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三北工程建設水資源承載力與林草資源優化配置研究 版權信息
- ISBN：9787030727220
- 條形碼：9787030727220 ; 978-7-03-072722-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
三北工程建設水資源承載力與林草資源優化配置研究 內容簡介
三北工程區大部分區域地處干旱半干旱的水資源稀缺地區，如何根據水資源承載力科學布局和實施三北工程區林草植被建設成為亟待解決的科學問題。本書從不同空間尺度，系統分析了三北工程區水資源承載能力現狀及變化趨勢，確定了基于水資源約束的林草植被理論分布格局，提出了不同空間尺度喬灌草水平衡的林草資源配置方案。
三北工程建設水資源承載力與林草資源優化配置研究 目錄
目錄
前言
第1章緒論1
1.1研究背景1
1.2文獻綜述2
1.3技術路線4
第2章三北工程區概況7
2.1地理位置7
2.2自然條件7
2.3各類分區12
2.4地帶性植被18
2.5植被空間分布22
第3章水資源空間格局與變化趨勢33
3.1降水時空格局分析33
3.2植被可利用有效降水時空格局分析75
3.3淺層地下水的水資源量與水位分析95
3.4生態植被建設灌溉可用水量分析112
3.5小結：降水、淺層地下水和生態植被建設灌溉可利用水資源127
第4章水資源林草植被承載力130
4.1水資源植被承載力130
4.2植被生態需水量閾值133
4.3水資源可承載植被152
4.4小結：降水和灌溉水組合形成的水資源可承載林草植被178
第5章適水性林草植被優化配置180
5.1現狀植被與水資源可承載植被對比180
5.2林草植被優化配置197
5.3林草植被優化配置方案214
5.4小結：適水性林草植被優化配置類型和方案223
第6章根據水資源承載力建設和保護林草植被226
6.1三北工程區水資源空間格局與變化趨勢226
6.2三北工程區水資源林草植被承載能力228
6.3三北工程區適水性林草植被優化配置方案229
6.4根據水資源承載力建設和保護林草植被的建議229
參考文獻232
附件1術語與數據說明241
附件2不同區域植被建設技術模式243
前言
第1章緒論1
1.1研究背景1
1.2文獻綜述2
1.3技術路線4
第2章三北工程區概況7
2.1地理位置7
2.2自然條件7
2.3各類分區12
2.4地帶性植被18
2.5植被空間分布22
第3章水資源空間格局與變化趨勢33
3.1降水時空格局分析33
3.2植被可利用有效降水時空格局分析75
3.3淺層地下水的水資源量與水位分析95
3.4生態植被建設灌溉可用水量分析112
3.5小結：降水、淺層地下水和生態植被建設灌溉可利用水資源127
第4章水資源林草植被承載力130
4.1水資源植被承載力130
4.2植被生態需水量閾值133
4.3水資源可承載植被152
4.4小結：降水和灌溉水組合形成的水資源可承載林草植被178
第5章適水性林草植被優化配置180
5.1現狀植被與水資源可承載植被對比180
5.2林草植被優化配置197
5.3林草植被優化配置方案214
5.4小結：適水性林草植被優化配置類型和方案223
第6章根據水資源承載力建設和保護林草植被226
6.1三北工程區水資源空間格局與變化趨勢226
6.2三北工程區水資源林草植被承載能力228
6.3三北工程區適水性林草植被優化配置方案229
6.4根據水資源承載力建設和保護林草植被的建議229
參考文獻232
附件1術語與數據說明241
附件2不同區域植被建設技術模式243
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三北工程建設水資源承載力與林草資源優化配置研究 節選
第1章緒論 1.1研究背景 三北防護林體系建設工程（以下簡稱三北工程）范圍包括我國西北、華北及東北西部的13個省（自治區、直轄市），總面積達449.28萬km2，占我國陸地總面積的46.7%，涵蓋了我國95%以上的風沙危害區和40%的水土流失區。按照*初的總體規劃，三北工程的建設期從1978年開始，到2050年結束，共分三個階段、八期工程。三北工程規劃建設任務完成后，將使三北地區的森林覆蓋率由5.05%提高到14.95%；林地面積由2.31×107 hm2增加到6.08×107 hm2；林木總蓄積量由7.2億m3增加到4.27×109m3；林業年產值由9億元增加到2.1×1010元；農作物產量提高10%～15%；水土流失得到基本控制；沙化面積不再擴大等；在祖國北疆初步構筑起一道抵御風沙、保持水土、護農促牧的“綠色長城”。三北工程是迄今為止人類歷史上規模*大、建設持續時間*長、生態治理難度*大的生態防護林建設工程。 1978～2018年，經過40年建設，三北工程區按期完成造林任務，40年累計完成造林面積4.61×107 hm2，占同期規劃造林任務的118.16%；林草植被初步得到恢復，植被生產力有所提高；森林資源總量持續增長，森林蓄積逐步提高；農田防護林建設顯著增加低產區糧食產量；沙化土地得到有效治理；水土流失治理成效明顯；區域生態環境安全有效改善；帶動工程區社會經濟綜合發展。與此同時，工程建設中出現的造林樹種單一，林分老化、退化，后期經營管理水平低等問題也逐漸顯露并亟待解決。而且，由于造林面積逐漸增大，可用于造林的后備土地資源立地條件越來越差，造林難度增大。此外，由于三北工程區大部分區域地處西北干旱半干旱的水資源稀缺地區，隨著“西部大開發”戰略、“一帶一路”倡議等陸續實施，三北工程區水資源供需矛盾將日益凸顯。水資源短缺成為三北工程高質量發展的主要制約因素。 黨和國家領導人對新時代三北工程建設高度重視，如三北工程40年表彰大會召開時，李克強總理作出批示，要求“要牢固樹立新發展理念，堅持綠色發展，尊重科學規律，統籌考慮實際需要和水資源承載力等因素，繼續把三北工程建設好，并與推進鄉村振興、脫貧攻堅結合起來，努力實現增綠與增收相統一，為促進可持續發展構筑更加穩固的生態屏障”。可見，雨養林草植被建設無疑已經成為三北工程區生態建設的重點。三北工程未來的建設需要牢固樹立以水定綠的發展理念，從造林種草的實際需要和水資源承載力相適應出發，以不同區域的自然降水為主要依據，因地制宜發展雨養林草植被，建設穩定高效可持續的生態系統。本書在三北工程區、典型重點工程區、重點縣3個空間尺度上，基于降水量及其地表分配，開展水資源承載能力與林草資源優化配置研究，編制基于水平衡的喬灌草植被優化配置方案，為科學恢復林草植被資源、發展雨養林草植被提供科學支撐。 本書主要從三北工程區尺度，分析區域降水時空格局及其變化趨勢，確定喬灌草植被承載能力，提出喬灌草植被優化配置方案。 1.2文獻綜述 荒漠化是全球干旱半干旱地區面臨的重大挑戰。植被建設是眾多國家用來緩解荒漠化的重要措施。由于自然和人為因素的影響，如干旱的氣候、過牧、采伐、墾殖等，我國北方荒漠化形勢仍然嚴峻（Zhang and Huisingh，2018；Xu and Ding，2018；Na et al.，2019；Zhang et al.，2020a，2020b）。1970年以來，我國北方地區實施了多項工程與措施以治理荒漠化（Shao et al.，2018；Wen et al.，2019）。三北工程因其空間范圍*大和時間跨度*長，成為其中*具影響力的一項工程。 近些年，三北工程建設頗受學術界關注。統計數據顯示，造林地面積顯著增加，但是來自遙感（remote sensing，RS）的林地面積增加甚微（Duan et al.，2011；Xu，2011；國家林業和草原局，2018）。Ahrends等（2017）指出，中國北方造林明顯地阻止與逆轉了森林覆蓋損失，但是僅增加了高度較低、稀疏和零星分布的人工林面積。Deng等（2019）認為，1978年以來三北工程區范圍內的植被覆蓋有所增加，但部分歸因于溫度和降水的增加。GerleinSafdi等（2020）利用QuikSCAT衛星的微波數據和來自GOME-2衛星的太陽誘導葉綠素熒光（solarinduced chlorophyll fluorescence，SIF）數據研究發現，三北工程區植被生物量在增加，造林可以增加生態系統生產力并控制荒漠化進程。由于水資源短缺、病蟲害等，人工種植喬木和灌木的總體成活率低，三北工程因而受到批評（Wang et al.，2010）。造林過程中不恰當的物種選擇導致更多的水資源消耗（Zheng et al.，2012），在干旱發生時更容易出現枯梢現象。外來植物物種會導致生物多樣性下降，表土層破壞，土壤水分競爭性利用、土壤養分損失等問題，損害當地自然物種的生境（Xu，2011）。 三北工程被關注的核心點是造林對干旱和半干旱氣候區水資源和水循環的消極影響。一般來說，森林植被比草地/農田的蒸散（發）量大，當土地類型從荒漠/草地/農田向森林植被轉變時，由于蒸散（發）的增加，地表徑流與地下水補給量減少。龐忠和等（2018）研究發現，鄂爾多斯高原北部沙漠區，雖然降水量較小，但由于包氣帶巖性為細砂和粉砂，土壤水入滲較快，地下水補給量較大；地表恢復成沙蒿、檸條、沙柳等時，地下水補給量顯著減少。Deng等（2019）指出，1978年以來三北工程區碳蓄積的增加是以蒸散過程中更多的水消耗為代價的。Wen等（2019）報道，黃土高原的延河流域植被恢復減少了土壤流失，同時提供了更少的水資源。Cao等（2020）認為，三北工程在沒有足夠降水維持樹木生長的區域造林將會導致地下水位加速下降，進而導致干旱半干旱區域生態系統退化問題進一步惡化（Jia and Shao，2014）。Ge等（2020）利用天氣研究與預報模型(weather research and forecastingmodel，WRF模型)研究了造林對黃土高原水文的影響。研究結果顯示，造林工程實施以來，蒸散量增加導致徑流和土壤水分減少。由于造林減少了農業和人類聚居區可獲得的水資源，而且對降水沒有任何益處，Ge等（2020）提示，進一步造林會對黃土高原區域當地水安全造成威脅。 森林與地下水位之間的關系也備受關注。地下水埋深的變化會對以地下水為水分來源的植被生長產生明顯影響。金曉媚等（2007）研究發現，銀川平原適宜植被生長的地下水埋深范圍為1～6m，埋深3.5m左右時植被長勢*好，此情況下地下水礦化度為0.9g/L時對該地區植被的生長*為有利。當地下水埋深超過5m時，對植被的影響逐漸減弱；當地下水埋深超過8m時，對植被基本沒有影響（孫憲春等，2008）。銀川盆地適宜于植被生長的地下水埋深范圍為2～4m，且當地下水礦化度小于2.5g/L時，地下水水質利于植被發育（金曉媚等，2008）。柴達木盆地烏圖美仁地區植被的地下水埋深范圍為0.4～3m，埋深0.9m時植被長勢*好；埋深小于2m，地下水礦化度小于3.5g/L時植被發育也較好。其中，蘆葦、沙蒿和檉柳對地下水埋深的變化較為敏感，當地下水埋深小于2m時，植被生長較好；而白刺則對地下水埋深的依賴性較小。當地下水溶解性總固體小于3g/L時，植被長勢較好（金曉媚等，2016）。黑河下游額濟納綠洲荒漠適宜植被生長的地下水埋深范圍為2～5m，當地下水埋深超過5.5m時，幾乎沒有植被發育（齊蕊等，2017）。隨著向塔里木河下游間歇性輸水工程的實施，輸水河道附近的天然草本植被又重新成片地出現，耐旱的喬木、灌木隨著地下水位升至其生長適宜水位，長勢也得以重新恢復（陳亞寧等，2003）。雍正等（2020）發現，2009～2017年，塔里木河下游段地下水埋深平均抬升了3.75m，對下游植被恢復效果明顯，下游歸一化植被指數（normalized differential vegetation index，NDVI）平均值由0.05提升至0.15。但是，也有一些植被對地下水位變化并不敏感。平緩沙地地區的沙柳等半灌木植被生長與潛水位埋深雖有關系但不密切，地下水埋深較大（>5m）的沙丘和流動沙丘地區的沙蒿等耐干旱沙生植物生長基本不依賴地下水，地下水開采對沙地、沙丘上生長的耐干旱植被物種影響較小（范磊等，2018）。 森林植被能夠影響水文過程、促進降水再分配、影響土壤水分運動以及改變產流匯流條件等，從而緩和地表徑流，增加土壤徑流和地下徑流，在一定程度上起到了削峰補枯、控制土壤侵蝕、改善河流水質等作用（張志強等，2001），其中森林對河川徑流量的影響以及削減洪峰和增加枯水徑流的功能*受關注。由于自然條件、研究方法、區域面積等因素的不同，以及森林與徑流錯綜復雜的關系，森林影響河川徑流總量的結論存在三種觀點（李文華等，2001）：①森林的存在對河川年徑流量影響不大；②森林的存在可增加年徑流量；③森林的存在會減少年徑流量。盡管目前多數研究結果總體傾向于第三種觀點，但由于森林與水分的關系極其復雜，不同自然地理環境以及不同結構類型的森林對大氣降水的截留、林內降水的再分配、地表徑流、地下徑流以及蒸散發的影響不盡相同，進而造成水分循環和水量平衡的時空格局與過程的差異，因此在實際研究中還需要根據具體條件進行具體分析，而不能將某一環境條件下得出的結果作為一般規律加以應用。 三北工程的*初目的就是解決西北、華北、東北西部地區木料、燃料、肥料、飼料俱缺的問題，治理風沙危害和水土流失，提高農田生產力等。三北工程實施以來，在防風固沙、水土保持、糧食與果品生產、農田防護等方面發揮了重要作用，此外還提供了固碳釋氧、氣候調節等生態系統服務。這些貢獻對當地、區域和國家范圍人類福祉非常重要（Zheng et al.，2016；Chu et al.，2019；Cao et al.，2020）。三北工程顯著改善了當地居民生計，對實現中國北方貧困地區可持續發展目標具有非常重要的意義（Wang et al.，2013）。因此，繼續實施三北工程仍有必要。 但是，植被建設需要遵循自然規律，在區域水資源承載能力范圍內，同時考慮三北工程區植被對人類福祉的各種貢獻，以實現三北工程效益*大化為目的來開展植被建設。Jiang等（2019）在分析黃土高原土壤保持與產水量關系的基礎上發現，植被覆蓋度應控制在30%～40%（不超過50%）以使生態恢復項目的效果*大化。張琨等（2020）基于生態系統土壤保持、產水、碳固定三項服務獲取綜合指數與植被覆蓋度的定量分析，提出了黃土高原不同區域植被覆蓋度閾值，其中林地區域植被覆蓋度閾值為44%，林地-草地區域植被覆蓋度閾值為70%，草地區域植被覆蓋度閾值為62%，草地-沙漠區域植被覆蓋度閾值為34%，但是沙漠區域生態系統服務綜合指數隨植被覆蓋度增加而持續增加，但沙漠區域受自然條件限制難以承載高強度生態恢復措施。可見，不同區域植被覆蓋度閾值存在較大差異，這主要是由來自降水的水分限制造成的。 此外，三北工程需要進行一些調整，如在整個工程區大范圍使用的造林樹種應該被不同區域的當地物種取代，單純的喬木造林應該逐漸轉變為向水資源消耗較少的灌木和草本植被建設轉變，納入更多的經濟樹種以同時實現生態與經濟目標，造林需要基于降水而不是灌溉，傳統的積極造林應該轉變為自然恢復（Feng et al.，2016；Ahrends et al.，2017；Zastrow，2019；GerleinSafdi et al.，2020；Xu et al.，2020；Zhang et al.，2020a，2020b）。 在本書中，我們根據降水來優化植被建設空間布局，*大限度地減少對水資源的“消極”影響。同時將分析1980～2018年降水時空格局，預測未來30年降水量，通過水量平衡方
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