京津风沙源区NPP时空变化及其对治理工程实施的响应

利用遥感大数据对生态治理工程区域的净初级生产力和固碳能力进行长期动态监测可以实现对治理工程的实施效果的评价,同时为区域“碳中和”目标的实现及可持续发展提供有力支撑。利用Google Earth Engine(GEE)云计算平台,基于改进的CASA模型对京津风沙源治理工程区域的NPP进行计算。运用Sen斜率分析和MK趋势分析方法对2001—2020年间的NPP进行时空变化分析,并分析NPP对京津风沙源治理工程实施的响应。结果表明:1)在京津风沙源工程治理期间,京津风沙源区NPP总体呈波动上升趋势,平均增速为2.21 gC m^(-2)a^(-1),其中极显著增加区域占38.03%,说明京津风沙源治理工程对我国“碳中和”任务起到了积极作用,增加了区域的固碳能力;2)空间尺度上,京津风沙源区NPP和固碳量空间异质性较大,空间分布上主要呈现东部高,西部低的特点,其中,暖温带落叶阔叶林区域最高,温带荒漠区域最低;3)治理工程的实施所带来的NPP增长的速度在不同的区域并不一致,2001—2020年的NPP增速京津冀地区(4.74 gC m^(-2)a^(-1))>山西地区(4.52 gC m^(-2)a^(-1))>陕西地区(3.53 gC m^(-2)a^(-1))>内蒙古地区(1.55 gC m^(-2)a^(-1));4)生态工程实施所带来的生态环境的改善总体呈现先慢后快的特点,绝大部分区域后十年间的变化速率都显著大于前十年,而在生态环境较为恶劣、荒漠区域广布的内蒙古地区,生态环境的改善则具有一定的滞后性,2001—2010年NPP增速仅为0.04 gC m^(-2)a^(-1),直到2011年,NPP才开始有较为明显的增长,2011—2020年NPP增速为1.67 gC m^(-2)a^(-1)。风沙源治理工程需要长期坚持,才能取得更明显的成效。

京津风沙源生态系统服务时空分布及冷热点分析

[目的]为明晰京津风沙源区生态系统服务时空格局特征及识别其冷热点,评估京津风沙源区实施生态工程后的生态效益及生态影响。[方法]基于京津风沙源区2000—2017年的遥感、气象、土壤、土地利用等数据,利用CASA(carnegie-ames-stanford approach)模型、InVEST(integrated valuation of ecosystem services and trade offs)模型、RWEQ(revised wind erosion equation)模型和RUSLE(revised universal soil loss equation)模型分别估算产水量、土壤保持、固碳和防风固沙服务,采用Getis-Ord Gi~*统计指数方法,识别京津风沙源区生态系统服务冷热点区域。[结果](1)2000—2017年各项生态系统服务功能均呈现上升趋势,4项生态系统服务功能的高值区集中在研究区的东南部,低值区集中在研究区的西北部。(2)2000—2017年4项生态系统服务均在京津风沙源西南部的鄂尔多斯高原沙化土地治理区出现明显的热点面积增加现象;固碳服务热点区域面积显著增加,其中,浑善达克-科尔沁沙地沙化土地治理区和坝上高原及华北北部丘陵山地水源涵养治理区的冷点区域向热点区域转化;产水服务冷热点面积占比没有明显变化,热点区主要集中在研究区南部坝上高原及华北北部丘陵山地水源涵养治理区,冷点区分布较为零散;防风固沙服务冷点区域面积增加;土壤保持服务冷热点区域面积占比很小且变化不大,区域土壤保持供给能力比较平均。(3)多重生态系统服务结果显示,研究区东南部区域能够提供2项及以上的高值生态系统服务功能,属于重点生态系统服务功能供给区,约占整个研究区15.5%。(4)2000—2017年林地4项生态系统服务热点面积占比较高,草地和林地的固碳服务功能热点面积显著增加,林地可提供较高的综合生态系统服务功能。[结论]京津风沙源治理工程的实施使得区域内总体生态系统服务功能提升。研究结果可为评估京津风沙源治理工程恢复成效提供一定科学数据,最终实现京津地区生态环境的可持续发展。

小流域综合治理工程建设管理经验——以北京市延庆区京津风沙源治理二期工程为例

延庆区京津风沙源治理二期工程小流域综合治理工程自2013年开始建设,至2022年结束,累计治理18条小流域,治理水土流失面积196 km^(2),总投资13674.775万元。在实施过程中,延庆区委区政府高度重视工程建设,始终坚持以生态保护为目标,完善基础设施建设为总体建设思路,在水土保持、生态韧性、特色种植、民俗旅游、景观环境等方面取得了突出成效,总结出依据形势、提高政治站位,强化联动、高效协调推进,规划引领、确保设计科学,规范管理、扎实工程建设,后期管护、永续发挥效益,全民参与、共建共治共享,宣教培训、营造良好氛围等经验,践行了“绿水青山就是金山银山”理念。

晋北京津风沙源治理二期工程生态效益分析

为了分析晋北京津风沙源二期工程实施以来所产生的生态效益,选取山西北部沙土区二期工程的油松纯林、油松—樟子松混交林为研究对象,对林地植物多样性和土壤理化性质进行分析研究。结果表明,由于林地郁闭度较低,阳光直射强烈,先锋植物为喜光、耐旱型草本植物,灌木稀少;油松—樟子松混交林植物多样性、土壤理化性质略优于油松纯林;植物多样性的增加有助于改善土壤理化性质,草本植物对土壤表层的改良作用明显。

京津风沙源治理工程区土地利用/覆盖变化对生态系统水源涵养服务的影响

【目的】水源涵养服务是与人类关系最为密切的生态系统服务之一,也是评估区域生态环境效益的重要指标。本研究以水源涵养量为指标,探究京津风沙源治理工程实施的生态效益。【方法】采用区域土地利用/覆盖和气象数据,量化了2000−2018年土地利用/覆盖变化和同期水源涵养量动态,进而评估了土地利用/覆盖变化对水源涵养服务的影响。【结果】(1)京津风沙源治理工程区自西北向东南依次以草地、耕地、林地覆盖为主,水源涵养量自西北向东南递增;(2)2000−2018年,林地总体增加了14.22%,区域水源涵养量总体也呈现增加趋势,晋北山地丘陵区、燕山丘陵山地水源保护区、科尔沁沙地、鄂尔多斯高原和大兴安岭南部区等增幅相对较大;(3)区域生态系统水源涵养服务随不同时期、亚区分布和地类转换而存在差异,林地水源涵养服务量最高,且在各亚区均占主导地位;(4)2000−2010年,全区内草地向林地转移对水源涵养量增加的贡献最大,达49.32×10^(8) m^(3),大面积草地转为林地使大兴安岭南部区水源涵养量增加最为显著,达16.11×10^(8) m^(3);(5)2010−2018年,全区内仍是草地向林地转移对水源涵养量增加的贡献最大,达3.87×10^(8) m^(3),荒地开垦、造林、种草对涵养水源的贡献集中作用于鄂尔多斯高原南部区,增加了1.31×10^(8) m^(3),退耕还林和草地向林地转移对燕山丘陵山地水源保护区贡献最大,达1.84×10^(8) m^(3)。【结论】京津风沙源治理工程实施以来,退耕还林、荒地造林、草地治理等措施使研究区水源涵养服务有效提高,引起水源涵养量增加的土地利用/覆盖转移类型主要为未利用土地向林、草地转移和草、耕地向林地转移,地类转移对水源涵养量增加贡献最大的区域主要为大兴安岭南部区、燕山丘陵山地水源保护区和晋北山地丘陵区等东南部区域。区域土地利用/覆盖格局有待进一步优化,下一阶段的工程实施应当根据各区生态特点分区施策,因地制宜,对耕地水源涵养服务能力较弱区域实施退耕还林还草工程,对有必要保留的耕地改进水土保持耕作栽培措施,未利用土地面积较大区域根据水资源承载能力科学实施封沙育林育草或进行人工造林,并加强管护,使研究区高生态效益区持续稳步发展,低生态效益区重点治理,高效发展。

基于晋北高原风沙源新农村绿地景观营建的乡土植物应用调查及评析

以晋北高原风沙源区大同的9个县区典型新农村绿地植物景观为研究背景,以其乡土植物资源应用为调查对象,在把握乡土植物概念与习性的前提下,从植物资源种类、植物景观特色及植物生长情况3方面进行分析评价,提出当前乡村植物景观营建存在的关键性问题并给出优化建议,以期为今后晋北高原风沙源区乡土植物推广应用于新农村绿地植物景观营建提供新的思路和方法。

筑牢京津绿色屏障——包头市京津风沙源治理工程草原建设项目20年综述

京津风沙源治理工程是2000年党中央、国务院为改善和优化京津周边地区生态环境状况、减轻风沙危害,紧急启动实施的一项具有重大战略意义的生态工程。京津风沙源治理工程草原建设项目是以遇制草原沙化扩展、改善北京及周边地区生态状况为根本目标而提出的。自2001年项目启动以来,包头市先后进行了人工饲草基地、草种基地、青贮窖、暖棚、贮草棚及封育围栏等项目建设,在增加饲草料供给率、改善牲畜饲养条件前提下,重点加强现有草原植被生态保护和修复,积极促进包头市生态状况良性发展。2020年,包头市草原综合植被盖度达到36.58%,沙尘天气的发生频率大幅下降,空气质量明显改善,形成了强有力的阻挡风源、抑制沙化的绿色屏障。

2000—2012年京津风沙源治理区植被覆盖时空演变特征

植被是陆地生态系统的主体,分析长时期植被覆盖变化,有助于揭示陆地生态环境的演变规律。研究以京津风沙源重点治理区的MODIS02B产品为数据源,通过数据处理获得2000—2012年的NDVI(Normalized difference vegetation index)时序数据集,采用线性趋势分析、标准差、Hurst指数和相关系数等方法,分析京津风沙源重点治理区植被覆盖的时空变化特征及影响因子。结果显示:(1)近13年来,治理区植被覆盖总体呈上升趋势(R2=0.70),2012年NDVI值达最大值0.324,比2000年增加了135.62%。但增加速率和幅度各异:北部干旱区(Bbghq)增加速度最快,浑善达克区(Hsdkq)次之,农牧交错区(Nmjcq)植被变化相对稳定。(2)工程区地表植被覆盖改善区域的面积明显大于退化区域,其中得到改善且通过显著性检验(P=0.10)的区域约占总面积的94.31%;Hurst指数分析表明,工程区植被变化整体呈中强持续性特征,面积合计约占64.48%;综合分析表明,工程区植被变化以良性发展为主,特别是强持续性的退化区和弱持续性的改善区值得关注,二者合计占35.27%。(3)人类活动是京津风沙地区植被覆盖上升的重要驱动因素;自然因素中,降水是控制工程区植被生长的主要因子,温度的影响相对较弱。

京津风沙源工程区沙漠化防治区划与治理对策研究

对京津风沙源工程区沙漠化影响因素和沙漠化土地分布进行分析,提出制定沙漠化防治区划的原则,并对该地区进行沙漠化防治分区,提出不同区域的沙漠化防治战略对策。根据气候分区、植被和土壤的分布、地貌类型以及沙漠化土地分布情况,将京津风沙源工程区划分为6个治理区,即乌兰察布高原退化草原治理区、锡林郭勒高原北部退化草原治理区、浑善达克沙地沙化治理区、科尔沁沙地西缘沙化治理区、坝上高原-雁北高原风蚀、水蚀治理区和燕山山地水蚀治理区。

京津风沙源区2000—2015年植被覆盖状况的区域差异研究

植被覆盖状况是监测与表征区域生态建设成效的重要指标。以往研究注重区域植被覆盖状况的整体变化分析,对长时期区域内部植被覆盖变化及其差异研究较少。文中基于京津风沙源区遥感影像数据,采用GIS空间分析技术,重点评估了2000—2015年植被覆盖度的年际变化及其区域差异。研究结果表明,2000—2015年京津风沙源区植被覆盖度变化为35%~45%,且随年份变化呈波动增加趋势,年均增速为0.4%(P<0.05),生态治理取得明显植被恢复成效。8个治理分区植被覆盖均有所增加,但区域差异明显,晋北山地丘陵亚区和燕山丘陵山地水源保护亚区植被覆盖度年均增速超过0.6%,浑善达克沙地亚区与荒漠草原亚区植被覆盖度年均增速不及0.2%,这与区域地表组成和气候背景有关。从地市来看,北京、天津和承德植被覆盖度较高,但朔州和张家口植被覆盖度增速明显,而乌兰察布和包头植被覆盖度年均增速低于0.1%。相比2000年,2015年京津风沙源区有51%的区域植被覆盖度增加,49%区域植被覆盖度未变或降低,主要集中在京津风沙源区的中部和西部县市(旗),未来生态治理过程中应加以重点关注。

京津风沙源治理工程区植被恢复效果调查

"京津风沙源治理工程"区植被恢复效果是研究该区生态环境建设的重点。利用传统生态学方法对整个"京津风沙源治理工程"区的植物多样性进行调查研究,并利用像元二分法对工程第1阶段实施前后的植被盖度进行对比。结果显示:整个京津风沙源区植被平均覆盖度上升,植被盖度低的土地面积逐渐减少,盖度高的土地面积逐渐增加,区内土地具有良好的植被恢复潜力与趋势。证明经过5年的努力,京津风沙源治理工程植被恢复已取得一定治理效果。调查结果可为"京津风沙源治理工程"第2阶段提供基础数据及有益参考。

京津风沙源区崇礼县草地类型及草地现状

基于298个样地、894个描述及测产样方5、960个点测样方的野外调查资料,分析了京津风沙源治理区河北省崇礼县天然草地的植物物区系特征和群落特征。将本区天然草地资源划分为3个草地类、5个草地组、11草地类型,分析了不同草地类型的优势种、主要伴生种、草地盖度和产量等群落特征与草地退化现状,并据此提出了草地保护利用和改良对策。

基于MODIS NDVI的京津风沙源工程治理区荒漠化动态监测

以MODIS植被指数产品为数据源,利用归一化植被指数(NDVI)进行京津风沙源工程治理区荒漠化程度划分,得出2000年、2004年、2008年荒漠化等级分布图,在此基础上对研究区不同等级荒漠化进行对比分析。结果表明:京津风沙源工程治理区荒漠化程度总体上呈现减少趋势;荒漠化转移方向主要为严重荒漠化→重度荒漠化→中度荒漠化→轻度荒漠化→非荒漠化。

京津风沙源治理区植被变化的可持续性分析

利用京津风沙源治理区1982—2011年的GIMMS/NDVI3g数据集,对治理区植被变化的可持续性进行定量分析.结果表明:(1)归一化植被指数(NDVI)时间变化方面,2001—2011年间研究区植被整体上呈增加趋势,4大分区植被增速存在区域差异;(2)NDVI变化的可持续性方面,2001—2011年间整个研究区植被变化呈现出显著的长期持续性特征,且存在明显的时空差异,自2000年治理工程实施以来,治理区植被明显恢复,一期工程成效显著,但局部地区植被仍在持续减少,因此有必要进行二期工程以巩固和提高一期工程的成果,进一步改善环境;(3)NDVI变化趋势的未来持续时间方面,整个治理区植被的未来变化状况不容乐观,4大分区中农牧交错带沙化土地治理区植被的未来发展趋势优于其他3个治理区,工程治理效果也相对较好.

拉萨河下游河谷风沙源分布特征及其成因

根据IKONOS和Qu ick B ird影像解译和实地调查,对拉萨河下游河谷区风沙源分布特征、沙源粒度特征、植被特征以及人类活动的作用进行了探讨。结果表明,受大中小尺度风场的影响,风沙源地沿河谷两侧呈小面积零星分布在多个地貌部位;河流冲积物是最主要的沙源,沙源粒径90%以上分布在0.25 mm以下,以细沙、极细沙和粘粒成分为主,平均含量占60.69%,易于发生风沙活动;风沙活动是影响沙生植被的主导因素,植物种类和盖度能很好反映沙源地的稳定程度;特别在流动沙地和半流动沙地上,植被演替朝着有利于风沙活动发展的方向进行,是风沙活动的主要驱动因素之一,也是风沙活动不断加剧的产物。尽管自然因素是该区域风沙活动的主要成因,人类活动对其发展起到了强化作用。

京津风沙源治理工程不同恢复措施对草地恢复过程的差异性影响

中国北方草原区域作为我国北方重要的防沙治沙生态屏障,长期以来大规模投入实施了系列生态恢复工程。为了解不同恢复措施对草地恢复的影响异同,以京津风沙源治理工程的草原治理区域为研究对象,采用工程区内外对比法探索4种典型工程恢复措施及措施组合(围封禁牧、补播草种、小流域治理和基本草牧场建设)对草地群落物种组成、生产力构成和物种多样性的差异性影响。结果显示:1)各工程恢复措施均趋向增加群落的高度和盖度,其中围封禁牧草地的恢复最为明显;群落中禾本科、莎草科物种重要值增加,杂类草下降,群落建群种由克氏针茅、糙隐子草、百里香等较低矮物种转变为大针茅、羊草、羽茅等较高大的多年生禾草;2)各恢复措施均显著增加群落的地上生物量(P<0.05),但种植人工饲草的基本草牧场地下生物量显著下降,使得群落总生物量也显著减少(49%);只有围封禁牧措施使群落总生物量、地下生物量和地上生物量均显著增加;群落内C3植物、多年生植物生物量比例趋向增加;3)各工程恢复措施均未显著增加群落内物种丰富度,却均趋向减少群落物种均匀度,补播草种和基本草牧场建设区域Shannon-Wiener多样性指数下降达到显著水平。以上结果表明长期的恢复措施实施能明显恢复草地的植被覆盖和地上生产力水平,提高草地的饲草品质,有助于区域沙源固定、碳汇增加和饲草供应恢复,但长期的工程干预有可能对区域的植物群落物种多样性水平存在负面影响。

京津风沙源治理工程区水源涵养功能时空变化分析

水分是干旱、半干旱地区植物生长的主要限制因子,也是权衡生态修复工程措施的重要依据。基于区域水量平衡方程与GIS空间分析技术,评估了京津风沙源治理工程区水源涵养功能的时空变化,并分析了气象、地形、植被等因素对水源涵养功能的影响。结果表明:2000—2015年工程区的水源涵养量与涵养能力均有所增加,多年平均值分别为16.79亿m^(3)和3.66mm。工程区水源涵养能力由西向东递增,高值区与较高区的面积占到工程区的32.45%;相比2000年,2015年有41.65%的地区水源涵养能力增大,其中22.01%的地区显著升高。但2000—2015年荒漠草原亚区水源涵养能力明显下降,农牧交错带草原亚区相对稳定,整体来看,典型草原亚区的水源涵养量最大,燕山丘陵山地水源保护亚区的涵养能力最高。主要原因在于工程区水源涵养能力易受降雨、气温以及植被覆盖度等因子影响,浑善达克沙地亚区与科尔沁沙地亚区的植被覆盖状况改善显著提升了其水源涵养能力,农牧交错带草原亚区和晋北山地丘陵亚区的水源涵养能力下降主要归因于降雨量减少,而荒漠草原亚区的涵养能力明显受到气候与植被的双重制约。

基于规划目标的京津风沙源治理区生态保护与修复效应

为改善和优化京津及周边地区生态环境状况,减轻风沙危害,2003年启动实施了京津风沙源治理工程。基于工程规划目标评估了京津风沙源治理区生态保护与修复效应,结果表明:(1)草地和林地作为京津风沙源治理区绿色生态屏障的主要组成,分别占治理区面积的57.3%和9.7%,而风沙策源地的耕地和沙地分别占17.2%和6.4%。(2)2003—2017年,京津风沙源治理区草地、耕地、沙地面积减少,而林地和其他类型面积增加。治理区植被覆盖度平均提高了2.3%,其中林地提高了4.3%,草地提高了2.4%。(3)沙尘天气发生的春季,治理区土壤风蚀量减少了54%。在防风固沙服务总量的贡献中,草地和沙地贡献了71%。因此,草地和沙地生态系统的植被恢复,对治理区生态系统防风固沙服务的提高发挥了最为重要的作用。(4)除治理区植被有所恢复外,由于气候整体变暖,近15年风场强度有所减弱,特别是沙尘天气易发生的春季风场强度减弱近45%,也是影响京津风沙源治理区风蚀量下降的一个重要原因。

山西省京津风沙源治理工程草地生态系统服务价值评估

为了评价京津风沙源治理工程草地建设项目所涉及到的山西省13个县区,2006年前完成的基本草地、人工种草、草种基地、飞播牧草、围栏封育等草地生态系统的服务价值。依据学者提出的9种生态服务功能,结合生物量因子等校正,对京津风沙源治理工程草地建设项目所涉及到的山西省草地生态系统的服务价值进行评估。京津风沙源治理工程中,建植或恢复的草地植被,能够为13个县区带来0.754~2.493×108元/a的生态系统服务价值,从提供的生态系统服务价值的构成来看,从高到低依次为：废物处理、土壤形成与保护、食物生产、气候调节、生物多样性保护、水源涵养、气体调节、原材料、娱乐文化,各自所占的比例分别为22.9%、22.0%、13.0%、12.8%、11.0%、9.0%、7.8%、1.3%、0.2%。京津风沙源治理工程总计可为山西省产生2.338×109元/a的生态系统服务价值。

山西省京津风沙源治理工程草地建设项目实施进展

在京津风沙源治理工程的推动下,山西省所辖13个县(区)的草地建设项目取得了预期的成效。基本草场、人工种草、草种基地、飞播牧草4项工程,为13个县(区)增加3.21%的植被覆盖率。