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南方红壤丘陵区退耕还林(草)土壤保持和固碳服务及其空间关系影响因素研究

胡晓倩  
【摘要】:退耕还林(草)是我国最大的生态恢复计划。经过20年的建设,已经产生了巨大的生态效益,成效显著。从生态系统服务角度评估退耕还林(草)的实施效果,对掌握工程的实施效果,以及管理策略的优化等具有重要意义。当前大部分退耕还林(草)生态系统服务研究未对退耕区和非退耕区进行区分,其结果难以凸显工程对生态系统服务的影响。对退耕区进行识别,量化实际退耕发生区的生态系统服务,更有利于管理者把握退耕还林(草)的各项生态系统服务。同时,明确工程带来的各项生态系统服务变化之间的空间关系,探究影响因素的作用规律,对管理者优化管理措施,尽可能降低权衡关系的可能性,实现多项生态系统服务的协同增长,最大程度地改善生态环境等具有重要意义。因此,本研究以南方红壤丘陵区为研究对象,基于2000-2015年土地利用数据确定了该区退耕还林(草)实际发生区的面积和时空分布等特征;利用修正通用土壤流失方程(Revised Universal Soil Loss Equation,RUSLE)和生态系统服务和权衡综合评估(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs,In VEST)模型,探究了退耕还林(草)实际发生区土壤保持和碳固持两项服务的时空变化特征;应用地理加权逻辑回归分析了退耕还林(草)实际发生区土壤保持和碳固持之间的关系与其影响因素的空间相关性。相关结论如下:(1)南方红壤丘陵区退耕还林(草)实际发生区在不断扩张,但面积增长速度变缓。基于2000-2015年土地利用变化数据,获取南方红壤丘陵区退耕还林(草)实际发生区的时空分布特征。退耕总面积约2052.61 km~2,其中由草地转化为林地类型的面积最大,约占工程实际发生区总面积的69%。从时空分布看,退耕还林(草)的实施呈现由东向西扩张的趋势。(2)南方红壤丘陵区退耕还林(草)实际发生区土壤保持服务整体显著提高,但部分区域表现为负效益。2000-2015年,南方红壤丘陵区退耕还林(草)实际发生区土壤保持量共增9.18×10~8t,单位面积土壤保持量增加了447 327.54 t/km~2。各土地利用变化类型中,裸地转为林地类型的单位面积土壤保持服务增长最显著,贡献量为3 989 647.43t/km~2。(3)南方红壤丘陵区退耕还林(草)的实施增强了固碳服务,对缓解区域气候变暖具有积极影响。2000-2015年期间,南方红壤丘陵区退耕还林(草)实际发生区固碳量为3.04 Tg C,单位面积固碳量为0.0015 Tg C/km~2。固碳服务增长最显著的区域为湖南省中部地区,而实施时间较久的浙江和福建等地区的效益则相对较差。5种与退耕还林(草)有关的土地利用变化类型的碳储量变化结果表明,裸地造林是增加固碳服务最有效的途径。(4)南方红壤丘陵区退耕还林(草)实际发生区的土壤保持和碳储量主要表现共同增长的协同关系,年平均气温是其空间关系的主要影响因子。南方红壤丘陵区土壤保持和碳储量服务变化量之间的关系以协同为主,但也有部分区域呈现为权衡关系,具体表现为碳储量增加时,土壤保持量呈下降状态;地形、气候、社会经济等影响因素与其空间关系的相关性的性质和强度随空间变化而变化。


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