基于多源遥感大数据的中国退耕还湿潜力评价

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湿地作为地球三大自然系统之一,在水文调节、生物多样性保护、固碳等生态系统服务方面为人类和野生动植物的生存发展提供了极其重要的生态安全保障。在当前全球和区域生态安全受到严重威胁的背景下,湿地的重要性愈发突出,湿地的保护与恢复也成为了联合国可持续发展目标(SDGs)的重要内容。针对湿地损失和退化的现实情况,党中央、国务院就湿地保护与恢复作出了一系列重要的决策部署,并在党的十九大报告中明确指出,要“实施重要生态系统保护和修复重大工程,强化湿地保护和恢复”。耕地作为中国湿地损失的主要流向,是湿地恢复工程重点关注的土地覆被类型。退耕还湿工程是湿地恢复的有效途径,精准掌握可能的退耕还湿区域,对退耕还湿潜力进行评价,是科学实施退耕还湿工程的重要前提。近年来,得益于遥感技术的进步与遥感数据源的不断增加,相关学者对中国部分地区的退耕还湿潜力进行了研究,但一些重要评价指标在以往研究中并未被充分考虑,同时相关研究大多为局地尺度,基于遥感技术的中国国家尺度上退耕还湿潜力评价研究尚未见报道。本研究以中国大陆为研究区,基于“湿地发育条件-耕地征收与粮食安全-人为扰动-施工便利与后期维护”的总体思路,利用多源遥感大数据,引入洪泛平原和耕地生产力作为评价指标,构建了全国尺度上的全面、合理、科学的退耕还湿潜力评价指标体系;基于构建的指标体系和空间决策支撑模型,对中国退耕还湿潜力进行了评价,并对评价结果的可信度进行了对比验证;对重点流域、重点省份、重点国家级自然保护区内的退耕还湿潜力区的空间分布格局进行遥感制图和分析;针对当前中国退耕还湿存在的主要矛盾及问题,提出了有针对性的建议。论文从国家湿地恢复的重大现实需求出发,丰富了国家尺度退耕还湿潜力评价研究成果,为中国湿地恢复工程的精准实施提供科学的空间决策依据,同时也为“美丽中国”建设以及联合国可持续发展目标(SDGs)6.6和15.1在中国的推进提供有力的数据支撑。取得的主要研究结果如下:(1)在对退耕还湿工程实施全过程进行系统研究和深入分析的基础上,综合退耕还湿影响因素及其在全国尺度上的一致性和可行性,选择洪泛平原、土壤湿度、坡度、耕地生产力、国家级自然保护区、人为干扰强度、水文连通性7个因子作为评价指标,构建了全面、合理、科学的退耕还湿潜力评价指标体系。(2)2020年中国洪泛平原总面积为122×10~4km~2,呈现“东聚西散”的空间分布特征,全国有28.5%的耕地位于洪泛平原内;坡度小于5°的耕地占全国总耕地面积的65%;中国耕地土壤湿度普遍偏低,低湿度耕地占比达53.6%;共有89个国家级自然保护区的核心区与缓冲区内存在面积大于1km~2的耕地,其面积共计7234km~2;中国耕地生产力普遍不高,低生产力耕地面积占比为38.6%;耕地受人类活动干扰强烈,有27.5%的耕地在距离人工表面500m范围内;耕地的水文连通性总体偏低,仅有约7.9%的耕地分布于现有水体或湿地的1000m缓冲区内。(3)中国退耕还湿潜力区总面积为20526km~2,约占中国耕地总面积的1%,其中高等级退耕还湿潜力区面积为3435km~2,占退耕还湿潜力区总面积的16.7%。在空间分布上,中国退耕还湿潜力区主要呈现出“北聚南散”的分布格局,集中分布在东北地区、黄河下游和长江中游等地区。(4)流域视角下,东北诸河流域(9028km~2)、海河流域(3183km~2)、长江流域(3181km~2)、黄河流域(2996km~2)是中国退耕还湿潜力区面积排名前四的流域。行政单元视角下,黑龙江省是中国最具退耕还湿潜力的省份,其退耕还湿潜力区(4175km~2)主要分布于佳木斯市和双鸭山市等经济发展水平低、地方财政收入低的区域。自然保护区视角下,有31个国家级自然保护区内存在面积大于1km~2退耕还湿潜力区,这些国家级自然保护区内的退耕还湿潜力区面积共计585km~2,约占全国退耕还湿潜力区总面积的2.9%。其中,饶河东北黑峰国家自然保护区的退耕还湿潜力最大,面积为182km~2。(5)当前中国退耕还湿工程的实施主要涉及到粮食安全与湿地恢复、公众认知与实际耕地征收、退耕还湿潜力与地方财政等三方面的主要矛盾及问题。为更好地推进退耕还湿工程的实施,可以考虑将退耕还湿工作与国土空间规划、乡村振兴战略紧密结合,以《中华人民共和国湿地保护法》为依托,加大自然保护区内的湿地恢复力度,同时建立退耕还湿长效监督评价机制。
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