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基于GIS和RS的自然保护区生态修复效果研究

王春潮  
【摘要】: 我国是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一,水土流失已成为限制区域生态、经济协调发展最突出的生态环境问题。为了加快水土流失治理的进程,改善生态环境,有效保护和合理利用水土资源,2000年水利部提出了“充分发挥大自然的力量,依靠生态系统的自我修复能力,促进植被的大面积恢复,加快水土流失治理步伐”的生态修复治理新思路。为了解和掌握生态修复工程及其措施对改良生态环境的效果,本研究以神农架自然保护区生态修复试点区为依托,在遥感定量分析基础上,结合微观定点监测和已有的水文、泥沙观测资料,对项目区内水土保持生态修复过程中植被类型和植物群落变化、林草生长量变化、涵养水源能力、水土流失状况变化、景观格局变化及社会经济状况变化等方面进行定位监测,并对生态修复后关于生态、经济和社会效果方面进行了分析,主要结论如下: (1)生态修复促进区域生物多样性增加 生态系统修复过程中,乔木层物种多样性逐步上升,而灌木层和草本层则表现出先升高而后又逐渐降低的趋势,从总体上分析,区域植物群落丰富度先逐步上升到一个峰值,然后慢慢下降,说明在修复初期,不太郁闭的森林群落由于有较丰富的阳光照射到灌木层、草本层,使灌木层、草本层物种多样性增大,当发展到演替过程后期乔木层郁闭时,林下灌木层、草本层减少,这也是造成演替后期群落生物多样性减少的主要原因。 (2)改善土地利用结构,植被面积增加 研究区土地利用以林地、灌丛为主,二者面积之和在修复后占研究区的90%以上。比较2005年和2001年植被面积,林地增加了13.47km~2,灌丛增加了4.92km~2,草地增加了1.50km~2,研究区林草覆盖率由2001年的87.2%增加到2005年的91.5%。在林地中,不仅面积增长,而且林地质量有较大幅度提高,密林地和中等覆盖度的林地增长面积大,这主要是由于通过4年的封禁,在良好的水热条件下,植被得到快速恢复所至。在土地利用中,耕地明显减少,特别是区域内大于25度的坡耕地退耕还林还草;其次,与区域内的种植结构调整,大力发展经济效益高的经济林、园地等有密切关系。 (3)生态修复区植被覆盖度提高 实施生态修复措施后各植物群落植被覆盖度均大于修复前,项目区林地、灌丛植被覆盖度明显提高,二者面积之和在修复后占研究区的90%以上。小于60%的中、低覆盖度面积明显减少,减少幅度为16.5%,大于60%的高覆盖度面积增加较多,其中大于75%的高覆盖度面积增加比例最大,增幅达10%。植物群落盖度(郁闭度)逐步上升,从27.3%增长为97.3%,增加了70.0%。说明在生态系统修复过程中,许多地方覆盖的林灌木生长得到抚育,长势良好,覆盖度明显提高,达到了预期效果。 (4)生态修复区水土流失减轻,土壤侵蚀量减小 水土流失面积减小,水土流失强度减轻,研究区2005年中度以上侵蚀面积合计减少20.8 km~2,其中强度侵蚀面积减少了19.4 km~2,中度侵蚀面积减少了1.4 km~2;土壤侵蚀模数减小,项目区2001和2005年土壤侵蚀模数分别为1125.9 t/km~2、751.8t/km~2,生态修复后项目区土壤侵蚀模数较修复前降低了374.1 t/km~2,平均每年降低93.6 t/km~2;保土效益明显,2005年土壤侵蚀量为200500 t,较2001年的322400 t,减少121900 t,减少37.81%,每年可减少流失土壤养分氮104.8 t,磷124.3 t,钾245.0t。 (5)生态修复区蓄水保水效益明显增加 随着森林植被覆盖增加,枯落物的现存量不断增大,饱和持水能力更强,饱和持水量更大,同时土壤毛管孔隙所占比例越多,土壤蓄水量更大,从而综合提高保水能力。根据土地利用和植被覆盖度检测结果,生态修复后各植物群落的枯落物储存量、枯落物水容量和土壤饱和贮水量(土壤蓄水量)均比修复前有明显提高。覆盖>75%林地增加了4600hm~2,覆盖60~75%林地增加了3000hm~2,覆盖45~60%林地减少了49600hm~2,覆盖30~45%林地减少了740hm~2,覆盖<30%林地减少了1900hm~2。生态修复实施后区域年保水能力总计达243万m~3,达到了预期效果。 (6)生态修复区景观格局 2001年至2005年期间神农架地区景观整体向破碎化方向发展,复杂程度、优势度增加,总体斑块形状更加不规则;景观优势类别林地对景观整体的控制作用增强,景观的异质性在逐渐降低。斑块数的升高主要是由于灌丛与草地斑块数目的增加所致,且最具优势且生态影响重大的林地景观破碎度也有明显增加。由于退耕还林等措施实施,对草地、农田的影响加大,这两种景观要素的稳定性增强,但整体景观的形状都向着复杂化方向发展,不稳定性增强,使得研究区的生态环境与生态安全状态没有得到明显改善。


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