半干旱区沙地开发利用对生态系统服务的扰动及变化机制

People develop sandy land to plant crops to solve the problem of food shortages for a long time in semi-arid areas. Evaluating the influences of Sandy land reclamation (SLR) on ecosystem services has significances on revealing the inner mechanism of social-ecological coupling systems, as well as understanding the relationship between human and nature in ecologically fragile areas. Under the ecosystem services perspective, this research will concentrate on the social and natural impacts and inner mechanisms of human-dominated land use project, taking the SLR projects in Horqin Left Back Banner Inner Mongolia as a study case. By using field survey and spatial modeling, the changes of various ecosystem services will be simulated while food and forage provision services are increasing after SLR projects to reveal the trade-off relationship among ecosystem services. Then, a multiple scenario analysis will be applied to analyze the possible development processes under different time scales and different land-use intensities. Moreover, the risk of cropland abandonment will also be evaluated in a rural household decision-making model. The project will provide practical and theoretical evidences to clarify ecological mechanisms of SLR; meanwhile, it will also give scientific supports to propose land use policy aiming to regional sustainable development.

长期以来，人们开发半干旱半湿润地区的沙地种植粮食，解决温饱问题，探讨生态脆弱地区沙地开发利用对于区域生态系统的影响，对揭示社会-生态耦合系统的内在变化机制，理解人类活动与生态环境间本质关联具有重要意义。本项目以内蒙古科尔沁左翼后旗沙地开发利用为案例，围绕生态系统服务视角下沙地开发利用的环境和社会效应展开研究，探索区域生态系统服务在人类主导土地利用变化扰动下的变化过程和响应机制。使用野外调查、空间模拟等技术手段，综合分析土地整治工程前后区域生态系统服务所受到的扰动和变化机制，并通过情景分析，模拟不同时间尺度和不同开发强度下，生态系统服务之间的权衡关系及生态系统服务可能发展过程。在研究中以粮食和牧草供给服务变化为核心，分析对其他供给服务、调节服务和文化服务的影响，并对区域沙地开发利用可持续性进行分析，评估土地撂荒风险。研究成果以期为相关政策的制定、土地整治工程建设评估提供科学支撑。

本项目依托中国农业大学内蒙古科尔沁左翼后旗试验站，围绕农牧交错区土地整治工程对于生态系统服务的影响这一议题，开展科尔沁沙地土地及生态治理政策梳理、治理成效评估及整治潜力分区，土地利用与生态系统服务耦合关联，典型沙区关键生态系统服务时空变化及驱动力分析，以及生态系统服务视角下区域可持续性评估四方面内容。.在三年的项目执行期间，按照既定研究计划，（1）建立科左后旗典型沙区农牧生计数据库，系统梳理了科尔沁沙地历史上重要土地及生态治理政策；（2）在以风沙侵蚀为代表的科左后旗关键生态系统服务模拟中发现，超过阈值的平均风速和出现次数与风蚀严重程度显着相关，大风天气对于风蚀的影响是风蚀治理中急需考虑的问题；植被覆盖对风蚀的缓解作用随着风速的增加而减小且存在明显阈值，不同的风速条件下植被对风蚀缓解作用不同，通过建设防风林，保护和新增原生灌木以及采取农田留茬措施是降低春风速度、减少半干旱地区风蚀的有效方法；（3）构建了基于风沙侵蚀分区的Dyna-CLUE模型，模拟不同情境下科左后旗土地利用优化布局。基于半干旱沙区水分的地形分异，提出了土地利用的微观布局。在土地利用现状的基础上，与土壤数据、遥感影像反演的地表温度反映的植被生长状况等进行叠加，获得基于土地保护性开发利用理念的土地利用结构调整方案；（4）在农牧交错区的生产实践中，应提倡“为养而种，以种促养，以养增收”的农牧结合方式，农牧交错区农牧系统耦合有益于优化区域产业结构，提高农牧系统生产效率，减少环境负荷。通过构建生态系统服务足迹模型，用以衡量人类对于生态系统服务的消费。得益于上述研究工作的顺利开展，已全面完成项目既定计划和内容，全部实现项目研究目标。.在项目的支持下，共发表论文16篇，其中SCI/SSCI论文4篇，EI/CSSCI/CSCD论文12篇；培养博士生1名，硕士生3名；参编2中文书籍；同时参加国内外学术会议8次，广泛宣传相关研究成果。