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随着人口增长以及工业化、城市化进程的推进,人类对土地开发利用的广度和深度不断拓展,土地生态恶化问题制约着人类的发展乃至生存,土地生态安全成为当前的研究前沿和热点。在我国,人类不合理的方式所导致的生态灾害和环境污染每年造成的经济损失占当年GDP的8.5%~10%,最高可占到14%。1997年黄河中下游大面积断流以及1998长江和松花江、嫩江流域发生的特大洪水灾害给全国带来了巨大的社会经济损失,全国上下都强烈地意识到,加快林草植被建设,改善生态环境已成为全国人民面临的一项紧迫的战略任务,是中华民族生存与发展的根本大计,国家自此开始实行退耕还林政策。退耕还林工程是当前中国最为宏大的生态修复与重建工程,其终极目标是为区域乃至全国的社会经济可持续发展提供优良的生态环境基础和生物资源库。因此,开展退耕还林生态效应研究具有重要意义。然已有的研究多集中在喀斯特区、三峡库区、内蒙以及张北一带沙漠化地区、西北干旱区以及黄土高原等生态脆弱区,而对牡丹江这样以农林复合景观为主的山区研究还未见报道。山区是贫困地区、脆弱地区和环境变化敏感区的代名词,山区土地利用变化,特别是林地的变化将产生重要的生态效应,进而改变区域的生态环境状况。本文以黑龙江省退耕还林典型区域——牡丹江地区为例,以2000年及2008年退耕还林前后两期Landsat TM影像为主要数据,分析阐述退耕还林生态效应以及由此产生的土地生态安全状况,以期系统科学的揭示研究区生态环境演变机理,为区域土地利用规划、生态环境保护规划及可持续发展规划等提供决策依据。全文主要研究内容及结论如下:
(一)重点从土地利用景观变化、植被覆盖度变化以及土壤侵蚀变化三个方面论述退耕还林生态效应。
(1)土地利用类型数量变化表明,退耕后,林地草地面积大量增加(林地增加701.36 km2,草地增加79.07 km2),旱田面积大量减少(共减少812.27km2),但林地和草地向旱田的转化较为明显(退耕还林过程中旱田共增加320.01km2,其中林地转化237.95 km2,草地转化27.09 km2),说明研究区生态环境修复与粮食生产之间的矛盾比较激烈。土地利用景观指数变化表明,由于耕地面积大量减少,研究区中部河谷盆地地区的人类干扰不断加强,使这一区域生态风险指数较高。
(2)随着退耕年限的增加,研究区植被覆盖度不断提高,≥75%的植被覆盖区域面积由退耕前的84.28%上升至退耕后的86.21%,提升近2个百分点;在全球变暖这一大环境背景下,研究区降雨量呈增加趋势。
(3)退耕后,研究区土壤侵蚀状况得到改善,微度侵蚀和极强度侵蚀面积比例上升,分别由退耕前的82.61%和1.78%上升至退耕后的84.82%和7.27%,其他侵蚀强度面积比例下降,下降最为明显的是剧烈侵蚀,由退耕前的8.14%下降至退耕后的1.73%。在空间分布上,退耕前,水土流失较为严峻的区域集中分布在林口、穆棱北部以及海林东北部地区,退耕后,极强度侵蚀则集中在穆棱与林口交界处,落后的农业生产方式是导致该空间布局的主要原因。退耕后,降雨侵蚀力作用明显加强;中山地带坡度>15°区域剧烈侵蚀面积分布较广,这一区域是退耕还林重点发生区,说明幼龄林在强降雨条件下水土保持能力还较弱,加强这一区域的水土保持工作需求依然迫切。
(二)将土地生态安全内涵纳入到压力-状态-响应(PSR)模型中,从而构建了区域土地生态安全评价指标体系,并利用相关数学模型实现指标体系中社会经济统计指标的空间化处理;利用层次分析法对指标体系进行赋值,借助综合评价指数模型实现退耕还林前后2000年及2008年研究区土地生态安全状况评价,评价结果表明:退耕后极不安全和不安全面积比例下降,分别由退耕前的4.29%和10.22%下降至退耕后的3.7%和7.44%,临界安全和较安全面积比例上升,分别由退耕前的14.45%和36.34%上升至退耕后的15.7%和38.96%,安全面积比例基本无变化。在空间分布上,研究区中部河谷盆地及其周围地区是极不安全的主要聚集地,退耕后,这一区域的生态安全状况有所改善;东南部老爷岭地带由于森林植被增加,土地生态安全状态增强;中北部牡丹江市及林口地区由于人为干扰强度大,其不安全状态向临近地区波及而使西北部张广才岭地区土地生态安全状态呈略微下降趋势。全文最后提出了生态环境保护与区域可持续发展的对策与建议。