耕地转出土地,随着距离增加,坡耕地转出土地的比例降低;4)贵州岩溶地区坡耕地转出形成了2个热点地区:临长江的乌江下游遵义东北和铜仁、黔中高原面的贵阳和安顺市周边;5)2000年以来贵州岩溶地区坡耕地退耕产生了良好的生态效应,坡耕地转出土地生态系统的生态服务价值估算为4399.81万元/a。总之,岩溶地区坡耕地10 a来变化显著,生态效应明显,但现存坡耕地的分类管理、高效利用仍任重道远。     

黄土高原区植被恢复的空间差异性分析

为了探究黄土高原区植被覆盖的空间分布特征、不同退耕坡度区域和不同气候带区域植被恢复程度,采用黄土高原区2000—2013年的MODIS/NDVI数据进行分析。结果表明:1)2000—2013年黄土高原区的归一化植被指数均值从东南向西北逐渐递减,呈3条带状:<0.2、≥0.2~0.4、≥0.4,大致对应于中国农业气候分区的干旱中温带、中温带、南温带3个气候区。2)2000—2013年黄土高原区植被覆盖呈增加趋势,增加区域的面积比例超过88%,且夏季比年均表现更明显。50%以上区域年均植被覆盖呈现中度改善或明显改善,50%区域上夏季植被覆盖明显改善。3)黄土高原区中温带的年均植被覆盖呈中度改善趋势,夏季植被覆盖呈明显改善趋势;干旱中温带、南温带的年均植被覆盖处于轻微改善状态,夏季植被覆盖以中度改善和轻微改善为主。4)≥15°~25°的坡度区域,植被恢复效果都好于其他坡度条件,夏季明显改善和中度改善的面积比例超过60%,年均也超过40%;坡度<6°或≥35°的区域,年均植被覆盖基本不变和退化面积比例接近20%。     

基于RS和GIS的退耕还林生态建设工程成效监测

在GIS技术的支持下,利用SPOT VEGETATION数据从宏观上反映近年来植被覆盖所发生的变化;利用TM遥感影像解译土地利用状况、植被覆盖度,与DEM数据叠加分析计算坡耕地面积、土壤侵蚀强度,研究退耕还林前后的土地利用、植被覆盖度、坡耕地面积和土壤侵蚀强度的变化,较细致地揭示陕西省吴起县退耕还林生态建设工程的所取得的实效。结果表明,随着退耕还林工程的实施,吴起县域版图在遥感影像逐渐显现、越来越清晰,植被覆盖增加极为显著,高覆盖植被面积在逐年增加,低覆盖植被面积在逐年减少,植被恢复情况明显好于周围区域。与1997年相比,到2007年该县有75.15%耕地不再耕种,退出的耕地主要变为草地、林地和果园;林草覆盖率增加显著,由1997年的37.06%提高到2007年的80.60%;大于25°的坡耕地80%～90%实现了退耕;土壤侵蚀强度总体上降低,极强度、剧烈的高等级土壤侵蚀面积由1997年占国土总面积的42.52%下降到2007年的17.35%,但形势仍然严峻,需继续改善。     

延河流域退耕前后土壤侵蚀强度的变化

 根据修正通用土壤流失方程,在ArcGIS软件平台下,以黄土高原延河流域为例,在合理选用和计算修正通用土壤流失方程中各因子参数的基础上,计算并分析陕北黄土高原延河流域退耕前后土壤侵蚀量的变化及其动态分布。结果表明:1)延河流域退耕后,土壤侵蚀明显减少,与1986—1997年相比,退耕后至2000年土壤侵蚀量平均减少34%;2)坡耕地对土壤侵蚀影响明显,尤其是陡坡耕地退耕至关重要;3)在修正通用土壤流失方程各因子中,短期内影响土壤侵蚀动态变化的主控因子是植被覆盖管理因子,所以调整土地利用结构是减少土壤侵蚀的有效方法。     

基于土地适宜性评估退耕还林还草工程的效果——以科尔沁左翼后旗吉尔嘎朗镇为例

选取科尔沁沙地典型区域为研究对象,运用遥感数据和GIS空间信息技术,基于土地的自然适宜性,对2000─2007年研究区退耕还林还草工程实施情况做出评价,并指出今后退耕任务和需要注意的问题。研究发现:退耕还林还草工程实施以来,吉尔嘎朗镇耕地明显减少,林地、草地明显增加,草地覆盖度显著提高;从7年间实际退耕还林还草方向、数量和空间分布来看,存在许多不合理的地方,主要是还林还草选择不合理,不宜耕作的土地还有很多没有退耕,实际退耕土地只占应退耕土地的28.63%;还有8 172.00 hm2土地应当逐步实现退耕,其中以退耕还林为主,占73.29%。政策方面,建议发展地区优势产业,积极推动农村富余劳动力转移就业,一方面增加农牧民家庭收入,另一方面减小人口对土地的压力,保证生态退耕工程持续见效。     

黄土高原实施退耕还林(草)工程对粮食安全的影响

退耕还林(草)工程作为黄土高原植被建设的主要措施,对于加速黄土高原生态环境恢复有着巨大的作用.基于耕地压力指数,以陕西省延安中尺度水土保持与生态环境建设试验示范区为实证研究对象,评估了该区退耕还林(草)工程实施以来对粮食安全的影响.结果表明,退耕还林(草)工程实现了以粮食换生态的目的,使北部森林草原区耕地压力下降了75.5％,南部森林区则基本持平.2003年以来,由于退耕还林(草)工程粮食补贴政策的变化以及随着该工程的结束,复垦现象时有发生.2004-2009年北部森林草原区和南部森林区耕地压力较2003年分别增加了1.8～4.8倍和1.1～1.7倍.南部森林区2007年后耕地压力大于1,应引起重视.今后仍需保证粮食补贴的长期性与稳定性,确保生态恢复可持续发展.     

退耕还林还草背景下黄土高原粮食生产系统可持续性的时空演变

粮食生产系统的可持续性事关国家粮食安全目标的实现，探究退耕还林还草背景下粮食生产系统的可持续性对准确评估生态安全和粮食安全之间的关系具有重要意义。基于2000、2010和2018年黄土高原县域粮食生产相关数据，构建粮食生产系统可持续性综合测度指标体系，对黄土高原粮食生产系统的可持续性进行综合分析；通过分析典型生态修复工程"退耕还林还草"，阐明退耕对粮食生产系统可持续性的影响。结果表明：1）2018年黄土高原粮食生产系统的可持续性高于2000年，系统的可持续性在逐步增强；粮食生产系统可持续性由自然资源供给为主导，转变到以社会经济可持续发展为主导的阶段。2）2000-2010、2010-2018年间黄土高原粮食生产系统可持续性增长率分别达到31.03%和28.81%，因此，2000-2010年间是粮食生产系统可持续性大幅提升阶段。3）退耕背景下虽然耕地大幅减少（-33.48%），但平均海拔和坡度也呈下降趋势（分别下降了20.3 m和0.88°），土壤侵蚀模数由16.14 t/(hm2·a)降至9.34 t/(hm2·a)，产水量和粮食生产潜力则年均增长5.09 mm/(km2·a)、53.75 kg/hm2。4）退耕背景下粮食生产系统的可持续性显著提升，工程的实施对六个分区粮食生产系统的可持续性都呈正向的促进作用；其中，土石山区粮食生产系统的可持续性指数由0.14增长至0.17，其受退耕的影响最大。退耕还林还草工程对易造成水土流失和土地沙化的生态脆弱地区实行退耕，虽减少了粮食生产的物质基础，但通过改变其空间分布格局，对耕地质量、耕地平均海拔和高度均产生影响，由此使得土壤侵蚀模数下降、水源涵养能力提高，有效地改善了生态环境，显著提升了粮食生产系统的可持续性。整体而言，退耕还林还草提升了粮食生产系统的可持续性，生态安全对粮食安全存在着正向的促进作用。     

陕北治沟造地工程对耕地分布及植被恢复的影响——以延安市顾屯流域为例

[目的]研究陕北地区治沟造工程对耕地分布及植被恢复的影响,为同类地区耕地整治方向及优化布局提供科学参考。[方法]以延安市顾屯流域为例,基于ENVI和ArcGIS,通过目视解译、核密度估计及NDVI对此展开相关研究。[结果]①治沟造地工程后,耕地更集中分布于沟谷,耕地整体破碎度降低,耕地质量提高;②缓坡耕地比例增加,耕地结构得到优化,但陡坡耕地仍然占有一定的数量,需继续优化;③基于核密度分析,耕地质量高的中—低密度区面积增加,耕地质量低的中高—高密度区面积减少,较高质量耕地比例提升;④流域内NDVI整体呈现"山下低,山上高"的规律,治沟造地后流域内植被情况得到良好改善;⑤退耕还林区域、边坡治沟造地工程段植被均得到了良好的改善。[结论]治沟造地工程使耕地质量和植被生态状况均得到一定程度的改善,但仍然存在诸如水土流失、盐渍化、边坡失稳等问题,应立足于生态文明建设,权衡各方面利弊,为黄土高原的高质量发展服务。     

陕西省植被覆盖时空变异及其恢复潜力

[目的] 系统分析退耕还林以来植被覆盖时空变异特征,评估植被恢复的潜力,为陕西省生态环境建设的可持续发展提供科学的理论依据和实施建议。[方法] 以MODIS NDVI数据为基础,采用Sen+Mann-Kendall模型和Hurst指数探究了2000-2020年陕西省及秦巴山区、关中平原和黄土高原3个亚区植被覆盖度(fractional vegetation cover,FVC)的时空变化特征,并运用相似生境法测算了不同区域的植被恢复潜力。[结果] ①2000-2020年陕西省FVC增长率为0.002 9/a,74.58 %的区域有所改善。其中:黄土高原区FVC改善面积达84.46 %,且以显著改善为主;秦巴山区FVC改善面积为74.40 %,以轻微改善为主;而关中平原区FVC具有退化趋势,退化区域占64.56 %。②全省FVC持续性改善面积占19.80 %,黄土高原区和秦巴山区以持续性改善为主,面积比例分别为27.83 %和13.68 %,而关中平原区以持续性退化为主。③黄土高原区西北部及其与关中平原接壤地带的植被恢复空间较大,而子午岭林区植被恢复空间较小;秦巴山区森林覆盖率较高,几乎没有恢复空间;关中平原受城市化的影响,植被恢复空间小。[结论] 近几十年来,陕西省植被覆盖度显著提高,但受气候、地形、植被类型和人类活动等因素的影响,植被覆盖变化具有明显的空间异质性。陕西省植被恢复的增长速度趋于放缓,持续改善能力已经较低,植被覆盖趋于平稳,但是黄土高原西北部地区及其与关中平原的接壤处植被覆盖恢复潜力仍较大。     

1983－2009年黄土高塬沟壑区耕地结构特征演变分析

为明确退耕还林前后黄土高塬沟壑区耕地数量和空间结构演变规律,以长武县为例,基于土地利用结构内涵,采用GIS技术和定量指标,对1983年、1993年和2009年黄土高塬沟壑区耕地数量和空间结构进行定量分析。结果表明:长武县3个时期的耕地数量分别为292.1、181.3和159.2km2,耕地减少主要位于0～2°,>15～25°和>25°坡度耕地,相对于1983年、1993年分别下降了29.6%、48.9%、60.1%和15.6%、15.7%、48.8%,耕地与其他地类的相互转化频繁。该区0～6°缓坡耕地主要转化为园地和居工地,>15°的陡坡耕地主要转化为林地和未利用地(荒草地)。结构分析表明耕地数量的坡度分布趋于合理,缓坡耕地空间结构上向均匀性、核心板块的团簇式发展,陡坡耕地主要以核心斑块的分散分布为主。耕地在过去30a是一个优化的过程,其结构演变有利于资源优化配置利用和农业集约化发展。1983-1993年期间的退耕为种植业效益驱动下农户自发性质的退耕或者弃荒,1993-2009年期间则是科学宏观退耕并对前期自发退耕地和弃荒地的整理利用。该文为区域土地利用管理和政策制订提供了借鉴和参考。     

保护性耕作是防止沙尘暴发生的有效途径

由于黄土高原退耕还林工程涉及区域广阔，推进迅速，实施经验欠缺，因此目前存在科学规划、充分论证、有序推进不力，造林成活率低．科技支撑不足等不容忽视的问题。根据黄土高原退耕还林工程的现状及相关调查研究结果，谨提出建议如下：(1)明确退耕还林工程在生态建设中的正确定位；(2)增强退耕区生态环境建设与实施综合治理的政策可操作性；(3)加大配套措施实施力度，确保退耕成果不反弹；(4)国家应明确政策，支持封禁，促进植被自然恢复；(5)重视粮食的风险问题与对策。     

贵州省岩溶山区旱坡耕地梯化的环境效应研究

1997～1999年3年时间,在田间生产条件下,研究贵州岩溶山区旱坡耕地梯化的环境效应,结果表明：可防治水土流失和石漠化扩展;为大于25度的旱坡耕地退耕还林,准备了较好的立地条件;提高小于25度旱坡耕地的粮食作物产量近20%,为陡坡耕地顺利退耕提供物质保障;本旱坡耕地梯化技术,操作简便、易行,投资少,见效快。     

基于GIS的黄土高原土地坡度构成及垦殖率地域分异研究

土地坡度构成和土地开垦情况是影响土壤侵蚀强度的重要方面。利用 GIS方法对黄土高原土地资源进行分析 ,探讨了利用地理信息系统技术来确定黄土高原县域不同坡度级的土地面积比例、耕地面积比例和垦殖率及其空间分布。研究表明 :黄土高原地区土地和耕地≥ 15°和≥ 2 5°比例较大的县主要集中在黄河中游几条支流流域和六盘山及以西地区。在这些地区 ,≥ 15°陡坡地的垦殖率在 0 .1以上 ,有些地区达 0 .5 ,是黄土高原陡坡耕地主要集中区 ,也是侵蚀严重的地区。     

基于GIS的彭阳县退耕还林(草)决策分析

以彭阳县为例,根据退耕还林(草)原则,应用GIS技术的空间分析功能,提取15°坡以上耕地、未利用土地的数据,进行与退耕还林(草)决策相关的坡度、土壤侵蚀、水系等多源数据的GIS叠加分析,确定了彭阳县退耕还林(草)的区域,将退耕还林(草)的任务落实到了具体的地块,并将退耕区域划分为急需退耕区、后续退耕区、规划退耕区三个级别,以指导退耕工作的合理有序进行。     

气候变化和人类活动对吴起土壤侵蚀的影响

通过分析GIMMS和SPOT VEGETATION的NDVI数据,1997年和2007年TM卫星数据,以及吴起降水、径流、输沙量等资料,利用相关分析,回归分析,并建立数学模型,得出结论。发现吴起1999-2007年9 a中NDVI增加了24.4%,退耕前后NDVI比较,冬季的变化较小,植被生长季节的4-10月NDVI有明显的差值,平均相差0.039,9月相差最为明显,达到0.062,其次是5月、10月和8月。与1997年相比,到2007年吴起县有75.15%耕地不再耕种,退出的耕地主要变为草地、林地和果园;林草覆盖率增加显著,由1997年的37.06%提高到2007年的80.60%;高坡度耕地绝大部分实现退耕,>25°的坡耕地80%～90%实现了退耕;低植被覆盖度的土地面积在大幅度减少,相反高植被覆盖度的土地面积在大幅度增加,退耕还林（草）的成绩是显著的,生态环境有了明显的改善。模型计算表明,退耕还林工程产生了较明显的水土保持效益,平均减水效益32%,减沙效益53.6%,土壤侵蚀明显降低。人类活动因素的贡献率远大于降水因素。