殷小菡
, 孙希华, 张雪艳
YIN Xiaohan, SUN Xihua, ZHANG Xueyan
通讯作者:
收稿日期: 2018-07-26
网络出版日期: 2018-12-25
版权声明: 2018 《地球信息科学学报》编辑部 《地球信息科学学报》编辑部 所有
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作者简介:
作者简介：殷小菡（1994-）,女,山东潍坊人,硕士生,研究方向为土地利用/土地覆被变化。E-mail: sdyinxiaohan@163.com
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摘要
退耕还林（草）等生态工程对区域用地结构及生态系统服务功能产生了重要影响。本研究基于RUSLE模型,并辅以遥感监测与GIS空间分析方法,对北方农牧交错带西段2000-2015年退耕状况及其引起的土壤保持功能变化分3个时段（2000-2005年、2005-2010年及2010-2015年）进行了探究。结果表明：北方农牧交错带西段地区2000-2015年耕地面积净减少1663.83 km2,以转为林地、草地、建设用地为主,其中耕地转林、草地净减少面积为1113.64 km2,草地和未利用地是新增耕地的主要来源;15年间土壤保持功能提升显著,退耕还林（草）工程的实施使土壤保持量增加了56.50×104 t,2005-2010年由退耕所带来的土壤保持增加量在3段时期中最高;不同坡度等级的生态退耕引起的土壤保持增加量差别较大,总体随着坡度升高呈下降趋势,但在25°以上的陡坡耕地由退耕还林（草）带来的土壤保持效益又有所升高。研究对于评估北方农牧交错带西段地区实施退耕还林（草）等工程的生态效益具有重要意义,并能为区域生态保护与修复工程的建设规划提供科学依据。
关键词：
Abstract
Ecological engineering such as Grain for Green Project have significant impacts on the structure of regional land use and ecosystem service functions. Based on the RUSLE model and RS & GIS spatial analysis methods, this study assessed the impacts of returning farmland on soil conservation function in the western region of Farming-pastoral Ecotone of Northern China (FPENC) during 2000-2015. The results showed that the total area of farmland in the FPENC decreased by 1663.83 km2 from 2000 to 2015, which was mainly converted into forest land, grassland and construction land. The implementation of the Grain for Green Program was the main reason for farmland decrease, and the area of farmland converted into forest and grassland accounted for 66.93% of the total area of farmland reduction. The newly added farmland was mostly converted from grassland and unused land, and mainly concentrated in the northern and central regions. Besides, the soil conservation function had improved significantly in the western region of FPENC during the past 15 years, and the amount of soil conservation increased by 56.50×104t, which mainly resulted from returning farmland to forest and grassland between 2005 and 2010. In addition, the increase in soil conservation caused by ecological restoration had obvious difference in different slope grades, but the increased soil conservation generally showed decrease trend with the slope increase. Nevertheless, in some areas of slope greater than 25 degrees implemented Grain for Green Project have high benefits of soil conservation. The steep slope (slope greater than 25 degrees) area is mostly a contiguous area of extreme poverty, where is the key area implemented by a new round of Grain for Green Project and poverty alleviation projects. This study about the impact mechanism of returning farmland on soil conservation function in western region of FPENC will provide quantitative scientific basis for the planning and construction of regional ecological protection and restoration projects.
Keywords：
北方农牧交错带是中国东部农耕区与西部草原牧区相连接的半干旱生态过渡带,是遏止荒漠化、沙化向中东部地区扩展的重要生态安全屏障,生态系统服务功能以水源涵养、土壤保持、生物多样性保护为主[1,2]。近年来,由于农牧结构失衡、持续超载过牧、水资源过度开发等,导致区域内植被盖度下降、草地退化沙化严重,生态系统服务功能大幅度减弱,区域生态功能与环境现状极不匹配[3]。中国自1999年实施土地休耕/再造林地计划——退耕还林（草）工程（Grain for Green Project, GGP）以来[4],北方农牧交错带地区对不宜耕种的农田进行了科学有序的退耕。随着生态退耕实施的深入,区域内土地利用结构发生了重大变化,从而对包括生态服务功能在内的生态系统功能产生了显著影响[5,6],诸多学者也对典型地区GGP实施后的生态恢复和重建状况展开了研究[7,8,9,10]。
目前,已有研究主要集中在退耕还林（草）对区域内LUCC、景观格局、植被覆盖度以及土壤侵蚀状况等方面的影响。在对LUCC影响研究中,周德成等[11]对科尔沁左翼后旗研究发现,耕地面积的减少与草地面积的增多是区域内LUCC及景观格局动态变化的典型特征,退耕还林（草）工程对景观结构恢复起着积极作用;而杨卓等[12]等对退耕前后包含科尔沁左翼后旗的典型北方农牧交错区LUCC过程的研究表明,区域内耕地和草地面积都大幅度减少,而未利用地显著增加。在植被盖度变化方面,汪芳甜等[13]对内蒙古武川县GGP实施后生态成效监测发现,虽整体水平上植被覆盖度增加,但程度不明显;范建忠等[14]估算了2000-2010年陕西省重点生态建设工程区的植被覆盖度,结果显示陕北退耕还林工程区植被覆盖度显著增加。在土壤侵蚀状况方面,梁占岐等[15]对陕西省安塞县1999-2010年土壤侵蚀变化评价结果表明侵蚀强度虽总体减小,但部分地区原耕地转化为林草地后出现的裸露斑块加剧了土壤侵蚀;汪邦稳等[16]发现包括安塞县在内的陕北延河流域退耕后,植被覆盖度的增加使土壤侵蚀量明显减少。上述研究表明,不同学者对于GGP生态成效研究结果差异较大,长期以来生态退耕的建设成效还存在一些异议。此外,已开展的土地利用变化监测,多是同时进行各种地类的光谱或几何形态变化特征监测,耕地的时空变化过程以及生态退耕的环境影响难以准确体现。故进一步科学监测与评估GGP过程中的生态系统服务功能变化,是反映GGP等生态工程实施效果的重要环节。
土壤保持功能定量地反映了人类采取各种措施对生态系统进行调节的综合效用[17]。关于土壤保持功能的研究方法[18,19,20]大致可分为2种：① 基于统计数据的价值量估算,其对统计数据依赖较强,难以反映空间特征;② 基于GIS和遥感的土壤侵蚀模型估算,其有效地解决了土壤侵蚀的空间异质性问题,其中修正通用土壤流失方程（RUSLE）是目前应用最广泛的土壤流失遥感定量模型之一。因此,本研究以RUSLE模型为基础,结合遥感辅助监测与GIS分析方法,对位于黄土高原北部的北方农牧交错带西段地区开展2000-2015年的退耕状况监测及其对生态系统土壤保持功能的影响评价,旨在为该区域生态系统重建和可持续发展提供决策依据。
本研究选取了位于黄土高原西北部的北方农牧交错带西段,地理位置介于36°01′~41°50′ N,106°21′~114°25′ E,行政区域包括宁夏、甘肃、陕西、山西、内蒙古5个省（自治区）的42个县（旗、市、区）（图1）,约17.78万km2,分别占北方农牧交错带和黄土高原总面积的26.29%和27.78%。该区属于温带干旱、半干旱气候,年均气温5~13°C,年均降水量200~550 mm,年均干燥度为1.7。地貌类型以黄土塬、梁、峁为主,沟壑众多,地面起伏较大,海拔变化于729~2723 m之间[21]。全区植被类型从西南向东北呈带状分布,依次为温带灌木荒漠植被带、温带丛生典型草原植被带、温带落叶灌丛带、温带落叶阔叶林带。
图1 北方农牧交错带西段地理位置及行政区划图
Fig. 1 The location of the western section of the farming-pastoral ecotone of Northern China and its administrative map
该区土壤侵蚀以水力侵蚀和风力侵蚀为主,侵蚀模数为1000~1500 t/km2·a,中东部和西南部侵蚀强度较高[21],是黄河中上游水土保持和退耕还林（草）工程的重点防治和实施区域。自2000年开展退耕还林（草）工程试点以来,截至2015年底区域内共完成退耕还林（草）面积83.93万hm2,取得了显著的生态成效。在2015年土地利用结构中,草地面积最多,为8.79万km2,占区域总面积的49.44%,其次是耕地,占比为25.20%,林地面积小于未利用地面积,排名第四,占比为7.87%。区域内耕地主要分布在东北部的中海拔平原和小起伏中山区,以及中东部的中海拔丘陵和西南部的中海拔台地。中西部的鄂托克旗、乌审旗、鄂托克前旗多山地、梁地和沙地,耕地较少且分布分散。
本研究所使用的数据主要包括气象数据、土壤数据、数字高程模型（DEM）、MODIS数据、土地利用数据等。
气象数据为研究区内及其周边地区的58个国家气象站点观测记录的2000-2015年降雨量日值数据[22],来自中国气象科学数据共享服务网（http://cdc.cma.gov.cn）。在此基础上应用澳大利亚ANUSPLIN插值软件中的样条插值法进行空间插值,获得研究区日降水量的栅格数据,以用于模型中降水侵蚀力（R）因子计算。
土壤质地数据和土壤类型数据分别来自《中国土种志》[23]和中国科学院资源环境科学数据中心（http://www.resdc.cn）[24],用于土壤可蚀性（K）因子计算。DEM数据使用的是地理空间数据云（http://www.gscloud.cn）的30 m分辨率数字高程数据产品（GDEM-DEM数据产品）[25],基于DEM数据计算坡长、坡度（L、S）因子,并根据研究区地形将坡度分为6级,分别是：<5°,5~10°,10~15°,15~20°,20~25°, >25°,以辅助进行不同坡度等级下的土壤保持功能时空变化分析。
使用的MODIS数据来源于美国LPDAAC（Land process Distributed Active Archive Center）提供的16 d最大合成植被指数MOD13Q1数据[26],空间分辨率为250 m,时间跨度为2000-2015年,并利用MRT（MODIS ReProjection Tools）和ENVI软件进行了数据格式和投影转换、数据拼接、裁剪等预处理工作,最后利用最大值合成法生成了年最大NDVI数据,以用于植被覆盖（C）因子计算。
土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心的1:10万土地利用数据库[27,28],该数据库是基于Landsat长时间序列遥感影像通过人机交互目视解译生成。该土地利用数据包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6个一级类型以及25个二级类型,根据大量随机样本验证分析,全国土地利用一级类型的解译精度在94.3%以上,二级类型精度也在91.2%以上,是目前进行中国土地利用研究最可靠的数据集。本研究选取了研究区2000、2005、2010和2015年共4期土地利用数据,并结合坡度数据对水土保持措施（P）因子赋值,进而对土壤保持量进行计算。
本研究选取修正的通用土壤流失方程（Revised Universal Soil Loss Equation, RUSLE）来进行土壤保持量估算。RUSLE模型是估算土壤侵蚀量与保持量的最佳模型之一,国内外研究者利用RUSLE模型进行大区域土壤侵蚀模拟都取得了较好的效果[29,30,31,32]。
土壤保持量估算模型如下：
式中：Ac为单位面积土壤保持量/t·hm-2·a-1,Ap为单位面积潜在土壤侵蚀量/t·hm-2·a-1,潜在土壤侵蚀量为生态系统在没有植被覆盖和任何水土保持措施情况下的土壤侵蚀量,即C=1,P=1;Ar为单位面积实际土壤侵蚀量/t·hm-2·a-1,是考虑了植被覆盖和水土保持措施下的土壤侵蚀量;R为降水侵蚀力因子/MJ·mm·hm-2·h-1·a-1;K为土壤可蚀性因子/ t·hm2·h·hm-2·MJ-1·mm-1;L、S为坡长、坡度因子,C为植被覆盖因子,P为水土保持措施;L、S、C、P均无量纲。
2.3.1 R-降水侵蚀力因子
降水量对土壤侵蚀作用显著,在黄土高原地区日降雨量超过12 mm则称为侵蚀性降雨[33,34],采用半月降雨侵蚀力模型进行R因子计算,公式如下：
式中：Mi为第i个半月的降雨侵蚀力值/MJ·mm· hm-2·h-1;Dj是半个月内第j天降雨量,这里的降雨量为侵蚀性降雨的降雨量（要求Dj≥12 mm,否则计为0）;k是研究期内半月时段数,每个月前15 d视为一个半月时段,剩下的为另一个半月,全年分为24个时段;α、β是模型待定参数：
式中：Pd12表示日雨量≥12 mm的日平均降雨量;Py12表示日雨量≥12 mm的年均降雨量。
2.3.2 K-土壤可蚀性因子
土壤可蚀性表征土壤对侵蚀力的敏感性,采用Williams等[35]建立的EPIC侵蚀-生产力影响模型,基于土壤有机碳和粒径组成估算：
式中：SAN、SIL、CLA分别为美制土壤粒级分类标准中的砂粒、粉粒、和黏粒含量（%）;SNI=1-SAN/100;OC为土壤有机碳含量（%）,有机碳含量可由有机质含量转换而来：OC=OM/1.724,OM为土壤有机质含量。结合北方农牧交错带西段1:10万土壤类型分布图,得到以土属为基本单元的土壤可蚀性K值空间分布数据。
2.3.3 L、S-坡长、坡度因子
地形是影响土壤侵蚀的重要因素,坡度坡长是影响坡面径流与水流产沙过程的重要地貌因子,可通过DEM提取。本研究坡长坡度因子算法建立在国内外已有研究成果基础上[36,37,38],坡长因子的计算采用Wischmeier提出的坡长因子计算公式：
式中：λ为坡长/m,利用流向计算水平距离再除以cos θ得到;α为坡长指数;22.13为标准小区的坡长/m; θ为利用DEM提取的坡度。
S因子的计算公式建立在McCool等[36]以及刘宝元等[34]研究的算法基础上,如式（9）所示。
2.3.4 C-植被覆盖因子
土壤侵蚀与植被覆盖度有紧密联系,是RUSLE中的一个关键性因子,为无量纲数,其值介于0-1之间。本研究拟采用蔡崇法等[39]提出的基于归一化植被指数NDVI进行提取计算,得到植被覆盖度后计算C值：
f为植被覆盖度,计算公式为：
式中：NDVImin、NDVImax分别为研究区NDVI的最小值和最大值。
2.3.5 P-水土保持措施因子
水土保持措施因子（P）定义为采用水土保持措施后的土壤流失量与顺坡种植时土壤流失量的比值,取值在0-1之间,通常的水土保持措施主要有等高耕作、修梯田、建淤地坝等模式。由于没有设置小区实验,基于遥感的方法在整个研究尺度上也难以实现,本研究中的P因子主要根据黄河流域长期的耕作习惯和不同坡度下等高耕作减少的土壤流失量以及相关研究[40,41,42,43]进行取值。以北方农牧交错带西段土地利用图为基础,结合高程、坡度等地形特征以及生态退耕政策,将未采取水土保持措施的林地、草地和未利用土地的P因子取值为1,水域、建设用地取值为0,耕地按照坡度进行P因子赋值（表1）。
表1 不同坡度条件下的耕地P因子值
Tab. 1 P-factor value of farmland under different slope conditions
| 坡度范围 | <5° | 5~10° | 10~15° | 15~20° | 20~25° | >25° |
|---|---|---|---|---|---|---|
| P值 | 0.100 | 0.221 | 0.305 | 0.575 | 0.705 | 0.800 |
自国家部署实施大规模的退耕还林（草）工程后,坡耕地以及不适宜耕种的耕地恢复为林草地。在退耕还林（草）等生态保护工程以及城镇化建设的影响下,2000-2015年,北方农牧交错带西段地区耕地面积呈不断减少趋势,15年间耕地面积净减少1663.83 km2,占2000年耕地总面积的3.6%（表2）。耕地转林地最多,其次是耕地转建设用地和耕地转草地,分别导致耕地面积净减少743.50、595.68和370.13 km2,由耕地转林、草地净减少的面积占耕地净减少总面积的66.93%,由此可见,退耕还林（草）是此时期内耕地减少的主导方式（表2）。从空间上看,耕地转出较为明显的斑块主要集中在区域内东北部和西南部的台地、丘陵地带,同时也是退耕还林（草）工程实施的主要区域（图2（a））。
表2 2000-2015年北方农牧交错带西段耕地变化面积及占比
Tab. 2 The changeable area and its proportion of farmland in western section of the farming-pastoral ecotone of Northern China from 2000 to 2015
| 类型转换 | 2000-2005年 | 2005-2010年 | 2010-2015年 | 2000-2015年 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 面积/km2 | 占耕地比例/% | 面积/km2 | 占耕地比例/% | 面积/km2 | 占耕地比例/% | 面积/km2 | 占耕地比例/% | ||||
| 耕地⇄林地 | -451.83 | -0.98 | -269.45 | -0.60 | -22.21 | -0.05 | -743.50 | -1.61 | |||
| 耕地⇄草地 | -444.75 | -0.96 | -34.64 | -0.08 | 109.25 | 0.24 | -370.13 | -0.80 | |||
| 耕地⇄水域 | 23.17 | 0.05 | -1.77 | 0.00 | -34.51 | -0.08 | -13.11 | -0.03 | |||
| 耕地⇄建设用地 | -166.82 | -0.36 | -49.08 | -0.11 | -379.78 | -0.85 | -595.68 | -1.29 | |||
| 耕地⇄未利用地 | -30.08 | -0.07 | 14.34 | 0.03 | 74.33 | 0.17 | 58.59 | 0.13 | |||
| 耕地增减合计 | -1070.31 | -2.31 | -340.60 | -0.75 | -252.91 | -0.56 | -1663.83 | -3.60 | |||
图2 2000-2015年北方农牧交错带西段耕地变化图
注：图例中百分比表示1 km2栅格内耕地增加或减少面积的比例,空白区表示耕地未出现变化
Fig. 2 The change of farmland in the western section of the farming-pastoral ecotone of Northern China from 2000 to 2015
2000-2005年是北方农牧交错带西段地区退耕还林（草）工程实施的重点时期,退耕现象最为明显。5年间耕地面积净减少1070.31 km2,占2000年耕地总面积的2.31%,耕地转林、草地是耕地净减少的主导转换方式,分别导致耕地净减少451.83 km2和444.75 km2,其次是耕地转建设用地,导致耕地面积减少166.84 km2（表2）。期间,耕地与水域间的双向转换是耕地净增加的唯一途径。退耕区域要集中在东北部的武川县、和林格尔县以及中部的伊金霍洛旗、府谷县,西南部的盐池县。新增耕地主要分布在东北部的呼和浩特市、土默特左旗、达拉特旗和南部的靖边县（图2（b））。
2005-2010年北方农牧交错带西段耕地净减少340.60 km2,占2005年耕地总面积的0.75%,耕地变化程度相较前期明显减小（表2）。耕地转林地是耕地减少的主要原因,导致耕地净减少269.45 km2,占2005年耕地总面积的0.6%,其次是耕地转建设用地,导致耕地净减少49.08 km2（表2）。虽然耕地与草地间的双向转化导致耕地净减少量相对前5年有大幅度减少,但依然是此时期内耕地转出的主要方向之一。耕地与未利用地之间的双向转换是耕地净增加的唯一途径。退耕区域主要分布在东部的大同市、左云县和朔州市的台地、丘陵地带。新增耕地面积较小且分布分散,较为明显的区域主要是达拉特旗、土默特右旗和准格尔旗三旗的交界地带（图2（c））。
2010年以后,北方农牧交错带西段退耕还林（草）工程指标已基本完成,所以2010-2015年耕地变化程度均小于前两段时期,5年内耕地净减少252.91 km2,占2010年耕地总面积的0.56%（表2）。城镇扩张代替退耕还林（草）工程成为此时期内耕地减少的主导方式,耕地转建设用地导致耕地净减少379.78 km2,占2010年耕地总面积的0.85%（表2）。草地和未利用地是新增耕地的主要来源,分别使耕地净增加109.25 km2和74.33 km2（表2）。东北部的呼和浩特市和中部的东胜市、府谷县是耕地转出的主要区域,新增耕地主要分布在中部的榆林市和西南部的盐池县、定边县（图2（d））。
随着退耕还林（草）工程的实施,北方农牧交错带西段地区不宜耕种的坡耕地相继退耕,土壤保持功能也随之显著增强。2000-2015年,区域内平均单位面积土壤保持量从10.19 t/hm2上升到20.50 t/hm2,土壤保持能力提升显著。退耕区域2015年土壤保持量较退耕前净增加54.50×104 t,其中,退耕还林（草）使得土壤保持量净增加56.50×104 t,占退耕还林（草）区域2000年土壤保持总量的55.15%,退耕还林（草）在区域内体现了较高的土壤保持效益（表3）。大部分县（市、区、旗）土壤保持功能呈增长趋势,中东部内蒙古自治区的东胜市、准格尔旗和山西省的河曲县、五寨县以及西南部的靖边县、定边县和环县单位面积土壤保持功能增幅在10 t/hm2以上。土壤保持功能呈下降趋势的面积较小,且分布相对集中,主要是东北部内蒙古自治区的察哈尔右中旗、卓资县和丰镇市,以及山西省的右玉县、浑源县和广灵县下降趋势较为明显,降幅在 5 t/hm2以上（图3（a））。
表3 2000-2015年北方农牧交错带西段退耕区的土壤保持变化量及占比
Tab. 3 Variation of soil conservation degree and its proportion in returning farmland in the western section of the farming-pastoral ecotone of Northern China from 2000 to 2015
| 耕地转出类型 | 2000-2005年 | 2005-2010年 | 2010-2015年 | 2000-2015年 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 土壤保持变化量/104t | 比例/% | 土壤保持变化量/104t | 比例/% | 土壤保持变化量/104t | 比例/% | 土壤保持变化量/104t | 比例/% | ||||
| 耕地→林地 | 21.42 | 52.56 | 21.57 | 61.24 | 0.44 | 25.73 | 43.43 | 55.91 | |||
| 耕地→草地 | 1.43 | 1.91 | 9.67 | 53.60 | 1.97 | 21.09 | 13.07 | 12.76 | |||
| 耕地→水域 | -0.14 | -29.79 | -0.39 | -86.67 | -1.57 | -48.46 | -2.10 | -50.48 | |||
| 耕地→未利用地 | -0.13 | -10.83 | 0.09 | 128.57 | 0.14 | 16.28 | 0.10 | 4.69 | |||
| 总计 | 22.58 | 19.22 | 30.94 | 57.53 | 0.98 | 6.47 | 54.50 | 29.24 | |||
图3 2000-2015年北方农牧交错带西段退耕导致的土壤保持功能变化
Fig. 3 The changes of soil conservation function caused by the returning farmland in the western section of the farming-pastoral ecotone of Northern China from 2000 to 2015
2000-2005年,北方农牧交错带西段退耕区域土壤保持量较退耕前增加了22.58×104 t,占2000年退耕区域土壤保持总量的19.22%（表3）。从耕地转出的类型看,耕地转林、草地均使土壤保持量增加,其中耕地转林地的区域内土壤保持增加量最高,使土壤保持量增加了21.42×104 t,占该区域退耕前土壤保持量的52.56%（表3）。此段时期内耕地转为未利用地区域整体上使土壤保持量出现了减少现象,说明区域内由耕地弃耕、撂荒而形成的未利用地在该时期内由于疏于管理导致了土壤保持功能有所下降[44]（图3（b））。
2005-2010年,北方农牧交错带西段退耕区域土壤保持量较退耕前增加了30.94×104 t,占2005年退耕区域土壤保持总量的57.53%（表3）。从退耕转类角度看,耕地转为林地仍然占土壤保持增加量的比重最高,使土壤保持量增加了21.57×104 t,占该区域退耕前土壤保持量的61.24%,其次是耕地转草地使土壤保持量增加9.67×104 t,占该区域退耕前土壤保持量的53.60%（表3）。与前5年相比,虽然区域内退耕还林还草的面积有明显减少,但此时期内退耕区土壤保持增加量却大于前5年退耕区的增加量,究其原因主要是后期退耕以耕地转林地为主,林地本身固土能力要强于耕地和草地,且在前期退耕还林（草）经验指导下,此段时期内已经形成了以灌木为主,乔木、草本为辅的区域最适退耕还林（草）模式,不仅达到了较好的水土保持效果而且带来了可观的经济效益。此外,耕地转未利用地也成为土壤保持量增加的来源,说明此时期内的退耕区域注重了对撂荒耕地的防侵蚀管理（图3（c））。
2010-2015年,退耕区土壤保持量较退耕前增加了9800 t,占2010年退耕区土壤保持总量的6.47%（表3）。此段时期内第一阶段退耕还林（草）已基本结束,新一轮工程尚未全面启动,耕地减少的主要原因是城镇发展建设对耕地的侵占,由退耕还林（草）带来的土壤保持增加量较小,耕地转为水域是造成区域内土壤保持量下降的主要原因,减少的土壤保持量占退耕前土壤保持量的48.46%。但此时期内耕地转未利用地增加的土壤保持量均高于前两段时期,说明区域内对撂荒耕地的土壤保持管理措施实施成效较好（图3（d））。
为进一步探讨坡耕地退耕还林（草）对提升区域土壤保持功能的贡献,将北方农牧交错带西段坡度等级数据与耕地转林、草地区域土壤保持量数据进行叠加,分析2000-2015年不同坡度条件下退耕还林（草）对土壤保持功能的影响,同时有助于对生态退耕的合理性进行评价。
2000-2015年,北方农牧交错带西段地区不同坡度等级内退耕还林（草）面积占比差别较小,但由生态退耕引起的土壤保持量变化却差别明显,总体来看,随着坡度升高,土壤保持增加量及其占比呈现下降趋势。坡度小于5°的区域是退耕还林（草）的主要区域,由生态退耕带来的土壤保持效益最高,退耕区域土壤保持增加量占2000年该区域土壤保持总量的15.85%（表4）。在5°以上的坡耕地中,5~10°区域由生态退耕带来的土壤保持量增加最多,土壤保持量增加了5.15×104 t,增加量占该退耕区2000年土壤保持总量比例为10.01%;坡度为10~15°的区域内退耕还林（草）面积占比最小,但其 退耕区土壤保持增加量在坡耕地中仅次于5~10°区域内的增加量,增加量占比为8.11%,退耕还林（草）面积比例虽小,但土壤保持效益较高;20~25°区域退耕还林（草）面积占比在坡耕地中位居第二,但土壤保持增加量及占比均为最低,生态退耕对土壤保持功能的提升作用不明显;25°以上的陡坡耕地 退耕还林（草）面积占比最大,从土壤保持增加量占比来看,该区域由生态退耕带来的土壤保持效益要高于坡度15~20°以及20~25°的区域（表4）。究其原因主要是15~25°坡耕地是重要水源地,生态工程实施力度较小,而25°以上陡坡耕地集中区域大多是连片特困地区,是退耕还林（草）工程重点推进与资金扶持区域,生态建设成效较高,也是新一轮退耕还林（草）工程与扶贫项目相结合的重点组织实施区域。
表4 2000-2015年不同坡度退耕还林（草）面积及其引起的土壤保持量变化
Tab. 4 The area of GGP and the variation of soil conservation degree in different slope from 2000 to 2015
| 坡度/° | 各坡度等级面积/km2 | 退耕还林（草） | 土壤保持量 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 面积/km2 | 占比/% | 变化/104t | 占比/% | |||
| <5 | 91 670.36 | 1136.94 | 1.24 | 11.35 | 15.85 | |
| 5~10 | 49 072.63 | 515.92 | 1.05 | 5.15 | 10.01 | |
| 10~15 | 19 279.02 | 180.65 | 0.94 | 1.80 | 8.11 | |
| 15~20 | 8554.33 | 90.61 | 1.06 | 0.90 | 7.30 | |
| 20~25 | 4327.15 | 51.02 | 1.18 | 0.51 | 7.10 | |
| >25 | 4977.66 | 63.63 | 1.28 | 0.63 | 7.99 | |
本研究对2000-2015年北方农牧交错带西段实施退耕还林（草）工程以来耕地变化特征以及退耕对生态系统土壤保持功能的影响进行了定量分析与评估,并进一步揭示了不同坡度水平内的生态退耕对土壤保持功能的影响,得到主要结论为：
（1）自退耕还林（草）工程实施后,北方农牧交错带西段地区2000-2015年耕地面积净减少1663.83 km2,前期（2000-2010年）是退耕还林（草）的主要时期,耕地转为林、草地是耕地净减少主导方式,后期（2010-2015年）减少的耕地以转为建设用地为主。15年内发生退耕的区域由东北部和西南部逐渐向东部和中部地区迁移,主要集中在台地、丘陵地带;耕地增加的区域主要集中在北部和中部地区,新增耕地主要来源于草地和未利用地。
（2）北方农牧交错带西段地区15年内平均单位面积土壤保持量上升了两倍多,土壤保持功能提升显著。2000-2015年,退耕还林（草）区域土壤保持总量较退耕前净增加56.50×104 t,退耕还林（草）工程实施的土壤保持效益较好,其中耕地转林地使土壤保持量增加最为明显。在注重撂荒耕地的土壤保持管理后,耕地转为未利用地总体增加了土壤保持量。耕地转为水域使土壤保持量持续减少,增加了区域内的土壤侵蚀。2005-2010年退耕面积虽然不大,但退耕带来的土壤保持效益较高,退耕所增加的土壤保持量在3段时期中最多。2010-2015年因为耕地主要转为建设用地,退耕还林（草）面积较小,由退耕带来的土壤保持效益并不明显。
（3）不同坡度等级的退耕还林（草）引起的土壤保持量变化差别较为明显。小于5°的坡度范围内的生态退耕增加的土壤保持量最多,20~25°的坡度区域增加量最少,总体上土壤保持增加量随着坡度升高呈现下降趋势。但从土壤保持增加量占比看,25°以上的陡坡耕地生态退耕后的土壤保持效益要高于坡度15~20°以及20~25°的区域,陡坡耕生态工程实施的政策扶持力度较高,也是新一轮工程实施的重点区域。
本研究围绕北方农牧交错带西段耕地变化特征以及退耕的土壤保持功能效应展开研究,研究中还存在以下不足：在计算RUSLE模型中降雨侵蚀力因子R时,仅基于日降雨量进行了计算,未与基于日10 min最大雨强资料计算的降雨侵蚀力进行验证,是今后工作中应弥补的不足;研究区内土壤侵蚀受水力侵蚀和风力侵蚀共同作用,本研究仅探讨了区域内水力侵蚀影响下的土壤保持特征和变化,风蚀影响的研究是今后研究工作的重点;此外,研究只探讨了退耕对土壤保持服务功能的影响,退耕对区域内生态系统其它服务功能的影响也是今后研究的重要方向。
The authors have declared that no competing interests exist.
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Soil erosion changes in the Yanhe Watershed from 2001 to 2010 based on RUSLE model [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2012.07.008 URL [本文引用: 1] 摘要
以黄土高原典型丘陵沟壑区——延河流域为研究区,基于GIS和RS技术,利用2001—2010年延河流域水文站月降雨量数据、MODIS NDVI数据、DEM数据、土壤类型数据和土地利用数据,率定了修正的通用土壤流失方程(RUSLE)的相关参数,计算了研究区2001—2010年逐年的土壤侵蚀模数,利用杏河水文站实测的泥沙数据,验证了模型的有效性,分析了延河流域土壤侵蚀强度的时空变化特征。结果表明,2001年到2010年延河流域土壤侵蚀模数呈减小趋势,2001年土壤侵蚀模数最大,为6 596.72 t/(km2.a),2008年土壤侵蚀模数最小,减小到2 485.46 t/(km2.a),降低62.32%;2009年由于暴雨冲刷,土壤侵蚀模数显著增大;2010年土壤侵蚀模数和2006、2007年相差不多;土壤侵蚀强度分布比例变化明显,土壤侵蚀强度为强度、极强、剧烈的面积比分别由16.21%、21.93%和12.36%降低为10.85%、4.58%和0.39%。土壤侵蚀强度等级转移矩阵表明大部分地区的土壤侵蚀强度向低一级转移,2001—2005年31.68%的面积土壤侵蚀强度降低一级,2005—2010年42.13%的面积土壤侵蚀强度降低一级。
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黄土地区降雨特性与土壤流失关系的研究Ⅲ——关于侵蚀性降雨的标准问题 [J].Study on the relations between rainfall characteristics and loss of soil in loess region [J]. |
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侵蚀性降雨标准研究 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1009-2242.2000.04.002 URL [本文引用: 2] 摘要
建立侵蚀性降雨标准 ,是为了区分发生和不发生侵蚀的降雨事件 ,从而大大减少计算降雨侵蚀力的工作量 ,并提高土壤侵蚀预报精度。利用陕西团山沟小流域及所在 3个小区 1961- 1969年的降雨过程资料 ,以漏选和多选降雨事件的降雨侵蚀力相等为原则 ,分别建立了黄土高原坡面侵蚀的侵蚀性降雨雨量标准 12 mm,平均雨强标准 0 .0 4 mm/min,最大 30 min雨强标准 0 .2 5mm/min。其中时段雨强标准筛选精度最高 ,可剔除 88%以上的降雨事件 ,只有5.3%的错选度。其次是平均雨强标准 ,雨量标准筛选精度最差。漏选降雨侵蚀力之和与多选降雨侵蚀力之和相抵为原则建立的侵蚀性降雨标准 ,对于计算降雨侵蚀力 ,提高土壤侵蚀预报精度 ,具有重要意义。
Study on standard of erosive rainfall [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1009-2242.2000.04.002 URL [本文引用: 2] 摘要
建立侵蚀性降雨标准 ,是为了区分发生和不发生侵蚀的降雨事件 ,从而大大减少计算降雨侵蚀力的工作量 ,并提高土壤侵蚀预报精度。利用陕西团山沟小流域及所在 3个小区 1961- 1969年的降雨过程资料 ,以漏选和多选降雨事件的降雨侵蚀力相等为原则 ,分别建立了黄土高原坡面侵蚀的侵蚀性降雨雨量标准 12 mm,平均雨强标准 0 .0 4 mm/min,最大 30 min雨强标准 0 .2 5mm/min。其中时段雨强标准筛选精度最高 ,可剔除 88%以上的降雨事件 ,只有5.3%的错选度。其次是平均雨强标准 ,雨量标准筛选精度最差。漏选降雨侵蚀力之和与多选降雨侵蚀力之和相抵为原则建立的侵蚀性降雨标准 ,对于计算降雨侵蚀力 ,提高土壤侵蚀预报精度 ,具有重要意义。
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A modeling approach to determining the relationship between erosion and soil productivity [EPIC, Erosion-Productivity Impact Calculator, mathematical models] [C]// |
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Revised slope length factor for the universal soil loss equation .[J]. |
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Computing the RUSLE LS factor through array-based slope length processing of digital elevation data using a C++ executable [J]. |
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Slope length effects on soil loss for steep slopes .[J].https://doi.org/10.2136/sssaj2000.6451759x URL [本文引用: 1] 摘要
The effect of hillslope length on soil loss, often termed the slope length factor, is one of the main and most variable components of any empirical model. In the most widely used model, the Universal Soil Loss Equation (USLE), normalized soil loss, L, is expressed as a power function of slope length, λ, as L=(λ/22.1)m, in which the slope exponent, m, is 0.2, 0.3, 0.4, and 0.5 for different, inc...
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应用USLE模型与地理信息系统IDRISI预测小流域土壤侵蚀量的研究 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1009-2242.2000.02.005 URL [本文引用: 1] 摘要
依据实地调查资料 ,建立了典型小流域地理数据库 ;应用径流小区观测结果 ,确定了定量计算通用土壤流失方程 USL E因子指标的方法。在地理信息系统 IDRISI支持下 ,根据USLE土壤侵蚀预测模型对数据库实施运算操作 ,预测了小流域土壤侵蚀量。结果表明 ,占流域面积 6 7%的区域土壤侵蚀微弱或轻度 ,这一区域对流域土壤侵蚀量的贡献率仅为 3% ,而流域 80 %的泥沙来自于占流域面积仅 2 0 %的极强度和剧烈侵蚀区域
Study of applying USLE and geographical information system IDRISI to predict soil erosion in small watershed [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1009-2242.2000.02.005 URL [本文引用: 1] 摘要
依据实地调查资料 ,建立了典型小流域地理数据库 ;应用径流小区观测结果 ,确定了定量计算通用土壤流失方程 USL E因子指标的方法。在地理信息系统 IDRISI支持下 ,根据USLE土壤侵蚀预测模型对数据库实施运算操作 ,预测了小流域土壤侵蚀量。结果表明 ,占流域面积 6 7%的区域土壤侵蚀微弱或轻度 ,这一区域对流域土壤侵蚀量的贡献率仅为 3% ,而流域 80 %的泥沙来自于占流域面积仅 2 0 %的极强度和剧烈侵蚀区域
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Assessment of soil erosion at large watershed scale using RUSLE and GIS: Acase study in the Loess Plateau of China [J].https://doi.org/10.1002/ldr.646 URL [本文引用: 1] 摘要
Soil erosion is a serious problem in the Loess Plateau of China, and assessment of soil erosion at large watershed scale is urgently need. This study used RUSLE and GIS to assess soil loss in the Yanhe watershed. All factors used in the RUSLE were calculated for the watershed using local data. RUSLE-factor maps were made. The mean values of the R-factor, K-factor, LS-factor, C-factor and P-factor were 970 209 MJ km(-2) h(-1) a(-1), 0.0195 Mg h MJ(-1) mm(-1), 10.27, 0.33359 and 0.2135 respectively. The mean value of the annual average soil loss was found to be 14 458 Mg km(-2) per year, and the soil loss rate in most areas was between 5000 and 20 000 Mg km(-2) per year. There is more erosion in the centre and southeast than in the northwest of Yanhe watershed. Because of the limitations of the RUSLE and spatial heterogeneity, more work should be done on the RUSLE-factor accuracy, scale effects, etc. Furthermore, it is necessary to apply some physical models in the future, to identify the transport and deposition processes of sediment at a large scale. Copyright (c) 2005 John Wiley S Sons, Ltd.
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延安市退耕还林前后土壤保持功能价值评估 [J].Valuation of ecological service on soil conservation function before and after Grain for Green Project in Yan'an City, Northwestern China [J]. |
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黄土高原水蚀风蚀交错带坡面土壤侵蚀特征及其影响因素 [J].
水蚀与风蚀的交错作用大大加剧了黄土高原水蚀风蚀交错带的土壤侵蚀强度,造就了复杂的侵蚀环境。通过在水蚀风蚀交错带的典型区域——神木六道沟流域,选择沿本地盛行风向(NW)到最弱风向(E)方向的坡面布设采样断面,探究土壤粒径和土壤侵蚀速率的空间分布特征,分析其影响因素。结果表明:土壤粒径和侵蚀速率均表现出明显的波动变化和显著的坡面变异(p0.05)。其坡面分异受坡面部位、坡度、植被、土壤类型、土地利用类型和侵蚀动力(风力和降雨)的共同影响。侵蚀动力之外的因素对土壤侵蚀速率的坡面变异累积解释69.6%~82.1%。土壤侵蚀速率与坡面部位、坡度、植被、土壤类型和土地利用类型的线性回归分析显示,土壤侵蚀的动力因素也十分重要。然而,要揭示坡面土壤侵蚀空间分布的一般规律,定量区分水蚀和风蚀对坡面侵蚀的贡献,需进一步研究。
Soil erosion and its influence factors on a slope in the wind-water erosion crisscross region on the Loess Plateau [J].
水蚀与风蚀的交错作用大大加剧了黄土高原水蚀风蚀交错带的土壤侵蚀强度,造就了复杂的侵蚀环境。通过在水蚀风蚀交错带的典型区域——神木六道沟流域,选择沿本地盛行风向(NW)到最弱风向(E)方向的坡面布设采样断面,探究土壤粒径和土壤侵蚀速率的空间分布特征,分析其影响因素。结果表明:土壤粒径和侵蚀速率均表现出明显的波动变化和显著的坡面变异(p0.05)。其坡面分异受坡面部位、坡度、植被、土壤类型、土地利用类型和侵蚀动力(风力和降雨)的共同影响。侵蚀动力之外的因素对土壤侵蚀速率的坡面变异累积解释69.6%~82.1%。土壤侵蚀速率与坡面部位、坡度、植被、土壤类型和土地利用类型的线性回归分析显示,土壤侵蚀的动力因素也十分重要。然而,要揭示坡面土壤侵蚀空间分布的一般规律,定量区分水蚀和风蚀对坡面侵蚀的贡献,需进一步研究。
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陕北地区农田退耕对生态系统关键服务功能的影响研究[D] .The impact research of returning farmland on the key ecosystem services function in Northern Shaanxi, China[D] . |
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Quantifying and mapping ecosystem services [J].https://doi.org/10.1080/21513732.2012.695229 URL [本文引用: 1] 摘要
EcoServ-GIS is a Geographical Information Systems (GIS) toolkit that generates fine scale (10or 50 m resolution) maps Applied Geography, 31(1), pp. Mapping ecosystem services: Practicalchallenges and opportunities in linking GIS and value transfer (vol 60, pg 435, 2006).
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北方农牧交错带不同退耕方式对生态健康的影响——以武川县为例 [J].Influence of different ways of returning farmland on ecosystem health in the Northern Agro-grazing Ecotone: A case study of Wuchuan County [J]. |
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中国北方农牧交错带生态环境的空间格局演变 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-3037.2005.06.011 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
中国北方农牧交错带受自然条件和人为活动等多种因素的综合影响,生态环境问题比较突出,成为生态环境研究的典型区和理想地带。论文以此作为研究对象,选择能反映生态环境特点的多种空间数据信息,利用数字网格模型,通过采用空间叠加的分析方法,评估北方农牧交错带1989年和1999年的生态环境背景状况,并对北方农牧交错带生态环境变化及空间格局特征进行研究。结果表明:①1989至1999年,北方农牧交错带生态环境背景状况从东南向西北逐渐变差;②1989至1999年来,北方农牧交错带生态环境背景状况逐渐变差;③北方农牧交错带生态环境背景状况变化严重地区集中在晋陕蒙宁甘交界处、科尔沁沙地区、青海海东地区3个区域;④在205个旗县中,宁夏盐池县、内蒙古翁牛特旗、陕西定边县、甘肃环县、青海尖扎县、山西汾西县等12个旗县的生态环境变化最为严重,60%以上的面积生态环境背景状况逐渐变差。
Chang and spatial pattern of eco-environment in the Farming-pastoral Ecotone of the Northern China [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-3037.2005.06.011 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
中国北方农牧交错带受自然条件和人为活动等多种因素的综合影响,生态环境问题比较突出,成为生态环境研究的典型区和理想地带。论文以此作为研究对象,选择能反映生态环境特点的多种空间数据信息,利用数字网格模型,通过采用空间叠加的分析方法,评估北方农牧交错带1989年和1999年的生态环境背景状况,并对北方农牧交错带生态环境变化及空间格局特征进行研究。结果表明:①1989至1999年,北方农牧交错带生态环境背景状况从东南向西北逐渐变差;②1989至1999年来,北方农牧交错带生态环境背景状况逐渐变差;③北方农牧交错带生态环境背景状况变化严重地区集中在晋陕蒙宁甘交界处、科尔沁沙地区、青海海东地区3个区域;④在205个旗县中,宁夏盐池县、内蒙古翁牛特旗、陕西定边县、甘肃环县、青海尖扎县、山西汾西县等12个旗县的生态环境变化最为严重,60%以上的面积生态环境背景状况逐渐变差。
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黄土高原森林草原区退耕还林还草土壤保持效应评估 [J].https://doi.org/10.7606/j.issn.1000-7601.2017.05.18 URL [本文引用: 1] 摘要
黄土高原地处生态过渡带和环境脆弱区，区内大范围的土壤侵蚀严重影响了当地的生态环境。以黄土高原森林草原区为研究对象，应用修正通用土壤流失方程，根据2000、2005、2010年气象数据及土地利用等数据，从不同坡度、植被覆盖度、土地利用类型评估了黄土高原森林草原区退耕还林还草工程的土壤保持效应。结果表明，(1) 随着退耕还林还草工程的实施，林地和草地面积明显增加，分别增加2 219.41 km2、2 205.27 km2，研究区植被覆盖度逐渐改善。(2) 2000—2010年土壤保持量增加2.41亿t，单位面积土壤保持量由3 033.15 t·km-2·a-1增加至5 114.86 t·km-2·a-1，土壤保持效应显著提升。(3) 研究区土壤保持效应与植被覆盖度呈正相关关系，在不同土地利用类型中，林地、草地和耕地具有较高的土壤保持效应，单位面积土壤保持量分别为5 405.57、3 598.41、3 078.81 t·km-2·a-1。退耕还林还草工程的实施提升了区域的土壤保持效应，但是，区内东北部由于矿产资源开采导致的植被破坏、地表塌陷以及土壤侵蚀问题亟待解决。
Evaluation on soil conservation effect of returning cropland to forest and grassland in forest-steppe zone of Loess Plateau [J].https://doi.org/10.7606/j.issn.1000-7601.2017.05.18 URL [本文引用: 1] 摘要
黄土高原地处生态过渡带和环境脆弱区，区内大范围的土壤侵蚀严重影响了当地的生态环境。以黄土高原森林草原区为研究对象，应用修正通用土壤流失方程，根据2000、2005、2010年气象数据及土地利用等数据，从不同坡度、植被覆盖度、土地利用类型评估了黄土高原森林草原区退耕还林还草工程的土壤保持效应。结果表明，(1) 随着退耕还林还草工程的实施，林地和草地面积明显增加，分别增加2 219.41 km2、2 205.27 km2，研究区植被覆盖度逐渐改善。(2) 2000—2010年土壤保持量增加2.41亿t，单位面积土壤保持量由3 033.15 t·km-2·a-1增加至5 114.86 t·km-2·a-1，土壤保持效应显著提升。(3) 研究区土壤保持效应与植被覆盖度呈正相关关系，在不同土地利用类型中，林地、草地和耕地具有较高的土壤保持效应，单位面积土壤保持量分别为5 405.57、3 598.41、3 078.81 t·km-2·a-1。退耕还林还草工程的实施提升了区域的土壤保持效应，但是，区内东北部由于矿产资源开采导致的植被破坏、地表塌陷以及土壤侵蚀问题亟待解决。
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黄土丘陵区生态退耕对草本层植物多样性的影响 [J].
为研究何种生态退耕对黄土丘陵 地区植被恢复较好,以典型黄土丘陵沟壑区大南沟小流域为研究区,采用传统植物群落调查法从退耕方式和退耕年限两个方面探讨生态退耕对草本层植物多样性的影 响。结果表明:(1)在生态退耕30a内,随着退耕年限的增加,草本层植物丰富度指数、两多样性指数(Simpson指数和Shannon-Wiener 指数)和均匀度指数都呈现增加的趋势。但前期增加不显著,后期增加显著。(2)不同生态退耕方式对草本层植物多样性的影响差异显著。三种多样性指数均表现 为退耕还草退耕还林退耕还灌,且丰富度指数退耕还草(23.875)较退耕还林(14.606)和还灌(14.556)显著增加;Simpson多样性指 数和Shannon-Wiener多样性指数退耕还草(0.945,3.048)和退耕还林(0.931,2.992)较还灌(0.912,2.563) 显著增加。退耕还草优于退耕还灌和退耕还林,对草本层植物群落多样性影响最小,是最佳生态退耕方式。
Effects of ecological restoration on species diversity of herb layer in the Hilly-gullied Area of Loess Plateau [J].
为研究何种生态退耕对黄土丘陵 地区植被恢复较好,以典型黄土丘陵沟壑区大南沟小流域为研究区,采用传统植物群落调查法从退耕方式和退耕年限两个方面探讨生态退耕对草本层植物多样性的影 响。结果表明:(1)在生态退耕30a内,随着退耕年限的增加,草本层植物丰富度指数、两多样性指数(Simpson指数和Shannon-Wiener 指数)和均匀度指数都呈现增加的趋势。但前期增加不显著,后期增加显著。(2)不同生态退耕方式对草本层植物多样性的影响差异显著。三种多样性指数均表现 为退耕还草退耕还林退耕还灌,且丰富度指数退耕还草(23.875)较退耕还林(14.606)和还灌(14.556)显著增加;Simpson多样性指 数和Shannon-Wiener多样性指数退耕还草(0.945,3.048)和退耕还林(0.931,2.992)较还灌(0.912,2.563) 显著增加。退耕还草优于退耕还灌和退耕还林,对草本层植物群落多样性影响最小,是最佳生态退耕方式。
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China's sloping land conversion program: Institutional innovation or business as usual? [J].https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2007.09.017 URL [本文引用: 1] 摘要
China's Sloping Land Conversion Program (SLCP) is the largest land retirement/reforestation program in the developing world, having the goal of converting 14.6702million hectares of cropland to forests by 2010 (4.402million of which is on land with slopes greater than 25°) and an additional “soft” goal of afforesting a roughly equal area of wasteland by 2010. Pending successful completion it could represent a 10–20% increase in China's national forest area and a 10% decrease in current cultivated area. In contrast to China's other forest-sector policies, SLCP uses a public payment scheme that directly engages millions of rural households as core agents of project implementation, and has the stated principals of volunteerism. Thus, insofar as current or future de facto program implementation involves decentralized, voluntary grassroots participation, SLCP represents an important departure from “business as usual” in how China manages its forest resources. This work draws upon current available research of the program and uses a 2003 household and village-level survey conducted by the Center for Chinese Agricultural Policy, CAS, to examine program design, implementation and outcomes to date. Results indicate that significant problems in design and implementation exist, with these including shortfalls in subsidies delivered, lack of respect of the principals of volunteerism, and insufficient technical support and budgeting for local implementation costs. More fundamentally, some program goals appear to be based on common misperceptions regarding the linkages between forests and watershed services. Overall, SLCP contains both innovative elements (volunteerism and the direct engagement of farmers) as well as components that hark back to policies and mindsets of decades past (the program's top-down, simplified contract structure, lack of sufficient consultation with local communities and rural households, and campaign-style mobilization). The paper concludes by providing four main suggestions to improve the program: 1) Increase local community input in design and implementation, and ensure that households have full autonomy in participation choice; 2) improve technical support and budgeting for local administrative costs and capacity building; 3) clarify the environmental services targeted and verify the measures needed to acquire these services; and 4) integrate SLCP into an overall package of complementary policies aimed at the rural sector.
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晋西黄土区退耕还林地涵养水源和保育土壤功能评价 [J].https://doi.org/10.13870/j.cnki.stbcxb.2015.05.023 URL [本文引用: 1] 摘要
以晋西黄土区退耕还林地为研究对象，对其土壤容重、孔隙度、有机质、养分含量进行测定和分析，并对其涵养水源和保育土壤功能进行评价。结果表明：（1）退耕还林地0-50cm土层平均容重为1．23g／cm^3，随着土壤深度的增加，土壤容重增大，土壤孔隙度呈下降趋势，刺槐侧柏混交林地土壤结构最好，荒草地最差；（2）0-30cm土层平均有机质含量为29．33g／kg，全氮含量为1．54g／kg，全磷含量为0．46g／kg，全钾含量为18．85g／kg，随着土壤深度的增加，土壤有机质含量减少，土壤全量养分呈现递减的趋势；（3）不同植被恢复措施涵养水源能力依次为刺槐侧柏混交林〉刺槐林〉侧柏林〉苹果林〉山杏林〉油松林；（4）不同植被恢复措施保育土壤能力依次为刺槐侧柏混交林〉油松林〉刺槐林〉侧柏林〉山杏林〉苹果林〉荒草地；（5）不同植被恢复措施下土壤涵养水源和保育土壤功能存在很大的差异，以刺槐侧柏混交林模式最佳，荒草地最差。
Functional assessment of soil and water conservationg under conversion of cropland to forest in Loess Plateau of Western Shanxi Province [J].https://doi.org/10.13870/j.cnki.stbcxb.2015.05.023 URL [本文引用: 1] 摘要
以晋西黄土区退耕还林地为研究对象，对其土壤容重、孔隙度、有机质、养分含量进行测定和分析，并对其涵养水源和保育土壤功能进行评价。结果表明：（1）退耕还林地0-50cm土层平均容重为1．23g／cm^3，随着土壤深度的增加，土壤容重增大，土壤孔隙度呈下降趋势，刺槐侧柏混交林地土壤结构最好，荒草地最差；（2）0-30cm土层平均有机质含量为29．33g／kg，全氮含量为1．54g／kg，全磷含量为0．46g／kg，全钾含量为18．85g／kg，随着土壤深度的增加，土壤有机质含量减少，土壤全量养分呈现递减的趋势；（3）不同植被恢复措施涵养水源能力依次为刺槐侧柏混交林〉刺槐林〉侧柏林〉苹果林〉山杏林〉油松林；（4）不同植被恢复措施保育土壤能力依次为刺槐侧柏混交林〉油松林〉刺槐林〉侧柏林〉山杏林〉苹果林〉荒草地；（5）不同植被恢复措施下土壤涵养水源和保育土壤功能存在很大的差异，以刺槐侧柏混交林模式最佳，荒草地最差。
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榆林市还林还草后土壤保持功能和经济价值评价 [J].https://doi.org/10.13866/j.azr.2017.06.13 URL [本文引用: 1] 摘要
为了定量评估退耕还林还草工程在黄土高原核心区的土壤保持能力和经济价值,以榆林市12个县市为研究对象,利用USLE土壤侵蚀模型结合RS、GIS技术,估算了2000—2013年榆林市土壤侵蚀模数,在此基础上评估了土壤保持能力的变化,利用市场价值法、机会成本法和影子工程法估算了其经济价值。结果表明：14 a来榆林市土壤侵蚀强度呈现降低趋势,2013年比2002年平均侵蚀模数减少784.82 t·km-2·a-1,土壤流失总量减少4.20×107t。土壤保持能力明显提高,但空间差异明显,南部丘陵沟壑区较西北部风沙区土壤保持能力明显提高。2013年土壤保持能力从大到小依次是林地41 540.00 t·km-2·a-1、草地34 852.71 t·km-2·a-1、耕地29 679.39t·km-2·a-1、未利用土地7 973.03 t·km-2·a-1。2013年土壤保持能力为33 685.89 t·km-2·a-1、潜在侵蚀总量为1.61×109t,土壤保持总量约为1.43×109t。为了消除年际降雨侵蚀力不同对土壤侵蚀造成的影响,利用模拟降雨法,模拟了2013年在2002年降雨条件下的土壤保持能力为37 303.64 t·km-2·a-1,比2002年增加1 423.54 t·km-2·a-1。土壤总保持量为1.58×109t,比2002年多出7.20×107t,N、P、K元素共增加了8.24×104t。2013年和2002年土壤保持总价值分别为1.49×1010元和1.51×1010元,增加了5.90×108元。退耕还林还草工程在榆林市取得了显著的生态经济价值,该研究结果可以为该地区土壤保持能力与生态管理提供一定的参考。
Assessment of soil conservation function and economic value in Yulin City after implementing the Project of “Grain for Green” [J].https://doi.org/10.13866/j.azr.2017.06.13 URL [本文引用: 1] 摘要
为了定量评估退耕还林还草工程在黄土高原核心区的土壤保持能力和经济价值,以榆林市12个县市为研究对象,利用USLE土壤侵蚀模型结合RS、GIS技术,估算了2000—2013年榆林市土壤侵蚀模数,在此基础上评估了土壤保持能力的变化,利用市场价值法、机会成本法和影子工程法估算了其经济价值。结果表明：14 a来榆林市土壤侵蚀强度呈现降低趋势,2013年比2002年平均侵蚀模数减少784.82 t·km-2·a-1,土壤流失总量减少4.20×107t。土壤保持能力明显提高,但空间差异明显,南部丘陵沟壑区较西北部风沙区土壤保持能力明显提高。2013年土壤保持能力从大到小依次是林地41 540.00 t·km-2·a-1、草地34 852.71 t·km-2·a-1、耕地29 679.39t·km-2·a-1、未利用土地7 973.03 t·km-2·a-1。2013年土壤保持能力为33 685.89 t·km-2·a-1、潜在侵蚀总量为1.61×109t,土壤保持总量约为1.43×109t。为了消除年际降雨侵蚀力不同对土壤侵蚀造成的影响,利用模拟降雨法,模拟了2013年在2002年降雨条件下的土壤保持能力为37 303.64 t·km-2·a-1,比2002年增加1 423.54 t·km-2·a-1。土壤总保持量为1.58×109t,比2002年多出7.20×107t,N、P、K元素共增加了8.24×104t。2013年和2002年土壤保持总价值分别为1.49×1010元和1.51×1010元,增加了5.90×108元。退耕还林还草工程在榆林市取得了显著的生态经济价值,该研究结果可以为该地区土壤保持能力与生态管理提供一定的参考。
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2001-2010年榆林市土壤侵蚀动态变化趋势 [J].https://doi.org/10.13866/j.azr.2015.05.13 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
土壤侵蚀在水土保持和荒漠化防治中扮演着重要角色,在区域水土资源的开发、保护及其利用中具有重要意义。以通用土壤流失方程为工具,采用格网技术、空间插值、空间分析、一元线性回归等技术,对栅格数据进行采样、重分类、空间统计分析,对榆林市连续10 a土壤侵蚀动态变化及其分布进行分析,并对其未来土壤侵蚀情况进行预测。研究表明：1 2001—2010年榆林市总体土壤侵蚀平均模数平稳,但在2003年和2009年出现跳跃性的拐点,2003年土壤侵蚀平均模数达到最小值,2009年土壤侵蚀平均模数达到最大值;2榆林市土壤侵蚀面积逐年增大,轻度和中度土壤侵蚀面积所占比例呈增大趋势,中度以上侵蚀面积占总面积的21.68%,轻度土壤侵蚀面积占总面积的37.91%;3工矿用地和能源开发区等土壤侵蚀较为严重;4未来几年,土壤侵蚀主要发生在府谷大部、神木中部、部分能源开发区及其周边和定边中部等地区。
Study on changing trend of soil erosion in Yulin City from 2001 to 2010 [J].https://doi.org/10.13866/j.azr.2015.05.13 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
土壤侵蚀在水土保持和荒漠化防治中扮演着重要角色,在区域水土资源的开发、保护及其利用中具有重要意义。以通用土壤流失方程为工具,采用格网技术、空间插值、空间分析、一元线性回归等技术,对栅格数据进行采样、重分类、空间统计分析,对榆林市连续10 a土壤侵蚀动态变化及其分布进行分析,并对其未来土壤侵蚀情况进行预测。研究表明：1 2001—2010年榆林市总体土壤侵蚀平均模数平稳,但在2003年和2009年出现跳跃性的拐点,2003年土壤侵蚀平均模数达到最小值,2009年土壤侵蚀平均模数达到最大值;2榆林市土壤侵蚀面积逐年增大,轻度和中度土壤侵蚀面积所占比例呈增大趋势,中度以上侵蚀面积占总面积的21.68%,轻度土壤侵蚀面积占总面积的37.91%;3工矿用地和能源开发区等土壤侵蚀较为严重;4未来几年,土壤侵蚀主要发生在府谷大部、神木中部、部分能源开发区及其周边和定边中部等地区。
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退耕还林后榆林市土壤侵蚀和养分流失功效研究 [J].https://doi.org/10.13870/j.cnki.stbcxb.2016.04.010 URL [本文引用: 1] 摘要
为了研究退耕还林后植被覆盖变化对黄土高原地区土壤侵蚀的影响,利用RUSLE土壤侵蚀模型结合RS、GIS技术估算了陕西省榆林市2000-2013年土壤侵蚀模数.结果表明,2000年以来NDVI从0.20增加到0.33,表现出东南部增长快于西北部的空间特征.降雨量最小和最大年份是2000年和2001年,对应的土壤侵蚀模数分别为2 071.97 t/(km2·a)和8 968.82 t/(km2·a).在模拟最大和最小降雨条件下,2013年土壤侵蚀模数分别为1 218 t/(km2·a)和5 375 t/(km2·a),土壤流失总量比2000年和2001年分别减少了40％和41％,约0.35×108 t和1.52×108 t.随着侵蚀量的减少,土壤养分流失得到了有效控制,2013年比2002年土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量累计减少562 049.65 t.退耕还林后,榆林市土壤侵蚀呈现总量减少、侵蚀强度降低的趋势,表明退耕还林政策取得了明显的水土保持效益.
Research on soil erosion and nutrient loss in Yulin City after afforestation [J].https://doi.org/10.13870/j.cnki.stbcxb.2016.04.010 URL [本文引用: 1] 摘要
为了研究退耕还林后植被覆盖变化对黄土高原地区土壤侵蚀的影响,利用RUSLE土壤侵蚀模型结合RS、GIS技术估算了陕西省榆林市2000-2013年土壤侵蚀模数.结果表明,2000年以来NDVI从0.20增加到0.33,表现出东南部增长快于西北部的空间特征.降雨量最小和最大年份是2000年和2001年,对应的土壤侵蚀模数分别为2 071.97 t/(km2·a)和8 968.82 t/(km2·a).在模拟最大和最小降雨条件下,2013年土壤侵蚀模数分别为1 218 t/(km2·a)和5 375 t/(km2·a),土壤流失总量比2000年和2001年分别减少了40％和41％,约0.35×108 t和1.52×108 t.随着侵蚀量的减少,土壤养分流失得到了有效控制,2013年比2002年土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量累计减少562 049.65 t.退耕还林后,榆林市土壤侵蚀呈现总量减少、侵蚀强度降低的趋势,表明退耕还林政策取得了明显的水土保持效益.
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退耕还林还草工程对中国北方农牧交错区土地利用/覆被变化的影响——以科尔沁左翼后旗为例 [J].
以北方农牧交错区-科尔沁左翼后旗为例,利用卫星遥感技术获取1980~2010 年土地利用/覆被信息,通过统计模型重建土地利用/覆被及景观格局变化过程,综合评价二者动态及退耕还林还草等生态恢复工程的影响。研究区土地整体处于准平衡态势,各地类双向转换较频繁；耕地与草地的变化对区域土地利用/覆被及景观格局变化起支配作用；退耕还林还草等生态恢复工程逆转了天然植被(包括草地与林地)整体减少及耕地与未利用地增加的局面,使各景观破碎化程度有所缓解,这可能有利于生态环境的改善。
The impact of the Grain for Green Project on the land use/cover change in the Northern Farming-pastoral Ecotone, China: A case study of Kezuohouqi County [J].
以北方农牧交错区-科尔沁左翼后旗为例,利用卫星遥感技术获取1980~2010 年土地利用/覆被信息,通过统计模型重建土地利用/覆被及景观格局变化过程,综合评价二者动态及退耕还林还草等生态恢复工程的影响。研究区土地整体处于准平衡态势,各地类双向转换较频繁；耕地与草地的变化对区域土地利用/覆被及景观格局变化起支配作用；退耕还林还草等生态恢复工程逆转了天然植被(包括草地与林地)整体减少及耕地与未利用地增加的局面,使各景观破碎化程度有所缓解,这可能有利于生态环境的改善。
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典型东北农牧交错区土地利用/覆被变化分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-5995.2014.01.015 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
采用赵哈林对东北农牧交错区的界定范围,选取内蒙古库伦旗,科尔沁左翼后旗以及辽宁西部的康平县和法库县四县为代表,利用1987年、1995年、2003和2007年4个时期土地利用数据,运用ArcGIS和ArcView,分析1987-2007年间的土地利用/覆被变化.结果表明:研究期间,农田和草地大幅度减少,未利用地用地面积显著增加,林地和建设用地保持较小增长,水域面积减少幅度不大.研究区土地利用类型转移的主要方向是农田转化为草地(转化面积为1060.88 km2,占2007年草地面积的27.19%)和未利用地(转化面积为280.10 km2)、林地转化为草地(转化面积77.95 km2)、草地转化为未利用地(转化面积为1265.07 km2).人口压力和生态政策是影响该区域土地利用/土地覆盖变化的主要驱动力.
Analysis of land use/cover changes of typical Agro-pasture Zigzag Zone in Northeast China [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-5995.2014.01.015 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
采用赵哈林对东北农牧交错区的界定范围,选取内蒙古库伦旗,科尔沁左翼后旗以及辽宁西部的康平县和法库县四县为代表,利用1987年、1995年、2003和2007年4个时期土地利用数据,运用ArcGIS和ArcView,分析1987-2007年间的土地利用/覆被变化.结果表明:研究期间,农田和草地大幅度减少,未利用地用地面积显著增加,林地和建设用地保持较小增长,水域面积减少幅度不大.研究区土地利用类型转移的主要方向是农田转化为草地(转化面积为1060.88 km2,占2007年草地面积的27.19%)和未利用地(转化面积为280.10 km2)、林地转化为草地(转化面积77.95 km2)、草地转化为未利用地(转化面积为1265.07 km2).人口压力和生态政策是影响该区域土地利用/土地覆盖变化的主要驱动力.
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基于RS与GIS的内蒙古武川县退耕还林生态成效监测 [J].https://doi.org/10.11975/j.issn.1002-6819.2015.11.039 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
为监测半干旱地区退耕还林工程实施的效果，基于MODIS NDVI时间序列数据及土地利用数据，该文对内蒙古武川县的土地利用变化及植被覆盖变化进行了研究。结果表明：1）2000－2013年，武川县植被覆盖呈增加趋势发展的面积占33.55%，呈减少趋势发展的面积占30.15%，无显著变化的占36.30%，植被覆盖变化的空间差异明显，植被退化的区域重点集中于武川县的西北部。2）1999－2010年间，研究区耕地面积净减少18 809.29 hm2，耕地转为草地13 873.48hm2，转为林地5 429.81 hm2，草地转为林地13 554.25 hm2；结合地形特征，退耕地重点分布于＞2°～15°坡度与＞1 500～2 000 m海拔范围，并随着坡度与海拔的增加，退耕的幅度越来越大。3）退耕区中，植被覆盖下降的面积占20.98%，植被覆盖增加的面积占43.89%；在非退耕区，植被覆盖下降的区域面积占29.40%，植被覆盖增加的占34.14%。整体来看，退耕区植被的改善程度要高于非退耕区。4）进一步分析发现，退耕区中，耕地-草地的植被呈退化趋势发展，退化区域集中于＞2°～15°坡度与＞1 500～2 000 m海拔范围；在耕地-林地与草地-林地区域，其整体植被覆盖均显著提高，其中，耕地-林地的植被改善区域集中于＞2°～6°坡度与＞1 500～1 750 m海拔范围，草地-林地的植被改善区域重点分布于＞6°～15°、＞2°～6°及＞15°～25°坡度范围与＞1 500～2 000 m海拔范围。在非退耕区，耕地保持区、林地保持区与林地-草地区域的植被覆盖整体增加，而草地保持区、草地-耕地与草地-沙地区域的植被覆盖整体下降。
Monitoring effects of ecosystem restructuring project for returning grain plots to forestry in Wuchuan county of Inner Mongolia based on RS and GIS [J].https://doi.org/10.11975/j.issn.1002-6819.2015.11.039 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
为监测半干旱地区退耕还林工程实施的效果，基于MODIS NDVI时间序列数据及土地利用数据，该文对内蒙古武川县的土地利用变化及植被覆盖变化进行了研究。结果表明：1）2000－2013年，武川县植被覆盖呈增加趋势发展的面积占33.55%，呈减少趋势发展的面积占30.15%，无显著变化的占36.30%，植被覆盖变化的空间差异明显，植被退化的区域重点集中于武川县的西北部。2）1999－2010年间，研究区耕地面积净减少18 809.29 hm2，耕地转为草地13 873.48hm2，转为林地5 429.81 hm2，草地转为林地13 554.25 hm2；结合地形特征，退耕地重点分布于＞2°～15°坡度与＞1 500～2 000 m海拔范围，并随着坡度与海拔的增加，退耕的幅度越来越大。3）退耕区中，植被覆盖下降的面积占20.98%，植被覆盖增加的面积占43.89%；在非退耕区，植被覆盖下降的区域面积占29.40%，植被覆盖增加的占34.14%。整体来看，退耕区植被的改善程度要高于非退耕区。4）进一步分析发现，退耕区中，耕地-草地的植被呈退化趋势发展，退化区域集中于＞2°～15°坡度与＞1 500～2 000 m海拔范围；在耕地-林地与草地-林地区域，其整体植被覆盖均显著提高，其中，耕地-林地的植被改善区域集中于＞2°～6°坡度与＞1 500～1 750 m海拔范围，草地-林地的植被改善区域重点分布于＞6°～15°、＞2°～6°及＞15°～25°坡度范围与＞1 500～2 000 m海拔范围。在非退耕区，耕地保持区、林地保持区与林地-草地区域的植被覆盖整体增加，而草地保持区、草地-耕地与草地-沙地区域的植被覆盖整体下降。
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陕西省重点生态建设工程区植被恢复状况遥感监测 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-6819.2012.07.038 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
该文应用像元分解模型，利用250 m分辨率MODIS NDVI定量估算了2000～2010年陕西省的植被覆盖度，分析了该省重点生态建设工程区（防沙治沙工程区、退耕还林工程区、天然林保护工程区）植被覆盖度的时空变化特征。结果表明：1）陕西省重点生态建设工程区2010年的植被覆盖度比2000年增加了8.3%～23.2%。2）2000～2010年各个生态建设工程区的植被覆盖度变化都呈现在波动中缓慢上升的趋势（P<0.01），线性倾向变化百分率以防沙治沙工程区最高（83.8%），其次是陕北退耕还林工程区（61.1%）。3）各个生态建设工程区植被覆盖度以增加为主，植被覆盖度线性倾向变化增加的面积占相应工程区面积的82.8%～98.2%。4）各个生态建设工程区高覆盖度植被所占的面积比例具有极显著的上升趋势（P<0.01），低覆盖度植被所占的面积比例具有极显著的下降趋势（P<0.01）。通过重点生态建设工程的实施，工程区内植被覆盖状况显著改善，防沙治沙工程区和陕北退耕还林工程区植被覆盖度增加尤为显著。该研究可为客观评价陕西省防沙治沙工程、退耕还林工程、天然林保护工程的生态效益提供科学依据。
Remote sensing analysis of vegetation restoration in key ecological construction areas of Shaanxi province [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-6819.2012.07.038 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
该文应用像元分解模型，利用250 m分辨率MODIS NDVI定量估算了2000～2010年陕西省的植被覆盖度，分析了该省重点生态建设工程区（防沙治沙工程区、退耕还林工程区、天然林保护工程区）植被覆盖度的时空变化特征。结果表明：1）陕西省重点生态建设工程区2010年的植被覆盖度比2000年增加了8.3%～23.2%。2）2000～2010年各个生态建设工程区的植被覆盖度变化都呈现在波动中缓慢上升的趋势（P<0.01），线性倾向变化百分率以防沙治沙工程区最高（83.8%），其次是陕北退耕还林工程区（61.1%）。3）各个生态建设工程区植被覆盖度以增加为主，植被覆盖度线性倾向变化增加的面积占相应工程区面积的82.8%～98.2%。4）各个生态建设工程区高覆盖度植被所占的面积比例具有极显著的上升趋势（P<0.01），低覆盖度植被所占的面积比例具有极显著的下降趋势（P<0.01）。通过重点生态建设工程的实施，工程区内植被覆盖状况显著改善，防沙治沙工程区和陕北退耕还林工程区植被覆盖度增加尤为显著。该研究可为客观评价陕西省防沙治沙工程、退耕还林工程、天然林保护工程的生态效益提供科学依据。
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退耕还林工程建设对土壤侵蚀的影响——以安塞县为例 [J].
以黄土丘陵区退耕还林典型县——安塞县为研究对象,基于3S技术与RUSLE土壤侵蚀模型,从县域尺度上分析评价了黄土高原区退耕还林前后土壤侵蚀变化。研究结果表明:与退耕前1999年相比较,2010年土壤侵蚀强度在空间上发生明显改变,总体上,土壤侵蚀强度有明显减小的趋势。极强烈侵蚀下降幅度最大(下降13.73%),主要向强烈转移,占10.45%;中度侵蚀由35.92%增加到59.98%,主要由强烈侵蚀转移而来,占27.08%;微度和轻度变化较小。土壤侵蚀既有增强区域也有减弱区域,总体趋势以减弱为主。侵蚀加强区域主要是由中度和强烈向强烈、极强烈和剧烈转移,转移面积较小;发生增强的区域主要是以草地覆盖为主;其次是原耕地,退耕还林后转化为林地和草地,部分地区出现裸露斑块,呈现部分小面积土壤侵蚀加剧。土壤侵蚀减弱区域主要是极强烈、剧烈向中度、强烈等转移;转移面积主要发生区域沟壑区低盖度草地、沟道以及河道边缘裸地。随着退耕还林还草工程的实施,荒山林草覆盖度增加,林草植被对降水进行截留下渗,缓减洪峰流量,减少降雨洪峰对沟道和河道侧冲刷,降低土壤侵蚀强度。安塞县实施退耕还林11年后,土壤侵蚀以强度侵蚀为主(46.47%)转中度侵蚀为主(59.98%),全县平均土壤侵蚀由1998年的9 780t/(km~2·a)转为2010年的5 460t/(km~2·a),每年约减少土壤侵蚀量1 274万t。退耕还林工程建设对于安塞县控制水土流失和改善生态环境有着重要作用。研究结果将对该区域水土流失治理提供参考依据。
Effects of returning farmland to forest construction on soil erosion-A case study of Ansai County [J].
以黄土丘陵区退耕还林典型县——安塞县为研究对象,基于3S技术与RUSLE土壤侵蚀模型,从县域尺度上分析评价了黄土高原区退耕还林前后土壤侵蚀变化。研究结果表明:与退耕前1999年相比较,2010年土壤侵蚀强度在空间上发生明显改变,总体上,土壤侵蚀强度有明显减小的趋势。极强烈侵蚀下降幅度最大(下降13.73%),主要向强烈转移,占10.45%;中度侵蚀由35.92%增加到59.98%,主要由强烈侵蚀转移而来,占27.08%;微度和轻度变化较小。土壤侵蚀既有增强区域也有减弱区域,总体趋势以减弱为主。侵蚀加强区域主要是由中度和强烈向强烈、极强烈和剧烈转移,转移面积较小;发生增强的区域主要是以草地覆盖为主;其次是原耕地,退耕还林后转化为林地和草地,部分地区出现裸露斑块,呈现部分小面积土壤侵蚀加剧。土壤侵蚀减弱区域主要是极强烈、剧烈向中度、强烈等转移;转移面积主要发生区域沟壑区低盖度草地、沟道以及河道边缘裸地。随着退耕还林还草工程的实施,荒山林草覆盖度增加,林草植被对降水进行截留下渗,缓减洪峰流量,减少降雨洪峰对沟道和河道侧冲刷,降低土壤侵蚀强度。安塞县实施退耕还林11年后,土壤侵蚀以强度侵蚀为主(46.47%)转中度侵蚀为主(59.98%),全县平均土壤侵蚀由1998年的9 780t/(km~2·a)转为2010年的5 460t/(km~2·a),每年约减少土壤侵蚀量1 274万t。退耕还林工程建设对于安塞县控制水土流失和改善生态环境有着重要作用。研究结果将对该区域水土流失治理提供参考依据。
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延河流域退耕前后土壤侵蚀强度的变化 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-3007.2007.04.006 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
根据修正通用土壤流失方程,在ArcGIS软件平台下,以黄土高原延河流域为例,在合理选用和计算修正通用土壤流失方程中各因子参数的基础上,计算并分析陕北黄土高原延河流域退耕前后土壤侵蚀量的变化及其动态分布。结果表明:1)延河流域退耕后,土壤侵蚀明显减少,与1986—1997年相比,退耕后至2000年土壤侵蚀量平均减少34%;2)坡耕地对土壤侵蚀影响明显,尤其是陡坡耕地退耕至关重要;3)在修正通用土壤流失方程各因子中,短期内影响土壤侵蚀动态变化的主控因子是植被覆盖管理因子,所以调整土地利用结构是减少土壤侵蚀的有效方法。
Changes of soil erosion intensity due to conversion of farmland to forest and grassland in Yanhe River Basin [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-3007.2007.04.006 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
根据修正通用土壤流失方程,在ArcGIS软件平台下,以黄土高原延河流域为例,在合理选用和计算修正通用土壤流失方程中各因子参数的基础上,计算并分析陕北黄土高原延河流域退耕前后土壤侵蚀量的变化及其动态分布。结果表明:1)延河流域退耕后,土壤侵蚀明显减少,与1986—1997年相比,退耕后至2000年土壤侵蚀量平均减少34%;2)坡耕地对土壤侵蚀影响明显,尤其是陡坡耕地退耕至关重要;3)在修正通用土壤流失方程各因子中,短期内影响土壤侵蚀动态变化的主控因子是植被覆盖管理因子,所以调整土地利用结构是减少土壤侵蚀的有效方法。
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水土保持生态服务功能评价方法 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-3007.2007.02.021 URL [本文引用: 1] 摘要
由于生态系统服务功能支撑与维持着地球生命系统的平衡与稳定,因此它已受到当今世界普遍关注。在我国水土流失严重的情况下,运用生态服务功能理论可以正确评价水土保持措施的作用,并为合理的生态建设规划提供依据。本文在总结Costanza等人理论的基础上,分析水土保持各项措施对保护和改良人类赖以生存的自然环境条件的综合效用。认为水土保持生态服务功能包括保护和涵养水源、保护和改良土壤、固碳释氧、净化空气和防风固沙等功能。另外,本文从水土保持工程措施、水土保持农业措施和水土保持林草措施3个方向为上述功能筛选了10个评价指标,且为各个指标分别建立了评价方法。这些指标及方法将有助于对水土保持措施的生态环境效应进行深入的分析与评价。
Assessment on the ecological services value of soil and water conservation [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-3007.2007.02.021 URL [本文引用: 1] 摘要
由于生态系统服务功能支撑与维持着地球生命系统的平衡与稳定,因此它已受到当今世界普遍关注。在我国水土流失严重的情况下,运用生态服务功能理论可以正确评价水土保持措施的作用,并为合理的生态建设规划提供依据。本文在总结Costanza等人理论的基础上,分析水土保持各项措施对保护和改良人类赖以生存的自然环境条件的综合效用。认为水土保持生态服务功能包括保护和涵养水源、保护和改良土壤、固碳释氧、净化空气和防风固沙等功能。另外,本文从水土保持工程措施、水土保持农业措施和水土保持林草措施3个方向为上述功能筛选了10个评价指标,且为各个指标分别建立了评价方法。这些指标及方法将有助于对水土保持措施的生态环境效应进行深入的分析与评价。
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中国水土保持生态服务功能价值估算及其空间分布 [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2010.07.006 Magsci [本文引用: 1] 摘要
水土资源是人类赖以生存的重要的物质基础,水土保持作为人类对生态系统干预的有效手段,其生态服务功能价值也受到越来越多的重视。论文选取土壤保持价值和涵养水源价值两项指标,结合遥感数据、气象数据以及地面数据,对原有的基于遥感的水土保持生态服务功能价值估算模型进行改进,以期更好地体现水土保持生态服务功能应有的价值。论文运用改进后的模型估算2001年全国水土保持生态服务功能价值达16 760.55×10<sup>8</sup>元,基本呈自东南向西北递减趋势。
Value Estimation of conserving water and soil of ecosystem in China [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2010.07.006 Magsci [本文引用: 1] 摘要
水土资源是人类赖以生存的重要的物质基础,水土保持作为人类对生态系统干预的有效手段,其生态服务功能价值也受到越来越多的重视。论文选取土壤保持价值和涵养水源价值两项指标,结合遥感数据、气象数据以及地面数据,对原有的基于遥感的水土保持生态服务功能价值估算模型进行改进,以期更好地体现水土保持生态服务功能应有的价值。论文运用改进后的模型估算2001年全国水土保持生态服务功能价值达16 760.55×10<sup>8</sup>元,基本呈自东南向西北递减趋势。
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Soil erosion modelled with USLE and PESERA using QuickBird derived vegetation parameters in an alpine catchment [J].https://doi.org/10.1016/j.jag.2010.02.004 URL [本文引用: 1] 摘要
The focus of soil erosion research in the Alps has been in two categories: (i) on-site measurements, which are rather small scale point measurements on selected plots often constrained to irrigation experiments or (ii) off-site quantification of sediment delivery at the outlet of the catchment. Results of both categories pointed towards the importance of an intact vegetation cover to prevent soil loss. With the recent availability of high-resolution satellites such as IKONOS and QuickBird options for detecting and monitoring vegetation parameters in heterogeneous terrain have increased. The aim of this study is to evaluate the usefulness of QuickBird derived vegetation parameters in soil erosion models for alpine sites by comparison to Cesium-137 (Cs-137) derived soil erosion estimates. The study site (67 km 2) is located in the Central Swiss Alps (Urseren Valley) and is characterised by scarce forest cover and strong anthropogenic influences due to grassland farming for centuries. A fractional vegetation cover (FVC) map for grassland and detailed land-cover maps are available from linear spectral unmixing and supervised classification of QuickBird imagery. The maps were introduced to the Pan-European Soil Erosion Risk Assessment (PESERA) model as well as to the Universal Soil Loss Equation (USLE). Regarding the latter model, the FVC was indirectly incorporated by adapting the C factor. Both models show an increase in absolute soil erosion values when FVC is considered. In contrast to USLE and the Cs-137 soil erosion rates, PESERA estimates are low. For the USLE model also the spatial patterns improved and showed “hotspots” of high erosion of up to 16 t ha 611 a 611. In conclusion field measurements of Cs-137 confirmed the improvement of soil erosion estimates using the satellite-derived vegetation data.
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Modeling soil erosion and its response to land-use change in hilly catchments of the Chinese Loess Plateau [J].https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2010.01.004 URL [本文引用: 1] 摘要
Soil erosion is a major environmental problem threatening the sustainable development of the Chinese Loess Plateau. Distributed soil erosion models can be used for studying erosion patterns in relation to alternative land-use conditions, identifying sediment sources, and hence guiding soil and water conservation planning. In this study, we used the WATEM/SEDEM model to predict annual erosion patterns with respect to land-use change within a typical hilly catchment in the Loess Plateau. Soil erosion rates derived from 137Cs measurements in a nearby catchment were used to calibrate the model. The model's performance was assessed by comparing the simulated erosion pattern with the field observations, based on the model efficiency ( ME), relative root mean square error ( RRMSE) and kappa statistics. It was found that the WATEM/SEDEM model performs poorly in predicting erosion amounts for each raster cell used for the modeling, but is more reliable in predicting the spatial pattern of erosion. For the entire catchment, the land-use conversions between 1990 and 2005 reduced soil erosion, largely due to the Grain-for-Green project initiated by the Chinese central government. We also compared the contribution of specific land-use types to soil erosion reduction, and addressed the possible influences of land-use policy upon soil erosion.
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黄土高原不同生态系统水土保持服务功能评价 [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2014.03.001 URL [本文引用: 2] 摘要
以土壤保持量为评估指标,应用修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原水土保持生态系统服务功能,分析了近20 a来的黄土高原土壤保持量的空间分布及其动态变化,对于揭示全球气候变化背景下黄土高原林草植被建设的生态成效具有重要的科学价值和现实意义。结果表明:1990—2010年黄土高原平均单位面积土壤保持量为305 t·hm-2·a-1,年均土壤保持总量为190×108t。1990—2000年农田、草地和林地生态系统平均单位面积土壤保持量分别为249、285和640 t·hm-2·a-1,2000—2010年平均单位面积土壤保持量分别增加了14.6%、2.9%和7.4%。黄土高原草地和林地的土壤保持率分别为83%~88%和94%~97%。农田生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区较大,农灌区和河谷平原区偏低;草地和林地生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为沿东南向西北减少的变化趋势。与1990—2000年不同,2000—2010年农田、草地和林地生态系统土壤保持量的空间变化特征表现为较为明显的增长趋势,尤其是黄土丘陵沟壑区陕西榆林、延安地区和山西吕梁山区一带。
Assessment of soil conservation function of the ecosystem services on the Loess Plateau [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2014.03.001 URL [本文引用: 2] 摘要
以土壤保持量为评估指标,应用修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原水土保持生态系统服务功能,分析了近20 a来的黄土高原土壤保持量的空间分布及其动态变化,对于揭示全球气候变化背景下黄土高原林草植被建设的生态成效具有重要的科学价值和现实意义。结果表明:1990—2010年黄土高原平均单位面积土壤保持量为305 t·hm-2·a-1,年均土壤保持总量为190×108t。1990—2000年农田、草地和林地生态系统平均单位面积土壤保持量分别为249、285和640 t·hm-2·a-1,2000—2010年平均单位面积土壤保持量分别增加了14.6%、2.9%和7.4%。黄土高原草地和林地的土壤保持率分别为83%~88%和94%~97%。农田生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区较大,农灌区和河谷平原区偏低;草地和林地生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为沿东南向西北减少的变化趋势。与1990—2000年不同,2000—2010年农田、草地和林地生态系统土壤保持量的空间变化特征表现为较为明显的增长趋势,尤其是黄土丘陵沟壑区陕西榆林、延安地区和山西吕梁山区一带。
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国家气象信息中心.中国地面气候资料日值数据集(V3.0) [DB/OL]..National Meteorological Information Center. Dataset of Daily Climate Data from Chinese Surface Stations(V3.0) [DB/OL]. . |
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资源环境数据云平台.土壤类型空间分布数据 [DB/OL]..Resource and Environment Data Cloud Platform. Spatial Distribution Data of Soil Types [DB/OL]. ] |
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地理空间数据云. GDEMDEM 30M分辨率数字高程数据 [DB/OL]. .Geospatial Data Cloud. GDEMDEM 30M [DB/OL]. ] |
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Evaluation and improvement of the MODIS land surface temperature/emissivity products using ground-based measurements at a semi-desert site on the western Tibetan Plateau [J].https://doi.org/10.1080/01431160600702665 URL [本文引用: 1] 摘要
Current MODerate‐resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) land surface temperature (LST, surface skin temperature)/emissivity products are evaluated and improvements are investigated. The ground‐based measurements of LST at Gaize (32.30°02N, 84.06°02E, 442002m) on the western Tibetan Plateau from January 2001 to December 2002 agree well (mean and standard deviation of differences of 0.2702K and 0.8402K) with the 1‐km Version 004 (V4) Terra MODIS LST product (MOD11A1) generated by the split‐window algorithm. Spectral emissivities measured from surface soil samples collected at and around the Gaize site are in close agreement with the landcover‐based emissivities in bands 31 and 32 used by the split‐window algorithm. The LSTs in the V4 MODIS LST/emissivity products (MYD11B1 for Aqua and MOD11B1 for Terra) from the day/night LST algorithm are higher by 1–1.702K (standard deviation around 0.602K) in comparisons to the 5‐km grid aggregated values of the LSTs in the 1‐km products, which is consistent with the results of a comparison of emissivities. On average, the emissivity in MYD11B1 (MOD11B1) is 0.0107 (0.0167) less than the ground‐based measurements, which is equivalent to a 0.6402K (1.2502K) overestimation of LST around the average value of 28502K. Knowledge obtained from the evaluation of MODIS LST/emissivity retrievals provides useful information for the improvement of the MODIS LST day/night algorithm. Improved performance of the refined (V5) day/night algorithm was demonstrated with the Terra MODIS data in May–June 2004.
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A study on the spatial-temporal dynamic changes of land-useand driving forces analyses of China in the 1990s [J]. |
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Study on spatial-temporal feature of modern land use change in China: Using remote sensing techniques [J]. |
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Global potential soil erosion with reference to land use and climate changes [J].https://doi.org/10.1002/(ISSN)1099-1085 URL [本文引用: 1] |
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Predicting soil erosion by water: A guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) [J].
The book provides guidelines for the selection of the best control methods for farms, ranches and other erosion-prone areas throughout USA. The prediction of soil loss founded on the Universal Soil Loss Equation (USLE) is revised using information available on monthly precipitation and temperature, front-free period, annual rain erosivity, below ground biomass, canopy cover and height at 15 days intervals, and soil cover disturbances associated with farming operations. The information is available on CITY, CROP and OPERATION...
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Assessment of soil erosion at large watershed scale using RUSLE and GIS: Acase study in the Loess Plateau of China [J].https://doi.org/10.1002/ldr.646 URL [本文引用: 1] 摘要
Soil erosion is a serious problem in the Loess Plateau of China, and assessment of soil erosion at large watershed scale is urgently need. This study used RUSLE and GIS to assess soil loss in the Yanhe watershed. All factors used in the RUSLE were calculated for the watershed using local data. RUSLE-factor maps were made. The mean values of the R-factor, K-factor, LS-factor, C-factor and P-factor were 970 209 MJ km(-2) h(-1) a(-1), 0.0195 Mg h MJ(-1) mm(-1), 10.27, 0.33359 and 0.2135 respectively. The mean value of the annual average soil loss was found to be 14 458 Mg km(-2) per year, and the soil loss rate in most areas was between 5000 and 20 000 Mg km(-2) per year. There is more erosion in the centre and southeast than in the northwest of Yanhe watershed. Because of the limitations of the RUSLE and spatial heterogeneity, more work should be done on the RUSLE-factor accuracy, scale effects, etc. Furthermore, it is necessary to apply some physical models in the future, to identify the transport and deposition processes of sediment at a large scale. Copyright (c) 2005 John Wiley S Sons, Ltd.
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基于RUSLE模型的延河流域2001-2010年土壤侵蚀动态变化 [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2012.07.008 URL [本文引用: 1] 摘要
以黄土高原典型丘陵沟壑区——延河流域为研究区,基于GIS和RS技术,利用2001—2010年延河流域水文站月降雨量数据、MODIS NDVI数据、DEM数据、土壤类型数据和土地利用数据,率定了修正的通用土壤流失方程(RUSLE)的相关参数,计算了研究区2001—2010年逐年的土壤侵蚀模数,利用杏河水文站实测的泥沙数据,验证了模型的有效性,分析了延河流域土壤侵蚀强度的时空变化特征。结果表明,2001年到2010年延河流域土壤侵蚀模数呈减小趋势,2001年土壤侵蚀模数最大,为6 596.72 t/(km2.a),2008年土壤侵蚀模数最小,减小到2 485.46 t/(km2.a),降低62.32%;2009年由于暴雨冲刷,土壤侵蚀模数显著增大;2010年土壤侵蚀模数和2006、2007年相差不多;土壤侵蚀强度分布比例变化明显,土壤侵蚀强度为强度、极强、剧烈的面积比分别由16.21%、21.93%和12.36%降低为10.85%、4.58%和0.39%。土壤侵蚀强度等级转移矩阵表明大部分地区的土壤侵蚀强度向低一级转移,2001—2005年31.68%的面积土壤侵蚀强度降低一级,2005—2010年42.13%的面积土壤侵蚀强度降低一级。
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