地理空间分析综合应用

黄土高原生态退耕的时空分异特征

  • 杜国明 , 1, 2, * ,
  • 孙晓兵 1 ,
  • 刘彦随 2 ,
  • 郑惠玉 1 ,
  • 马榕徽 1
展开
  • 1. 东北农业大学资源与环境学院,哈尔滨 150030
  • 2. 中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101

作者简介:杜国明(1978-),男,博士,教授,研究方向为土地资源优化配置。E-mail:

收稿日期: 2016-03-28

  要求修回日期: 2016-05-23

  网络出版日期: 2017-03-20

基金资助

国家“十二五”科技支撑计划项目“空心村快速调查识别与整治关键技术研究”(2014BAL01B01)

Temporal and Spatial-Differentiation Characteristics of Ecological Restoration in Loess Plateau

  • DU Guoming , 1, 2, * ,
  • SUN Xiaobing 1 ,
  • LIU Yansui 2 ,
  • ZHENG Huiyu 1 ,
  • MA Ronghui 1
Expand
  • 1. College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China
  • 2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
*Corresponding author: DU Guoming, E-mail:

Received date: 2016-03-28

  Request revised date: 2016-05-23

  Online published: 2017-03-20

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《地球信息科学学报》编辑部 所有

摘要

生态退耕是调整陆地生态系统结构与功能以应对土地利用过度干扰的重要途径之一,因此科学掌握退耕格局与耕地格局演变对黄土高原生态环境治理与生态修复具有深远意义。本文以位于黄土高原的延安市为典型区,从生态退耕的整体特征、地形因素及区域差异等角度,探究生态退耕以来其耕地变化及退耕状况的空间分异特征。结果表明:生态退耕致使延安市耕地面积由2000年的11 752.80 km2减少为2013年的9149.93 km2,退耕面积为2756.85 km2,退耕指数为22.15%,且退耕耕地主要转化为林地、草地,占退耕面积的95.29%;耕地与退耕面积主要分布于6~15°、15~25°坡度及第II级(925~1115 m)、第III级(1115~1275 m),且2005-2013年的生态退耕速率均高于2000-2005年的生态退耕速率;县域退耕面积及退耕程度均呈现由北向南依次递减的分异特征,而退耕重心与耕地重心均在延安市几何中心以北的安塞县与宝塔区边界,且生态退耕的重心由东北向西南方向迁移,耕地重心则由北向南迁移。本文通过对延安市生态退耕的时空分异特征分析可为黄土高原更加科学合理地推进生态保育与生态文明建设提供参考。

本文引用格式

杜国明 , 孙晓兵 , 刘彦随 , 郑惠玉 , 马榕徽 . 黄土高原生态退耕的时空分异特征[J]. 地球信息科学学报, 2017 , 19(3) : 355 -364 . DOI: 10.3724/SP.J.1047.2017.00355

Abstract

Ecological restoration is an important way to adjust the structure and function of ecosystem in order to cope with the excessive interference of land use. Scientific mastery of restoration pattern and farmland pattern evolution has a profound significance on the management of regional ecological environment and the conservation of vegetation in Loess Plateau. This study, taking Yan'an City in Loess Plateau as a typical area, explores the spatial differentiation characteristics of farmland variation and restoration status from the overall characteristics of ecological restoration, topographic factors and regional differences since ecological restoration. The results show that the arable land of Yan'an City decreased from 11752.80 km2 to 9149.93km2 due to the ecology restoration during 2000-2013. The returned farmland is 2756.85 km2, and the returned farmland index is 22.15%. The cultivated land was mostly converted to forest and grassland accounting for 95.29% of the total amount. Farmland and the returned farmland area was mainly distributed in slope (6~25°) and the altitude level of II(925~1115 m), III(1115~1275 m), IV(1275~1442 m), which accounted for more than 70% of the area. The degree of farmland returning increased gradually with the increase of slope, with the land reclamation rate decreased gradually with the increase of slope and elevation. The highest degree of ecological restoration is the altitude level of IV, and the least is altitude level of III. The ecological restoration rate of 2005-2013 was higher than that of 2000-2005. The area and extent of restoration in county decreased from north to south. The center of farmland returning and cultivated land is located in the boundary of Ansai county and Baota District which are in the north of Yan’an City. The center of ecological restoration was changing from northeast to southwest while the center of cultivated land was changing from north to south. This study may provide more scientific and reasonable reference for ecological conservation and construction of ecological civilization in Loess Plateau by the analysis of spatial-temporal differentiation characteristics of ecological restoration in Yan'an city.

1 引言

为缓解区域土地利用与生态环境之间的矛盾,自1999年中国开始实施生态退耕政策,对不宜耕土地进行适度退耕[1-2]。生态退耕主要是以生态恢复为目的,根据区域社会经济和自然环境需求对不宜耕土地进行科学、有序地退耕还林、还草、还水等过程[3]。生态退耕是区域社会经济、生态环境等多重因素综合作用的结果,具有复杂的时空分异特征[4-7]。因此,探究生态退耕的时空分异规律,剖析退耕及耕地的转化特征,可以为全面掌握退耕格局、评估退耕成效、制定后续生态建设策略提供重要依据。
已有研究主要针对中国西北部以及黄土高原等地区,从区域、县域、流域等尺度对耕地格局[8-9]、植被覆盖[10-11]、退耕状况[12-13]等方面探究耕地格局演变及植被覆盖变化等的分异规律。例如,欧阳玲等[8]以遥感技术为手段探究吉林省中西部耕地数量和质量空间格局特征;张宝庆等[14]运用NDVI指数对黄土高原生态退耕前后植被覆盖特征的时空差异性进行了对比分析;董金伟等[15]在以Landsat TM为数据源对全国生态退耕时空格局进行分析的基础上,以黄土高原典型区陕西中北部为研究区,采用生态位适宜度评价模型探讨了生态退耕的合理性。但已有研究缺乏对典型区生态退耕过程中耕地变化、退耕的时空分异及退耕转化特征等分析。
在经历了秦汉、明清等多次大规模的“屯垦”之后,黄土高原地形起伏、千沟万壑、水土流失不断加剧[16-17],加之建国之初在新型农业发展模式推动下,耕地面积快速增加[18-20],致使区域生态环境脆弱且不断恶化,社会经济发展与生态环境保护之间的矛盾日益突出[21-22]。经过十几年的生态退耕,黄土高原耕地侵蚀状况得到有效遏制,土地沙化及水土流失状况得到了较大的改善[12,23-24]。延安市作为黄土高原生态退耕的重点示范区,根据其区域土地利用现状及特点,积极响应国家生态退耕政策,区域生态环境质量显著提高。本文以延安市为研究区,从生态退耕的整体特征、地形因素及区域差异等角度,探究耕地面积变化、退耕状况及其重心变化等特征,旨在揭示该区域生态退耕的空间分异规律,为后续的生态建设工作提供依据。

2 研究区概况与数据来源

2.1 研究区概况

延安市位于黄土高原中南部,陕西省北部,黄河中游西岸,地处35°20′37′′~37°29′29′′ N、107°38′57′′~110°32′44′′E,土地面积3.69×104 km2,下设宝塔区1个市辖区,吴起、志丹、安塞、子长、延川、延长、甘泉、富县、宜川、黄龙、洛川、黄陵12个县[25]图1)。延安地势西北高东南低,平均海拔1200 m,地貌类型以高原、丘陵为主,地形以塬、梁、峁为主。属半湿润半干旱的大陆性季风气候,四季分明、昼夜温差大,年均温度9.9 ℃,1月平均气温-5.5 ℃,7月平均气温23.1 ℃,年日照时数为2300-2700 h,无霜期170 d。区域内有黄河、北洛河、延河、清涧河、仕望河及汾川河等河流及支流,年均降水约为537 mm,且时空分布不均,雨季多集中于6-9月,降雨量从南部最高650 mm到北部最低380 mm依次递减。土壤从南向北依次为淋溶褐土、褐土、石灰性褐土、褐土性土、粘化黑垆土、黄墡土、黑垆土、黄绵土、沙黑垆土、沙壤质黄绵土[26]。近年来,延安市在生态退耕等背景下大力实施“能源化工强市、绿色产业富民、红色旅游兴业”三大战略,着力优化土地利用结构,合理有效地开展退耕及生态保护,积极推进生态退耕以促进其社会经济效益与生态效益的综合发展。
Fig. 1 The location of Yan'an City

图1 延安市地理位置示意图

2.2 数据来源与处理

研究基础数据主要包括2000、2005、2013年延安市土地利用数据及DEM高程数据。其中,2000年和2005年土地利用数据主要源自于中国科学院“全国土地利用1:10万数据库”,而2013年土地利用数据则主要通过人机交互式目视解译获取;DEM高程数据则从地理空间数据云获取的30 m分辨率数字高程数据产品。通过2013年云量较少且覆盖全境的Landsat 8 OLI遥感影像,选取分辨率为30 m的绿色、红色、近红外波段与15 m的全色波段合成15 m分辨率的标准假彩色影像。经过几何校正、图像增强等处理,以2005年为基础数据源进行目视判读提取2013年土地利用数据,根据野外实地勘测检验,精度不低于95%。高程是指某点沿铅垂线方向到基准面的距离,表征各点到基准面高度的差异性,而坡度则是坡面的垂直高度和水平距离的比值,表征地表单元的陡缓程度,故本文以高程和坡度综合表征地形差异对生态退耕的影响。对于DEM高程,主要运用ArcGIS空间分析功能根据自然断点法进行高程分级,而坡度则按照《土地利用现状调查技术规程》中耕地坡度等级进行划分(表1)。根据延安市土地利用状况将其类型划分为耕地、林地、草地、水域、建设用地(包括居民点、城镇、工矿用地)及未利用地6类。
Tab. 1 Classification and area proportion ofslope and altitude

表1 高程与坡度分级标准及面积比例

地形要素 分级标准 级别 面积/km2 比例/%
高程/m 362~925 I 2581.96 7.00
925~1115 II 8003.76 21.69
1115~1275 III 9845.04 26.68
1275~1442 IV 9564.36 25.92
1442~1795 V 6907.07 18.72
坡度/° ≤2 1 1272.43 3.45
2~6 2 4184.40 11.34
6~15 3 14 443.46 39.14
15~25 4 13 046.39 35.35
>25 5 3955.50 10.72

3 研究方法

3.1 土地利用动态度模型

土地利用动态度表征一定时期内区域土地利用类型的变化程度[27],本文利用土地利用动态度反映延安市生态退耕过程中土地利用类型的变化状况,具体公式为:
K = U b - U a U a × 1 T × 100 % (1)
式中: K 为土地利用动态度; U a U b 分别为研究初期和末期某种土地利用类型的面积; T 为研究时间尺度。当设定T为年时,K为土地利用类型年变化率。

3.2 退耕指数模型

为了客观地反映生态退耕的过程与体现生态退耕的程度,本文借助土地垦殖率、退耕指数、退耕速率表征延安市生态退耕的程度[26]。土地垦殖率是区域耕地面积占其土地总面积的比例,退耕指数是指生态退耕过程中耕地减少的百分比,退耕速率则表示单位时间内退耕的百分比。本文以年为单位表征生态退耕的年均变化率。其中,退耕指数计算公式为:
k = C b - C a C a × 100 % (2)
式中: k 表示生态退耕指数; C a C b 分别表示区域研究初期和末期的耕地面积。

3.3 重心模型

重心模型在一定程度上能够反映区域要素的时空演变特征,表征区域社会系统、经济系统与生态系统等要素的综合作用[28]。本文运用重心模型探究延安市生态退耕过程中退耕耕地与耕地的重心变化,旨在阐释其实施生态退耕以来退耕耕地及耕地的宏观演化特征。
式中: X t Y t 为延安市退耕或耕地的重心的坐标; C ti 为退耕或耕地的斑块面积; X i Y i 为退耕或耕地的斑块重心坐标。
X k , Y k X k + m , Y k + m 为第 k k + m 年延安市的退耕或耕地的重心坐标,则第 k k + m 年的退耕或耕地重心的距离 D 为:

4 结果与分析

4.1 生态退耕的整体特征分析

4.1.1 耕地面积变化及退耕特征分析
2000年延安市耕地面积为11 752.80 km2,垦殖率为31.84%;2005年耕地面积为10 913.35 km2,垦殖率为29.57%;2013年耕地面积为9149.93 km2,垦殖率为24.79%(图2)。2000-2013年延安市耕地面积减少量为2602.87 km2,建设用地占用耕地面积为117.86 km2,新增耕地面积为271.84 km2,生态退耕面积总计为2756.85 km2,生态退耕面积占退耕面积变化的95.90%。2000-2013年生态退耕年均退耕面积为212.07 km2,退耕指数为22.15%,耕地利用动态度为-1.70%。其中,2000-2005年退耕面积为824.46 km2,退耕指数为7.14%;2005-2013年退耕面积为1932.39 km2,退耕指数为16.16%。2000-2013年延安市耕地面积逐渐减少,且2005-2013年生态退耕速率高于2000-2005年生态退耕速率,表明随着生态退耕工程的持续推进,延安市耕地面积持续减少,垦殖率显著降低,退耕程度日益加深。
Fig. 2 Spatial distribution characteristics of cultivated land in Yan'an city during 2000-2013

图2 2000-2013年延安市耕地空间分布特征

4.1.2 生态退耕转化特征及土地利用结构变化分析
延安市生态退耕过程中退耕耕地主要转化为林地、草地,且生态退耕的转化呈现显著的时空差异性(图3)。2000-2013年延安市生态退耕主要转化为草地,所占退耕耕地的比重为69.52%,且主要集中于延安市中北部,而转化为水域的面积仅为17.60 km2,占退耕耕地的比重为0.64%。其中,2000-2005年延安市生态退耕主要转化为林地,所占退耕耕地的比重为63.69%,且主要集中于吴起县、安塞县、子长县及延川县等区域;然而,2005-2013年延安市生态退耕主要转化为草地,占退耕耕地的83.97%,生态退耕区域呈现出由北向南逐渐扩张的趋势。
Fig. 3 Transformation characteristics of cultivated land in Yan'an city during 2000-2013

图3 2000-2013年延安市各时段退耕耕地的转化特征

生态退耕在促进耕地向林地、草地及水域等的转化的同时,积极地推进了各土地利用类型之间的转化,致使延安市土地利用结构发生显著变化。
2000-2013年延安市耕地面积减少2602.87 km2,林地和草地面积逐步增加,年均增量分别为154.84 km2和31.25 km2;同时,建设用地面积呈现快速增长态势,总增量为149.95 km2,年均增量为11.53 km2;而水域与未利用地呈现波动变化且略有增加,年均增量分别为2.53 km2、0.07 km2。2000-2013年延安市耕地主要转化为草地、林地和建设用地,占耕地面积减少的99.33%。同时,延安市有部分新增耕地,主要由草地、林地转化而来,分别占转化面积的76.17%、20.31%。

4.2 生态退耕的地貌分异特征

4.2.1 不同高程带的生态退耕特征分析
2000-2013年延安市第I级、第II级、第III级、第IV级、第V级高程的耕地面积减少量分别为209.09、632.90、631.21、639.72、489.95 km2,各高程带的生态退耕面积分别为217.24、641.91、657.32、681.86、558.52 km2。其中,第IV级生态退耕面积最多,占全部退耕面积的24.73%;而第I级退耕面积最小,所占比重仅为7.88%,且退耕主要集中于第II级、第III级、第IV级,占退耕面积的71.86%。从退耕指数来看,2000-2013年第IV级生态退耕程度最大,退耕指数为26.44%,第V级、第I级退耕程度次之,退耕指数分别为22.27%、21.33%,而第III级生态退耕程度最小,其退耕指数为20.16%。从退耕速率来看,2000-2013年延安市各级高程的生态退耕速率整体较高,且2005-2013年各级高程的退耕速率均高于2000-2005年相应高程的退耕速率,但各级高程不同时段的退耕速率变化具有时间差异性,其中,第IV级、第V级的退耕速率均较高且前后2个时段差异较大,而第II级、第III级的生态退耕速率相对较低且前后2个时段差异较小,而第I级生态退耕速率增加量最大,2005-2013年生态退耕速率增加明显。
生态退耕使延安市2000-2013年各级高程的垦殖率均有所下降。不同高程带的垦殖率由2000年的37.97%、37.75%、31.81%、25.30%、31.85%降低为2013年的29.87%、29.84%、25.40%、18.61%、24.75%(图4)。整体而言,各级高程的垦殖率均呈现降低趋势,但因其地理环境的特殊性使各级高程耕地分布的差异性导致垦殖率随高程降低的规律不显著。各级高程退耕的异速性使不同坡度级耕地所占比例结构发生变化。延安市耕地面积主要分布于第II级、第III级、第IV级,且所占耕地面积比重在72%以上,但2013年第I级、第II级、第III级耕地比重均比2000年耕地比重高,而第IV级、第V级耕地比重降低。
Fig. 4 Area of cultivated land and the reclamation rate of different altitudes in Yan'an city during 2000-2013

图4 2000-2013年延安市各级高程的耕地面积及垦殖率

4.2.2 不同坡度的生态退耕特征分析
2000-2013年延安市≤2°、2~6°、6~15°、15~25°、>25°区域的退耕面积分别为77.06、253.46、993.79、987.09、291.46 km2,各坡度级的生态退耕面积分别为65.21、265.99、1077.62、1042.87、305.17 km2,其中,坡度为6~15°的生态退耕面积最多,占全部退耕面积的39.09%;而坡度为≤2°的退耕面积最小,仅占全部退耕面积的2.37%,且退耕耕地主要集中在坡度为6~15°、15~25°,占退耕耕地面积的76.92%。从退耕指数来看,2000-2013年坡度为>25°的生态退耕程度最大,退耕指数为29.36%,坡度为15~25°、6~15°的退耕指数次之,而坡度为≤2°的退耕程度最小,其退耕指数为12.25%,表明退耕程度呈现随坡度增加而依次递增的趋势。从退耕速率来看,2000-2013年延安市不同坡度的退耕速率均较高,其中,2005-2013年各坡度的退耕速率均高于2000-2005年相应坡度的退耕速率,且随坡度增加退耕速率呈现逐渐增大的趋势,表明延安市生态退耕程度逐年增加,但因坡度不同致使退耕状况具有时间差异性。
生态退耕使延安市2000-2013年各坡度级的垦殖率均下降。不同坡度的垦殖率由2000年的49.45%、40.42%、32.49%、28.72%、25.10%降低为2013年的43.39%、34.37%、25.61%、21.15%、17.73%(图5)。整体而言,垦殖率呈现随坡度增加而逐渐降低趋势,且垦殖率减少程度随坡度增加而增大。各坡度级退耕的异速性使不同坡度级耕地所占比例结构发生变化。延安市耕地主要分布于6~15°、15~25°,且所占耕地面积比重均在70%以上,但2013年坡度为≤2°、2~6°、6~15°的耕地比重均比2000年相应坡度的耕地比重高,而坡度为15~25°、>25°耕地比重降低。
Fig. 5 Area of cultivated land and the reclamation rate of different slopes in Yan'an city during 2000-2013

图5 2000-2013年延安市各坡度的耕地面积及垦殖率

4.3 生态退耕的区域差异分析

4.3.1 县域生态退耕的差异性分析
图6可知,2000-2013年延安市各区县生态退耕面积均增加,北部志丹县、安塞县、宝塔区的退耕面积较大且依次递减,其退耕面积均在360 km2以上,其中志丹县退耕面积最大,为494.13 km2,而南部的洛川县、黄龙县、黄陵县退耕面积较小且依次递减,耕地面积变化均低于40 km2。其中,黄陵县耕地减少面积最小,仅为7.27 km2,而其余各区县退耕面积则由北向南依次呈现递减趋势。2000-2013年志丹县、安塞县、延长县的退耕指数较高,其退耕指数均在30%以上,而黄龙县、黄陵县退耕指数相对较低,其退耕指数分别为3.62%、2.39%,但各区县退耕指数大致由北向南依次呈现递减态势。由此可知,生态退耕背景下延安市各区县生态退耕特征具有显著的空间分异性,退耕面积及其程度由北向南依次呈现递减的分布特征。
Fig. 6 The ecological restoration area and the returned farmland index of county in Yan'an city during 2000-2013

图6 2000-2013年延安市县域各时段生态退耕面积及退耕指数

生态退耕使延安市各区县的垦殖率均下降。子长县、延川县、洛川县、吴起县、宝塔区、安塞县、延长县、志丹县、甘泉县、宜川县、富县、黄陵县、黄龙县的垦殖率大致呈现依次递减的趋势,其中2013年子长县垦殖率为36.75%,而黄龙县垦殖率仅为12.61%。但生态退耕致使各区县垦殖率减小程度具有差异性。安塞县、志丹县、延长县、延川县、宝塔区垦殖率减少量均在10%以上,其中,安塞县垦殖率减少量最大,为14.30%,而黄陵县、黄龙县垦殖率变化量较小,减少量分别0.34%、0.14%。
生态退耕致使各区县耕地面积均减少,但各区县生态退耕的异速性致使其耕地所占比例结构发生变化。吴起县、宝塔区、志丹县、安塞县、子长县、延长县、延川县、富县、洛川县、宜川县、甘泉县、黄龙县、黄陵县耕地面积依次递减。其中,2013年吴起县耕地面积为1234.02 km2,占延安市耕地面积的13.50%,而黄陵县耕地面积仅为314.61 km2,所占比重仅为3.44%。
4.3.2 生态退耕的重心变化特征分析
延安市生态退耕过程中退耕与耕地重心的变化表征在人为干预状态下其空间格局的变化状况。由图7可知,2000-2013年延安市耕地重心及退耕重心均在延安市几何中心北部的安塞县与宝塔区边界,但变化特征具有差异性。延安市生态退耕的重心由东北向西南方向转变,其中,2000-2005年生态退耕重心与2005-2013年生态退耕重心相距6.23 km,而2000-2013年生态退耕重心则位于二者之间,体现出2000-2013年延安市生态退耕主要集中于延安市北部,但退耕重心逐渐由东北向西南方向转变。延安市耕地重心则呈现由北向南的空间变化特征,2000-2013年耕地重心由北向南变化了4.50 km,耕地重心向南偏移,与延安市几何中心距离更近,体现出延安市南北耕地空间分布更加均匀,耕地分布的空间协调程度增加。
Fig. 7 Changes of cultivated land and farmland conversion center for different periods in Yan'an city during 2000-2013

图7 2000-2013年延安市不同时段耕地及退耕重心变化图

2000-2013年延安市生态退耕工程致使耕地面积逐步减少,退耕面积稳步增加,导致耕地的空间分布格局发生了显著的变化,但二者之间存在密切的关系。在生态退耕过程中,延安市将不宜耕的耕地科学有序的退耕,而适宜耕作的土地被合理开垦,退耕耕地与新增耕地的综合作用致使延安市耕地的空间格局呈现出明显的变化,但因其社会经济、地理环境状况的差异性,使耕地资源北多南少的格局略微有所改变。此外,退耕耕地转变为林地、草地等利用类型,林草覆盖率增加,有效地降低水土流失、土地沙化等程度,并促进区域生态环境的改善,体现出生态退耕对区域生态环境的积极作用。

5 结论与讨论

本文以位于黄土高原的延安市为典型区,从生态退耕的整体特征、地形因素及区域差异等角度,探究其生态退耕以来耕地变化及退耕状况的空间分异特征。主要结论如下:
(1)生态退耕使延安市耕地面积逐步减少,退耕面积稳步增加,且生态退耕转化特征具有差异性。2000-2013年延安市生态退耕致使其耕地面积由11 752.80 km2减少为9149.93 km2,退耕面积为2756.85 km2,年均变化面积为212.07 km2,退耕指数为22.15%,且耕地及退耕面积从北向南依次呈现递减的分布特征;退耕耕地主要转化为草地、林地,占退耕面积的95.29%,其中转化为草地的面积占退耕的69.52%。
(2)2000-2013年延安市各级高程的耕地面积及其生态退耕特征具有显著的空间差异性。耕地主要分布于第II级、第III级、第IV级,退耕耕地主要集中于第II级、第III级、第IV级,且所占面积比重均在71%以上,但第I级、第II级、第III级生态退耕程度均低于第IV级、第V级生态退耕程度,而土地垦殖率随高程增加而逐渐降低,且2005-2013年各级高程的生态退耕速率均高于2000-2005年相应高程的生态退耕速率,体现出各级高程的生态退耕程度呈现明显的时空差异性且生态退耕程度逐渐增加。
(3)2000-2013年延安市不同坡度的耕地面积及其生态退耕特征具有显著的空间分异性。耕地主要分布于6~15°、15~25°,退耕耕地主要集中在坡度为6~15°、15~25°,且所占面积比重均在70%以上;退耕程度呈现随坡度增加而逐渐增大的趋势,而土地垦殖率随坡度增加逐渐降低,且2005-2013年各坡度的生态退耕速率均高于2000-2005年相应坡度的生态退耕速率,体现出延安市生态退耕程度逐年增加,且因坡度不同使退耕状况具有明显的空间分异性。
(4)延安市县域耕地面积及退耕特征呈现明显的空间分异性,且生态退耕致使延安市退耕重心及耕地重心均发生了显著的变化。生态退耕使延安市各区县退耕面积及其程度由北向南依次呈现递减的分布特征,且退耕重心与耕地重心均在延安市几何中心的北部的安塞县与宝塔区边界,但生态退耕的重心由东北向西南方向转变,而耕地重心则呈现出由北向南的变化特征,耕地重心向南偏移。
生态退耕有序地促使延安市耕地面积减少,林地、草地面积稳步增加,致使区域生态环境质量逐步改善。但地形因素对退耕状况影响显著且具有差异性,其与各因素作用状况、耕地分布及聚落海拔等密切相关。坡度作为影响耕作的重要因素,退耕过程中高坡度耕地首先被退耕,其次为低坡度耕地,故延安市生态退耕程度随坡度增加而增大。延安市高低起伏的地形特征使各级高程耕地分布不均,其与聚落海拔具有一定的相关性,使退耕过程中高于或低于聚落海拔的退耕程度均较大,而聚落所在高程的退耕程度相对较小。但是,超坡度与高海拔区域的土地垦殖率依然较高,仍需在保障生态退耕成果的基础上持续开展生态退耕,进一步巩固与提升区域生态环境质量。
然而,生态退耕过程与区域自然环境、社会状况、经济基础有密切的关系。延安市社会经济快速发展与有效可利用土地资源之间的矛盾迫使耕地退耕过程中有部分耕地转化为建设用地,而社会经济水平提升在一定程度上促进其生态退耕工程的顺利实施,减少社会经济发展对耕地资源的依赖,寻求社会效益、经济效益与生态效益相对较高的林业、果蔬等农业产业。此外,退耕过程中因区域土地利用特征的差异性使有少量的耕地转化为水域与未利用地。
探究黄土高原生态退耕过程中耕地变化及退耕的空间分异特征,揭示退耕耕地及其转化的时空差异性,为其后续的生态退耕及生态建设有积极作用。生态退耕因区域经济基础、制度政策及自然环境的综合作用,黄土高原土地利用景观格局发生了显著变化[23],促进区域生态环境质量的稳步提升,缓解区域土地利用与生态环境之间的矛盾[29-30]。但生态退耕过程要与产业结构调整相适应,积极推动林果等产业的发展,促进农民增收,稳定生态退耕成果,并推进社会经济与生态环境的协调发展。本文运用的30 m分辨率DEM坡度与耕地的耕作坡度略有差异。另外,还需进一步探究生态退耕过程中退耕耕地与新增耕地之间的动态关系,确保生态退耕与粮食安全的协调性,而建立可持续的土地利用模式是生态恢复的关键。

The authors have declared that no competing interests exist.

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张甜,彭建,刘焱序,等.基于植被动态的黄土高原生态地理分区[J].地理研究,2015,34(9):1643-1661.<p>生态地理区划作为自然区划的新分支,近年来受到国内外地理学者的广泛关注,其在认识地理分异规律及区域规划活动中发挥着重要作用。传统生态地理分区多依据自上而下的三级演绎途径,且对于多分区方案的对比与优选缺乏定量化准则。黄土高原作为中国典型的生态脆弱区,植被生长与恢复对缓解当地生态困境十分重要,因此以植被多年动态一致性特征作为分区合理性的评价指标,有助于准确揭示当地生境特点及分异规律。为此,选取热量类、水分类、地形类及地表覆被类共9个指标,采用自组织映射网络(SOFM)与GIS空间分析技术,基于黄土高原近30年来自然本底与覆被状况进行生态地理分区;并依循植被动态一致性准则,依据两步筛选法对多种方案进行优选,最终将黄土高原分为六大生态地理区。研究表明:黄土高原修正6分区方案在12个备选分区方案中效果最好;同时,修正6分区方案多年平均NPP离散系数最低,表明该分区内部离散程度最小。分区方案与既有分区方案相比具有较好的一致性,但由于区划尺度存在一定的差异,整体区域划分更为清晰。对生态地理分区方案优选定量方法的探索,有助于提升自下而上生态地理区划的客观性。</p>

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[Zhang T, Peng J, Liu Y X, et al.Eco-geographical regionalization in Loess Plateau based on the dynamic consistency of vegetation[J]. Geographical Research, 2015,34(9):1643-1661. ]

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王秀红,申建秀.中国生态退耕重要阶段耕地面积时空变化分析[J].中国农学通报,2013,29(29):133-137.为了兼顾生态退耕过程中的生态安全和食物安全,开展中国生态退耕政策实施重要阶段(1999—2008)的耕地时空变化特点的研究十分必要。根据各省市级耕地增减变化数据,利用分布重心计算模型和分区比较方法,探讨了中国耕地面积时空变化的总体特征。结果表明,从区域尺度分析,研究时段内耕地面积减少幅度排序为:西部〉东部〉中部;生态退耕政策实施的重要阶段可划分为2个时期:一是生态退耕前期,以耕地面积急剧减少、面积分布重心向东移动为特征;二是生态退耕后期,以耕地面积缓慢减少、面积分布重心向北迁移为特点;生态退耕、农业结构调整和建设用地占用所造成的耕地变化,对耕地面积分布重心迁移的影响较大。研究结果提示,建设用地占用优质耕地是制约中国耕地整体生产能力提高的重要因素,而耕地分布重心向北移动使生态退耕的成效面临挑战。

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[Wang X H, Shen J X.Spatio-temporal changes in cropland area during important period of the grain-for-green policy in China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013,29(29):133-137. ]

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谷长磊,刘琳,邱扬,等.黄土丘陵区生态退耕对草本层植物多样性的影响[J].水土保持研究,2013,20(5):99-103.为研究何种生态退耕对黄土丘陵 地区植被恢复较好,以典型黄土丘陵沟壑区大南沟小流域为研究区,采用传统植物群落调查法从退耕方式和退耕年限两个方面探讨生态退耕对草本层植物多样性的影 响。结果表明:(1)在生态退耕30a内,随着退耕年限的增加,草本层植物丰富度指数、两多样性指数(Simpson指数和Shannon-Wiener 指数)和均匀度指数都呈现增加的趋势。但前期增加不显著,后期增加显著。(2)不同生态退耕方式对草本层植物多样性的影响差异显著。三种多样性指数均表现 为退耕还草退耕还林退耕还灌,且丰富度指数退耕还草(23.875)较退耕还林(14.606)和还灌(14.556)显著增加;Simpson多样性指 数和Shannon-Wiener多样性指数退耕还草(0.945,3.048)和退耕还林(0.931,2.992)较还灌(0.912,2.563) 显著增加。退耕还草优于退耕还灌和退耕还林,对草本层植物群落多样性影响最小,是最佳生态退耕方式。

[Gu C L, Liu L, Qiu Y, et al.Effects of ecological restoration on species diversity of herb layer in the hilly-gullied area of Loess Plateau[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2013,20(5):99-103. ]

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刘艳华,徐勇,刘毅.近20年来黄土高原地区的经济增长时空分异特征[J].地球信息科学学报,2012,14(1):22-31.经济不均衡增长是区域发展的一种常态。分析区域经济增长时空差异及成因,对于认识和加快落后地区的经济发展具有重要的意义。本研究在GIS技术的支持下,对黄土高原地区近20年来以县市为单元的经济增长时空分异特征进行了系统的分析。主要结论有:改革开放以来,黄土高原地区的GDP水平呈现出持续的快速增长态势。近20年来,陕北和内蒙古鄂尔多斯地区增长最为迅速;人均GDP的空间分布整体上呈现出&quot;两高一低&quot;的带状分布格局,且这种格局明显地受到极化增长的扰动和重塑;经济增长表现出显著的极化增长特征,且经济增长极的极化作用与增长极之间地位的调整是同时进行的;与常态化的城市产业集聚推动型经济相比,机遇性的资源开发拉动型经济对人均GDP的拉动速度更快,但可持续性较差。未来,黄土高原地区应走以中心城市带动为主,以能矿产资源开发拉动为辅,两者相互促进,共同带动整个区域经济更快、更好、更可持续地发展的道路。

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[Liu Y H, Xu Y, Liu Y.Spatio-temporal difference of economic growth in the Loess Plateau Region over the past 20 years[J]. Journal of Geo-information Science, 2012,14(1):22-31. ]

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刘宇,傅伯杰.黄土高原植被覆盖度变化的地形分异及土地利用/覆被变化的影响[J].干旱区地理,2013,36(6):1097-1102.基于16 d合成MODIS <em>NDVI</em>数据提取的时间序列植被覆盖度数据,采用一元线性回归趋势分析,对黄土高原2000-2008年植被覆盖度的时空变化及其地形分异、土地利用/覆被变化的影响进行了定量分析。结果表明:(1)研究时段黄土高原植被覆盖度整体呈快速上升趋势,局部下降;(2)黄土高原植被覆盖度变化存在明显的地形分异,陡坡等植被恢复、重建和保育的主要区域植被覆盖度增速显著;(3)土地利用/覆被变化对植被覆盖度的增加影响突出,土地利用/覆被类型变更区植被覆盖度增速显著高于未变化区域,退耕还林还草区增速尤其突出;(4)土地利用/覆被类型未变化区域植被覆盖度总体上也呈增加趋势,但因植被覆盖度水平相对较高,增速明显低于土地利用/覆被类型变化区。上述结果表明,黄土高原植被保育、植被恢复和重建在植被覆盖度提升方面取得了明显成效。

[Liu Y, Fu B J.Topographical variation of vegetation cover evolution and the impact of land use/cover change in the Loess Plateau[J]. Arid Land Geography, 2013,36(6):1097-1102. ]

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田剑,汤国安,周毅,等.黄土高原沟谷密度空间分异特征研究[J].地理科学,2013,33(6):622-628.以5m分辨率DEM为信息源,借助样方分析思想,运用数字地形分析方法和克里格插值模型,获得黄土高原全区的沟谷密度分布图。在此基础上,探讨黄土高原沟谷的空间分异特征及影响因素。实验结果表明,黄土高原沟谷密度空间分异明显,沟谷密度在陕北的绥德-米脂一带达到高峰,由北向南递减。以六盘山和吕梁山为界,沟谷密度有三种变化特征,六盘山以西地区,沟谷密度较低且变化平稳,六盘山以东吕梁山以西地区的沟谷密度由北向南呈现梯度显著下降变化,吕梁山以东地区,沟谷密度呈现起伏变化,沟谷密度值分布在1.7~6.4km/km2范围内。在宏观上,由陇西盆地、鄂尔多斯地台和汾 裂谷等地质构造控制沟谷空间分布态势;降雨强度因素对沟谷侵蚀作用显著,加剧了沟谷密度空间分异特征;植被条件和地面组成物质呈现由西北向东南变化制约着沟谷发育。土壤侵蚀方面,沟谷密度与输沙模数空间耦合性较强,存在明显的正相关。

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朱会义,吕昌河.近30年延安市耕地变化的政策背景及其作用机理[J].地理研究,2010,29(8):1510-1518.<p>建立健全生态保护的长效机制以巩固现有生态退耕成果,是目前和未来中国生态建设需要解决的一个重要问题。针对这一问题,本文以最早开始退耕试点的延安市为研究区,利用统计资料,分析了延安市近30年耕地变化过程、耕地变化的政策背景及其作用机理。研究发现,面积逐步减少是延安市1978年以后耕地变化的长期趋势,减少的耕地主要流向果园、林地和草地;政策措施对退耕过程虽具有显著的加速作用,但在市场经济条件下,耕地的长期流向最终决定于各种用途间的比较效益和农户的生产投入能力。研究结果表明,要形成生态保护的长效机制,必须改变退耕土地的比较效益和农户的生产投入能力。</p>

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欧阳玲,王宗明,贾明明,等.基于遥感的吉林省中西部耕地数量和质量空间格局变化分析[J].农业工程学报,2016,32(13):234-242.耕地数量和质量变化直接关系到国家粮食安全和社会稳定,研究粮食主产区耕地数量和质量变化具有重要的现实意义。该研究利用2000年、2013年Landsat TM/ETM+/ OLI遥感数据和2351个样点土壤实测数据,对吉林省中西部耕地分布的空间变化和由此引起的不同质量等级耕地的时空特征进行分析。结果表明:2000—2013年期间,吉林省中西部耕地总量稍有增加,面积由5.61×104 km2增加到5.64×104 km2,其中旱田面积增加645 km2,水田面积减少350 km2。研究区耕地分布表现出明显的西部增加、东部减少的趋势;新增耕地最主要来源于湿地(66.04%)和草地(21.12%),传统耕作区(主要为城市周边)耕地大面积减少,其中45.08%转化为人工表面,28.85%和22.61%转化为林地和湿地;水田与旱田之间的相互转化比较剧烈。2000—2013年期间,研究区耕地质量总体呈下降趋势,净减少的耕地为一、二等地,其中一等地净减少305 km2,长春市占96%,净增加的耕地是三、四和五等地,分别为235、148和218 km2,主要分布在白城市和松原市。城市化占用和耕地保护政策的实施是该区域耕地数量和质量变化的主要驱动因素,研究时段内吉林省中西部优质耕地流失严重,存在突出的占优补劣问题。

[Ouyang L, Wang Z M, Jia M M, et al.Spatial pattern on quantity and quality of culatived land in mid-west Jilin province based on remote sensing[J]. Transactions of Chinses Society of Agricultural Engineering, 2016,32(13):234-242. ]

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张文杰,程维明,李宝林,等.黄土高原丘陵沟壑区切沟侵蚀与地形关系分析——以纸坊沟流域为例[J].地球信息科学学报,2014,16(1):87-94.沟蚀是土壤侵蚀研究的主要内容之一,地形地貌是沟蚀的一个重要影响因子。本文以安塞纸坊沟流域作为研究区域,选择土地利用方式、土壤类型、坡度坡长因子、平面曲率、坡向和地形湿度指数6个因子,通过因子内切沟所占比重/整个研究区切沟所占比重计算各个因子的权重值,通过空间叠加分析土壤侵蚀敏感性,并通过重分类的方法把土壤侵蚀敏感性分为基本无侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀、剧烈侵蚀5个等级,来研究切沟侵蚀与地形的关系。结果表明:切沟多发生在坡度坡长较大、地表湿度较高的林草地区域和更容易发生侵蚀的黄绵土区域,并且多分布在阴坡的凹面;对比分析切沟侵蚀和土壤侵蚀敏感性,切沟大多分布在中等侵蚀敏感性以上的区域,约占总切沟的90%;实验权重值对验证区冲沟的响应精度为82.43%(中度侵蚀及其以后阶段),与实际值90.53%相差不大,说明此种方法对黄土丘陵沟壑区具有一定适用性,对黄土丘陵沟壑区水土保持工作有重要意义。

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[Zhang W J, Cheng W M, Li B L, et al.The relationship between gully erosion and geomorphological factors in the hill and ravine region of the Loess Plateau[J]. Journal of Geo-information Science, 2014,16(1):87-94. ]

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赵安周,刘宪锋,朱秀秀,等.2000-2014黄土高原植被覆盖时空变化特征及其归因[J].中国环境科学,2016,36(5):1568-1578.基于MODIS-NDVI数据,辅以一元线性回归分析、Mann-Kendal检验、Hurst指数等方法,分析了2000~2014年黄土高原植被覆盖时空演变特征及其驱动因素.研究表明:近15年黄土高原NDVI呈显著增加趋势,增速为6.93%/10a(P<0.01);空间上,植被归一化指数,或归一化值被指数Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)呈由东南向西北递减的分布格局,高值区主要分布在东南部的土石山区、河谷平原区;同时,500m以下和3500米左右的NDVI值最高;在趋势上,NDVI呈现增加和减小趋势的面积比重分别为88.24%和11.76%;Hurst指数表明研究区未来NDVI变化趋势呈持续性和反持续的比重分别为50.07%和49.93%,其中持续改善和由改善变为退化的面积分别占43.98%和44.28%;降水是影响NDVI变化的主要驱动因子,表现为NDVI随降水的增加而增加;人类活动也是影响NDVI的重要因素,且对NDVI有双重影响.

[Zhao A Z, Liu X F, Zhu X X, et al.Spatiotemporal analyses and associated driving forces of vegetation coverage change in the Loess Plateau[J]. China Environmental Science, 2016,36(5):1568-1578. ]

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穆少杰,李建龙,陈奕兆,等.2001-2010年内蒙古植被覆盖度时空变化特征[J].地理学报,2012,67(9):1255-1268.基于MODIS-NDVI 遥感数据反演了内蒙古地区2001-2010 年植被覆盖度的空间格局和变化规律, 并结合该地区同期降雨量和温度数据, 分别从不同空间和时间尺度上分析了森林生态区、草原生态区和荒漠生态区植被的年际变化和月际变化对气候变化的响应。结果表明:(1) 内蒙古植被覆盖度在空间上呈现东高西低的分布特征, 自西向东的变化速率为0.2/10&deg;N, 10 年间森林、草原和荒漠生态区的年均植被覆盖度分别为0.57、0.4 和0.16;(2) 2001-2010年, 内蒙古植被覆盖度总体上呈上升趋势, 研究区内植被覆盖度极显著增加和显著增加的面积分别占总面积的11.25%和29.13%, 二者之和大于植被覆盖度极显著减少和显著减少的面积比例之和, 后者分别为7.65%和26.61%;(3) 在年际水平上, 内蒙古植被生长总体上与降雨量的关系更加密切, 而在月际水平上, 降雨量和温度对植被生长的影响作用相当, 说明年内植被生长更依赖于水热组合的共同作用, 而与单一气候因子的相关性降低;(4) 森林生态区植被覆盖度在年/月际水平上均与温度的相关性较强, 荒漠生态区植被覆盖度在年/月际水平上均与降雨量相关性较强, 而草原生态区植被覆盖度在年际水平上主要受降雨影响, 在月际水平上与二者相关性相当;(5) 草原区月植被覆盖度对降雨量的响应存在时滞效应。

[Mu S J, Li J L, Chen Y Z, et al.Spatial differences of variations of vegetation coverage in Inner Mongolia during 2001-2010[J]. Acta Geographica Sinica, 2012,67(9):1255-1268. ]

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王超,甄霖,杜秉贞,等.黄土高原典型区退耕还林还草工程实施效果实证分析[J].中国生态农业学报,2014,22(7):850-858.为缓解黄土高原地区水土流失、土地退化等生态环境问题, 中国自1999年开始在该地区实施退耕还林还草等生态保育工程。选取甘肃省会宁县为研究区, 基于农户问卷调查、统计资料及相关政府报告, 应用统计学软件SPSS和满意度指数分析法, 对典型区退耕还林还草工程实施前后土地利用、种植养殖结构、农户经济收入的变化进行了研究, 并调查了农牧民对退耕还林还草工程影响的满意度, 旨在评估退耕还林还草工程实施对黄土高原典型区农户生产生活的影响。结果显示, 退耕还林还草工程对会宁县的土地利用结构具有重要影响, 有4.48%的耕地转换成草地和林地, 退耕还林还草工程取得了较好效果。但与此同时, 农户问卷调查显示, 有0.08 hm<sup>2</sup>?户<sup>-1</sup>大于25°坡耕地未实施退耕, 表明工程实施需要加强监督并及时巩固退耕成果。工程实施后, 会宁县谷物、薯类、豆类和油料作物的种植面积和单位面积产量都有一定增长, 产量提高的主要原因是耕地的投入和耕作集约化程度有所提高。由于耕地面积减少, 为提高土地利用效率, 会宁县政府通过重点发展地膜玉米产业调整种植业结构, 玉米种植面积增加近3倍。过去10多年间, 会宁县还修建了大量梯田, 这也有利于提高单位土地面积产出。另外, 退耕还林工程实施后, 会宁县家畜养殖数量有一定增长, 但由于自然环境限制和饲草来源不足等原因, 养殖规模维持在较低水平。由于连年旱灾导致种植业风险增大, 农户环保意识增强, 打工收入高等原因, 较多农户选择外出打工, 使打工收入成为最重要的收入来源, 占总收入的62.69%。农户对退耕还林还草工程实施的9个方面较为满意, 但在就业和收入方面满意度较低, 满意度分别为 0.1和 0.2。本研究结果可为黄土高原典型区退耕还林还草工程进一步实施和生态系统可持续管理决策提供参考。

[Wang C, Zhen L, Du B Z, et al.Assessment of the impact of grain for green project on farmer's livelihood in the Loess Plateau[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2014,22(7):850-858. ]

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汪芳甜,安萍莉,蔡璐佳,等.基于RS与GIS的内蒙古武川县退耕还林生态成效监测[J].农业工程学报,2015,31(11):269-277.为监测半干旱地区退耕还林工程实施的效果,基于MODIS NDVI时间序列数据及土地利用数据,该文对内蒙古武川县的土地利用变化及植被覆盖变化进行了研究。结果表明:1)2000-2013年,武川县植被覆盖呈增加趋势发展的面积占33.55%,呈减少趋势发展的面积占30.15%,无显著变化的占36.30%,植被覆盖变化的空间差异明显,植被退化的区域重点集中于武川县的西北部。2)1999-2010年间,研究区耕地面积净减少18 809.29 hm2,耕地转为草地13 873.48hm2,转为林地5 429.81 hm2,草地转为林地13 554.25 hm2;结合地形特征,退耕地重点分布于>2°~15°坡度与>1 500~2 000 m海拔范围,并随着坡度与海拔的增加,退耕的幅度越来越大。3)退耕区中,植被覆盖下降的面积占20.98%,植被覆盖增加的面积占43.89%;在非退耕区,植被覆盖下降的区域面积占29.40%,植被覆盖增加的占34.14%。整体来看,退耕区植被的改善程度要高于非退耕区。4)进一步分析发现,退耕区中,耕地-草地的植被呈退化趋势发展,退化区域集中于>2°~15°坡度与>1 500~2 000 m海拔范围;在耕地-林地与草地-林地区域,其整体植被覆盖均显著提高,其中,耕地-林地的植被改善区域集中于>2°~6°坡度与>1 500~1 750 m海拔范围,草地-林地的植被改善区域重点分布于>6°~15°、>2°~6°及>15°~25°坡度范围与>1 500~2 000 m海拔范围。在非退耕区,耕地保持区、林地保持区与林地-草地区域的植被覆盖整体增加,而草地保持区、草地-耕地与草地-沙地区域的植被覆盖整体下降。

[Wang F T, An P L, Cai L J, et al.Monitoring effects of ecosystem restructuring project for returning grain plots to forestry in Wuchuan county of Inner Mongolia based on RS and GIS[J]. Transactions of the CSAE,2015,31(11):269-277. ]

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张宝庆,吴普特,赵西宁.近30a黄土高原植被覆盖时空演变监测与分析[J].农业工程学报,2011,27(4):287-293.为监测黄土高原植被建设成效,采用GIMMS和SPOT VGT 2种数据集的归一化植被指数作为植被覆盖评价指标,分析了近30 a黄土高原植被覆盖时空演变趋势。结果表明,大规模植被建设开始前,黄土高原植被覆盖以小幅波动为主,个别地区有所好转,但大部分区域无显著变化。1999年以后研究区归一化植被指数年度平均值增加显著,并以夏、秋两季增长贡献最大。植被覆盖在空间上呈现出明显的区域性增加趋势,其中黄土高原丘陵沟壑区增加趋势最为明显,植被恢复成效显著。研究区15°~25°和6°~15°坡地植被覆盖状况得到明显改善,对控制水土流失可产生积极影响。大规模植被建设促进了该区植被恢复,但截止2009年,黄土高原处于较低植被覆盖水平的区域面积依然占较大比重,生态环境建设仍须进一步加强。

[Zhang B Q, Wu P T, Zhao X N.Detecting and analysis of spatial and temporal variation of vegetation cover in the Loess Plateau during 1982-2009[J]. Transactions of the CSAE, 2011,27(4):287-293. ]

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Dong J W, Liu J Y, Shi W J.China's sloping land conversion program at the beginning of 21st century and its habitat suitability in typical region of Loess Plateau[J]. Journal of Resources and Ecology, 2010,1(1):36-44.<p>The largest ecological restoration project in the form of Sloping Land Conversion Program (SLCP) been implemented for about ten years in China since 1999. Nationwide research on Sloping Land Conversion (SLC) policy needs to examine especially at the beginning of 21st century, because the project has been implemented on unprecedented scale in this period. This study tried to monitor the spatial pattern of ecological SLC using land use change dataset from human-aided interpretation of Landsat TM images. Quantity and spatial pattern of SLC (2000-2005) including two types of conversion, namely &ldquo;converting cultivated land into forest&rdquo; and &ldquo;converting cultivated land into grassland&rdquo; was analyzed. A case study of Middle and Northern Shaanxi Province, which is one of the most typical region of Loess Plateau, was investigated to analyze the rationality of the project implementation based upon the two types of conversion. The model of habitat suitability for cropping was used for the rationality evaluation of SLCP. The results showed that: (1) SLCP was concentrated mainly in the central regions of China, especially in the middle reaches of Yangtze River and Yellow River, and SLC covered nearly a half of the total cropland loss; the soil erosion zone of Loess Plateau had a large area of sloping lands which was estimated about 1162.50 km2, and more than half of them for forestation; (2) the spatial location of the projects was rational on the whole, and the cropland with lower suitability levels had a higher area proportion convered. The proportion of sloping lands conversion in marginal suitability level was the largest and covered 77.35 % of all the SLCP area, of which 603.32 km2 was converted into forest lands and 528.94 km2 of that into grasslands. There was more croplands converted into forest than into grassland. The converted cropland area with moderate suitability still had a percentage of 19.38, and the possible reason was due to the management factor and target allocation of SLCP. Furthermore, local farmers set aside cropland, and then worked in cities for more subsides. There was still a large areas of cropland unsuitable and marginally suitable, which should be considered to be converted first of all in the future.</p>

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李郎平,鹿化煜.黄土高原25万年以来粉尘堆积与侵蚀的定量估算[J].地理学报,2010,65(1):37-52.<p>黄土高原广泛分布第四纪以来的粉尘堆积,是古气候变化的良好记录。但是,将黄土高原视为一个整体、从地质历史的角度来定量分析粉尘堆积&mdash;侵蚀的动态过程及其驱动机制的研究较少。本文利用遥感分析和地统计学中的克里格空间估值法,根据对具有代表性的84个实测黄土&mdash;古土壤剖面的分析,计算出黄土高原250ka以来各冰期和间冰期的粉尘堆积量和平均堆积速率,为认识区域粉尘沉降与轨道尺度气候变化的关系提供了新证据:间冰期气候偏暖湿,粉尘堆积较慢;冰期气候偏干冷,粉尘堆积加快。结合黄土高原现代降尘观测数据,进一步估算出黄土高原250ka以来各冰期和间冰期的面状侵蚀速率。初步结果发现,自然背景下黄土高原就存在较强的侵蚀作用;冰期的面状侵蚀速率略强于间冰期。</p>

[Li L P, Lu H Y.A preliminarily quantitative estimation of the sedimentation and erosion rates of loess deposits in Chinese Loess Plateau over the past 250ka[J]. Acta Geographica Sinica, 2010,65(1): 37-52. ]

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魏新民. 隋唐以前黄土高原生态资源环境变迁研究[J].干旱区资源与环境,2010,24(3):109-115.黄土高原生态环境的历史变迁,是自然原因与人为因素双重作用的必 然结果,通过分析隋唐以前人为诱因在黄土高原生态环境历史变迁中所产生的反面影响,结合这一时期历史上人类活动,深入揭示黄土高原生态环境变迁的原因和规 律.研究结果表明:要实现黄土高原地区生态与经济协调发展,首先应该确立生态环境保护的战略地位,其次应该注意到环境的改造与人的改造同步进行,而且也应 该明确认识黄土高原生态环境的恢复是一项长期的、全方位的综合治理工程.

[Wei X M.Influence of human activity on Loess Plateau before Sui and Tang Dynasty[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2010,24(3):109-115. ]

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田义超,李晶,任志远.近300年来黄土高原耕地变化及时空格局分析[J].干旱区资源与环境,2012,26(2):94-101.以黄土高原过去300年来的耕地栅格数据为基础,运用 ESDA(探索性空间分析方法)对黄土高原近300年来各县(旗)区的耕地变化情况进行了动态实证分析。结果表明:1)在过去的300年中,黄土高原耕地 面积呈现出从增加到减少,然后又到增加的趋势;2)黄土高原各县(旗)域耕地面积存在着显著的空间集聚效应,并且各县(旗)域Moran's I指数都为正;3)黄土高原各县(旗)耕地面积的两种集聚类型(“高高”“低低”)在时空上存在着明显的分带现象,且变化规律存在着显著的空间分异特征。

[Tian Y C, Li J, Ren Z Y.The crop land change and spatial pattern in Loess Plateau over past 300 years[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2012,26(2):94-101. ]

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曹雪,金晓斌,王金朔,等.近300年中国耕地数据集重建与耕地变化分析[J].地理学报,2014,69(7):896-906.针对中国历史时期不同政体耕地记录的特点,分别采用因素修正、引用替换、线性内插、衔接对比、人地关系检验、垦殖趋势检验、行政面积比例调整等方法对历史耕地数据进行修正,重建了基于现代省界的近300 年中国分省耕地数据集,从数量角度对中国耕地总量和分省耕地变动特点进行分析,得到以下主要结论:① 在耕地总量上,SAGE和周荣的数据明显高估,本文结果与HYDE、CHCD和章有义数据的平均差异率在15%以下;但在省域尺度上,与SAGE、HYDE数据库存在明显差异,相对差异率&gt;30%的省份比重分别为94%和61%,与CHCD数据较为接近,相对差异率&gt;30%的省份比重为22%,但部分省份差异明显,仍需进一步分析研究;② 伴随清中期后的人口爆炸,近300 年中国耕地增长近3.2 倍,由清朝初年的42.4&times;10<sup>6</sup> hm<sup>2</sup> 增加至1985 年的136.9&times;10<sup>6</sup> hm<sup>2</sup> ,根据增长速率变化可分为五个阶段,即清前中期快速增长阶段、清后期低速增长阶段、民国时期波动阶段、建国初期剧烈增长阶段和建国后耕地流失阶段,影响耕地变化主要是国家政策、战乱、经济发展等驱动因素。③ 从省域尺度看,近300 年中国各区域耕地变化差异显著。清初,中国耕地主要集中于长江中下游平原、黄淮海平原、关中盆地及银川平原等地,此后,内地的垦殖活动不断增强,外围农区呈由南向北的趋势不断开荒。建国后,耕地开垦逐步向西北和东北方向发展。

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[Cao X, Jin X B, Wang J S, et al.Reconstruction and change analysis of cropland data of China in recent 300 years[J]. Acta Geographica Sinica, 2014,69(7):896-906. ]

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Fu B J, Meng Q H, Qiu Y, et al.Effects of land use on soil erosion and nitrogen loss in the hilly area of the Loess Plateau, China[J]. Land Degradation & Development, 2004,15(1):87-96.This study examines the effects of land use and slope angle on runoff, soil loss and nitrogen loss from hillslopes of the Loess Plateau in China. Farmland, wasteland and four forest treatments (sea buckthorn+poplar, immature sea buckthorn, mature sea buckthorn, and immature Chinese pine) were the types of land use that were compared. The results showed that July was the critical period for runoff, soil loss and nitrogen loss from farmland. Farmland was the most susceptible land use. Sea buckthorn+poplar, immature sea buckthorn, and mature sea buckthorn limited the runoff, soil loss and nitrogen loss. Farmland on slopes over 15 degrees should be abandoned because of the high erosion rate and nitrogen loss. Copyright 漏 2003 John Wiley & Sons, Ltd.

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周书贵,邵全琴,曹巍.近20年黄土高原土地利用/覆被变化特征分析[J].地球信息科学学报,2016,18(2):190-199.<p>本文根据黄土高原地区20世纪80年代末、2000年、2008年3期土地利用/覆被空间数据集,计算2个时段(20世纪80年代末-2000年,2000-2008年)土地利用/覆被转类方向及其幅度、土地利用/覆被转类指数、土地利用/覆被状况指数及其变化率,分析黄土高原地区自20世纪80年代末以来土地利用/覆被时空变化特征以及宏观生态状况的变化趋势。结果显示:黄土高原地区近20年来平均土地利用/覆被状况指数为24.07,其中土石山区生态系统综合功能最好,其次为河谷平原区,最差的为农灌区。20世纪80年代末-2000年,黄土高原地区主要土地利用/覆被转类是森林和草地转为耕地,生态级别由高级向低级转移,2000-2008年主要土地利用/覆被转类是耕地转为林地和草地,低覆盖草地转为中高覆盖草地,生态级别由低级向高级转移。近20年来黄土高原地区地覆被状况指数变化以及土地利用/覆被转类指数表明,该区域的宏观生态状况总体上经历了转差(20世纪80年代末-2000年土地利用/覆被转类指数为-1.08),后转好(2000-2008年土地利用/覆被转类指数为2.66)2个过程。这一变化过程前期受区域气候变化以及人口增长共同驱动,后期则叠加了生态工程的影响。</p>

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[Zhou S G, Shao Q Q, Cao W.Characteristics of land use and land cover change in the Loess Plateau over the past 20 years[J]. Journal of Geo-information Science, 2016,18(2):190-199. ]

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孙东琪,张京祥,朱传耿,等.中国生态环境质量变化态势及其空间分异分析[J].地理学报,2012,67(12):1599-1610.在搜集整理1990、1995、2000、2005、2010年5个时间点的相关多种数据的基础上, 利用层次分析法,借助Excel、SPSS19.0、ArcGIS10.0技术,对中国及其31个省市区、三大经 济带的生态环境质量进行综合评价,分析了其生态环境的变化态势,计算了中国生态环境质 量重心的变化轨迹。研究表明: ① 1990-2010 年 20 年间中国生态环境恶化态势有所减缓,但 依然很严重。 ② 总的来看,自1990年至今,中国生态环境总体恶化,局部改善,治理小于破 坏,生态赤字依然在扩大的态势没有得到真正改变,还要持续一定的时间。 ③ 中国自西向东 生态环境质量越来越好,生态环境质量恶化速度逐渐变缓。这种状况的出现,除了先天的自 然环境基础外,自西向东区域经济、科技、文化越来越发达,生态环境治理投入的人力、物 力、财力、技术力度越来越大起到了关键作用。 ④ 多年来粗放型的经济发展使中国人口、经 济、社会与生态环境之间的关系严重失调,其31个省市区也是如此。因此,控制人口,改善 环境,集约精细化发展,进行人口、经济、社会&mdash;生态环境调控势在必行,各级政府应当高 度重视、深入研究、详细论证、科学实施。

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[Sun D Q, Zhang J X, Zhu C G, et al.An assessment of China's ecological environment quality change and its spatial variation[J]. Acta Geographica Sinica, 2012,67(12):1599-1610. ]

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李粉玲,常庆瑞,申健,等.黄土高原沟壑区生态环境状况遥感动态监测——以陕西省富县为例[J].应用生态学报,2015,26(12):3811-3817.lt;div style="line-height: 150%">基于主成分分析耦合植被指数、湿度指数、地表温度和裸土指数4个遥感评价指标,对黄土高原丘陵沟壑区陕西省富县1995&mdash;2014年的生态环境质量进行评价.结果表明: 基于主成分分析确定权重的遥感生态指数能客观定量揭示区域生态环境的变化;富县生态环境现状整体上属于良好级别,植被覆盖度较高,生物多样性较丰富;1995&mdash;2014年,富县生态环境总体上得到了较大改善,生态环境质量综合指数由3.17上升到3.53,牛武镇的生态环境质量整体状况最好,全县由西北方向到东南方向,生态环境质量改善的幅度逐渐递增,其中,交道镇和南道德乡变化最大;研究期间,生态环境质量等级下降地区的面积占全县总面积的16.7%,生态质量等级提高的面积占富县总面积的42.7%,生态环境等级提高的地区主要分布在县域中部的高塬和丘陵沟壑地、县东北部的土石低山区、西南的子午岭自然保护区.</div><div style="line-height: 150%">&nbsp;</div>

[Li F L, Chang Q R, Shen J, et al.Dynamic monitoring of ecological environment in loess hilly and gully region of Loess Plateau based on remote sensing: A case study on Fuxian County in Shaanxi Province, Northwest China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015,26(12):3811-3817. ]

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孙文义,邵全琴,刘纪远.黄土高原不同生态系统水土保持服务功能评价[J].自然资源学报,2014,29(3):365-376.以土壤保持量为评估指标,应用修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原水土保持生态系统服务功能,分析了近20 a来的黄土高原土壤保持量的空间分布及其动态变化,对于揭示全球气候变化背景下黄土高原林草植被建设的生态成效具有重要的科学价值和现实意义。结果表明:1990—2010年黄土高原平均单位面积土壤保持量为305 t·hm-2·a-1,年均土壤保持总量为190×108t。1990—2000年农田、草地和林地生态系统平均单位面积土壤保持量分别为249、285和640 t·hm-2·a-1,2000—2010年平均单位面积土壤保持量分别增加了14.6%、2.9%和7.4%。黄土高原草地和林地的土壤保持率分别为83%~88%和94%~97%。农田生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区较大,农灌区和河谷平原区偏低;草地和林地生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为沿东南向西北减少的变化趋势。与1990—2000年不同,2000—2010年农田、草地和林地生态系统土壤保持量的空间变化特征表现为较为明显的增长趋势,尤其是黄土丘陵沟壑区陕西榆林、延安地区和山西吕梁山区一带。

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[Sun W Y, Shao Q Q, Liu J Y.Assessment of soil conservation function of the ecosystem services on the Loess Plateau[J]. Journal of Natural Resources, 2014,29(3):365-376.]

[25]
李慧,周维博,庄妍,等.延安市农业水土资源匹配及承载力[J].农业工程学报,2016.32(5):156-162.为客观分析延安市农业水土资源空间匹配状况,根据耕地、水资源量等数据,在分析延安市水土资源空间分布格局的基础上,通过构建洛伦兹曲线以及农业水土资源匹配计算模型,对延安市及其13个区县农业水土资源的匹配程度进行评价。结果表明:延安市农业水土资源匹配系数0.26×104 m3/hm2,匹配程度较差,低于全国同期平均水平0.54×104 m3/hm2,并且空间匹配程度存在明显的差异,总体上呈现出南优北差的匹配格局。在全面分析影响农业水土资源承载力多种因素的基础上,建立延安市农业水土资源承载力评价体系,将粒子群优化算法与投影寻踪模型结合在一起,对延安市各区县农业水土资源承载力进行了评价。结果表明,子长县和延长县农业水土资源承载力最低,承载力IV级;黄龙县农业水土资源承载力最高(II级),其他大部分区县农业水土资源承载力处于中等偏低水平(III级),研究可为提高粮食生产效益及区域农业水土资源可持续利用提供依据。

[Li H, Zhou W B, Zhuang Y, et al.Agricultural water and soil resources matching patterns and carrying capacity in Yan'an City[J]. Transactions of the CSAE, 2016,32(5):156-162. ]

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杜国明,孙晓兵,刘彦随.延安市退耕对生态的影响及其人文驱动因素分析[J].水土保持研究,2016,23(3):233-239.在对延安市生态退耕特征分析的基础上,阐释了其对生态系统服务功能的影响,并借助STIRPAT模型探究了生态退耕过程中耕地面积变化与其人文驱动因素的定量关系。研究表明:2000—2013年延安市以耕地、林地、草地为主要景观类型,而耕地面积大幅度减少,林地、草地面积稳步增加,且耕地主要转化为林地、草地,分别占其转出量的28.627%,66.664%;延安市2000—2013年生态服务价值稳步增加,增长率为7.624%,年均增长量为1.416亿元,而耕地、草地、林地生态系统服务价值贡献率依次递增,建设用地比重逐渐增大,水域及荒漠则波动变化,且单项生态系统服务功能值变异系数逐渐降低,各项生态服务功能呈现均衡化发展趋势;人口数量增加、社会经济增长、产业结构调整对耕地面积减少具有积极作用,而非农业人口数量增加及农村经济水平提升能够促进耕地面积的增加,各驱动因素综合影响着耕地面积变化及生态退耕过程与生态系统结构,并对区域生态系统服务功能影响显著。

[Du G M, Sun X B, Liu Y S.Analysis of ecological restoration on ecosystem service and its human driving factors in Yan'an city[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2016,23(3):233-239. ]

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韩会然,杨成凤,宋金平.北京市土地利用变化特征及驱动机制[J].经济地理,2015,35(5):148-154.以北京市为例,利用1985、2000和2010年三期土地利用数据,从土地利用变化幅度、土地利用变化速度、土地利用转移方向等方面,揭示了北京市1985—2010年的土地利用变化特征及相关驱动因子。结果表明:11985—2010年,北京市土地利用空间格局发生了较大变化,林地面积有一定程度的增加,耕地面积、水域面积减少较为迅速,建设用地扩张最为明显。21985—2000年,北京市土地利用综合动态度为0.99,土地利用变化速度较为平缓;2000—2010年,北京市土地利用综合动态度为1.64,土地利用类型变化速度呈加速趋势;从单一土地利用动态度来看,林地与建设用地的增加速度不断提升,由1985—2000年间的0.1383%、3.7808%增长到2000—2010年间的0.2078%、4.0088%;耕地、草地、水域面积不断减少,其中水域面积的减少速度最快。3从转移矩阵来看,1985—2000年,74.54%的耕地转化为建设用地,13.30%、11.24%的耕地转化为林地与水域;2000—2010年,耕地依然是各类用地增量的重要来源,建设用地向其他类型用地的转化面积是前一阶段的13.8倍。4从人口增长、经济发展、政府政策等方面研究了土地利用变化的驱动机制。

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[Han H R, Yang C F, Song J P.The spatial-Temporal characteristic of land use changein Beijing and its driving mechanism[J].Economic Geography, 2015,35(5):148-154. ]

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杨俊,王占岐,谢方俊,等.湖北省土地整治项目投资的时空分异及地域分区研究[J].中国土地科学,2015,29(2):74-81.研究目的:分析土地整治项目投资的演化阶段及空间格局,探寻投资时空分异内在规律和影响因素,并对土地整治项目投资进行地域分区,可以为土地整治相关政策的制定和投资方向的引导提供科学决策依据。研究方法:聚类分析法、变异系数法和重心模型法。研究结果:湖北省土地整治项目投资演进总体上可以划分为3个阶段,投资县际之间的差距呈逐步缩小趋势但差异仍较为明显;投资空间分布呈现出以江汉平原腹地为中心,向西北方向呈沿汉江流域与丹江口水库的"M"形增长带,向东南方向呈沿长江流域的"C"形增长带的发展格局;投资重心呈现明显的东南方位偏向;以投资规模为主要标准,湖北省可划分为7个投资类型区。研究结论:自然条件、地区功能定位以及国家政策设计是影响土地整治投资的重要因素,未来湖北省土地整治项目投资需做好区域统筹,同时各区域应结合各自整治的重点方向用好土地整治资金,优化土地整治项目投资效益。

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[Yang J, Wang Z Q, Xie F J, et al.Spatio-temporal differentiation and zone division of land consolidation investment: A case study of Hubei Province[J]. China Land Science, 2015,29(2):74-81. ]

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刘黎明,林培.黄土高原持续土地利用研究[J].资源科学,1998,20(1):54-61.本文在分析黄土高原综合治理的历史经验和存在问题的基础上,提出了应用持续土地利用(管理)的理论作为黄土高原今后的综合治理和开发的指导思想,将土地资源的合理利用和水土保持科学地统一起来。以陕北米脂县泉家沟流域为范例探讨了生态经济系统分析、土地利用系统结构优化、土地利用优化模型空间面积分配、土地系统生态设计以及土壤侵蚀量输出分析和水土保持决策等。

[Liu L M, Lin P.Research on sustainable land use system in the Loess Plateau region[J]. Resources Science, 1998,20(1):54-61. ]

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朱会利,杨改河,韩磊.延安市退耕过程植被覆盖度变化及其影响因子分析[J].农业机械学报,2015,46(8):272-280.基于像元二分模型,利用2000-2012年的MODIS植被指 数资料分析了延安市退耕还林过程中植被覆盖度的变化及影响因子.研究结果表明,2000-2012年延安市植被覆盖度呈极显著增长趋势,由43.4%增加 到66.8%,增幅达53.9%.延安市各区县的植被覆盖度在波动中均呈现增长趋势,增幅较大的为子长县、延川县和延长县,分别为212.8%、 134.2%和127.8%,增幅较小的为黄龙县和黄陵县,分别为28.9%和29.2%.植被覆盖状况总体呈现稳定的改善状态,改善极显著和显著的县区 面积占研究区总面积的74.04%,改善不明显的县区面积占研究区总面积的23.91%,退化显著和极显著的县区面积仅占研究区总面积的2.05%.研究 区高覆盖度植被和中覆盖度植被面积增加,低覆盖度植被面积减少,退耕初期由大到小表现为:低覆盖度植被面积、高覆盖度植被面积、中覆盖度植被面积,退耕后 期由大到小分别为:高覆盖度植被面积、中覆盖度植被面积、低覆盖度植被面积,表明该区域植被覆盖度结构转好.植被覆盖度变化受6-8月份的降水量影响不 大,相关性较低,但和累计退耕还林面积有较强的正相关性.说明退耕还林工程的实施增加了地面植被覆盖度,改善了植被覆盖的结构,植物应对环境变化的能力越 来越强,降水量的年际变化对植被覆盖度造成的影响越来越小.

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[Zhu H L, Yang G H, Han L.Analysis of fractional vegetation coverage changes and Its influencefactors during farmland returned to forest period in Yan'an City[J].Transactions of The Chinese Society of Agricultural machinery, 2015,46(8):272-280. ]

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