桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应及其空间尺度特征

Study on ecosystem service values (ESVs) is the bridge of understanding ecosystem and economic decision-making. To investigate the response of ESVs to ambient environment and their spatial scales is an urgent work in the process of ecological restoration and sustainable development in southwest China. Based on the previous research results, the remote images, and weather data of 31 years (1975-2005), the response of ESVs to ambient environment and their spatial scales in a typical karst area of northwest Guangxi, China were evaluated with the method of empirical mode decomposition (EMD) in this paper. The results showed that ESVs had obvious variations with changes in elevation, rocky types and soil types, and had corresponding characteristics of spatial scales. The ESVs in middle and low elevation areas were higher, but they decreased due to human activities such as deforestation. The ESVs in peak-cluster depression areas were lower, and they would increase as influenced by policies such as returning farmland to forestland. The ESVs were influenced by rocky types, showing lower values but an increasing trend in the typical karst regions while higher values but a decreasing trend in non-karst regions. The average ESVs in the west part of the study region, which is not only the main nature reserve for rare wildlife species in Guangxi, but also one of the best preserved natural vegetation regions in China, were more than 15,000 RMB Yuan ha-1,. Comparatively, the ESVs were less than 10,000 Yuan ha-1 in the middle part of the region attributed to low vegetation coverage, serious peak-cluster depression and karst rocky desertification. After about 20 years, that is from 1985 to 2005, the ecosystem conditions had been improved and the ESVs had increased in the middle and eastern part of this study region. On the contrary, in most western part, which was dominated by subtropical evergreen broad-leaved forest, they had been worsened, and the balance values of ESVs were negative. As for the relationships of ESVs with rocky types and soil types, lime soil and red soil were the two main soil types that contributed to ESVs (The total contribution was above 60%, and it is 63.77%,64.37%,64.56%,64.91% respectively in the four years of 1985, 1990, 2000 and 2005.). The variance contribution of intrinsic mode function (IMF) and trend (R) showed that there were obvious special sales for ESVs in this study area, and the main spatial scales were about 2.7 km, 5.5 km, and 11.6 km. The variance contribution ratio was 12.29%, 11.26%, 11.49% respectively, and the trend (R) was high (17.74%). In conclusion, this study indicated that ecosystem conditions in the typical karst area were improved owing to the application of rocky desertification control policies, such as ecological migration and returning farmland to forestland. Besides, the main spatial scales of ESVs in the study area were the interactions of terrain, physiognomy, land use / land cover and human activities.     

基于林业清查资料的桂西北植被碳空间分布及其变化特征

基于2005-2010年林业资源清查数据,采用材积源生物量法,运用地理信息系统技术,估算和分析了桂西北植被碳密度及其储量的空间分布及其变化。结果显示:(1) 研究区域从2005年到2010年呈现碳汇变化趋势,植被碳储量由4.19×10⁴t增加到4.27×10⁴t(增幅为1.84%),植被碳密度从29.04t/hm²增加到29.57 t/hm²。(2) 从治理措施、林种起源方式及林种类型来看,自然保护区的植被碳密度最大,超过40 t/hm²。2005-2010年,人工植苗、直播、飞播和萌生方式植被碳密度增加,退耕还林工程的植被碳密度均呈明显增长(增加3.00 t/hm²),所有林种碳密度都呈不同程度的增长。 (3)植被碳密度空间分布上,大致表现为西部高、中东部低,北部高、南部低。西部区植被碳密度均值超过40 t/hm²,中东部区植被碳密度均值低于25 t/hm²。植被碳密度变化在空间分布上表现为无论是非喀斯特区还是喀斯特区的植被碳密度都有增长趋势,其中有7个县市植被碳密度升级为更高等级。研究表明,随着退耕还林、生态移民等治理措施的实施,区域植被碳密度显著增加,生态环境好转。     

桂西北喀斯特区域植被变化趋势及其对气候和地形的响应

基于1999—2010年的SPOT NDVI数据,分析了河池市植被变化趋势及空间差异,并结合气象和地形数据分析了植被与气候、地形的关系。结果表明:(1)桂西北喀斯特地区植被变化总体上呈恢复趋势,年均气候因子对植被变化的作用不明显;(2)200—500m的海拔范围内植被恢复显著,但400—500m的海拔范围内有小面积植被退化现象,随着海拔增加,植被变化趋于稳定;(3)6—15°的坡度范围内植被恢复最显著,而2—6°及大于25°坡度范围存在植被退化的现象;(4)不同坡向上的植被恢复差异不明显,但随着坡向由阴坡转阳坡,植被总体恢复呈减小趋势。喀斯特地区人类生态建设取得一定成效,但由于人类活动的负面影响,在海拔400—500m、坡度大于25°的阳坡区域仍存在植被减少的现象。     

喀斯特峰丛洼地石漠化治理与生态服务提升技术研究

针对峰丛洼地区域石漠化面积削减较为迅速、亟需从前期治理侧重遏制面积扩张转向生态服务提升为主的新阶段后面临的治理投入与分区较为粗放、治理技术与模式缺乏针对性、综合效益亟待提升等问题,以生态服务提升为核心目标,系统研究生态工程实施以来区域石漠化演变的关键因子、水土流失/漏失关键过程与调控、植被恢复与人工诱导提升土壤生态功能机理,突破面向生态功能优化的区域生态系统监测评估、表层岩溶水生态调蓄与高效利用、有机物资源利用与退化土壤肥力提升、耐旱型植物群落构建与规模化建植、可持续性生态衍生产业培育等关键技术,形成生态服务提升与民生改善的区域石漠化治理系统性解决方案,为石漠化治理二期工程与扶贫提供科技支撑与示范样板。     

生态工程背景下西南喀斯特植被变化主导因素及其空间非平稳性

我国西南喀斯特地区石漠化面积已实现净减少,植被状况具有明显改善。为了更清晰的了解该区植被变化情况及其影响因素的区域差异,采用长时间序列遥感数据,综合运用空间自相关分析、主成分分析(PCA)和地理加权回归(GWR)等研究方法,分析生态工程实施以来滇桂黔喀斯特植被变化及其主要影响因素的空间非平稳性。结果表明:与1982—2000年相比,2001—2011年生长季归一化植被指数(GSN)在整个研究区域都有增加且具有显著的空间集聚性(Ig为0.90),但增加程度在空间上具有差异性(变异系数为43%);影响滇桂黔植被变化的主要因素包括气候因子、土壤质地、人类活动、水分有效性、土壤养分和社会经济条件,且对植被变化的影响程度随地理位置的变化而变化。不同工程地貌类型区内,影响植被变化的主导因素不同,且存在显著的空间差异性,需综合考虑植被变化主导因素的区域差异来调整或改进后续生态工程措施。     

桂西北石漠化空间分布及尺度差异

运用研究区TM影像,结合GIS&RS技术等手段建立桂西北石漠化基础数据,通过多元逐步回归、冗余分析(RDA)研究了不同尺度上桂西北石漠化与相关因子的关系,探索石漠化的空间分布规律及尺度差异性.结果表明,自然因素对石漠化分布的影响大于人为因素,人为作用的影响随着石漠化等级的提高而增大.石漠化空间分布的控制因子存在尺度转移.在县级尺度上,土壤类型起决定性作用,石质土对石漠化的贡献率最大;在乡镇尺度上,地形与土地利用类型的影响更重要,石漠化因子的重要性排序为山地比例>平均高程>裸岩地>石灰土>未利用地>石质土.两个尺度上,极强度石漠化均表现为人为活动的结果.由于石漠化空间分布的控制因子存在尺度差异,部署石漠化恢复治理任务时,需遵从其空间分布的规律.     

基于RBFN的桂西北喀斯特区植被碳密度空间分布影响因素分析

在2010年植被碳密度空间分布结果的基础上,通过13个环境因子的1377个样点数据,建立径向基函数网络(Radial Basis Function Network,RBFN)模型,对桂西北喀斯特区植被碳密度空间分布的影响因素进行了初步探讨。研究结果显示:对该区植被碳密度空间分布影响最为重要的前4位为地类、森林类型、林种和植被类型4个因子,其标准化重要性分别在50%以上;其次为石漠化程度、腐殖层厚度、面积等级、植被总覆盖度和土层厚度5个因子,其标准化的重要性分别在15%—30%;影响最小的是坡位、坡度、坡向和海拔4个地形因子,其标准化重要性仅2%—11%。研究表明地形因子对植被碳密度空间分布影响有限,更为重要的是土地类型、森林类型、林种和植被类型等可通过人为活动改变的因素,因此生态环境移民、退耕还林等石漠化治理措施对植被碳密度空间分布具有重要影响。     

基于TM影像的白云岩与石灰岩上喀斯特植被时空变化差异研究

喀斯特土壤主要由白云岩和石灰岩风化而来,植被生长及其分布究竟怎样响应这一特殊地质背景?以人为干扰影响较小的喀斯特自然保护区为研究对象,采用监督分类法对1990年和2011年两期TM影像进行植被分类,并利用景观格局分析方法研究两种岩性上植被变化差异。结果表明,1990年和2011年研究区内两种母岩上均以乔木林和乔灌为主,草灌和草丛分布少,白云岩上乔木林的面积比例大于石灰岩上的比例,而草灌和草丛小于石灰岩上的比例;近20年来白云岩与石灰岩上草丛、草灌、灌丛和乔灌均以正向演替为主,但白云岩上正向演替比例大于石灰岩上的比例;两种岩性上植被斑块连接性均增强、破碎程度均降低,白云岩上植被斑块的破碎化程度和多样性指数较石灰岩上低,内部连接性强。由此可见,喀斯特白云岩较石灰岩有利于草丛、草灌的自然恢复,岩性引起的水土资源配置和养分地球化学循环过程差异制约着喀斯特地区植被的时空格局。     

喀斯特石漠化综合治理及其区域恢复效应

国家加大生态保护与建设力度背景下,我国西南喀斯特石漠化面积实现"持续净减少",面临由传统高强度人为干扰向大规模自然恢复与人工造林的转变,石漠化治理也面临转型。现有喀斯特生态研究已阐明了喀斯特脆弱生态系统人为干扰退化机制,初步揭示了生态治理改善生态系统结构与功能的恢复机理,突破了保土集水与植被恢复的适应性石漠化治理技术与模式,评估了石漠化治理显著加速区域植被生长与恢复的固碳效应。但目前石漠化治理面临着治理成效巩固困难、治理技术与模式缺乏区域针对性、大规模低效人工林亟待改造、社会人文驱动机制不清等问题。未来喀斯特生态恢复应聚焦石漠化治理提质增效,从侧重单一生态要素、单一生态过程的研究向多要素综合、多过程综合以及喀斯特地表-地下过程耦合、景观格局与生态过程耦合、生态过程与生态系统服务耦合、自然与人文过程耦合等陆地表层系统集成的方向发展,为我国西南喀斯特地区石漠化治理与扶贫开发成效巩固、乡村振兴与美丽中国战略的实施提供科技支撑。     

中国喀斯特生态保护与修复研究进展

喀斯特生态系统是地球表层系统的重要组成部分。我国西南喀斯特地区以高强度农业活动为主,人地矛盾尖锐、石漠化严重,是我国最大面积的连片贫困区。在国家科技计划项目等的持续支持下,我国围绕喀斯特区生态修复与石漠化治理,系统开展了喀斯特生态保护与修复基础理论、技术研发、产业示范等研究,在喀斯特生态系统退化机理、石漠化治理技术与模式、生态治理助力脱贫攻坚、喀斯特景观资源保护、喀斯特国际合作等方面取得突出进展,引领了国际喀斯特学科发展。面对当前石漠化治理过程中产生的治理成效巩固困难、缺乏可持续性等新问题,未来喀斯特生态保护与修复研究应以增强生态治理的可持续性为导向,加强生态恢复过程机理与机制研究,提升喀斯特生态系统服务、提高生态恢复质量、巩固扶贫成果,实现石漠化治理的提质与增效,为"美丽中国"战略的贯彻实施及全球喀斯特地貌分布区所属国家的生态治理提供"中国方案"。