人工与自然两种植被恢复模式识别及退化风险评价——以黄土高原为例

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在过去20年,黄土高原植被覆盖率的显著提高引起了世界的关注。通常可以根据人工干预的程度将植被恢复分为以自然过程为主的恢复和以人工干预为主的恢复。不同恢复模式在植被恢复过程中的各自表现及其时空差异,有待进一步厘清。前人研究多侧重于从微观角度比较人工和自然方法在植被恢复中的作用,缺乏区域尺度上的证据。植被恢复是在区域尺度上进行的,仅凭少量的点观测难以揭示整个区域的恢复情况。尽管有一些研究集中在区域尺度上的植被恢复,但较少涉及人工与自然恢复方法不同效果的比较。基于此,本研究以生态建设工程实施重点区域黄土高原为例,基于SPOT/VEGETATION NDVI数据,首先,通过空间统计和信息技术等研究手段,建立自然与人工植被恢复模式的判别规则,识别研究区自然和人工恢复模式区域,分析不同植被恢复模式的时空特征;其次,通过植被变化时间持续性估计算法构建植被退化风险指标,对不同自然条件和植被恢复模式的植被退化风险进行分类评价;最后以植被退化风险为因变量,以人工恢复强度为核心自变量,各类自然和社会经济条件为控制变量,构建空间滞后模型,分析植被恢复持续性的影响因素和空间溢出效应,并通过引入两阶段回归模型进一步分析气温和降水等气候因素在恢复模式作用于恢复持续性关系中所起的调节作用。本研究的主要结论如下:(1)人工恢复模式主要分布在黄土高原腹地。研究区不同县域和其它行政层级的人工恢复比例差异显著。行政命令式的植被恢复策略选择也折射出自然规律没有被充分考虑。(2)不同恢复模式下植被恢复效果的时间特征不同。以人工恢复模式为主的区域,植被能够在短时间内实现快速恢复,但后期植被恢复速率会出现一定程度的下降。因此,可根据植被恢复短期和长期效果的目标,来权衡选择人工恢复亦或自然恢复,以及人工恢复的强度。(3)黄土高原植被整体呈现出持续恢复的趋势,退化风险较高的区域主要集中在自然条件较差、高强度耕地利用、高强度人工恢复以及天然林分布为主的区域。对于不同的植被恢复模式,在气候条件较差的区域人工恢复带来的植被退化风险更低,而对于气候较好的区域,自然恢复的植被退化风险更低。(4)人工恢复策略强度对植被退化风险的影响随着人工恢复策略强度的增加呈现倒U型的影响趋势,在适宜的人工恢复策略强度下,人工植被恢复策略将有助于降低植被退化风险,达到一定的临界值后,人工恢复策略强度的增加将会导致植被恢复的不可持续性。气象条件、地形条件、土地利用、人类活动与经济发展也会影响植被恢复持续性,且存在一定程度的空间溢出效应。对于不同区域,温度和降水在恢复模式作用于恢复持续性的关系中所起的调节作用不同。本研究为生态政策效应的区域尺度评价提供了新的视角,也可为未来植被恢复策略的布局提供理论参考。此外,本研究提出的方法可望为生态政策数据可视化以及精确评估不同植被恢复策略的长期效果提供方法支持,具有广泛的应用前景。
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