三北地区土壤风蚀时空变化及防风固沙服务关键生态空间辨识
文献类型：学位论文
| 作者 | 张雄一 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 邵全琴 |
| 关键词 | 土壤风蚀 时空变化 沙尘路径 关键生态空间 三北地区 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 土壤风蚀是全球土地退化的主要原因之一，在许多干旱、半干旱地区，尤其是沙漠、戈壁、以及荒漠化严重地区，土壤风蚀更是成为影响当地生态系统稳定和社会经济发展的主要障碍。三北地区拥有八大沙漠、四大沙地和广袤的戈壁，由于大部分地区植被稀疏，年降水不足，蒸发量大，风力强劲，导致部分地区荒漠化严重。尽管经过一系列重大生态工程的保护和修复，植被状况有所好转，但部分地区土壤风蚀问题仍然突出，生态环境仍极其脆弱。因此定量评估三北地区土壤风蚀和植被状况，揭示其变化规律及区域差异，分析土壤风蚀的影响范围和影响程度，辨识三北地区防风固沙服务关键生态空间，可为未来三北工程区的规划建设和管理提供科学依据，有助于筑牢北方生态屏障，保障国家生态安全。 本研究以三北地区为研究对象，综合气象、土壤、植被等多源数据，运用RWEQ模型对2000—2020年土壤风蚀模数进行了定量评估，并从年尺度和季节尺度刻画了土壤风蚀的时空演变特征。选取了植被覆盖度、叶面积指数和植被净初级生产力，从水平-垂直-总量结构构建了综合植被指数和植被恢复程度判断方法，分析了三北地区植被变化时空格局、植被恢复程度空间分布特征以及植被对土壤风蚀的影响。设置固定气候和固定植被情景，定量分析了气候要素和植被要素对土壤风蚀的影响。运用HYSPLIT模型模拟了三北地区沙尘流动轨迹，分析了土壤风蚀影响范围和影响程度。在此基础上，基于生态重要性、生态敏感性和生态系统服务流，综合辨识了三北地区防风固沙服务关键生态空间。得到的主要结论如下： （1）2000—2020年三北地区土壤风蚀呈波动减弱趋势，年均变化速率为0.59t/hm2/a。西北荒漠区土壤风蚀模数年均减少幅度最大，黄土高原丘陵沟壑区和东北华北平原农区变化幅度最小。土壤风蚀模数明显变差的区域主要分布在呼伦贝尔高原、柴达木盆地、准噶尔盆地的北部以及东南部分区域。三北地区土壤风蚀年内呈现先增后减再缓慢增长的趋势，并在4月份达到峰值，整体上看春季土壤风蚀最强，约占全年土壤风蚀模数的50.86%。2010—2020年较2000—2010年三北地区年均单位面积土壤风蚀模数下降了27.70%，年均土壤风蚀总量下降了27.66%。其中农田生态系统单位面积土壤风蚀模数下降最多，森林和草地生态系统下降相对较少。 （2）2000—2020年三北地区综合植被指数呈波动上升态势，年均增长0.002/a，大部分地区的植被状况得到改善，三北地区实施的一系列生态保护和生态修复措施取得了明显成效。各分区中黄土高原丘陵沟壑区的综合植被指数增幅最为明显，而西北荒漠区受限于气温、降水等要素以及生态本底状况，变化的幅度并不明显，但也呈稳中有增态势。植被恢复程度较高和基本稳定的区域占主导，恢复程度高的区域主要集中在黄土高原丘陵沟壑区和风沙区，分布在黄土高原、浑善达克沙地、科尔沁沙地、东北平原的西北部，以及塔里木盆地的南部地区。植被明显转差的面积仅占0.15%，零散分布在天山山脉的西部、准噶尔盆地的南部、华北平原和科尔沁沙地的北部地区。 （3）三北地区主要以植被和土壤风蚀的权衡为主，说明植被改善能有效降低土壤风蚀的影响。表现为权衡关系的区域主要集中在三北地区的东部，尤其在风沙区。协同关系的区域也同样位于风沙区，但集中在呼伦贝尔高原地区。在分别固定气候和植被情景下，植被要素影响土壤风蚀的作用较气候要素不明显，而气候要素，尤其是风因子是影响土壤风蚀的根本要素。 （4）2010—2020年三北地区土壤风蚀引起的沙尘流动主要集中在春季，且流动轨迹复杂，覆盖范围广，几乎涵盖了整个中国区域，向外扩散距离远，向东扩散可达北美地区，向西最远可到北欧，向北可达北极圈，向南最远可达越南和柬埔寨。整体上看，三北地区的土壤风蚀影响范围广，辐射面大，影响主要集中在中国的东北部和中部地区。影响明显的区域呈“大聚集，小分散”的空间分布格局，主要聚集在青海的西北部、北京及北部地区、内蒙古、甘肃和宁夏部分地区，以及辽宁西北湖和吉林西部地区。而影响一般的区域呈现聚集分布，主要分布在我国的北部和中部地区。 （5）基于生态重要性-生态敏感性-生态系统服务流辨识的三北地区防风固沙关键生态空间主要以比较重要区为主，占总面积的53.67%，且在各分区均有大面积分布。重要区分布较广泛，而一般重要区主要分布在西北荒漠区。极重要区的面积最小，仅占3.79%，零散分布在科尔沁沙地、呼伦贝尔沙地、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、塔克拉玛干沙漠的东部边缘地区，以及部分城市聚集区。各分区中风沙区和黄土高原丘陵沟壑区主要以比较重要区和重要区为主，西北荒漠区和东北华北平原农区以比较重要区为主。 （6）三北地区的森林、草地和荒漠植被覆盖度仍存在8.16%的恢复潜力。其中风沙区的恢复潜力最大，达到15.31%，而东北华北平原农区的恢复潜力最小，仅为3.17%。在风沙区的内蒙古高原北部部分地区、西北荒漠区的哈顺戈壁北部和准噶尔盆地西北部及周边区域、黄土高原南部部分区域，未来的植被恢复潜力较大。三北工程要结合区域气候条件、水资源状况，选择科学的植被恢复方式，在保护原真沙漠生态系统的前提下，始终坚持基于自然解决方案为主，人工干预为辅，宜林则林、宜草则草、宜荒则荒。 |
| 学科主题 | 地图学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 222 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209354]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张雄一. 三北地区土壤风蚀时空变化及防风固沙服务关键生态空间辨识[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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