基于GIS重庆土壤侵蚀及土壤保持分析

土壤侵蚀作为一个重大的全球环境问题,严重地威胁着区域生态环境质量和社会经济。在考虑植被覆盖度与土壤侵蚀关系的前提下,通过查表法,构建不同土地覆盖类型和不同植被覆盖度下的C值图层,并基于地理信息技术(GIS)和通用土壤侵蚀方程(USLE)估算了重庆地区土壤侵蚀量,土壤保持量和土壤保持价值。结果表明:重庆地区2010年土壤侵蚀量约为2.23亿t/a;土壤保持量约为14.69亿t/a。利用市场价值法,机会成本法和影子工程法评价了各类生态系统土壤保持的生态价值。研究区2010年土壤保持价值相对于2006年有所提升,2010年生态系统因防止土壤侵蚀而产生的土壤保持总价值约为6.18×105万元,其中保持土壤养分的价值为5.44×105万元;减少废弃地的价值为2.65×104万元;减轻泥沙淤积灾害的价值为4.78×104万元。各生态系统类型中,森林生态系统土壤保持价值量最大,单位面积价值最高。     

青藏高原生态系统服务功能的价值评估

青藏高原具有丰富多样的生态系统类型 ,这些生态系统不仅生产了大量的产品 ,而且提供了巨大的生态服务功能。根据计算表明 ,高原生态系统 2 0 0 0年生产的产品经济价值为 170× 10 8元。生态服务功能中年固碳总量为 15× 10 8t,释放氧气量为11× 10 8t。根据二氧化碳固定量和氧气释放量估算的调节大气的服务价值总计为 10 0 15× 10 8元。以高寒草甸和高寒草原为主的草地生态系统具有重要的水源涵养功能 ,每年高原生态系统的水源涵养量达 2 6 12× 10 8m3,其经济价值为 174 4× 10 8元。森林的净化功能价值大约为 2 5 5× 10 8元。高原生态系统产品的经济价值与生态服务功能价值的比值为 1:70 ,显然 ,高原生态系统的生态服务价值远远高于直接使用价值。因此 ,保护生态系统和生物多样性是维持生态系统稳定和保育高原生态过程的根本     

中国草地生态系统服务功能间接价值评价

草地是我国陆地面积最大的生态系统类型 ,对维持我国自然生态系统格局、功能和过程具有特殊的生态意义。目前 ,草地退化导致的区域生态问题越来越突出 ,评价我国草地资源生态服务功能的经济价值 ,尤其是其潜在的生态调节功能和生命支持功能的价值 ,对于制定合理的区域生态保护和经济开发决策、保护和恢复草地生态系统具有重要意义。构成草地生态系统服务功能间接价值的功能指标主要包括侵蚀控制、截留降水、土壤 C累积 (气候调节 )、废弃物降解、营养物质循环、空气质量调节、文化多样性和生境提供等。本研究选取其中的侵蚀控制、截留降水、土壤 C累积、废弃物降解、营养物质循环和生境提供 6类功能进行了评价 ,基于服务功能机制对其物质量评价方法进行了探索 ,并在此基础上对其生态经济价值进行了评价 ,得出我国草地生态系统 6类服务功能的年生态经济价值分别为 2 2 8.2 1× 10 8、6 92 .0× 10 8、6 5 75 .0 6× 10 8、2 2 8.35× 10 8、832 .6 2× 10 8和2 4 6 .77× 10 8元人民币 ,6类功能的总价值为 880 3.0 1× 10 8元。研究结果表明 ,草地生态系统除为社会提供直接产品价值外 ,还具有巨大的间接使用价值 ,而且这种价值对人类的贡献与提供产品本身同样重要。今后草地生态系统服务功能及其价值评价     

森林生态系统土壤保持价值的年内动态

以定位观测数据位基础,选用日雨量模型和通用土壤流失方程,研究了5种森林生态系统土壤保持价值的年内动态。研究表明,季节雨林、次生林、人工橡胶林、阔叶红松林和次生白桦林的土壤保持价值分别为570.29、347.87、174.65、14.31元.hm-.2a-1和8.76元.hm-.2a-1。土壤保持价值各月分配不均,5-10月的土壤保持价值占全年土壤保持价值的80%以上。西双版纳3种森林生态系统土壤保持价值构成中,保持土壤养分的价值高达60%以上。长白山2种森林生态系统的土壤保持价值构成有所不同,阔叶红松林以减少泥沙淤积价值为主,而次生白桦林以保持土壤养分价值为主。土壤保持价值构成中,减少废弃地价值的不足总价值的10%。     

小良热带植被生态恢复过程土壤保持的经济价值动态特征

以热带植被退化生态系统恢复过程中的长期连续的动态监测资料为基础,应用时空互代法、机会成本法、市场价值法和影子工程法等方法,对小良极度退化生态系统的热带植被恢复中的土壤保持生态经济动态特征进行研究。结果表明：（1）退化森林生态系统恢复到30a林龄时土壤保持量已趋于饱和。边际效用递减到0时土壤保持总效用达到最高,土壤侵蚀基本控制。（2）土壤保持的经济价值具有时效依赖性。退化生态系统植被在20a林龄前恢复经济价值呈快速增长;20a林龄后增长趋势放缓,人工植被对水土的保持能力基本接近天然混交林;（3）土壤保持的经济价值同生态效应具有一致性。小良退化生态系统恢复到20a林龄,林木林冠较茂密,郁密度达到85%左右,土壤肥力增加,土壤侵蚀基本得到控制,同时植物多样性和生物多样性指数增高,其经济价值呈快速上升趋势,到20a林龄后土壤保持经济价值增长趋势平缓。（4）恢复的森林生态系统在不同林龄时的土壤保持经济价值与一些区域自然森林生态系统具有一致性。     

澜沧江流域生态系统土壤保持功能及其空间分布

基于改进的通用土壤流失方程对澜沧江流域生态系统的土壤保持功能及其空间分布特征进行分析.结果表明:澜沧江流域是我国生态系统土壤保持能力最高的区域之一,其年均土壤保持量为2.36×1010 t·a-1,单位面积土壤保持量为1453.72 t·hm-2;土壤N、P、K元素保持量分别为5.74×107、3.07×107和3.75×108 t·a-1,从上游至下游呈递增趋势.各类生态系统中,森林生态系统土壤保持能力最高,草地和农田其次,荒漠生态系统最差.不同生态系统的土壤保持能力均随植被盖度的增加呈线性增长.澜沧江流域生态系统的植被盖度每增加10％,其土壤保持能力平均增加35.3％.在对该区域生态系统进行保护的基础上,因地制宜地合理增加植被盖度对防治土壤侵蚀、保持土壤养分可以起到良好效果.     

海南岛生态系统土壤保持功能空间特征及影响因素

土壤保持是生态系统提供的重要调节服务之一,在区域侵蚀控制以及生态安全的维持方面具有不可替代的作用.以基于生态系统服务价值化和权衡得失综合评价工具InVEST,对海南岛生态系统土壤保持功能的空间特征及其影响因素进行了分析与探讨.结果表明:(1)海南岛土壤保持总量为8.16×108 t,平均单位面积土壤保持量为247.28 t·hm-2·a-1,空间上呈现中部高四周低的分布格局,中部山区国家级生态功能保护区在土壤保持功能的保育方面发挥着重要作用;(2)不同生态系统类型的土壤保持功能从大到小依次为:灌丛＞天然林＞草地＞橡胶林＞浆纸林＞热作园＞水田＞旱地＞红树林＞防护林,自然生态系统整体优于人工生态系统;(3)除自然因素外,经济发展、人口增长以及农田扩张都是影响土壤保持功能的重要因素,其中单位面积地区生产总值、单位面积第一产业生产总值、人口密度以及农田比例与单位面积土壤保持量显著负相关(P＜0.05),橡胶林比例与土壤侵蚀强度显著正相关(P＜0.01),说明海南岛的经济发展与人口增长会削弱生态系统土壤保持功能,应权衡它们之间的关系,探索一条发展经济与保护生态系统土壤保持功能并举的可持续发展之路.     

昆嵛山自然保护区生态系统服务功能价值评估

昆嵛山自然保护区是中国的赤松原生地和天然分布中心,分布有我国面积最大、保护最为完整的天然赤松林生态系统.以昆嵛山自然保护区的自然生态系统为研究对象,从物质量与价值量的角度,采用影子工程法、机会成本法、市场价值法等研究方法,对其生态系统服务功能的直接价值和间接价值进行了评估.结果表明,昆嵛山自然保护区的生态系统服务功能价值达4.99×108元/a,其单位面积的经济价值为32351元/(hm2· a),其中直接价值为0.32×108元/a,仅占到总服务功能总价值的6 42%,而间接价值高达4.67×108元/a,两者之比接近1 ∶ 15,间接价值中大小顺序依次为:涵养水源>净化空气>维持生物多样性>土壤保持>固碳释氧>娱乐文化价值.昆嵛山自然保护区面积仅占到烟台市牟平区的9.71%,但贡献的生态服务价值可相当于牟平区2003年GDP的7.00%,从人均来看,当地每人每年可获得其生态服务价值达1039元.研究结果表明,昆嵛山自然保护区对维持当地可持续发展具有举足轻重的作用.     

中国森林生态系统服务功能及其价值评价

针对我国森林生态系统服务功能及其价值评估相对滞后的局面,提出尽快开展我国森林生态系统服务功能及其价值评估的研究工作.首先,在我国森林生态系统类型划分的基础上,研究不同森林生态类型(包括人工和半人工森林生态类型)的服务功能,将我国各类森林总体服务功能划分为林木产品、林副产品、森林游憩、涵养水源、固碳释氧、养分循环、净化环境、土壤保持和维持生物多样性八大类型.其次,在Costanza等提出的全球生态系统服务功能评价指标的基础上,结合我国森林生态系统的特点,针对不同的森林生态系统类型,分别提出和建构一系列可用于我国不同类型森林生态系统价值评估指标体系.利用该指标体系估算出我国森林生态系统服务功能的总价值为30601.20×10⁸元,其中直接经济价值和间接经济价值分别为1920.23×10⁸和28680.97×10⁸元,间接经济价值是直接经济价值的14.94倍.该研究的目的在于尽快将自然资源和环境因素纳入国民经济核算体系而最终为实现绿色GDP提供基础,为实现可持续发展和生态环境保护提供科学依据.     

中国森林生态系统服务功能价值评估

森林作为陆地生态系统的主体,在全球生态系统中发挥举足轻重的作用,其服务功能价值的评估是研究的一个热点。本研究根据全国第5次资源清查资料(1994~1998年)及Costanza等人的计算方法估算了我国森林生态系统八项服务功能的总价值为30601.20×108yuan/a,其中间接价值是直接经济价值的14.94倍;在我国森林生态系统中,单位面积的各种森林生态系统所提供的年平均价值为23095.25yuan/(hm2·a)。在森林涵养水源、固碳释氧、营养物质循环、净化空气和保护土壤五项服务功能中,热带雨林、季雨林单位面积所提供的价值量最大为32417.45yuan/(hm2·a),温带荒漠单位面积所提供的价值最小为12507.90yuan/(hm2·a);在森林生态系统各项服务功能价值的贡献之当中,其大小顺序依次为:固碳释氧>净化空气>土壤保持>涵养水源>养分循环>林木、林副产品〉维持生物多样性〉森林游憩。该研究的目的在于尽快将自然资源和环境因素纳入国民经济核算体系而最终为实现绿色GDP提供基础,为我国可持续发展的政策与生态环境保护提供科学依据。     

海南岛生态系统土壤保持空间分布特征及生态经济价值评估

在地理信息系统的支持下 ,采用通用土壤流失方程 ( USLE)及其修改式估算了海南岛现实土壤侵蚀量和潜在土壤侵蚀量 ,得到了海南岛生态系统土壤保持的空间分布特征 ,研究表明 :中部山区的生态系统的土壤保持能力较其它地区大 ,全岛年土壤保持总量为 1 .58× 1 0 7t,并利用市场价值法 ,机会成本法和影子工程法评价了各类型生态系统的土壤保持价值。海南岛年土壤保持总价值为 74 92 .4 1万元 ,其中减少土地废弃价值为 4 9.37万元 ,保护土壤肥力价值为 72 74 .2 2万元 ,减轻泥沙淤积价值为 1 68.82万元     

湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能

土壤持水性能是决定生态系统水源涵养能力的关键,是自然保护区生态服务功能的重要方面。以湖南省乌云界自然保护区为研究区域,选取森林、灌丛、竹林和草地4个典型生态系统,采用野外调查采样和室内分析的方法研究了土壤的物理性质和持水性能。结果表明,乌云界4种典型植被下表层0—20cm土壤有机质含量普遍较高(>76 g/kg)、容重较低(<0.85 g/cm3)、团聚体稳定性较强(>5mm水稳性团聚体达22.7%—52.3%),表明保护区土壤的结构发育总体上较好。森林和竹林土壤具有较多的大孔隙和较高的饱和导水率,有利于天然降水向地下水的转化,而灌丛和草地土壤毛管孔隙度则相对较高,其土壤中能够保持更多的有效水分。乌云界自然保护区4个典型生态系统0—40cm土层土壤重力水容量为:森林(83.5 mm)>竹林(79.2mm)>灌丛(66.9 mm)>草地(43.8 mm),有效水容量为:草地(128.7 mm)>灌丛(111.6 mm)>森林(95.9 mm)>竹林(83.9mm)。在明晰土壤总蓄水容量(>0 MPa)、重力水容量(0—0.01 MPa)、有效水容量(0.01—1.5 MPa)、无效水容量(>1.5 MPa)等概念的基础上,建议用重力水容量和土壤有效水容量两个指标来评价生态系统土壤的水源涵养功能,其中土壤重力水容量可以反映生态系统补充地下水和调控河川径流量的能力,而土壤有效水容量可以反映生态系统本身保蓄水分的潜力,这些指标均可以通过土壤水分特征曲线进行求算。乌云界自然保护区森林和竹林土壤对于补充地下水和调控河川径流量的能力较强,而灌丛和草地土壤保蓄水分的能力较强。     

城郊生态系统土壤安全:问题与挑战

土壤作为地球表层系统物质和能量迁移转化的关键节点,其生态功能受到城市化快速发展的严重影响,土壤安全面临严峻的挑战。城郊生态系统受到城市和乡村的双重影响,具有复杂的景观结构和剧烈的动态变化,土壤安全问题更为突出和复杂。基于文献计量学方法,对1990—2017年发表的相关文献进行了统计,梳理和总结了城郊生态系统土壤安全研究的趋势和热点问题,对城郊生态系统中土壤安全面临的问题,及其特殊性、复杂性进行了重点论述,明确了当前快速城市化发展过程中城郊土壤安全研究面临的问题和挑战。建议今后的城郊生态系统土壤安全研究应加强区域尺度上的综合和不同城市发展模式下地区之间的比较,明确城市扩张对城郊生态系统土壤安全的影响机制;建立和完善基于"土壤安全"的城郊生态系统服务评价框架,深入研究城郊生态系统格局-过程-服务之间的关系;明确解析城郊土壤主要污染物来源及其复合污染状况,并结合区域特征,因地制宜开展科学的生态规划,优化城郊景观格局,提升城郊地区土壤安全与生态系统服务功能;明确土壤安全在城郊生态系统可持续发展目标中的重要性,建立科学合理的管理政策。     

Using 137Cs technique to quantify soil conservation capacities of different ecosystems in Wolong Natural Reserve, southwestern China

Reliable information about soil conservation capacities of different natural ecosystems is an important reference for the design of targeted erosion and sediment control strategies. The objective of this paper is to quantify the soil conservation capacities of different natural ecosystems that can represent different climatic zones. The 137Cs technique has been used to estimate soil redistribution rates in different natural ecosystems over the past 40 years in Wolong Nature Reserve. The reserve, transiting from the Chengdu plain to the Qinghai-Tibet plateau, maintains rich ecosystems from subtropical to frigid.The net soil erosion rates of 5 selected ecosystems that represent a warm coniferous-broadleaf-mixed forest, a cold-resistant deciduous taiga forest, a cold-resistant shrub, an evergreen cold-resistant taiga servation capacities are reversed in order. The reference inventories for 137Cs in different ecosystems velop effective erosion and sediment strategies in areas with similar climates should consider natural ecosystem types.     

2000—2010年我国重点生态功能区生态系统变化状况

分析了2000—2010年我国水源涵养型、水土保持型、防风固沙型、生物多样性维护型重点生态功能区的生态系统结构、质量与核心服务的变化.结果表明: 近11年来,水源涵养型重点生态功能区的森林、草地面积减少,水体与湿的面积增加,森林、草地、湿地生态系统水源涵养总量增加了2.9%,该类区域需要遏制森林、草地的减少趋势.水土保持型重点生态功能区的农田面积减少,而森林、草地、水体与湿地的面积增加,土壤侵蚀总量减少了28.2%,生态系统土壤保持总量增加了38.1%.防风固沙型重点生态功能区的农田、森林面积增加,草地、水体与湿地的面积减少,单位面积土壤风蚀量下降,单位面积防风固沙服务量有所提升,该类区域多位于干旱半干旱区,需要减少农田面积,优先保护原有生态系统.生物多样性维护型重点生态功能区的草地、荒漠面积减少,其他类型的面积有所增加,人类扰动呈现微弱的上升趋势,该类区域需要减少人类干扰.重点生态功能区应该针对核心服务和保护目标,分类分区开展生态系统保护、改善及其效果的定量综合评估.     

辽西半干旱区典型人工林生态系统的水土保持功能

从森林生态系统地表径流和土壤侵蚀角度对辽西半干旱区5种人工林生态系统的水土保持功能进行了定量研究．结果表明：不同类型人工林生态系统可以有效地减少地表径流及土壤侵蚀．油松纯林、油松-沙棘混交林、沙棘林、小叶杨纯林和小叶杨-沙棘混交林6—9月的月平均地表径流系数分别为荒山（对照）的10．1％、6．5％、2．3％、8．6％和5．3％,土壤侵蚀量分别为荒山的2．65％、0．96％、0．15％、2．32％和0．69％．5种人工林生态系统中,沙棘林的地表径流量和土壤侵蚀量最小,水土保持功能最佳．     

Using 137Cs technique to quantify soil conservation capacities of different ecosystems in Wolong Natural Reserve, southwestern China

Reliable information about soil conservation capacities of different natural ecosystems is an important reference for the design of targeted erosion and sediment control strategies. The objective of this paper is to quantify the soil conservation capacities of different natural ecosystems that can represent different climatic zones. The ¹³⁷Cs technique has been used to estimate soil redistribution rates in different natural ecosystems over the past 40 years in Wolong Nature Reserve. The reserve, transiting from the Chengdu plain to the Qinghai-Tibet plateau, maintains rich ecosystems from subtropical to frigid. The net soil erosion rates of 5 selected ecosystems that represent a warm coniferous-broadleaf-mixed forest, a cold-resistant deciduous taiga forest, a cold-resistant shrub, an evergreen cold-resistant taiga forest, and an alpine meadow are 0.17, 0.16, 0.13, 0.11 and 0.06 kg·m⁻²·a⁻¹, respectively. Their soil conservation capacities are reversed in order. The reference inventories for ¹³⁷Cs in different ecosystems range from 1658 to 3707 Bq·m⁻² with the altitude. Results of this study indicate that any attempt to develop effective erosion and sediment strategies in areas with similar climates should consider natural ecosystem types. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 40321101)     

土地利用变化对海南土壤水源涵养功能的影响

热带地区已有大量原始林转变为其他土地利用类型,影响了陆地生态系统的水源涵养功能.为了明确热带原始林转变为其他土地类型对土壤水源涵养功能的影响,在海南中部山区选择4种典型土地利用类型,包括林龄大于100年的原始林(VF)、10年生次生林(SF)、12年生槟榔林(AF)和35年生橡胶林(RF),评估土地利用变化对土壤持水性能和水源涵养功能指数(SWI)的影响.结果表明: 与原始林相比,表层土壤(0～10 cm)中,其他土地类型土壤持水性能指标均降低,12年槟榔林各土层指标均最低.土壤含水量和最大持水量与植被郁闭度、土壤有机质和土壤容重显著相关,表明郁闭度、土壤有机质和紧实度的改变是土壤持水性能变化的重要原因.与原始林相比,次生林、槟榔林和橡胶林土壤水源涵养功能分别减少27.7%、54.3%和11.5%,不同土层的差异各异,橡胶林仅表层土壤水源涵养功能显著降低.植被郁闭度、土壤有机质和土壤容重可解释土壤水源涵养功能变量的83.3%.土地利用转变显著改变了土壤持水性能和土壤水源涵养功能,相比12年槟榔林,35年橡胶林能更好地保持土壤水分,土地管理中增加土壤有机质和减少土壤紧实度可改善土壤持水性能及水源涵养功能.