宁夏中南部草地生态安全评价研究

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草地是陆地生态系统的重要组成部分,是畜牧业生产的主要载体,具有极其重要的生态功能。我国草原分布广泛,是面积最大的陆地生态系统和重要的生态安全屏障。长期以来,在气候变化和人类活动的双重压力下,草地退化态势严峻,引发系列生态、经济和社会问题,严重危及区域生态安全。我国先后启动“退耕还林(草)”和“退牧还草”等生态工程,从源头上治理生态退化,实现了山水林田湖草生态系统的健康发展。宁夏中南部地区以温性草原为主,属于北方农牧交错带,是宁夏实施生态修复工程的主要区域。生态工程实施有效改善了草地生态系统功能,然而,农牧民难以在短期内接受生产方式和生计策略改变带来的冲击,地方经济发展与生态环境保护之间的博弈不断,影响了生态工程的实施效果。如何在生态环境保护和地方经济发展博弈中寻找平衡点,实现人-草-畜和谐发展,促进区域生态安全是农牧交错区草地科学研究的重要内容。通过开展草地生态安全研究,促进生态环境保护和农户生计改善,为科学开展草地资源管理和制定区域发展政策提供理论决策依据。本研究以宁夏中南部温性草原区为对象,从生态安全管理和区域发展出发,借助野外调研数据、遥感数据、统计数据和文献资料等构建生态安全数据库。基于生态修复背景下土地利用动态变化、草地植被特征、土壤特征,对比区域草地、耕地、林地等自然资本利用和草地生态压力状况,定量化分析草地生态安全时空格局,解析其影响因素及作用机制,探讨草地可持续利用的管理策略。本研究对丰富生态安全研究的理论与方法,促进宁夏中南部地区草地生态安全、区域可持续发展和生态文明建设,具有重要的理论意义和现实价值。主要研究结论如下:(1)退耕还林(草)背景下,土地利用和草地面积变化显著。研究区草地面积占比最大,2018年,草地占49.81%、耕地占34.25%、林地占5.16%、建设用地占1.95%、水域占1.00%。2000-2018年,耕地、草地、未利用地分别减少6.68%、0.31%和3.08%,建设用地、林地和水域分别增加128.16%、29.86%和10.30%。原州区、彭阳、西吉、隆德、泾源,海原和盐池7个县,草地面积共增加34330.20 hm2;同心、红寺堡区、中宁和沙坡头区草地面积共减少40090.92 hm2。耕地、草地和建设用地之间的转移关系是土地转移的主体。(2)禁牧封育措施下,草地生态系统植被和土壤特征等呈现一定的空间差异。基于研究区植被样方调查:研究区草甸草原植物菊科种类占比最大,约为25%,禾本科和豆科种类占比为12.5%;典型草原菊科、豆科和禾本科种类占比为:25.27%、15.38%、10.99%;荒漠草原豆科、菊科和禾本科植物种类占比共60%左右。植被盖度、高度、Shannon-Weiner多样性指数、Patrick物种丰富度指数均表现为:草甸草原>典型草原>荒漠草原,三种草地地上生物量依次为:307.61 g/m2、146.56 g/m2、88.16 g/m2,地上生物量和年降水量、土壤有机密度、丰富度指数等极显著正相关,与年均温极显著负相关,与土壤含水量、海拔、多样性指数显著正相关。从草甸草原到典型草原再到荒漠草原,土壤容重增大,土壤含水量降低,全氮密度依次下降。草甸草原、典型草原和荒漠草原土壤有机碳含量和密度依次为:30.69 g/kg、11.47 g/kg、5.62 g/kg和25.81 kg/m2、10.71 kg/m2、6.44 kg/m2。在土壤垂直剖面上表聚性显著。草地土壤有机碳从南部六盘山地向中部干旱风沙带逐渐降低。Amos结构方程分析发现,海拔高度对土壤有机碳总效应最大;地上生物量对土壤有机碳的直接正向效应最大;降水量对土壤有机碳效应分为直接效应和作用于地上生物量及土壤含水量的间接影响;温度通过作用地上生物量对土壤有机碳间接产生负向效应。研究区草地土壤有机碳主要受降水量和与其密切相关的地上生物量的支配作用。(3)采用改进的三维生态足迹模型,对比分析研究区自然资本利用特征和草地生态压力状况。2010-2020年,各县生态足迹平均增加26.30%。研究期间人均草地生态足迹占比由39.89%上升至54.46%,草地自然资本消耗增大。人均草地生态足迹广度占比由17.92%上升至21.90%。人均草地生态足迹深度远大于1,存量资本消耗严重。2020年红寺堡区、沙坡头区、盐池、同心和中宁人均草地生态足迹深度较2010年增长了 302.45%、194.19%、113.50%、92.62%和82.33%,草地生态压力增幅较大;西吉县、海原增长63.35%和52.77%,生态压力增幅居中;原州区、隆德、彭阳分别增加了 19.17%,3.84%和19.29%,增幅相对较小;泾源减少了 38.03%,草地生态压力降低。耕地、林地、水域等地类生态足迹深度多为原长1,以流量资本占用为主。需调整土地利用结构适应居民消费需求变化,缓解草地生态供给和畜产品生产之间的生态供需矛盾。(4)基于压力-状态-响应模型,采用综合评价法、熵权TOPSIS法分析草地生态安全。综合指数法评价结果:2005-2020年,草地生态安全综合指数平均值从0.39提升到0.41。泾源、彭阳、隆德、原州区、西吉和海原6个县生态安全指数提升84.78%、66.59%、50.55%、30.89%、32.45%和22.00%,生态安全水平好转;红寺堡区、沙坡头区、盐池、中宁和同心生态安全指数分别下降13.68%、10.49%、29.34%、47.23%和51.11%。2020年,生态安全指数最高的是泾源县,隆德、原州区和彭阳县生态安全指数均大于0.5,草地生态安全水平高;盐池、海原、西吉生态安全状况居中;沙坡头、同心、中宁和红寺堡草地生态系统不安全。加权TOPSIS模型评价显示,草地平均贴近度由0.38增加至0.41。泾源、隆德、原州区、海原、西吉、彭阳草地生态安全状况好转,同心、红寺堡区、中宁、盐池、沙坡头区草地贴近度下降。2020年,泾源、隆德、原州、彭阳和盐池县草地生态安全水平较高,海原、西吉、沙坡头区草地基本安全,红寺堡区、中宁、同心草地不安全。两种评价方法得出的草地生态安全空间格局和动态变化趋势基本一致。(5)采用主成分分析法和障碍度模型揭示草地生态安全的驱动因素。主成分分析表明,对草地生态安全影响较大的因素有:土壤有机碳密度、年降水量、土壤水分、生物量、第三产业占比和人均草地面积。运用障碍度模型诊断各县草地生态安全障碍因子。草地生态安全状况较好的泾源、隆德、原州区、彭阳,主要障碍因子是人均GDP、人均草地面积、农民人均可支配收入、农业人口比例和单位牲畜人工草地面积;草地生态基本安全的海原、西吉、盐池,主要障碍因子是土壤水分、生物量、年降水量和单位牲畜人工草地面积;草地生态不安全的同心、沙坡头区、中宁和红寺堡区,障碍因子是生物量、土壤水分、年降水量、人均草地面积和单位牲畜人工草地面积。依据草地生态安全的空间格局、障碍因子分析结果等,将研究区草地进行分区并提出草地生态安全优化管理策略,为生态修复和区域经济社会可持续发展提供科学依据。
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