喀斯特石漠化生态系统恢复力评估及修复机制研究

The key emphasis of controls of karst rocky desertification has been transferred from inhibition of area expansion to the new stage of promoting the resilience of the ecosystem. And the assessment of karst ecosystem resilience and restoring mechanism are inevitably to be the key problems currently. On consideration of the spatial scale of the control engineering and the time scale of the engineering benefit, the above ground biomass was selected as the surrogate of the ecosystem resilience. By applying the high spatial resolution with multi-spectral Worldview and ALOS PALSAR data synergistically, the biomass was retrieved and the results were validated by the field data. The ecosystem resilience was assessed based on the above ground biomass. We compared the resilience before and after the implementation of rocky desertification comprehensive management projects. Then, the primary natural factors including climate and habitat and anthropogenic factors including human activities and main control projects that affect the restoring of the ecosystem were selected and quantified. The grey system model was used to identify and screen the key factors influencing the restoring power of karst ecosystem, in order to clarify the influence mechanism of karst ecosystem resilience and identify priority restoration area and risk area, which could provide scientific basis for the second rocky desertification comprehensive management projects.

新时期石漠化治理正处在从抑制石漠化面积扩张为主转向石漠化生态系统恢复力提升为主的新阶段，喀斯特生态系统恢复力评估和生态修复机制研究势必成为当前石漠化综合治理的关键问题。依据石漠化治理工程的空间布置尺度及时间效益尺度，以植被生物量作为替代因子，选用遥感估测及历史实测数据可客观定量地评估生态系统恢复力，即使用高分多光谱Worldview和ALOS PALSAR雷达数据协同反演植被生物量，并用地面实测数据验证，实现石漠化生态系统恢复力定量评估，对比治理工程前后石漠化生态系统恢复力状况，分析其时空变化；据此再选取影响该系统修复的主要自然（气候、生境条件）和人为要素（人类活动强度、主要治理工程），利用灰色系统模型，定量分析喀斯特生态系统恢复力与修复因素之间的关系，识别和筛选影响生态系统修复的关键因素，揭示喀斯特石漠化生态系统修复机制，并识别优先恢复区域和风险区，为新时期石漠化综合治理提供科学依据。

国家投入大量的人力、物力和财力开展喀斯特石漠化综合治理工作。至今，石漠化土地面积已经得到有效控制，石漠化治理工作从以抑制石漠化面积扩张为主，转向石漠化生态系统恢复力提升为主的新阶段。因此，喀斯特生态系统恢复力评估和生态修复机制成为当前石漠化综合治理的关键问题。依据综合治理工程的空间布置尺度及时间效益尺度，研究以植被地上生物量作为该生态系统恢复力的替代因子，对典型喀斯特石漠化综合治理区乔木林地上生物量进行估算。选取国家石漠化综合治理第一批试点县——环江县，以石漠化综合治理工程所在的五个乡镇为研究区。分别基于Landsat光学遥感影像提取5种植被指数和基于ALOS PALSAR雷达数据提取8种纹理特征及其比值、差值构建地上生物量反演模型。基于不同组合的估算模型拟合优度及108个验证数据验证模型精度显示，使用混合变量构建的模型效果最佳，其拟合优度0.934，相对误差为4.04 kg/m2，均方根误差为4.05 kg/m2。与2010年相比，2018年乔木林面积增加了25.489 km2，故石漠化综合治理工程实施后，研究区乔木林面积增加。然而，2018年研究区地上生物量却减少了1051644.045 t。虽然乔木林面积有所增加，但是地上生物量并没有随之增加，说明研究区植被恢复只是数量上有所改观。研究区喀斯特石漠化生态系统恢复力指数范围为0.15-0.63，恢复力的平均值为0.33。说明环江县石漠化生态系统受到自然或人为因素的干扰后恢复到原来状态的潜力总体偏低。恢复力达到或超过平均水平的区域面积为1092.3 km2，约占全县总面积约23.6%。恢复力较高或高水平区域主要分布在西部（木论喀斯特自然保护区附近）以及县中部（明伦镇大片区域、洛阳镇东部）。恢复力较低或低水平区域主要分布在北部高原山区和中南部丘陵谷地区。后续的石漠化综合治理工作不仅应关注植被恢复的面积，同时还要关注植被的地上生物量，增强生态系统恢复力以彻底根治石漠化问题。