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土壤侵蚀是全球性环境问题之一,严重威胁国家与区域生态安全;土壤保持是生态系统通过其结构与过程减少由于降水所导致的土壤侵蚀的作用,是生态系统重要调节服务之一。土壤保持功能空间格局评价是明确土壤保持重要区域,实现土壤侵蚀控制和生态保护的基础和前提。 近年来我国经济社会高速发展,资源开发利用程度加大,各类生态系统受到不同程度开发、干扰和破坏,生态系统极度退化,生态功能大幅降低。与此同时,随着生态问题的凸现以及环境意识的提高,中国实施了一系列生态保护与建设工程,为遏制我国生态退化、改善生态质量起到了积极作用。在双重因素影响下,如何评价区域生态系统服务功能保护成效,为科学决策提供信息支持,是生态系统管理面临的挑战。 基于十年变化调查的数据支持,我们以2000年为基准年,2010年为现状年,通过遥感解译、参数率定、模型模拟和典型区域校正对全国生态系统土壤保持功能开展评估。在分析我国土壤保持功能空间分异规律和十年变化特征基础上,进一步揭示其变化驱动因素。主要研究结果如下: (1)本研究以通用土壤流失方程为基础,根据我国气候、自然地理、生态系统特征对模型中降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、地形因子、植被覆盖因子等参数进行率定与本土化,提高了区域生态系统土壤保持功能评估的精度。 (2)2010年,我国土壤侵蚀(水蚀)面积为173.06万km2,土壤侵蚀量为88.74亿吨,土壤侵蚀模数为9.36 t hm-2 a-1;农田和草地是我国土壤侵蚀的主要来源。空间上,侵蚀严重区域主要位于黄土高原、三峡库区、金沙江干热河谷、澜沧江中下游流域、横断山南段等。 (3)2010年,我国生态系统土壤保持总量为1979.62亿吨,土壤保持强度为208.88 thm-2 a-1,土壤保持率为95.71%;空间上主要受控于地带性因素——气候因素,整体呈现东南高西北低的宏观格局。土壤保持极重要区主要位于长白山、燕山—太行山脉、黄土高原、祁连山、天山、横断山脉、秦巴山地、苗岭和皖南山区等;土壤保持重要区主要位于黄土高原、秦岭、川西高原、藏东南和东南丘陵等。对这些区域的良好保护将使我国75%的土壤保持功能得到保育。 (4)2000~2010年,我国生态系统土壤保持功能整体增强。土壤保持总量增加13.13亿吨(增幅0.67%),土壤保持强度增加1.38t hm-2a-1,土壤保持率提高0.64个百分点。空间上,土壤保持功能分布格局总体变化不大,但局部地区变化明显。功能增强区域主要分布于黄土高原、秦巴山区、三峡库区、大娄山、苗岭以及仙霞岭等地;功能削弱区域主要分布于岷山、邛崃山、新疆中部、西藏东南部、云南中部与南部、广西中部以及广东北部等地。集中开展水土保持工作的黄土高原地区土壤保持功能显著增强(增幅5.14%),该区土壤保持变化约占全国土壤保持总变化的64.20%。 (5)十年来,各生态工程区土壤保持功能均有所增强,植被恢复程度普遍高于全国平均水平。天然林资源保护工程区、退耕还林工程区和国家生态安全屏障区内土壤保持功能分别增加了1.29%、0.78%和0.95%,土壤保持变化各占全国土壤保持总变化的70.37%、88.65%和41.81%。 (6)植被因素是引起生态系统土壤保持能力变化的直接原因。生态保护工程的实施对遏制我国生态系统退化,增强生态系统土壤保持功能发挥了重要作用;气温升高和城市化通过促进植被的生长和恢复,一定程度上促进了区域生态系统土壤保持功能的提高。农田开垦和地震灾害对生态系统结构的破坏是导致我国生态系统土壤保持功能退化的重要原因。 可见,我国土壤侵蚀依然严重,十年间生态系统土壤保持功能呈逐渐增强趋势,生态保护与建设工程实施、城市化过程是生态系统土壤保持功能增强的主要因素,但农业开发、自然灾害对生态系统土壤保持功能带来的损害不容忽视。在面积较小、土壤保持功能较强的土壤保持重要区域建设生态功能保护区将有助于提高生态保护效率、维护区域生态安全。此外,我们的研究还表明:采用遥感参量反演、野外定位观测以及典型区域校正相结合的方法可以提高大尺度生态系统土壤保持功能评估的精度,是适合开展区域尺度生态系统土壤保持功能评估的有效途径。