退耕還林還草工程生態(tài)效應(yīng)的地域分異特征

黃 麟,曹 巍,祝 萍

中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所中國(guó)科學(xué)院陸地表層格局與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100101

退耕還林還草工程是我國(guó)乃至世界上投資最大、政策性最強(qiáng)、涉及面最廣、群眾參與程度最高的一項(xiàng)重大生態(tài)工程[1- 3]。工程始于1999年,目標(biāo)是將水土流失、沙化、鹽堿化、石漠化嚴(yán)重及生態(tài)地位重要、糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)的耕地,逐步停止耕種并因地制宜地造林種草、恢復(fù)植被[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2017年,退耕還林還草工程累計(jì)投入資金4500多億元,完成退耕還林還草面積0.3億hm2。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在退耕還林還草工程的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效應(yīng)方面開(kāi)展了大量研究[5-7],通過(guò)分析土地利用變化、景觀結(jié)構(gòu)、植被覆蓋狀況、水土流失等指標(biāo)變化評(píng)價(jià)生態(tài)效應(yīng)[8-10],退耕農(nóng)戶家庭收入等分析經(jīng)濟(jì)效應(yīng)[11],退耕農(nóng)戶適齡兒童入學(xué)、就醫(yī)、家庭文化消費(fèi)支出等分析社會(huì)效應(yīng)[12-14]。評(píng)價(jià)方法從定性描述轉(zhuǎn)向定量評(píng)估,評(píng)價(jià)內(nèi)容從單一因素和單一目標(biāo)評(píng)價(jià)向多因素、多功能、多指標(biāo)轉(zhuǎn)變。

國(guó)家層面形成了退耕還林工程建設(shè)效益監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[15]和國(guó)家報(bào)告[16],基于固定樣地、森林生態(tài)站、工程效益監(jiān)測(cè)點(diǎn),以及全國(guó)退耕還林工程生態(tài)連清數(shù)據(jù)集,開(kāi)展工程生態(tài)效益年度監(jiān)測(cè),測(cè)算了長(zhǎng)江、黃河流域中上游及北方沙化地區(qū)不同植被恢復(fù)類型和不同林種類型的7項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量與價(jià)值量。在局地尺度,國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別開(kāi)展了退耕還林的工程模式、配置方式、植物種類、時(shí)間尺度對(duì)水土保持[17-20]、徑流水文[21-22]、土壤質(zhì)量[23-24]、抗蝕性[25-27]、碳儲(chǔ)量與碳匯[28-30]、植被與動(dòng)物多樣性[31-33]、區(qū)域氣候[34]等方面的作用評(píng)價(jià)。研究認(rèn)為黃土高原、喀斯特山區(qū)、三峽庫(kù)區(qū)、東北平原等區(qū)域退耕還林還草工程在增加植被覆蓋、蓄水保土、增加基流、削弱侵蝕、減少泥沙輸移等方面發(fā)揮了生態(tài)效益。然而,有研究認(rèn)為退耕還林還草引起耕地大量減少?gòu)亩鴮?duì)糧食安全存在不利影響,干旱半干旱區(qū)大規(guī)模人工造林導(dǎo)致嚴(yán)重的水資源短缺,導(dǎo)致黃土高原大規(guī)模土壤水分下降,影響水沙關(guān)系,部分區(qū)域出現(xiàn)覆蓋度降低、植物種類多樣性減少等負(fù)面作用[35-36]。

因此,準(zhǔn)確、客觀、科學(xué)地反映退耕還林還草工程的生態(tài)效應(yīng),對(duì)退耕還林還草工程的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的意義。對(duì)于如此大規(guī)模的工程,是否達(dá)到了預(yù)期的效果？退耕還林還草工程規(guī)劃的“陡坡耕地基本退耕還林,嚴(yán)重沙化耕地基本得到治理”是否實(shí)現(xiàn)？實(shí)施退耕還林還草工程的縣域生態(tài)狀況是否得到較大改善？退耕還林還草工程是否對(duì)縣域生態(tài)狀況變化產(chǎn)生了正面效應(yīng)？基于站點(diǎn)對(duì)比觀測(cè)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析、生態(tài)模型模擬等方法,可反映局地退耕還林還草的生態(tài)效應(yīng),但是由于缺乏工程的空間分布,難以確定工程區(qū)生態(tài)狀況變化源于氣候變化還是生態(tài)工程,或源于某個(gè)具體工程,難以在大時(shí)空尺度反映退耕還林還草工程的生態(tài)效應(yīng)。針對(duì)這些問(wèn)題,本文基于多源遙感獲取的耕地轉(zhuǎn)林地、耕地轉(zhuǎn)草地時(shí)空分布信息確定退耕還林還草工程空間范圍,根據(jù)工程規(guī)劃目標(biāo)選擇退耕還林還草面積、植被覆蓋度、土壤侵蝕量作為指標(biāo),分析退耕還林還草工程實(shí)施15年來(lái)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況以及工程的宏觀生態(tài)效應(yīng)。本研究將為退耕還林還草工程的鞏固與滾動(dòng)實(shí)施提供政策建議,為大尺度生態(tài)工程生態(tài)效應(yīng)評(píng)估提供技術(shù)方法。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

第一輪退耕還林還草工程建設(shè)范圍覆蓋25個(gè)省域的1897個(gè)縣域,涉及國(guó)土面積達(dá)742萬(wàn)km2、3200多萬(wàn)農(nóng)戶、1.24億農(nóng)民。工程區(qū)劃分為西南高山峽谷區(qū)、川渝鄂湘山地丘陵區(qū)、長(zhǎng)江中下游低山丘陵區(qū)、云貴高原區(qū)、瓊桂丘陵山地區(qū)、長(zhǎng)江黃河源頭高寒草原草甸區(qū)、新疆干旱荒漠區(qū)、黃土丘陵溝壑區(qū)、華北干旱半干旱區(qū)、東北山地及沙地區(qū)等10個(gè)類型區(qū)(圖1)。工程規(guī)劃目標(biāo)：完成退耕地造林1467萬(wàn)hm2,宜林荒山荒地造林1733萬(wàn)hm2,陡坡耕地基本退耕還林,嚴(yán)重沙化耕地基本得到治理,工程區(qū)林草覆蓋率增加4.5個(gè)百分點(diǎn),工程治理地區(qū)的生態(tài)狀況得到較大改善。根據(jù)林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒,第一輪工程累計(jì)完成退耕地造林0.1億hm2,退耕還草0.02億hm2,實(shí)施荒山荒地造林和封山育林0.21億hm2,退耕還林面積保存率達(dá)到98.9%。

圖1 2000年中國(guó)耕地分布與退耕還林還草工程實(shí)施縣域的分區(qū)分布Fig.1 The distribution of cropland in the year of 2000 and regionalization of the Grain for Green Project in China

1.2 土地利用變化與植被覆蓋度的遙感信息提取

基于中國(guó)科學(xué)院的中國(guó)土地利用與土地覆被變化(LUCC)數(shù)據(jù)庫(kù),提取2000年耕地分布與2000—2015年耕地轉(zhuǎn)換林地、草地的動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)集以陸地衛(wèi)星TM/ETM+遙感圖像為信息源,結(jié)合中巴資源衛(wèi)星、環(huán)境小衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù),經(jīng)圖像精校正和拉伸處理后,通過(guò)人工解譯獲得土地利用類型及其變化空間分布,包括6個(gè)一級(jí)類型和25個(gè)二級(jí)類型[37]。利用野外調(diào)查資料進(jìn)行統(tǒng)一質(zhì)量檢查[38],按10%縣數(shù)比例開(kāi)展精度驗(yàn)證,土地利用一級(jí)類型綜合評(píng)價(jià)精度達(dá)到94.3%,二級(jí)類型達(dá)到91.2%[37]。2000—2015年耕地轉(zhuǎn)換林地、草地的動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)是對(duì)1 km大小的矢量柵格進(jìn)行切割,得到每個(gè)柵格內(nèi)耕地轉(zhuǎn)為林地、林地轉(zhuǎn)為草地的動(dòng)態(tài)變化面積百分比及其比例。

收集2000—2015年全國(guó)范圍1 km空間分辨率、16天時(shí)間分辨率的MODIS歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)(MOD13Q1),通過(guò)格式轉(zhuǎn)換、重投影、拼接、重采樣和S—G濾波處理,采用最大合成法(MVC)得到連續(xù)時(shí)間序列的半月NDVI數(shù)據(jù)。根據(jù)像元二分模型理論,認(rèn)為一個(gè)像元的NDVI值是由綠色植被部分貢獻(xiàn)的信息與無(wú)植被覆蓋部分貢獻(xiàn)的信息組合而成,利用NDVI根據(jù)如下公式計(jì)算半月尺度的植被覆蓋度：

(1)

其中,VFC為植被覆蓋度,NDVIveg是純植被像元的NDVI值,NDVIsoil是完全無(wú)植被覆蓋像元的NDVI值,依據(jù)1 km柵格百分比土地利用數(shù)據(jù)確定純植被和無(wú)植被覆蓋的像元。

采用最小二乘法分析植被覆蓋度的年際變化趨勢(shì),計(jì)算公式為：

(2)

式中,i為2000年到2015年的年序號(hào),i=1,2,3,…,n,某柵格像元的趨勢(shì)線是這個(gè)像元的VFC值用一元線性回歸模擬出來(lái)的一個(gè)總變化趨勢(shì),slo即這條趨勢(shì)線的斜率,斜率為正,說(shuō)明此像元植被覆蓋度在該時(shí)間段的變化趨勢(shì)增加,反之則減少。

1.3 土壤侵蝕模數(shù)估算方法

本文中土壤侵蝕主要考慮水蝕和風(fēng)蝕,土壤水蝕模數(shù)與風(fēng)蝕模數(shù)的估算分別采用修正的通用水土流失方程(RUSLE)和修正的風(fēng)蝕方程(RWEQ)。RUSLE表示為：

Mwater=R·K·L·S·C·P

(3)

式中,R為降雨侵蝕力,基于日降雨量資料的半月降雨侵蝕力模型[39]估算；K為土壤可蝕性因子,采用Nomo圖法計(jì)算,公式如下：

K=[2.1×10-4(12-OM)M1.14+3.25(S-2)+2.5(P-3)]/100×0.1317

(4)

式中,OM為土壤有機(jī)質(zhì)含量百分比(%),M為土壤顆粒級(jí)配參數(shù),即粉粒、極細(xì)砂與粘粒百分比之積,S為土壤結(jié)構(gòu)系數(shù),P為滲透等級(jí)。土壤屬性數(shù)據(jù)來(lái)源于寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://westdc.westgis.ac.cn/)的中國(guó)土壤特征數(shù)據(jù)集,該數(shù)據(jù)集來(lái)源于第二次土壤普查的1∶100萬(wàn)中國(guó)土壤圖。

坡長(zhǎng)因子(L)和坡度因子(S)基于McCool等[40]和Liu等[41]的方法。計(jì)算L時(shí),把生態(tài)系統(tǒng)類型邊界、道路、河流、溝塘湖泊等地表要素作為徑流的阻隔因素,改進(jìn)傳統(tǒng)算法中通過(guò)相鄰柵格間的坡向以及坡度變化率確定坡長(zhǎng)終止點(diǎn)的方法,避免坡長(zhǎng)因子的高估。

(5)

(6)

(7)

式中,λ為坡長(zhǎng)(m),β取決于坡度百分比值θ,坡度s單位為弧度。DEM數(shù)據(jù)(SRTM3 V4.1)空間分辨率為90 m。

C值根據(jù)蔡崇法等[42]的方法利用植被覆蓋度獲得,

(8)

RWEQ表示為[43-44]：

(9)

Qmax=109.8(WF·EF·SCF·K′·COG)

(10)

式中,Mwind表示土壤風(fēng)蝕模數(shù),x表示地塊長(zhǎng)度,Qx表示x處的沙通量(kg/m),Qmax表示風(fēng)力的最大輸沙能力(kg/m),s表示關(guān)鍵地塊長(zhǎng)度(m)。WF表示氣象因子,EF表示土壤可蝕性成分因子,SCF表示土壤結(jié)皮因子,K′表示土壤糙度因子,COG 表示植被因子。K′反映地表對(duì)風(fēng)速減弱作用及對(duì)風(fēng)沙活動(dòng)的影響,即粗糙度反映了地表抗風(fēng)蝕的能力,其大小取決于地表粗糙元的性質(zhì),通過(guò)文獻(xiàn)參數(shù)整理得到草地、沙地、農(nóng)田等類型的土壤糙度因子值。COG為枯萎植被、直立殘茬和生長(zhǎng)植被覆蓋的土壤流失比率的乘積。

(11)

式中,WS2為2 m處風(fēng)速(m/s),WSt為2 m處臨界風(fēng)速；N為風(fēng)速觀測(cè)次數(shù)(一般500次)；Nd為試驗(yàn)天數(shù)；ρ為空氣密度(kg/m3),g為重力加速度(m/s2)；SW為無(wú)量綱的土壤濕度因子；SD為雪覆蓋因子,即計(jì)算時(shí)段內(nèi)積雪覆蓋深度大于25.4 mm的概率。

(12)

(13)

式中,Sa為土壤砂粒含量,Si為土壤粉砂含量,Cl為土壤粘土含量,OM為有機(jī)質(zhì)含量,CaCO3為碳酸鈣含量。

1.4 工程生態(tài)效應(yīng)評(píng)估

退耕還林還草工程的資金和人力投入皆以縣域?yàn)榛竞怂銌卧?因此本文對(duì)其生態(tài)效應(yīng)的評(píng)估亦聚焦到縣域及縣域內(nèi)耕地轉(zhuǎn)林地或草地區(qū)域。首先,評(píng)估縣域退耕還林還草工程與規(guī)劃目標(biāo)相比的面積完成率,進(jìn)而通過(guò)退耕還林還草面積占縣域耕地面積的比例、占縣域15—25度以上耕地面積的比例,評(píng)價(jià)退耕還林還草工程實(shí)施的合理性。然后,基于工程規(guī)劃目標(biāo),分析縣域退耕還林還草區(qū)域的植被覆蓋度、土壤侵蝕模數(shù)變化趨勢(shì),將此趨勢(shì)與整個(gè)縣域植被覆蓋度、土壤侵蝕模數(shù)變化趨勢(shì)相比,用于評(píng)價(jià)退耕還林還草工程提高植被覆蓋度、增加土壤抗蝕效應(yīng)在縣域生態(tài)變化中的作用。第三,由于退耕還林還草一期工程涉及我國(guó)1897個(gè)縣域,區(qū)域覆蓋我國(guó)各種氣候類型、地貌類型,加之各省域在具體實(shí)施過(guò)程中采用不同方式,因此,進(jìn)一步分析退耕還林還草工程產(chǎn)生生態(tài)效應(yīng)的區(qū)域差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 近15年中國(guó)退耕還林還草的時(shí)空差異

據(jù)遙感數(shù)據(jù)估算(表1),2000—2015年,退耕還林還草工程縣域的耕地轉(zhuǎn)林地面積12.75萬(wàn)km2,其中2000—2010年11.27萬(wàn)km2,2010—2015年1.47萬(wàn)km2,面積增加較多的縣域主要分布在東北山地及沙地區(qū)、川渝鄂湘山地丘陵區(qū)、云貴高原區(qū)、長(zhǎng)江中下游低山丘陵區(qū)等；耕地轉(zhuǎn)草地面積9.43萬(wàn)km2,其中2000—2010年8.75萬(wàn)km2,2010—2015年0.68萬(wàn)km2,面積增加較多的縣域主要分布在華北干旱半干旱區(qū)、黃土丘陵溝壑區(qū)、云貴高原區(qū)等(圖2)。

表1 2000-2015年不同區(qū)域耕地轉(zhuǎn)林地或草地的面積統(tǒng)計(jì)

圖2 2000—2015年退耕還林還草工程縣域的耕地轉(zhuǎn)林地、耕地轉(zhuǎn)草地時(shí)空分布Fig.2 The spatial distribution of land cover from cropland to forest or grassland at the county scale from 2000 to 2015

2.2 退耕還林還草工程區(qū)植被覆蓋度變化的地域分異

2000—2015年,退耕還林還草工程區(qū)平均植被覆蓋度年增加0.17%,增加較多的縣域主要分布在黃土丘陵溝壑區(qū)、華北干旱半干旱區(qū),特別是黃土丘陵溝壑區(qū)年增加0.56%(表2)。其中,耕地轉(zhuǎn)林地區(qū)域的平均植被覆蓋度年增加0.32%,增加較多的縣域主要分布在黃土丘陵溝壑區(qū)、新疆干旱荒漠區(qū)、華北干旱半干旱區(qū)、瓊桂丘陵山地區(qū)等；耕地轉(zhuǎn)草地區(qū)域的平均植被覆蓋度年增加0.43%,增加較多的縣域主要分布在黃土丘陵溝壑區(qū)、新疆干旱荒漠區(qū)、川渝鄂湘山地丘陵區(qū)、東北山地及沙地區(qū)等。耕地轉(zhuǎn)林地或草地區(qū)域與全縣域植被覆蓋度變化相比(圖3),差值為正的區(qū)域說(shuō)明退耕還林還草工程是該縣域植被覆蓋度增加的主要驅(qū)動(dòng)力,特別是黃土丘陵溝壑區(qū)和東北山地及沙地區(qū)的縣域；差值為負(fù)的區(qū)域說(shuō)明退耕還林還草工程僅是該縣域植被覆蓋度增加的驅(qū)動(dòng)力之一,比如西南高山峽谷區(qū)的縣域。

表2 2000—2015年不同退耕還林工程區(qū)的植被覆蓋度變化趨勢(shì)

圖3 2000—2015年退耕還林還草工程縣域耕地轉(zhuǎn)林地區(qū)、耕地轉(zhuǎn)草地區(qū)、全縣域的植被覆蓋度變化,以及耕地轉(zhuǎn)林/草區(qū)與全縣域的植被覆蓋度變化差值Fig.3 The variation trends of vegetation coverage in regions of cropland to forest, cropland to grassland, whole county, and the differences between regions of cropland to forest and grassland and the whole county at the county scale from 2000 to 2015

2.3 退耕還林還草工程區(qū)土壤侵蝕變化的地域分異

2000—2015年,退耕還林還草工程區(qū)平均土壤侵蝕模數(shù)減少較多的縣域主要分布在黃土丘陵溝壑區(qū)、西南高山峽谷區(qū)和云貴高原區(qū)(圖4)。其中,土壤水蝕模數(shù)年均減少0.13 t/hm2,特別是黃土丘陵溝壑區(qū)、川渝鄂湘山地丘陵區(qū)、長(zhǎng)江黃河源頭高寒草原草甸區(qū)(表3)；土壤風(fēng)蝕模數(shù)年均減少0.68 t/hm2,特別是新疆干旱荒漠區(qū)和華北干旱半干旱區(qū)。耕地轉(zhuǎn)林地區(qū)的土壤水蝕模數(shù)年均減少0.43 t/hm2,土壤風(fēng)蝕模數(shù)年均減少0.21 t/hm2,減少較多的縣域主要分布在黃土丘陵溝壑區(qū)、川渝鄂湘山地丘陵區(qū)、西南高山峽谷區(qū)和云貴高原區(qū)；耕地轉(zhuǎn)草地區(qū)的土壤水蝕模數(shù)年均減少0.55 t/hm2,土壤風(fēng)蝕模數(shù)年均減少0.94 t/hm2,減少較多的縣域主要分布在華北干旱半干旱區(qū)、黃土丘陵溝壑區(qū)、川渝鄂湘山地丘陵區(qū)和云貴高原區(qū)。耕地轉(zhuǎn)林地/草地區(qū)與全縣域土壤侵蝕模數(shù)變化相比,差值為正的區(qū)域說(shuō)明退耕還林還草工程是該縣域土壤侵蝕減弱的主要驅(qū)動(dòng)力,特別是黃土丘陵溝壑區(qū)、云貴高原區(qū)的縣域；差值為負(fù)的區(qū)域說(shuō)明退耕還林還草工程僅是該縣域土壤侵蝕減弱的驅(qū)動(dòng)力之一,比如東北山地及沙地區(qū)、西南高山峽谷區(qū)等的縣域。

圖4 2000—2015年退耕還林還草工程縣域耕地轉(zhuǎn)林地區(qū)、耕地轉(zhuǎn)草地區(qū)、全縣域的土壤侵蝕模數(shù)變化,以及耕地轉(zhuǎn)林/草區(qū)與全縣域的土壤侵蝕模數(shù)變化差值Fig.4 The variation trends of soil erosion modulus in regions of cropland to forest, cropland to grassland, whole county, and the differences between regions of cropland to forest and grassland and the whole county at the county scale from 2000 to 2015

表3 2000—2015年不同退耕還林工程區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)變化統(tǒng)計(jì)

2.4 基于規(guī)劃目標(biāo)的退耕還林還草工程生態(tài)效應(yīng)評(píng)估

基于工程規(guī)劃目標(biāo)的完成率與幾個(gè)生態(tài)指標(biāo)變化評(píng)價(jià)退耕還林還草工程的生態(tài)效應(yīng),可以看出：(1)與工程規(guī)劃目標(biāo)“完成退耕地造林0.15億hm2,宜林荒山荒地造林0.17億hm2”相比,遙感估算得到退耕還林(耕地轉(zhuǎn)林地面積0.13億hm2)的面積完成率為87%。(2)川渝鄂湘山地丘陵區(qū)、云貴高原區(qū)、黃土丘陵溝壑區(qū)、華北干旱半干旱區(qū)的縣域退耕還林還草比例超過(guò)縣域耕地面積的5%(圖5)。根據(jù)遙感估算得到縣域15度及以上坡耕地退耕比例,黃土丘陵溝壑區(qū)、川渝鄂湘山地丘陵區(qū)、長(zhǎng)江中下游低山丘陵區(qū)、云貴高原區(qū),特別是華北干旱半干旱區(qū)、東北山地及沙地區(qū)的農(nóng)牧交錯(cuò)帶、三江平原,基本達(dá)到 “陡坡耕地基本退耕還林”的規(guī)劃目標(biāo)。(3)遙感估算得到的工程區(qū)全縣域平均植被覆蓋度增加了2.6%、耕地轉(zhuǎn)林地區(qū)植被覆蓋度增加了4.8%、耕地轉(zhuǎn)草地區(qū)植被覆蓋度增加了6.5%,達(dá)到了“工程區(qū)林草覆蓋率增加4.5個(gè)百分點(diǎn)”的規(guī)劃目標(biāo)。(4)植被覆蓋度與土壤侵蝕變化反映“工程治理地區(qū)的生態(tài)狀況得到較大改善”在部分區(qū)域顯現(xiàn)成效,工程區(qū)年均土壤水蝕、風(fēng)蝕模數(shù)分別減少0.13 t/hm2和0.68 t/hm2,其中耕地轉(zhuǎn)林地區(qū)分別減少0.43 t/hm2和0.21 t/hm2,耕地轉(zhuǎn)草地區(qū)分別減少0.55 t/hm2和0.94 t/hm2。耕地轉(zhuǎn)林/草區(qū)與全縣域的指標(biāo)變化相比,可以看出退耕還林還草工程提高植被覆蓋度與土壤抗蝕效應(yīng)在縣域生態(tài)恢復(fù)中的正面作用。

圖5 2000—2015年退耕還林還草面積占縣域耕地面積、15度及以上坡耕地退耕比例Fig.5 The proportions of cropland to forest and grassland accounted for the total cropland area in the county, and it accounted for the cropland area with slopes over 15 degrees

3 討論與結(jié)論

本文根據(jù)耕地轉(zhuǎn)林地、耕地轉(zhuǎn)草地時(shí)空分布信息確定退耕還林還草工程空間范圍,針對(duì)工程規(guī)劃目標(biāo),選擇退耕還林還草面積、植被覆蓋度、土壤侵蝕模數(shù)作為指標(biāo),評(píng)價(jià)了退耕還林還草工程實(shí)施15年來(lái)規(guī)劃目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況,工程宏觀生態(tài)效應(yīng)及其地域分異特征。得到主要結(jié)論如下：根據(jù)遙感估算結(jié)果統(tǒng)計(jì),2000—2015年,退耕還林還草工程區(qū)耕地轉(zhuǎn)林地面積12.75萬(wàn)km2,耕地轉(zhuǎn)草地面積9.43萬(wàn)km2；工程區(qū)平均植被覆蓋度年增加0.17%,其中耕地轉(zhuǎn)林地區(qū)年增加0.32%,耕地轉(zhuǎn)草地區(qū)年增加0.43%；工程區(qū)土壤水蝕和風(fēng)蝕模數(shù)分別減少0.13 t/hm2和0.68 t/hm2,其中耕地轉(zhuǎn)林地區(qū)分別減少0.43 t/hm2和0.21 t/hm2,耕地轉(zhuǎn)草地區(qū)分別減少0.55 t/hm2和0.94 t/hm2。與工程規(guī)劃目標(biāo)相比,遙感估算得到退耕還林的面積完成率達(dá)到87%,工程區(qū)林草覆蓋率增加4.8%—6.5%,大部分縣域15度及以上坡耕地退耕比例超過(guò)50%。

退耕還林還草工程使得縣域植被覆蓋度得以逐年提高,生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善。但是,適宜退耕還草、退耕還灌、退耕還林還是封育自然恢復(fù),與工程區(qū)水分條件有直接關(guān)系,干旱半干旱區(qū)大規(guī)模人工造林可誘發(fā)嚴(yán)重的水資源短缺、產(chǎn)生對(duì)生物多樣性的負(fù)面影響。因此,該工程在川渝鄂湘山地丘陵、長(zhǎng)江中下游低山丘陵、云貴高原、瓊桂丘陵山地等區(qū)域明顯具有可持續(xù)性。然而,其生態(tài)效應(yīng)在長(zhǎng)江黃河源頭高寒草原草甸、新疆干旱荒漠、黃土丘陵溝壑、華北干旱半干旱、東北山地及沙地等區(qū)域是否會(huì)縮水,值得進(jìn)一步商榷。

本文結(jié)果的不確定性主要來(lái)源于數(shù)據(jù)精度和評(píng)估指標(biāo)：首先,由于遙感數(shù)據(jù)本身時(shí)空分辨率的局限,基于多源遙感數(shù)據(jù)解譯得到的耕地轉(zhuǎn)林地、耕地轉(zhuǎn)草地信息存在誤差,比如初期造林難識(shí)別、農(nóng)田作物與草地植被易混淆；其次,可以明確識(shí)別的退耕還林還草工程措施只有耕地轉(zhuǎn)林地、草地,荒山造林和封育等是各類重大生態(tài)工程皆采用的普適措施,難以識(shí)別是否屬于退耕還林還草工程,因此本文未涉及；第三,土壤侵蝕方程中的參數(shù)需要深入本地化,并考慮是否可以采用其他易行的替代方法,比如Nomo圖法需要土壤結(jié)構(gòu)系數(shù)和滲透級(jí)別資料等較多輸入?yún)?shù),而EPIC模型的K值估算只需要土壤有機(jī)碳和土壤顆粒組成即可；此外,本文僅利用面積完成率、植被覆蓋度變化、土壤侵蝕量變化作為評(píng)價(jià)工程宏觀生態(tài)效應(yīng)的指標(biāo),可以回答工程主要規(guī)劃目標(biāo)是否實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題,但是未涉及工程在水源涵養(yǎng)、碳源匯、糧食供給等其他方面的生態(tài)效應(yīng),結(jié)果不夠全面。下一步還需要深入分析退耕還林還草對(duì)縣域核心生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同的影響,以及退耕還林還草的可持續(xù)性問(wèn)題。