基于GIS和RS的生态恢复效果评价 ——以湖北大悟生态恢复区为例

论文摘要

水土流失及其导致的环境生态问题是当今世界面临的主要资源与环境问题之一。新中国成立以来，国家在水土保持方面投入了大量人力、物力和财力，虽然取得了一些成果，但问题远未解决。为加快植被恢复和水土流失治理步伐，水利部提出了生态恢复这一全新的水土保持理念和措施。生态恢复是根据生态系统的演进规律，特别是整体、协调、循环再生的原理，利用自然和人为力量，重建已损害或退化的生态系统，恢复生态系统的良性循环和功能的过程。目前，尽管有一些关于生态恢复对土壤性质、水文生态效应、森林植被变化等方面的研究报道，但有关生态恢复工程实施后的区域整体生态环境效应研究甚少。有鉴于此，本文以水土保持学和恢复生态学原理为基础，针对水土保持生态恢复特点。根据《水土保持监测技术规程》（SL277--2002），在定位观测、野外调查等常规手段的基础上，运用了遥感（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）等技术手段，研究生态恢复实施前后的生物多样性、植被覆盖、土地利用、土壤侵蚀强度、水源涵养能力等变化。主要结果如下：一、通过生态系统修复措施，修复区内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。表明生态恢复区的退化生态系统减少干扰后，乔木层物种多样性上升，而在初期，灌木层和草本层有一个升高的阶段。群落总的物种多样性（丰富度），在减少干扰后的初期也有升高趋势，这是乔木层、灌木层和草本层物种多样性增加的综合结果。二、经过四年的生态恢复，研究区的土地利用结构得到明显优化，林地面积和质量明显提升；由于荒地向林地转化，荒地面积减少；随着退耕还林措施的实施，耕地面积也相应减少。研究区森林覆盖率由2001年的63.4％增加到2005年的68.6％。实验区地表植被覆盖状况得到极大改善，特别是低覆盖度的面积显著减少，中高覆盖度显著增长。覆盖＞75％林地增加了1110hm2，覆盖为60～75％林地增加了880hm2，覆盖为45～60％林地增加了620hm2，覆盖为30～45％林地减少了730hm2，覆盖＜30％林地减少了520hm2，总体覆盖度明显提高。三、与修复前相比，研究区内中度、强度侵蚀面积分别减少了29.3km2和8.2km2。中度以上侵蚀面积合计减少35.5km2。2001轻度侵蚀面积50.2km2，占区域面积的24.8％，较2001年轻度侵蚀面积66.5km2，占区域面积32.9％，增加了16.3km2。微度侵蚀面积增加了21.2km2。同时研究区的平均侵蚀模数由2001年的1710.1t／km2减至2005年的1049.6t／km2。2005年土壤侵蚀量为212055t，较2001年的345480t，减少133425t，减少了38.6％。主要原因是由于部分强度和中度侵蚀转化为轻度所致，同时，由于本项目区荒山荒坡面积大，在水热条件较好，侵蚀不是十分严重的条件下，能快速恢复植被，使侵蚀强度迅速降低。四、要处理好生态恢复与人工治理的关系。研究能够在生态恢复上取得成效，在很大程度上是在人工综合治理基础上取得的。通过人工治理，研究区内建立了可以解决农民粮食问题的基本农田，农村的产业结构得到合理调整，农民的经济收入有了初步保障。此外，生态恢复需要人工的合理干预。人工治理离不开自然的作用，自然恢复也离不开人的作用，二者各有侧重，不能对立起来。在依靠自然恢复良好的生态环境的同时，还应因地制宜地补植、抚育、防治病虫害，快速提高修复区的生物量，最大可能的发挥生态恢复能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1. 基本理论及研究现状
• 1.1 生态恢复及恢复生态学的概念
• 1.1.1 生态恢复的概念
• 1.1.2 恢复生态学的概念
• 1.2 生态恢复与恢复生态学的相关理论
• 1.2.1 生态系统退化的原因
• 1.2.2 干扰与演替-生态恢复与重建的理论基础
• 1.2.3 恢复生态学的研究内容
• 1.3 全球及中国生态系统退化的现状
• 1.3.1 全球生态系统退化状况
• 1.3.2 中国生态系统退化状况
• 1.4 生态恢复的研究进展
• 1.4.1 国际生态恢复的发展
• 1.4.2 中国生态恢复的发展
• 1.4.3 国外的生态恢复实践
• 1.4.4 我国的生态恢复实践
• 1.5 小结
• 2. 研究内容及技术路线
• 2.1 研究内容
• 2.2 技术路线
• 3. 大悟县水土保持生态恢复效果的监测
• 3.1 项目区基本情况
• 3.2 生物多样性监测
• 3.2.1 外业调查的方法与内容
• 3.2.2 内业处理方法
• 3.3 基于“3S”的植被覆盖、土地利用和土壤侵蚀动态监测
• 3.3.1 软硬件设备
• 3.3.2 区域的资料收集及野外调查
• 3.3.3 区域空间数据库的建立
• 3.3.4 土地利用动态变化监测
• 3.3.5 植被覆盖度监测
• 3.3.6 项目区水土流失动态遥感监测
• 3.4 水源涵养能力监测
• 3.4.1 枯落物现存量及持水量测定
• 3.4.2 土壤蓄水能力及土壤物理性质测定
• 3.5 替代能源在生态恢复中的作用研究
• 4. 水土保持生态恢复效果分析
• 4.1 生物多样性
• 4.2 土地利用变化
• 4.3 植被覆盖变化
• 4.4 土壤侵蚀变化
• 4.5 保水能力效果分析
• 4.5.1 不同森林覆盖度枯枝落叶层涵养水源能力
• 4.5.2 不同森林覆盖度土壤可调涵养水源能力
• 4.5.3 不同森林覆盖度的涵养水源总能力
• 4.5.4 大悟生态恢复区总保水效果
• 5. 生态水土保持措施与经济发展对策探讨
• 5.1 替代能源措施的效益分析
• 5.1.1 开发可再生能源，保护生态环境
• 5.1.2 农民脱贫致富奔小康的有效途径
• 5.1.3 农民文明生活的切实手段
• 6. 结论
• 参考文献
• 致谢