第40卷第5期
2008年9月
四川大学学报(工程科学版)
JOURNALOFSICHUANUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)
Vol.40No.5Sept.2008
文章编号:100923087(2008)0520032206
中国水土保持生态修复分区
第宝锋,崔 鹏,艾南山
1
2
1
(1.四川大学建筑与环境学院,四川成都610065;2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,成都610041)
摘 要:分析生态修复的适宜性条件,根据分异性、地带性、等级性、,参考我国各类生态及自然区划成果,建立基础图谱数据库;,个县级行政区的基础资料,建立专题图谱数据库;采用GIS技术,人口密度等关键性指标,通过因子叠加,4个水土保持生态修复类型区(湿润生态修复类型区、干旱生态修复类型区)和14个水土保持生态修复区。湿润、半湿润生态,;而在半干旱、干旱生态修复类型区仅能在局部地段植树,但不宜大面积造林。关键词:;生态修复;原则;指标;分区;
中图分类号:X171.4
文献标识码:A
TheStudyofRegionalizationonEcologicalRestorationinChina
DIBao2feng,CUIPeng,AINan2shan
1
2
1
(1.SchoolofArchitectureandEnvironment,SichuanUniv.,Chengdu610065,China;2.ChengduInstituteofMountainHazardsandEnvironment,CAS,Chengdu610041,China)
Abstract:DevelopingnationwideecologicalrestorationresearchesforsoilandwaterconservationareproposedinChina.Inthispaper,optimalconditionsofecologicalrestorationwereanalyzedabidebytheprincipleofheteroge2neity,zonation,grade,conjugacy,primaryfactorandcountylandintegrity.Thespecialmappingdatabasewasde2veloped,basedontherawmaterialsof2861counties.WiththeapplicationofGIS,choosingthekeyactors,suchasclimate,vegetation,soil,physiognomy,thetypesofsoilerosion,andpopulationdensity,thenationalarea,ex2ceptTaiWanandmaritimespace,wasdividedinto4first2levelecologicalrestorationdomainsand14second2levelecologicalrestorationregionsbythewayofadoptingsuperposedanalyticalmethodandsuperincumbentpartitionmethod.HumidandSem2humidecologicalrestorationdomainshavebetternaturalconditionsforafforestation.AridandSemi2aridecologicalrestorationdomainsareonlyfitforafforestationinbrush2firearea.Keywords:soilandwaterconservation;ecologicalrestoration;principle;indices;regionalization
中国已成为世界上水土流失最严重的国家之一,
2[1]
目前,亟待治理的水土流失面积有200多万km,若
收稿日期:2007-12-04
基金项目:中国科学院知识创新资助项目(KZCX2-YW-302);国家科技支撑课题资助(2006BAC10B04)
按1km平均50万元的治理费用计算,需要数千亿
元资金。水土保持生态修复,就是要调整生态重建思路,摆正人与自然的关系,以自然演化为主,进行人为引导,加快退化生态系统治理步伐。中国自然条件、经济社会状况和水土流失现状等诸多要素均存在明显的地域分异性,水土保持生态修复必需遵循生态建设地带性规律,以分区理论进行宏观指导,因地制宜,方能费省宏效。近年来,部分地区的生态
2
作者简介:第宝锋(1978-),男,讲师,博士.研究方向:水土保
持,山地环境及GIS.E2mail:[email protected]
第5期第宝锋,等:中国水土保持生态修复分区33
环境建设工程忽视了自然地带性规律,不仅延缓了生态修复的进程,也造成了人力、财力的巨大浪费。
4
三北防护林建设项目区涉及总面积达394.5×102
km,其中荒漠占55%,草原和荒漠草原占20%。在这样的自然条件下大面积造林,违背地域分异规律,既无助于防患沙尘暴,也不符合水资源短缺的客观现实。石羊河下游的民勤绿洲,20世纪上半叶土地沙漠化严重,50年代以来,民勤盆地曾经建成以沙枣林为主的防护林,并大面积加以推广。截至1991
424
年,累计营造沙枣林1.7×10hm,灌木林2.7×10hm,由于地下水位迅速下降,导致植被严重退化,0.6×10hm沙枣林成片死亡,0.8×10hm4
2
4
2
2
2 指标体系与数据来源
2.1 指标体系
选取生态修复分区指标时,在综合分析各要素
的基础上,重点考虑影响水土保持生态修复适宜性的主导因素,即自然地理环境因素、水土流失状况及经济社会等因素。
一般而言,气候是大尺度下生态系统的主要决[10]
定因素。,非生(温度、地貌等)及生、。根据水土流失的自然原因,选取干燥指数、年降水量、年均温、≥10°积温、地带性植被类型、地带性土类、基本地貌特征等指标。
就水土保持生态修复而言,修复的对象、采取的措施及相应的管护等在很大程度上都受到人类活动的影响。因此,选取人口密度指标,以反映不同地域人类活动对生态系统的干扰强度。
此外,不同土壤侵蚀类型也影响着生态修复措施的差异性,选取土壤侵蚀类型作为表征水土流失特征的主要指标。2.2 数据来源依据地学信息图谱理论,应用GIS技术,建立了基础图谱数据库与专题图谱数据库。地图或地理数据属于空间数据范畴,他不仅具有物体空间位置与形状信息,而且具有空间关系信息,它既具有综合性又具有区域性。收集中国年降水量等值线分布图、中国日平均气温≥10℃积温等值线分布图、中国气候区划图、中国植被区划图、中国土壤区划图、中国地貌区划图、中国生态区划图、中国综合自然地理区划图、中国水土保持工作分区图、中国人口密度分布图等图件资[7,12-15]料。利用GIS工具(ARCINFO9.0),通过几何运算,改变各栅格图像中物体的空间位置关系,主要包括图像的平移、缩放、旋转和坐标变换,以及多幅图像的空间配准及镶嵌。将其统一在研究的坐标系统内,并采用人工数字化的方法,将地图上的点状地物、线状地物和面状地物转化为坐标输入计算机,生成COVER2AGE格式的文件,建立拓扑关系,添加属性数据值,生成基础图谱数据库。
将第三次(2000年)中国水土流失遥感普查数据(各级水蚀面积、各级风蚀面积)及2000年主要经济社会数据(总面积、总人口、乡村人口、乡村劳力、耕地面
[11]
木林死亡,使沙漠化卷土重来西“2605”,
42
国家投资37772810hm,项目结束时,。但项目结束后,由于农民粮食问题仍未解决,结果农民将已造林木砍伐,重新开垦坡地,继续进行广种薄收,生态环境状况回到了治理前的水平,当年所栽杨树并保留至今仍为小
[3]
老头树。
自20世纪50年代以来,中国在大尺度生态系统区划方面不断发展和进步,中国及其特殊区域的生态区划方案和生物群区分类系统得到了很好的建立和应[4-9]用。但现有各类与水土保持(土壤侵蚀)相关的分区(区划)很难全面的、科学的满足我国水土保持生态修复工作的需求。科学的生态修复分区理论指导将是生态建设中遵循地带性规律,加速水土流失治理,改善环境质量的迫切需求。本分区以县级行政区为基本单元,结合自然与经济等相关指标,分析生态修复的适宜性条件,根据分区原则,采用GIS技术,通过因子叠加的分析方法和自上而下的分区方法,进行全国(除台湾、海域)水土保持生态修复分区研究。
[2]
1 分区原则
不同类型的生态系统占据着一定的地理空间,具有各自的特点,所以,人们才能客观地将自然界的各生态系统进行合并与分异,从而划分其区域单[7]
元。水土保持生态修复分区的任务就是真实、客观而全面地反映出区域单元的分异规律,本分区遵循以下原则:1)分异性原则;2)地带性原则;3)等级性原则;4)共轭性原则;5)主导因素原则;6)县域完整性原则。
34四川大学学报(工程科学版)第40卷
积、水田面积、旱地面积、水浇地面积、灌溉面积、农机
[14,16-17]
总动力等)输入EXCEL表中,使2861个县级行政区(海域、台湾除外)均具有各自的水土流失状况及主要经济社会指标数值。再通过GIS软件(ARCINFO9.0)中TABLES模块中的JOIN命令,将各县级行政区矢量图形数据与EXCEL表中的属性数据通过相同代码进行连接,建立一一对应关系,生成专题图谱数据库,实现图形与数值的统一。
在具体分区过程中,以县级行政区为基本单元,采用了定性分析与定量计算相结合的方法,在定量计算的基础上,根据分析结果,进行界线调整、小区域归并等处理,最后确定分区系统。3.2 区划等级系统及命名水土保持生态修复分区单元命名是分区中的重要环节,它是不同生态修复区单元等级性的具体体现与标识。将我国水土保持生态修复区单元划分为2个等级,(Domain),二(式:+“生态修复类:温度状况+植被状况+土+“生态修复区”。
3 分区方法
3.1 分区方法
分区以经验判别和地理信息系统(GIS)结合,“自上而下”,用套合叠置的方法分别进行划分,如图1
。
4 分区结果
4.1 一级区
水分是影响生态修复和植物生长的控制性因素之一,降水量和干燥指数是反映干湿状况的核心指标,故以干燥指数(蒸发能力与降水量之比)作为生态修复类型区的主导因子(表1)。充分结合干湿状况变化的地带性规律(主要是水平地带性),辅助指标有降水量,参考指标有植被和地形。干燥指数>5、多年平均降雨量800mm的地区,利于植物(乔、灌、草)生长,属湿润生态修复类型区。
图1 中国水土保持生态修复分区路线框图
Fig.1 Themethodsofregionalizationonecologicalres2
torationinChina
表1 水土保持生态修复类型区划分依据及指标
Tab.1 Indexsystemofregionalizationonecologicalrestorationdomain
分区代号
Ⅰ
ⅡⅢⅤ
一级类型区名称湿润生态修复类型区半湿润生态修复类型区半干旱生态修复类型区干旱生态修复类型区
干燥指数
5.0
年降水量/mm
>800400～800200～400
天然植被
森林
森林草原(草甸)草原、草甸草原、荒漠草原
荒漠
注:参考文献[18],作者作相应修改
从生态修复的角度而言,4个区水热状况的地域组合具有相似性。然而,由于区内众多地理环境要素的差异性,本级分区并不完全满足区域分异性和发生学原则,因此称之为4大类型区。4.2 二级区
在一级区的框架之下,地形和地貌格局进一步
影响着大尺度下的水热分布,温湿因子的作用导致了区域内的生态类型进一步分异。任何地区的植被,总是同时、同地综合地反映着热量的纬度地带性和水分的经向地带性。植被是在一定的气候、地貌、土壤基质的综合作用下,在生存竞争与适应过程中长期历史发展的结果,植被作为主导的生态因素
第5期第宝锋,等:中国水土保持生态修复分区35
(气候、地貌、土壤等),具有密切的联系和空间上相
对的一致性。因此,植被区划理当与气候、地貌、土壤等自然地理要素的区划单元相符合,或至少是基
[19]
本上相对应。因此,水土保持生态修复分区的二级区主要是在一级类型区的基础上,结合全国植被区划一级分区中的8个大区,并充分考虑植被、土
壤、地貌、降水量、积温、人口密度等分级指标及水土
流失状况等因素(见表2和表3),借助已建立的基础图件数据库,采用单要素图谱逐个叠加的方法进行分区,定量计算与定性分析相结合,确定二级分区的边界,逐级划分出14个相对独立的二级区。
表2 水土保持生态修复分区依据及指标系列1
Tab.2 Indexsystemofregionalizationonecologicalrestorationregion1
区划依据和指标寒温带针叶林区域温带针阔叶混交林区域暖温带落叶阔叶林区域
地带性植被型寒温带针叶林温带针阔叶混交林 基本地貌特征
以大兴安岭山脉为主,地貌形态主要有中山、拔高400-1100m,谷地开阔
m,,一般
1500m,,地带性土类灰化针叶林土
暗棕色及棕色森林土
褐色森林土与棕色森林土
m、太行山与黄土高原,中部为辽阔的,海拔50m以下,东部沿海多为100～500m的丘陵
亚热带常绿阔叶林区域
、常绿东部为秦岭与南岭之间的丘陵,山地海拔一般1000m左右,中有四川盆地落叶阔叶混交林、和长江中下游平原,西部为云贵高原(1000～2000m),西缘横断山脉在季风常绿阔叶林
3000m以上,为高山狭谷地貌
黄棕壤红壤与砖红壤性红壤
热带季雨林、季雨林(季节性)、雨林区域
雨林
东部为海拔500m以下的低山丘陵,间有冲积平原,中部多石灰岩山峰与山地(500～1000m),西部为山间盆地与高1500～2500m的山地,南海诸岛多为珊瑚岛
东部松辽平原(120～400m),中部为内蒙古高原(1000～1500m),西南为
砖红壤性土
温带草原区温性草原黄土高原(1500～2000m),其间有大兴安岭-阴山与燕山-吕梁山,两列山脉分隔,西部有阿尔泰山
阿拉善、准噶尔、塔里木等内陆盆地(500～1500m)与柴达木盆地(2600～
黑钙土、栗钙土、棕钙土与黑垆土
温带荒漠区域温性荒漠2900m),间以天山、祁连山、昆仑山等高逾5000m的巨大山系,以及一些
灰棕漠土与棕漠土
较低矮的山地
寒温性针叶林、高寒灌丛与草甸、高寒高原、高寒荒漠
青藏高原高寒植被区域
为海拔4500m以上的整体山原边缘与内部6000～7000m以上的高山山系,东南部为横断山系与三江峡谷,切割剧烈
山地灰棕色森林土,高原草甸土,高寒草原与高寒荒漠土
表3 水土保持生态修复分区依据及指标系列2
Tab.3 Indexsystemofregionalizationonecologicalrestorationregion2
区划依据和指标寒温带针叶林区域温带针阔叶混交林区域暖温带落叶阔叶林区域亚热带常绿阔叶林区域热带季雨林、雨林区域
温带草原区温带荒漠区域青藏高原高寒植被区域
主要气候指标
)年均温/(°-2.2～-5.50～8.09～1414～2222～26.5-3～84～12
≥10°积温/℃
1100～17001600～32003200～45004000～80007500～100001600～33002200～45000～2250
年降水量/mm
350～550500～1000500～900800～30001200～3000150～450210～250800～50
侵蚀类型冻融、水蚀
水蚀水蚀水蚀水蚀风蚀、水蚀风蚀冻融、水蚀
人口密度/(人・km-2)
1～5030～200300～2000200～150050～30020～200
―10～8
注:表2,表3参考文献[19],作者作相应修改
按照前述分区的原则和单位,将我国划分为4
个修复类型区、14个生态修复区如图2。现按从高级单位到低级单位、从北到南和从东到西的顺序,全
国水土保持生态修复分区单位系统如下见表4。
36四川大学学报(工程科学版)第40卷
图2 中国水土保持生态修复分区图
Fig.2 RegionalizationmaponecologicalrestorationofChina
表4 中国水土保持生态修复分区系统
Tab.4 RegionalsystemsofecologicalrestorationinChina
类型区代号
Ⅰ
生态修复类型区湿润生态修复类型区
区代号Ⅰ1
Ⅰ2Ⅰ3Ⅱ1Ⅱ2Ⅱ3Ⅱ4Ⅱ5Ⅲ1Ⅲ2Ⅲ3Ⅲ4Ⅲ5Ⅳ
生态修复区
温带针阔混交林水蚀生态修复区亚热带常绿阔叶林水蚀生态修复区热带季雨林水蚀生态修复区寒温带针叶林冻融、水蚀生态修复区寒温带针阔混交林水蚀生态修复区暖温带落叶阔叶林水蚀生态修复区青藏高原高寒植被水蚀、冻融生态修复区亚热带常绿阔叶林水蚀生态修复区东部温带草原风蚀、水蚀生态修复区西部温带草原风蚀生态修复区东部温带荒漠冻融、风蚀生态修复区西部温带荒漠风蚀生态修复区青藏高原高寒植被冻融、水蚀生态修复区
温带荒漠风蚀生态修复区
Ⅱ半湿润生态修复类型区
Ⅲ半干旱生态修复类型区
Ⅳ干旱生态修复类型区
5 结 论
在分区过程中,本研究针对选用的指标体系,应
用GIS技术,采用图谱数据与属性数据相结合的方法,构建了以县级行政区(2861个)为单元的全国2000年水土流失状况(第三次遥感普查数据)与基础经济社会指标(2000年统计数据)专题图谱数据库。其中每一个县级行政区内均包含了各自的国土
面积、总人口、乡村人口、乡村劳力、耕地面积、水田面积、旱地面积、水浇地面积、灌溉面积、农机总动力以及不同强度等级水土流失面积等数据。
参考我国各类生态及自然区划成果,分析生态修复的适宜性条件,根据分异性、地带性、等级性、共轭性、主导因子及县域完整性等原则,选择气候、植被、土壤、地貌、土壤侵蚀类型、人口密度等关键性因子,在建立的数据库基础上,采用GIS技术,通过因
第5期第宝锋,等:中国水土保持生态修复分区37
子叠加的分析方法和自上而下的分区方法,将全国(除台湾、海域)划分为4个水土保持生态修复类型区(湿润生态修复类型区、半湿润生态修复类型区、半干旱生态修复类型区、干旱生态修复类型区)和14个水土保持生态修复区。
就生态修复而言,当尊重自然,因地制宜,分区采取相应措施。湿润、半湿润地区自然条件好,可以植树造林,也有森林分布;而在半干旱、干旱区则仅能在局部地段植树,虽然山地的适宜部位有森林分布,但不宜大面积造林。
[致谢]水利部水土保持司全体人员在我国水土保持生态修复研究方面做了大量的工作,表示感谢,的精心指导,。参考文献:
[1]LiuZheng.Topreventandharnesssoilandwaterlossusing
theself2recoveringcapabilityofecosystem[J].ResearchofSoilandWaterConservation,2001,8(12):13-16.[刘
[7]FuBojie,LiuGuohua,ChenLiding,etal.Schemeofeco2
logicalregionalizationinChina[J].ActaBotanicaSinica,2001,21(1):1-6.[傅伯杰,刘国华,陈利顶,等.中国生
态区划方案[J].生态学报.2001,21(1):1-6.]
[8]YangQinye,ZhengDu,WuShaohong.Studyonecogeo2
graphicalregionalizationsysteminChina[J].AdvanceinNaturalSciences,2002,12(3):287-291.[杨勤业,郑度,
吴绍洪.中国的生态地域系统研究[J].自然科学进展,
2002,12(3):287-291.]
[9]LiuGuanHaiyan,etal.Integratedde2ecologicalenvironmentinJogressinGeography,2002,21([刘胤汉,管海晏,李厚地,等.西北五省(区)生态环境综合分区及其建设对策[J].地理科学进
展,2002,21(5):403-409.]
[10]HardingJS,WinterbournMJ.Anecoregionclassification
oftheSouthIsland,NewZealand[J].JournalofEnviron2mentalManagement,1997,51:275-287.
[11]OliverMA,WebsterR.Kriging:amethodofinterpolation
forgeographicalinformationsystemsInt[J].GeographicalInformationSystem,1990,4(3):313-332.
[12]CuiPeng,WangDaojie,FanJianrong,etal.Currentsta2
tusandcomprehensivecontrolstrategiesofsoilerosionfortheupperYangtzeandotherriversintheSouthwesternChi2na[J].ScienceofSoilandWaterConservation,2008,6(1):43-50.[崔鹏,王道杰,范建容,等.长江上游及西南诸
震.利用生态的自我修复能力防治水土流失[J].水土保持研究,2001,8(12):13-16.]
[2]LiGuoren.Thedesertificationstatusandpreventingcoun2
termeasuresofminqinoasisinthelowerreachesoftheShiy2angRiver[J].ExploitationResearch,2005(3):45-47.[李国仁.石羊河下游民勤绿洲生态恶化及保护刍议[J].开发研究,2005(3):45-47.]
[3]ShenYuancun.Thoughtsandcountermeasuresabouteco2
environmentconstructionontheloessplateau[J].ChinaNature,2005(1):16-18.[申元村.黄土高原植被生态建
河区水土流失现状与综合治理对策[J].中国水土保护科学,2008,6(1):43-50.]
[13]国家自然地图集编委会.中华人民共和国国家自然地
图集[M].北京:中国地图出版社,1998.
[14]中国人口年鉴编辑委员会.2001中国人口统计年鉴
[M].北京:中国统计出版社,2001.
[15]孙鸿烈,张荣祖.中国生态环境建设地带性原理与实践
[M].北京:科学出版社,2004:30-80.
[16]中国农业年鉴编辑委员会.中国农业年鉴[M].北京:
设的反思与对策[J].大自然,2005(1):16-18.]
[4]HuangBingwei.Outlineofcomprehensivephysicalgeo2
graphicregionalizationinChina[J].GeographicalSymposi2um,1989,21:10-20.[黄秉维.中国综合自然区划纲要[J].地理集刊,1989,21:10-20.]
[5]NiShaoxiang.Arecentexplorationofchina’scomprehen2
sivephysiographicregionalization[J].JournalofNanjingUniversity:NaturalSciencesEdition,1994,30(4):706-714.[倪绍祥.中国综合自然地理区域新探[J].南京大
中国农业出版社,2001.
[17]国家统计局.中国区域经济统计年鉴[M].北京:中国
财政经济出版社,2001.
[18]ChenFayang,ZhangChangyin,NiuZhiming.Researchon
thedemarcationofecologicalrestorationinChina[J].SoilandWaterConservationofChina,2003,8:2-3.[陈法扬,
学学报,1994,30(4):706-714.]
[6]NiJian.PlantfunctionaltypesandbiomesofChinaatare2
gionalscale[J].ActaBotanicaSinica,2001(43):419-425.[倪健.区域尺度的中国植物功能型与生物群区[J].植物学报,2001(43):419-425.]
张长印,牛志明.全国水土保护生态修复分区探讨[J].中国水土保护,2003,8:2-3.]
[19]中国植被编辑委员会.中国植被[M].北京:科学出版
社,1980:749-759.
(编辑 张 琼)
第40卷第5期
2008年9月
四川大学学报(工程科学版)
JOURNALOFSICHUANUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)
Vol.40No.5Sept.2008
文章编号:100923087(2008)0520032206
中国水土保持生态修复分区
第宝锋,崔 鹏,艾南山
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(1.四川大学建筑与环境学院,四川成都610065;2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,成都610041)
摘 要:分析生态修复的适宜性条件,根据分异性、地带性、等级性、,参考我国各类生态及自然区划成果,建立基础图谱数据库;,个县级行政区的基础资料,建立专题图谱数据库;采用GIS技术,人口密度等关键性指标,通过因子叠加,4个水土保持生态修复类型区(湿润生态修复类型区、干旱生态修复类型区)和14个水土保持生态修复区。湿润、半湿润生态,;而在半干旱、干旱生态修复类型区仅能在局部地段植树,但不宜大面积造林。关键词:;生态修复;原则;指标;分区;
中图分类号:X171.4
文献标识码:A
TheStudyofRegionalizationonEcologicalRestorationinChina
DIBao2feng,CUIPeng,AINan2shan
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(1.SchoolofArchitectureandEnvironment,SichuanUniv.,Chengdu610065,China;2.ChengduInstituteofMountainHazardsandEnvironment,CAS,Chengdu610041,China)
Abstract:DevelopingnationwideecologicalrestorationresearchesforsoilandwaterconservationareproposedinChina.Inthispaper,optimalconditionsofecologicalrestorationwereanalyzedabidebytheprincipleofheteroge2neity,zonation,grade,conjugacy,primaryfactorandcountylandintegrity.Thespecialmappingdatabasewasde2veloped,basedontherawmaterialsof2861counties.WiththeapplicationofGIS,choosingthekeyactors,suchasclimate,vegetation,soil,physiognomy,thetypesofsoilerosion,andpopulationdensity,thenationalarea,ex2ceptTaiWanandmaritimespace,wasdividedinto4first2levelecologicalrestorationdomainsand14second2levelecologicalrestorationregionsbythewayofadoptingsuperposedanalyticalmethodandsuperincumbentpartitionmethod.HumidandSem2humidecologicalrestorationdomainshavebetternaturalconditionsforafforestation.AridandSemi2aridecologicalrestorationdomainsareonlyfitforafforestationinbrush2firearea.Keywords:soilandwaterconservation;ecologicalrestoration;principle;indices;regionalization
中国已成为世界上水土流失最严重的国家之一,
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目前,亟待治理的水土流失面积有200多万km,若
收稿日期:2007-12-04
基金项目:中国科学院知识创新资助项目(KZCX2-YW-302);国家科技支撑课题资助(2006BAC10B04)
按1km平均50万元的治理费用计算,需要数千亿
元资金。水土保持生态修复,就是要调整生态重建思路,摆正人与自然的关系,以自然演化为主,进行人为引导,加快退化生态系统治理步伐。中国自然条件、经济社会状况和水土流失现状等诸多要素均存在明显的地域分异性,水土保持生态修复必需遵循生态建设地带性规律,以分区理论进行宏观指导,因地制宜,方能费省宏效。近年来,部分地区的生态
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作者简介:第宝锋(1978-),男,讲师,博士.研究方向:水土保
持,山地环境及GIS.E2mail:[email protected]
第5期第宝锋,等:中国水土保持生态修复分区33
环境建设工程忽视了自然地带性规律,不仅延缓了生态修复的进程,也造成了人力、财力的巨大浪费。
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三北防护林建设项目区涉及总面积达394.5×102
km,其中荒漠占55%,草原和荒漠草原占20%。在这样的自然条件下大面积造林,违背地域分异规律,既无助于防患沙尘暴,也不符合水资源短缺的客观现实。石羊河下游的民勤绿洲,20世纪上半叶土地沙漠化严重,50年代以来,民勤盆地曾经建成以沙枣林为主的防护林,并大面积加以推广。截至1991
424
年,累计营造沙枣林1.7×10hm,灌木林2.7×10hm,由于地下水位迅速下降,导致植被严重退化,0.6×10hm沙枣林成片死亡,0.8×10hm4
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2 指标体系与数据来源
2.1 指标体系
选取生态修复分区指标时,在综合分析各要素
的基础上,重点考虑影响水土保持生态修复适宜性的主导因素,即自然地理环境因素、水土流失状况及经济社会等因素。
一般而言,气候是大尺度下生态系统的主要决[10]
定因素。,非生(温度、地貌等)及生、。根据水土流失的自然原因,选取干燥指数、年降水量、年均温、≥10°积温、地带性植被类型、地带性土类、基本地貌特征等指标。
就水土保持生态修复而言,修复的对象、采取的措施及相应的管护等在很大程度上都受到人类活动的影响。因此,选取人口密度指标,以反映不同地域人类活动对生态系统的干扰强度。
此外,不同土壤侵蚀类型也影响着生态修复措施的差异性,选取土壤侵蚀类型作为表征水土流失特征的主要指标。2.2 数据来源依据地学信息图谱理论,应用GIS技术,建立了基础图谱数据库与专题图谱数据库。地图或地理数据属于空间数据范畴,他不仅具有物体空间位置与形状信息,而且具有空间关系信息,它既具有综合性又具有区域性。收集中国年降水量等值线分布图、中国日平均气温≥10℃积温等值线分布图、中国气候区划图、中国植被区划图、中国土壤区划图、中国地貌区划图、中国生态区划图、中国综合自然地理区划图、中国水土保持工作分区图、中国人口密度分布图等图件资[7,12-15]料。利用GIS工具(ARCINFO9.0),通过几何运算,改变各栅格图像中物体的空间位置关系,主要包括图像的平移、缩放、旋转和坐标变换,以及多幅图像的空间配准及镶嵌。将其统一在研究的坐标系统内,并采用人工数字化的方法,将地图上的点状地物、线状地物和面状地物转化为坐标输入计算机,生成COVER2AGE格式的文件,建立拓扑关系,添加属性数据值,生成基础图谱数据库。
将第三次(2000年)中国水土流失遥感普查数据(各级水蚀面积、各级风蚀面积)及2000年主要经济社会数据(总面积、总人口、乡村人口、乡村劳力、耕地面
[11]
木林死亡,使沙漠化卷土重来西“2605”,
42
国家投资37772810hm,项目结束时,。但项目结束后,由于农民粮食问题仍未解决,结果农民将已造林木砍伐,重新开垦坡地,继续进行广种薄收,生态环境状况回到了治理前的水平,当年所栽杨树并保留至今仍为小
[3]
老头树。
自20世纪50年代以来,中国在大尺度生态系统区划方面不断发展和进步,中国及其特殊区域的生态区划方案和生物群区分类系统得到了很好的建立和应[4-9]用。但现有各类与水土保持(土壤侵蚀)相关的分区(区划)很难全面的、科学的满足我国水土保持生态修复工作的需求。科学的生态修复分区理论指导将是生态建设中遵循地带性规律,加速水土流失治理,改善环境质量的迫切需求。本分区以县级行政区为基本单元,结合自然与经济等相关指标,分析生态修复的适宜性条件,根据分区原则,采用GIS技术,通过因子叠加的分析方法和自上而下的分区方法,进行全国(除台湾、海域)水土保持生态修复分区研究。
[2]
1 分区原则
不同类型的生态系统占据着一定的地理空间,具有各自的特点,所以,人们才能客观地将自然界的各生态系统进行合并与分异,从而划分其区域单[7]
元。水土保持生态修复分区的任务就是真实、客观而全面地反映出区域单元的分异规律,本分区遵循以下原则:1)分异性原则;2)地带性原则;3)等级性原则;4)共轭性原则;5)主导因素原则;6)县域完整性原则。
34四川大学学报(工程科学版)第40卷
积、水田面积、旱地面积、水浇地面积、灌溉面积、农机
[14,16-17]
总动力等)输入EXCEL表中,使2861个县级行政区(海域、台湾除外)均具有各自的水土流失状况及主要经济社会指标数值。再通过GIS软件(ARCINFO9.0)中TABLES模块中的JOIN命令,将各县级行政区矢量图形数据与EXCEL表中的属性数据通过相同代码进行连接,建立一一对应关系,生成专题图谱数据库,实现图形与数值的统一。
在具体分区过程中,以县级行政区为基本单元,采用了定性分析与定量计算相结合的方法,在定量计算的基础上,根据分析结果,进行界线调整、小区域归并等处理,最后确定分区系统。3.2 区划等级系统及命名水土保持生态修复分区单元命名是分区中的重要环节,它是不同生态修复区单元等级性的具体体现与标识。将我国水土保持生态修复区单元划分为2个等级,(Domain),二(式:+“生态修复类:温度状况+植被状况+土+“生态修复区”。
3 分区方法
3.1 分区方法
分区以经验判别和地理信息系统(GIS)结合,“自上而下”,用套合叠置的方法分别进行划分,如图1
。
4 分区结果
4.1 一级区
水分是影响生态修复和植物生长的控制性因素之一,降水量和干燥指数是反映干湿状况的核心指标,故以干燥指数(蒸发能力与降水量之比)作为生态修复类型区的主导因子(表1)。充分结合干湿状况变化的地带性规律(主要是水平地带性),辅助指标有降水量,参考指标有植被和地形。干燥指数>5、多年平均降雨量800mm的地区,利于植物(乔、灌、草)生长,属湿润生态修复类型区。
图1 中国水土保持生态修复分区路线框图
Fig.1 Themethodsofregionalizationonecologicalres2
torationinChina
表1 水土保持生态修复类型区划分依据及指标
Tab.1 Indexsystemofregionalizationonecologicalrestorationdomain
分区代号
Ⅰ
ⅡⅢⅤ
一级类型区名称湿润生态修复类型区半湿润生态修复类型区半干旱生态修复类型区干旱生态修复类型区
干燥指数
5.0
年降水量/mm
>800400～800200～400
天然植被
森林
森林草原(草甸)草原、草甸草原、荒漠草原
荒漠
注:参考文献[18],作者作相应修改
从生态修复的角度而言,4个区水热状况的地域组合具有相似性。然而,由于区内众多地理环境要素的差异性,本级分区并不完全满足区域分异性和发生学原则,因此称之为4大类型区。4.2 二级区
在一级区的框架之下,地形和地貌格局进一步
影响着大尺度下的水热分布,温湿因子的作用导致了区域内的生态类型进一步分异。任何地区的植被,总是同时、同地综合地反映着热量的纬度地带性和水分的经向地带性。植被是在一定的气候、地貌、土壤基质的综合作用下,在生存竞争与适应过程中长期历史发展的结果,植被作为主导的生态因素
第5期第宝锋,等:中国水土保持生态修复分区35
(气候、地貌、土壤等),具有密切的联系和空间上相
对的一致性。因此,植被区划理当与气候、地貌、土壤等自然地理要素的区划单元相符合,或至少是基
[19]
本上相对应。因此,水土保持生态修复分区的二级区主要是在一级类型区的基础上,结合全国植被区划一级分区中的8个大区,并充分考虑植被、土
壤、地貌、降水量、积温、人口密度等分级指标及水土
流失状况等因素(见表2和表3),借助已建立的基础图件数据库,采用单要素图谱逐个叠加的方法进行分区,定量计算与定性分析相结合,确定二级分区的边界,逐级划分出14个相对独立的二级区。
表2 水土保持生态修复分区依据及指标系列1
Tab.2 Indexsystemofregionalizationonecologicalrestorationregion1
区划依据和指标寒温带针叶林区域温带针阔叶混交林区域暖温带落叶阔叶林区域
地带性植被型寒温带针叶林温带针阔叶混交林 基本地貌特征
以大兴安岭山脉为主,地貌形态主要有中山、拔高400-1100m,谷地开阔
m,,一般
1500m,,地带性土类灰化针叶林土
暗棕色及棕色森林土
褐色森林土与棕色森林土
m、太行山与黄土高原,中部为辽阔的,海拔50m以下,东部沿海多为100～500m的丘陵
亚热带常绿阔叶林区域
、常绿东部为秦岭与南岭之间的丘陵,山地海拔一般1000m左右,中有四川盆地落叶阔叶混交林、和长江中下游平原,西部为云贵高原(1000～2000m),西缘横断山脉在季风常绿阔叶林
3000m以上,为高山狭谷地貌
黄棕壤红壤与砖红壤性红壤
热带季雨林、季雨林(季节性)、雨林区域
雨林
东部为海拔500m以下的低山丘陵,间有冲积平原,中部多石灰岩山峰与山地(500～1000m),西部为山间盆地与高1500～2500m的山地,南海诸岛多为珊瑚岛
东部松辽平原(120～400m),中部为内蒙古高原(1000～1500m),西南为
砖红壤性土
温带草原区温性草原黄土高原(1500～2000m),其间有大兴安岭-阴山与燕山-吕梁山,两列山脉分隔,西部有阿尔泰山
阿拉善、准噶尔、塔里木等内陆盆地(500～1500m)与柴达木盆地(2600～
黑钙土、栗钙土、棕钙土与黑垆土
温带荒漠区域温性荒漠2900m),间以天山、祁连山、昆仑山等高逾5000m的巨大山系,以及一些
灰棕漠土与棕漠土
较低矮的山地
寒温性针叶林、高寒灌丛与草甸、高寒高原、高寒荒漠
青藏高原高寒植被区域
为海拔4500m以上的整体山原边缘与内部6000～7000m以上的高山山系,东南部为横断山系与三江峡谷,切割剧烈
山地灰棕色森林土,高原草甸土,高寒草原与高寒荒漠土
表3 水土保持生态修复分区依据及指标系列2
Tab.3 Indexsystemofregionalizationonecologicalrestorationregion2
区划依据和指标寒温带针叶林区域温带针阔叶混交林区域暖温带落叶阔叶林区域亚热带常绿阔叶林区域热带季雨林、雨林区域
温带草原区温带荒漠区域青藏高原高寒植被区域
主要气候指标
)年均温/(°-2.2～-5.50～8.09～1414～2222～26.5-3～84～12
≥10°积温/℃
1100～17001600～32003200～45004000～80007500～100001600～33002200～45000～2250
年降水量/mm
350～550500～1000500～900800～30001200～3000150～450210～250800～50
侵蚀类型冻融、水蚀
水蚀水蚀水蚀水蚀风蚀、水蚀风蚀冻融、水蚀
人口密度/(人・km-2)
1～5030～200300～2000200～150050～30020～200
―10～8
注:表2,表3参考文献[19],作者作相应修改
按照前述分区的原则和单位,将我国划分为4
个修复类型区、14个生态修复区如图2。现按从高级单位到低级单位、从北到南和从东到西的顺序,全
国水土保持生态修复分区单位系统如下见表4。
36四川大学学报(工程科学版)第40卷
图2 中国水土保持生态修复分区图
Fig.2 RegionalizationmaponecologicalrestorationofChina
表4 中国水土保持生态修复分区系统
Tab.4 RegionalsystemsofecologicalrestorationinChina
类型区代号
Ⅰ
生态修复类型区湿润生态修复类型区
区代号Ⅰ1
Ⅰ2Ⅰ3Ⅱ1Ⅱ2Ⅱ3Ⅱ4Ⅱ5Ⅲ1Ⅲ2Ⅲ3Ⅲ4Ⅲ5Ⅳ
生态修复区
温带针阔混交林水蚀生态修复区亚热带常绿阔叶林水蚀生态修复区热带季雨林水蚀生态修复区寒温带针叶林冻融、水蚀生态修复区寒温带针阔混交林水蚀生态修复区暖温带落叶阔叶林水蚀生态修复区青藏高原高寒植被水蚀、冻融生态修复区亚热带常绿阔叶林水蚀生态修复区东部温带草原风蚀、水蚀生态修复区西部温带草原风蚀生态修复区东部温带荒漠冻融、风蚀生态修复区西部温带荒漠风蚀生态修复区青藏高原高寒植被冻融、水蚀生态修复区
温带荒漠风蚀生态修复区
Ⅱ半湿润生态修复类型区
Ⅲ半干旱生态修复类型区
Ⅳ干旱生态修复类型区
5 结 论
在分区过程中,本研究针对选用的指标体系,应
用GIS技术,采用图谱数据与属性数据相结合的方法,构建了以县级行政区(2861个)为单元的全国2000年水土流失状况(第三次遥感普查数据)与基础经济社会指标(2000年统计数据)专题图谱数据库。其中每一个县级行政区内均包含了各自的国土
面积、总人口、乡村人口、乡村劳力、耕地面积、水田面积、旱地面积、水浇地面积、灌溉面积、农机总动力以及不同强度等级水土流失面积等数据。
参考我国各类生态及自然区划成果,分析生态修复的适宜性条件,根据分异性、地带性、等级性、共轭性、主导因子及县域完整性等原则,选择气候、植被、土壤、地貌、土壤侵蚀类型、人口密度等关键性因子,在建立的数据库基础上,采用GIS技术,通过因
第5期第宝锋,等:中国水土保持生态修复分区37
子叠加的分析方法和自上而下的分区方法,将全国(除台湾、海域)划分为4个水土保持生态修复类型区(湿润生态修复类型区、半湿润生态修复类型区、半干旱生态修复类型区、干旱生态修复类型区)和14个水土保持生态修复区。
就生态修复而言,当尊重自然,因地制宜,分区采取相应措施。湿润、半湿润地区自然条件好,可以植树造林,也有森林分布;而在半干旱、干旱区则仅能在局部地段植树,虽然山地的适宜部位有森林分布,但不宜大面积造林。
[致谢]水利部水土保持司全体人员在我国水土保持生态修复研究方面做了大量的工作,表示感谢,的精心指导,。参考文献:
[1]LiuZheng.Topreventandharnesssoilandwaterlossusing
theself2recoveringcapabilityofecosystem[J].ResearchofSoilandWaterConservation,2001,8(12):13-16.[刘
[7]FuBojie,LiuGuohua,ChenLiding,etal.Schemeofeco2
logicalregionalizationinChina[J].ActaBotanicaSinica,2001,21(1):1-6.[傅伯杰,刘国华,陈利顶,等.中国生
态区划方案[J].生态学报.2001,21(1):1-6.]
[8]YangQinye,ZhengDu,WuShaohong.Studyonecogeo2
graphicalregionalizationsysteminChina[J].AdvanceinNaturalSciences,2002,12(3):287-291.[杨勤业,郑度,
吴绍洪.中国的生态地域系统研究[J].自然科学进展,
2002,12(3):287-291.]
[9]LiuGuanHaiyan,etal.Integratedde2ecologicalenvironmentinJogressinGeography,2002,21([刘胤汉,管海晏,李厚地,等.西北五省(区)生态环境综合分区及其建设对策[J].地理科学进
展,2002,21(5):403-409.]
[10]HardingJS,WinterbournMJ.Anecoregionclassification
oftheSouthIsland,NewZealand[J].JournalofEnviron2mentalManagement,1997,51:275-287.
[11]OliverMA,WebsterR.Kriging:amethodofinterpolation
forgeographicalinformationsystemsInt[J].GeographicalInformationSystem,1990,4(3):313-332.
[12]CuiPeng,WangDaojie,FanJianrong,etal.Currentsta2
tusandcomprehensivecontrolstrategiesofsoilerosionfortheupperYangtzeandotherriversintheSouthwesternChi2na[J].ScienceofSoilandWaterConservation,2008,6(1):43-50.[崔鹏,王道杰,范建容,等.长江上游及西南诸
震.利用生态的自我修复能力防治水土流失[J].水土保持研究,2001,8(12):13-16.]
[2]LiGuoren.Thedesertificationstatusandpreventingcoun2
termeasuresofminqinoasisinthelowerreachesoftheShiy2angRiver[J].ExploitationResearch,2005(3):45-47.[李国仁.石羊河下游民勤绿洲生态恶化及保护刍议[J].开发研究,2005(3):45-47.]
[3]ShenYuancun.Thoughtsandcountermeasuresabouteco2
environmentconstructionontheloessplateau[J].ChinaNature,2005(1):16-18.[申元村.黄土高原植被生态建
河区水土流失现状与综合治理对策[J].中国水土保护科学,2008,6(1):43-50.]
[13]国家自然地图集编委会.中华人民共和国国家自然地
图集[M].北京:中国地图出版社,1998.
[14]中国人口年鉴编辑委员会.2001中国人口统计年鉴
[M].北京:中国统计出版社,2001.
[15]孙鸿烈,张荣祖.中国生态环境建设地带性原理与实践
[M].北京:科学出版社,2004:30-80.
[16]中国农业年鉴编辑委员会.中国农业年鉴[M].北京:
设的反思与对策[J].大自然,2005(1):16-18.]
[4]HuangBingwei.Outlineofcomprehensivephysicalgeo2
graphicregionalizationinChina[J].GeographicalSymposi2um,1989,21:10-20.[黄秉维.中国综合自然区划纲要[J].地理集刊,1989,21:10-20.]
[5]NiShaoxiang.Arecentexplorationofchina’scomprehen2
sivephysiographicregionalization[J].JournalofNanjingUniversity:NaturalSciencesEdition,1994,30(4):706-714.[倪绍祥.中国综合自然地理区域新探[J].南京大
中国农业出版社,2001.
[17]国家统计局.中国区域经济统计年鉴[M].北京:中国
财政经济出版社,2001.
[18]ChenFayang,ZhangChangyin,NiuZhiming.Researchon
thedemarcationofecologicalrestorationinChina[J].SoilandWaterConservationofChina,2003,8:2-3.[陈法扬,
学学报,1994,30(4):706-714.]
[6]NiJian.PlantfunctionaltypesandbiomesofChinaatare2
gionalscale[J].ActaBotanicaSinica,2001(43):419-425.[倪健.区域尺度的中国植物功能型与生物群区[J].植物学报,2001(43):419-425.]
张长印,牛志明.全国水土保护生态修复分区探讨[J].中国水土保护,2003,8:2-3.]
[19]中国植被编辑委员会.中国植被[M].北京:科学出版
社,1980:749-759.
(编辑 张 琼)