三北防護(hù)林工程監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)研究

前言

　　大型林業(yè)生態(tài)工程的特點(diǎn)是地域廣、時(shí)期長(zhǎng)，人力、物力、財(cái)力投入巨大，因而監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)起著舉足輕重的作用。但其評(píng)價(jià)的難點(diǎn)在于工程過(guò)程中雜糅著自然、非工程人為活動(dòng)等其他重要的影響過(guò)程，因而工程區(qū)在工程實(shí)施階段的表現(xiàn)和結(jié)果無(wú)法直接反映林業(yè)生態(tài)工程的獨(dú)立貢獻(xiàn)。因此，對(duì)林業(yè)生態(tài)工程進(jìn)行評(píng)價(jià)的核心和根本目的是分離出該工程對(duì)工程區(qū)生態(tài)質(zhì)量的獨(dú)立貢獻(xiàn)?！　”緯赃b感長(zhǎng)時(shí)序數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以GIS為建模平臺(tái)，構(gòu)建林業(yè)生態(tài)工程的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)體系，從而定量、準(zhǔn)確、科學(xué)地回答決定林業(yè)生態(tài)工程成敗的關(guān)鍵問(wèn)題：①工程期間工程區(qū)的生態(tài)質(zhì)量變化特征；②變化的根本原因；③林業(yè)工程的獨(dú)立貢獻(xiàn)。并采用構(gòu)建的模型體系評(píng)價(jià)三北防護(hù)林工程第一階段（1978～2000年）?！　”緯闹饕獌?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下?！　、?提出Sen趨勢(shì)度+Mann?Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)方法分析區(qū)域植被長(zhǎng)時(shí)序變化特征，作為評(píng)價(jià)林業(yè)生態(tài)工程區(qū)在工程期間生態(tài)變化的主要方法。該方法不需要數(shù)據(jù)服從某一特定分布，并且對(duì)數(shù)據(jù)的誤差具有較強(qiáng)的抵抗能力。同時(shí)該方法對(duì)于顯著性水平的檢驗(yàn)也具有較為堅(jiān)實(shí)的統(tǒng)計(jì)學(xué)理論基礎(chǔ)，使得結(jié)果較為科學(xué)和可信?！　∪狈雷o(hù)林工程第一階段（分析區(qū)間為1981～2000年）的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，區(qū)域植被整體水平呈上升趨勢(shì)，13?24%的地區(qū)植被為顯著上升，1?43%的地區(qū)植被呈顯著下降（顯著性水平：α=0?1）。將三北防護(hù)林工程區(qū)NDVI年加和值作為一個(gè)指標(biāo)，代表該年工程區(qū)植被的整體狀況，與每年造林面積進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，造林活動(dòng)對(duì)工程區(qū)植被總體水平有很強(qiáng)的影響，但植被狀況直接依賴于當(dāng)前或者近期的造林面積，而不是之前所有造林面積的總和，可能是有相當(dāng)一部分造林地在造林當(dāng)時(shí)有明顯效果，之后卻可能達(dá)不到預(yù)期的目的。　?、?改進(jìn)現(xiàn)有的殘差法模型（RESTREND），評(píng)價(jià)氣候和人類活動(dòng)對(duì)工程區(qū)生態(tài)質(zhì)量的影響，解釋植被長(zhǎng)時(shí)序變化的原因。提出綜合溫度概念，解決不同區(qū)域影響植被生長(zhǎng)的主導(dǎo)溫度因子不同，從而無(wú)法統(tǒng)一建模的研究難點(diǎn)。通過(guò)植被生長(zhǎng)受降雨、溫度影響的機(jī)理和統(tǒng)計(jì)分析，提出NDVI與降雨量的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系和NDVI與綜合溫度的二次函數(shù)關(guān)系，基于此建立二元混合方程進(jìn)行NDVI模擬，其擬合精度相比二元一次方程在整體上提高了9?19%。根據(jù)回歸方程構(gòu)建的殘差法模型評(píng)價(jià)三北防護(hù)林工程區(qū)，23?54%的地區(qū)植被受人類活動(dòng)影響可以忽略，45?20%的地區(qū)植被受到了人類活動(dòng)的負(fù)面影響，31?26%的地區(qū)植被受到了人類活動(dòng)的正面影響?！　、?基于Cellular Automata+Neural Network模型模擬林業(yè)生態(tài)工程的“替代方案”，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)林業(yè)生態(tài)工程的獨(dú)立貢獻(xiàn)?！　±肧OM模型進(jìn)行分區(qū)，共分為6個(gè)區(qū)域。利用小波（Wavelet）方差理論計(jì)算周期特征，確定模擬步長(zhǎng)為5年。選擇BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為模擬網(wǎng)絡(luò)。模擬結(jié)果和真實(shí)值相同的區(qū)域占總區(qū)域的79?88%，模擬結(jié)果低于真實(shí)值的區(qū)域占10?74%，高于真實(shí)值的區(qū)域占9?38%，說(shuō)明三北防護(hù)林工程在第一階段（1981～2000年）對(duì)工程區(qū)植被生態(tài)的整體貢獻(xiàn)為正?！　⊥ㄟ^(guò)對(duì)三北防護(hù)林工程的系統(tǒng)評(píng)價(jià)，得到如下結(jié)論。 ?工程區(qū)的氣候條件整體而言較為有利，有利于三北防護(hù)林工程的開展和實(shí)施，工程區(qū)植被活動(dòng)出現(xiàn)顯著提高。 ?工程區(qū)的人類活動(dòng)對(duì)于區(qū)域植被恢復(fù)較為不利，從而影響了工程區(qū)的生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)建設(shè)。 ?三北防護(hù)林工程發(fā)揮了一定程度的生態(tài)作用，從而抵消了部分人類不合理活動(dòng)造成的植被破壞和生態(tài)退化?！　”緯鴺?gòu)建了評(píng)價(jià)林業(yè)生態(tài)工程的方法體系，該體系分三個(gè)層次、三個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大尺度、長(zhǎng)時(shí)序林業(yè)生態(tài)工程科學(xué)、客觀、完整評(píng)價(jià)的目的。并以三北防護(hù)林第一階段（1981～2000年）為例，全面實(shí)施了該套方法體系，其分析結(jié)果和實(shí)際情況比較吻合，驗(yàn)證了該方法體系理論的合理性、邏輯的自洽性和實(shí)際的可行性，并且較為科學(xué)、準(zhǔn)確地回答了傳統(tǒng)方法評(píng)價(jià)林業(yè)生態(tài)工程中難以回答的“工程對(duì)于工程區(qū)生態(tài)變化的真正貢獻(xiàn)是多少”的問(wèn)題?！　「兄x我的博士生導(dǎo)師張?jiān)鱿檠芯繂T，本書的框架和思路，是在張老師的指導(dǎo)下不斷修改和完善的。感謝我的領(lǐng)導(dǎo)北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院田剛院長(zhǎng)，在我在職博士期間，給我創(chuàng)造了良好的科研環(huán)境和各項(xiàng)便利條件。感謝我的北大老師蔡曉明教授，蔡老師對(duì)于書稿的框架結(jié)構(gòu)和具體內(nèi)容都提出了很好的建議，并對(duì)書稿逐字逐句審閱。感謝國(guó)家林業(yè)局副局長(zhǎng)李育才博士提供資料和贈(zèng)書。感謝《中國(guó)國(guó)家地理》主編單之薔先生對(duì)書稿思路的啟發(fā)。感謝中國(guó)科學(xué)院院士方精云教授和蔣有緒教授對(duì)于書稿的審閱和推薦。

內(nèi)容概要

本書以遙感長(zhǎng)時(shí)序數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以GIS為建模平臺(tái)，構(gòu)建林業(yè)生態(tài)工程的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大尺度、長(zhǎng)時(shí)序林業(yè)生態(tài)工程的科學(xué)、客觀、完整評(píng)價(jià)。并以三北防護(hù)林第一階段（分析區(qū)間為1981～2000年）為例，全面實(shí)施了該評(píng)價(jià)方法體系，其分析結(jié)果和實(shí)際情況比較吻合，驗(yàn)證了該方法體系理論的合理性、邏輯的自洽性和實(shí)際的可行性。     本書適于林業(yè)工程部門的管理者和科研人員閱讀。

書籍目錄

第1章 緒言 　1.1　世界林業(yè)生態(tài)工程 　1.2　林業(yè)生態(tài)工程的特點(diǎn)和評(píng)價(jià)難點(diǎn) 　1.3　基于遙感的林業(yè)生態(tài)工程監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)研究 　1.4　中國(guó)林業(yè)生態(tài)工程和三北防護(hù)林工程的特點(diǎn)及問(wèn)題 　1.5　三北防護(hù)林工程監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)方法及技術(shù)路線 　本章參考文獻(xiàn) 第2章　三北防護(hù)林?jǐn)?shù)據(jù)集和基本情況 　2.1　NDVI空間數(shù)據(jù)集 　2.2　氣象因子空間數(shù)據(jù)集 　2.3　其它生態(tài)因子數(shù)據(jù)集 　2.4　三北防護(hù)林工程概括 　2.5　掩膜區(qū)的建立 　本章參考文獻(xiàn) 第3章　三北防護(hù)林植被長(zhǎng)時(shí)序變化趨勢(shì)分析 　3.1　基于長(zhǎng)時(shí)序NDVI的植被動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)研究綜述 　3.2　主要數(shù)據(jù)集 　3.3　NDVI時(shí)序數(shù)據(jù)分析方法綜述 　3.4　三北防護(hù)林工程區(qū)1981～2000年植被變化分析和評(píng)價(jià) 　3.5　本章小結(jié) 　本章參考文獻(xiàn) 第4章　三北防護(hù)林植被變化受人類影響研究 　4.1　NDVI和氣候因子相關(guān)性研究綜述 　4.2　NDVI與氣候因子相關(guān)系數(shù)分析 　4.3　NDVI與氣候因子偏相關(guān)系數(shù)分析 　4.4　NDVI與氣候因子復(fù)相關(guān)系數(shù)分析 　4.5　基于多元回歸方程殘差法（RESTREND）的去氣候影響模型 　4.6　林業(yè)生態(tài)工程區(qū)植被受人類活動(dòng)影響評(píng)價(jià) 　4.7　本章小結(jié) 　本章參考文獻(xiàn) 第5章　基于Cellular Automata+Neural Network模型的三北防護(hù)林工程“替代方案”模擬 　5.1　Cellular Automata 和Neural Network研究綜述 　5.2　Cellular Automata+Neural Network模型思路和框架圖 　5.3　模型準(zhǔn)備 　5.4　模型運(yùn)行和結(jié)果　5.5　基于模型模擬的三北防護(hù)林工程評(píng)價(jià)　5.6　本章小結(jié)　本章參考文獻(xiàn)第6章　結(jié)論和建議 　本章參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　造成森林覆蓋率達(dá)不到規(guī)劃目標(biāo)的主要原因包括以下幾項(xiàng)?！　、?目標(biāo)本身的制定是建立在原有森林資源不減少的基礎(chǔ)上的靜態(tài)指標(biāo)，忽視了工程期間原有森林資源的動(dòng)態(tài)消耗和人為原因造成的損失?！　、?動(dòng)態(tài)消耗和人為破壞造成原有森林資源的不斷減少，損失巨大。如森林資源采伐利用和災(zāi)害造成森林資源損失，自然條件嚴(yán)酷和水資源利用不當(dāng)導(dǎo)致森林植被自然死亡，不合理的農(nóng)墾造成原有森林植被的大量破壞，建設(shè)征、占用林地造成森林資源減少，過(guò)度放牧破壞森林植被等?！　、?三北防護(hù)林工程造林存在自然損失和人為破壞。工程造林標(biāo)準(zhǔn)低，保存率不高。　　三北防護(hù)林工程的核心目的是提高工程區(qū)的森林覆蓋率，其它諸如提高農(nóng)田產(chǎn)量、防治和遏制土地沙漠化、治理水土流失等都可以說(shuō)是森林覆蓋率提高的生態(tài)結(jié)果。　　從生態(tài)角度講，三北防護(hù)林的根本目的是改善工程區(qū)的植被生態(tài)狀況，提高植被的活動(dòng)強(qiáng)度和三維綠量（植被生物量、葉面積指數(shù)、植被凈第一生產(chǎn)力NPP等），增強(qiáng)植被的生態(tài)服務(wù)功能，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的生態(tài)效益和目標(biāo)。而提高森林覆蓋率的生態(tài)結(jié)果未必就是能取得良好的生態(tài)效益和發(fā)揮預(yù)期的生態(tài)功能，因?yàn)樯指采w率和森林的生態(tài)功能并沒(méi)有邏輯和生態(tài)機(jī)理上的聯(lián)系，而植被的生態(tài)功能更多的是取決于其葉面積、生物量和NPP等參數(shù)，因?yàn)檫@些參數(shù)直接決定了植被的生理生態(tài)過(guò)程，而植被生態(tài)過(guò)程中所表現(xiàn)的結(jié)果和影響，對(duì)人類而言，就是植被的生態(tài)服務(wù)功能?！　∫虼耍緯捎肗DVI作為評(píng)價(jià)三北防護(hù)林工程的核心指標(biāo)，因?yàn)榇罅垦芯孔C明，NDVI和植被的NPP、LAI、生物量等都有很好的正相關(guān)性?！　〈髤^(qū)域、長(zhǎng)時(shí)序的造林活動(dòng)不僅會(huì)影響造林所在地的生態(tài)狀況，而且會(huì)影響到其周邊甚至較大區(qū)域的各類生態(tài)因子和植被狀態(tài)。三北防護(hù)林工程的最終目的是改善整個(gè)三北防護(hù)林工程區(qū)的生態(tài)狀態(tài)和環(huán)境質(zhì)量，植樹造林工程遍及整個(gè)區(qū)域各省、市，見圖2-2（見文后彩色插頁(yè)）。因此本書的分析和評(píng)價(jià)對(duì)象是整個(gè)三北防護(hù)林工程區(qū)的植被狀況。

編輯推薦

　　《三北防護(hù)林工程監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)研究》適于林業(yè)工程部門的管理者和科研人員閱讀。

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