基于GIS和RS的自然保护区生态修复效果研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 生态修复效益监测研究
• 1.2.1 生态修复概念
• 1.2.2 生态修复类别
• 1.2.3 生态修复效益监测指标体系
• 1.3 我国水土保持生态修复现状
• 1.4 “3S”技术与生态修复监测
• 2 研究内容与技术路线
• 2.1 研究内容
• 2.2 技术路线
• 3 研究区概况和数据源
• 3.1 神农架自然保护区基本情况
• 3.2 研究区基本情况
• 3.2.1 自然条件
• 3.2.2 土地资源及利用现状
• 3.2.3 社会经济状况
• 3.2.4 水土流失现状
• 3.3 数据源及工作环境
• 3.3.1 软硬件环境
• 3.3.2 其它研究资料
• 4 研究方法
• 4.1 生物多样性监测
• 4.1.1 野外调查
• 4.1.2 数据处理
• 4.2 基于“3S”的植被覆盖、土地利用和土壤侵蚀动态监测
• 4.2.1 区域的资料收集及野外调查
• 4.2.2 数据处理
• 4.2.3 土地利用动态变化监测
• 4.2.4 植被覆盖度监测
• 4.2.5 研究区水土流失动态遥感监测
• 4.3 涵养水源能力监测
• 4.3.1 枯落物现存量及持水量测定
• 4.3.2 土壤蓄水能力及土壤物理性质测定
• 4.4 景观格局动态分析
• 4.4.1 景观类型划分
• 4.4.2 景观格局指标选择
• 5 动态监测结果与分析
• 5.1 生物多样性
• 5.2 土地利用变化
• 5.3 植被覆盖变化
• 5.4 土壤侵蚀变化
• 5.5 保水能力效果分析
• 5.5.1 不同森林覆盖度的枯枝落叶层涵养水源能力
• 5.5.2 不同森林覆盖度土壤可调涵养水源能力
• 5.5.3 不同森林覆盖度的涵养水源总能力
• 5.5.4 神农架生态修复总保水效果计算
• 5.6 神农架自然保护区景观格局变化分析研究
• 5.6.1 景观级别景观指数分析
• 5.6.2 景观类型级别景观特征指数分析
• 6 生态修复效果分析
• 6.1 经济效果
• 6.2 生态效果
• 6.3 社会效果
• 7 结论
• 7.1 结论
• 参考文献
• 致谢