黄土高原生态修复与生态环境质量评价研究环境评估.doc

论文题目：黄土高原生态修复与生态环境质量评价研究 摘 要 黄土高原地区不仅是中华民族的摇篮和发样地，而且是我国煤、油、气能源矿产富集 区，又是“十五”期间和21世纪投资建设的重要的新能源化工基地。这些基地的建设和资 源开发，同生态修复及农林牧业发展相互依存，相互促进，这就使黄土高原地区生态修复 与生态环境质量对区域经济社会的影响，上升到一个更加重要的战略地位。由于黄土高原 地区水土流失举世闻名，是“头字号”生态环境问题，已成为全社会的共识。生态修复的作 用与地位，也随着治黄实践也在不断提高。黄土高原地区生态修复及水土保持历史悠久， 经验丰富，早在先秦时代，我们的祖先就开始了整治水土，改善生态环境，创造了丰富的 治山治水经验。在陕晋蒙三角区重点抓了矿区绿化、水源开发与保护、水土流失治理、清 理煤窑、河道整治和土焦改造示范工程，成为中国生态环境治理的典范。 本文主要是针对我国黄土高原自然资源和生态修复的实际情况，研究黄土高原生态修 复工程以及措施优化配置理论和技术难题，使生态修复综合治理工作取得明显的生态、经 济和社会效益，推动我国生态修复综合治理事业的向前进一步发展，具体着重开展了以下 几个方面的研究： l、生态自然修复机理及修复潜力的研究； 2、生态自然修复实旄区域划分及指针体系研究； 3、生态自然修复工程验收分区标准及规范研究； 4、生态自然修复规划设计技术规范研究； 5、生态自然修复过程及其效果的监测与评估研究 在研究中运用生态学原理、恢复生态学原理、土壤学理论、国土资源学理论等，结合 黄土高原生态修复地区综合治理实例，对我国黄土高原生态修复综合治理进行了分析和探 讨，取得如下研究成果； 1、针对我国黄土高原生态修复区土地荒漠化的特点和丘陵沟壑区综合治理的实际情 况，总结了国内外生态修复的研究内容和办法，系统地研究了黄土高原生态修复中综合治 理的典型模式。这对于国土整治、科学管理及生态环境正确评价具有重要的理论意义和实 际意义 西安理工大学工程硕士学位论文 2、总结了我国黄土高原典型地区生态修复综合治理规划方法。依据黄土高原生态修 复、土地荒漠化的特点以及人与自然和谐相处的理论，应用恢复生态学理论和水土保持原 理，遵循自然规律和经济规律，系统地提出了黄土高原生态修复综合治理的模式和步骤； 提出了按小流域资源功能进行综合治理措施配置，在黄土高原生态修复综合治理中有重要 的应用价值和参考价值。 3、在全面分析黄土高原影响坡面、沟道土壤侵蚀的主要因素以及土壤侵蚀形式、产 生机理的基础上，提出坡面和沟道综合治理措施配置的原则和要求。应用通用土壤流失方 程和计算机技术，建立了典型小流域综合治理措施决策系统，进行了沟道坝系优化规划模 型研究，根据大量观测试验结果和黄土高原综合治理的实践，深入分析黄土高原生态环境 恶化和水土流失严重的原因，提出退耕还林(草)、封山禁牧、淤地坝建设作为黄土高原 治理水土流失、改善生态环境的重大战略措施，对于加快黄土高原生态修复和自然植被建 设有很重要的作用。 4、通过对黄土高原修复区生态退化特征和退化机理的详细分析，以生态环境状况极 其脆弱的盐池县为例，对其生态环境质量进行定量研究，提出一套针对该县切实可行的生 态环境质量评价指标体系。运用层次分析法、内插法、回归分析法i评价了盐池县1991 2000年生态环境质量等级在评价时间范围内，该县的自然灾害和环境污染情况在逐年 变好；并且对20012015年生态环境质量作了预测，结果呈现良性发展势头。 5、根据生态修复的实际，提出了生态修复目标：实现生态系统的地表基底稳定性、 恢复植被和土壤、保证一定的植被覆盖率和土壤肥力、增加种类组成和生物多样性、实现 生物群落的恢复、提高生态系统的生产力和自我维持能力、减少或控制环境污染、增加视 觉和美学享受。 关键词：黄土高原；水土流失：水土保持；生态修复；综合治理模式；生态环境质量评 价 - Page 4- Abmact Title： STUDlES ON ECOLOGICAL REHABILlTATlON AND ECO ENVIRoNMENTAL QUALITY IN LOESS PLATEAU Major：Hydraulic engineering Name：Aiping Wang Signatu Supervisor：ProfZhanbin U Signatu Pmfri Zhang Signature： Abstract 1kregion ofLoess Plateau is not only the啪珊e and origin ofChinese nation,bm also the energy mincral product concentration region of coal、oil、gas our country,it is important chemical base ofngw gngrgy that is invested in the construction of in the“15”period and the 21st century,Construction of these bases and development of啪uD嘲that a interdependence and mutually promoted with ecological rehabilitation and the development of farming and forestry and animal husbandry,which makes ecological rehabilitation in Loess Plateau and the impact which the quality of the ecological environmental on regional economics and society rise to a more important strategic positionDI埠to soil and water loss in the regions of LLI,器S Plateau is well known,“the first nameecological environment problem which has become a coBsensus of the communityThe functioll and status of ecological rehabilitation is constant improve along with the practice ofharness Loess PlateauEcological rehabilitation and water end soll conservation has a long history and rich experience in the region ofLoess Plateau,as early as the P持Qintimesour ancestors began renovating the w栅 and soil and improving the ecological environment,creating a wealth of experience in harnessing mountains and waterIn Shaanxi，Shanxi and Mongolian Ucia：tlgie，the afforestation ofmining area、the developmentand protection ofwaterSOtlIV七、harnessing w嬲lossand soil erosion、clean l驴coal pits、regulation of river and the demonstration projects of indigenous coke transformed惴focused have bay,ame Chinas the model of ecological environmental contr01 11lis article is mainly directed against actual situation of rmtural reso嘲and ecological rehabilitation in Loess Plateau,launch恤study and research on the ecological rehabilitation project ofLoessPlatean、the optimal allocation theory ofmeasure and technologicalproblems - Page 5- 西安理工大学工程项士学位论文 that make the ecological rehabilitation work of comprehensive harness achieve significant ecological、economic and social benefits，promote the ecologicalrehabilitation undertakings of comprehensivehaflleS$to the further develop，launched the following several respect concretely research emphatically： l、The research 011the mechanismand potentiality ofecological natlffal rehabilitation； 2、The research on the division on implementing area and indicator system of ecological natural rehabilitation； 3、The researchOn splitting criterions andnormwhich acceptance check ofacological natural rehabilitation； 4、The research On technical standardization which programming designofecological natural rehabifitafion； 5、The research On dettlon and assessment which plOceS$e$and effects of ecological natural rehabilitation； DIlring the pcriod of study,Ecology Principle、Restoration Ecology Principle、Pedology theory、Land and re9们嘲Theory etc were applied，practical samples of comprehensive treatment in the ecological rehabilitation region of Loess Plateau were combined,and comprehensive u-eatment to ecological rehabilitation in the region of Lofiss Plateau was analyzed and discussescdthe mainachievements ofresearch arcas follows： Firstly,in view of the characteristic of land deserfification in the ecological rehabifitafion region ofLoessPlateau andthe actual situationofcomprehensive treatment in loess hilly region our country,research contents and method of ecological rehabilitation in domestic and international wesummarized,and the typical mode which comprehensive treatment of ecological rehabilitation in Loess Plateau was studied systematicallyThat has important theoretical and practical significance to territorial renovation、scientific management and correct appr捌ecological enviromcnt Secondly,programming methods that comprehensivetreatment ofecological rehabilitation in the typical region of Loes$PLateau were飘nnIarizo正accomung to Loess Plateau ecological rehabilitation、the characteristic of land desertification and the theory of humans in harmony with nature，application of Restoration Ecology Principle and water and soil conservation principle，following the natural law and economic law,the mode and steps of comprehensive treatment ofecological rehabilitation in LoessPlateau were put forward systematically；and the disposition of comprehensive treatment measules we他proposed to carry on according to the sourc船functions ofsmall drainageThat has important application value and reference value inthe course ofcomprehensive treatmentecological rehabilitation in Lss Plateau Thirdly,011 the basis ofcomprehensiveanalysis ofmain factors which affact slope surface、 - Page 6- AI硎ract eharmel soil erosion and the form of soil erosion、prodc-tiomechanism in Loess Plateau, primiplc and requirement tbat acomprehensive llaltmcnl Illeas,ure of slope Sl,llfaCC and ehatmel w黜proposedApplication ofUniversal SoU Loss Equation COSE)and computing technology, decision system that a Comprehensive Iteala-nent llaCasute of typical 5mall watershed waft established,theresearch on programming model ofguny darn system optimized was carried on- On the biases of a large number of the results of observation experiment azld the practice of eomprehemive trealment in Loess Plateau,the lrCIElns why deterioration of ecological environment and s朗CClte wat盯and soil erosion in Loess Plateau we犯锄lal”蜘in aeptbIt was proposed that conversion of arable(cropland)land to forest Land、doses off amotmtain area enduresthe herd、construction of elaeek dam咖belooked as the important s缸-ategie rrli冀lSllle$ whiela harness water IOSS and soil erosion and improve ecological environment in Loess Plateau Measures and m锄s of ecological rehabilitation weproposed systematically,what have important function to accelerate the ecological rehabilitation and the construction of mtural inLoess Plateau vegetation Fourthly,with detailed analysis of characteristic and mechanism ofexologieal degeneratior in恤ecological rehabilitation region of Loess Plateau,Yanelai County wlaiela is the extremely flllgilc in ecologic environment situations is illttstrat烈l,qualitative research on the ecological environment quality w鹬carried on,and aset of practical ecological environmental qualit， a蛳ssment index system is put forward to it Application On analytic hierarchy process(AI-IP)、 reactivity interpolation method and regression analysis method，the grade of ecological environmc-at qualit)r is evaluated in Yanelai County from 1991 to 2000Natural disaster and the situation of environment pollution were k船咖nil玛well 8radually in this peri,xi；锄ecological environment qual时from 2001 to 2015 is prUetedthe result shows that benign the development rnoInentum Finally,aecorcling tO the practicality of ecological rehabilitation,the goal is proposed that realize stabity of the basement 011 SlllfaC,le、l弓storvegetation狃d soil、guatalltee c,ertain vegetation coverage and soil fertilities、increase species eompositiom and biodiversity eomervatio,、realize restoration ofbio-eommunities、improve the productivity of eeosyste皿 and the ability of self-maintenance、redue冶Ot control environmental pollution、inere蜮 enjoyment ofvision and aesthetics Key Words：Loess Plateau；咖and soil erosion；soil-water conservation；ceologica】 rehabilitation；eomprelaemive conlzol model；eco-eavironmental qualit， evaluation - Page 7- 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 学位论文使用授权声明 本 在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并 已经在 请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1)已获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的 学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；2)为教学和 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、测览。 本人学位论文全部或部分内容的公布(包括刊登)授权西安理工大学研究生部办 理。 (保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名： 导师签名：兰蠡。函1 r，7年埘月哆日 “ - Page 8- 1绪论 1绪论 11本文研究的目的与意义 黄土高原地区不仅是中华民族的摇篮和发样地，还是我国煤、油、气能源矿产富集区， 又是“十一五”期间和21世纪投资建设的新能源重要的化工基地。这些基地的建设和资源 开发，与生态修复相互依存、相互促进，这就使黄土高原地区的区域经济社会的影响上升 到一个更加重要的战略地位。黄土高原地区既是华北、东北通向西北、西南地区的结合部， 又是中西部的交通要道。由于黄土高原地区水土流失举世闻名，是“头字号”生态环境问题， 已成为全社会的共识，生态修复的作用与地位，也随着治黄实践也在不断提高 随着国家经济战略重点向中西部转移，黄土高原地区将面临新的机遇与挑战，要发展 黄土高原地区的经济，就得解决严重的水土流失这个“头字号”环境问题。因此，在黄土高 原通过水土保持生态修复，改善生态环境，提高经济水平，是实现生态和经济良性循环的 一个重要途径，探求黄土高原生态修复机理和生态环境质量评价体系同样具有重要的生产 实践和科学研究意义。 黄土高原地区生态修复历史悠久，经验丰富早在先秦时代，我们的祖先就开始了整 治水土，改善生态环境，创造了丰富的治山治水经验19492002年仅榆林地区水土流 失治理面积达193万km2，占全地区水土流失总面积53，573万hm2流沙通过综合治 理，有40万hm2得到固定半固定；年输入黄河的泥沙量由50年代的513亿t减少到344 亿t，生态环境和农业生产条件有了明显改善，环境治理工程有了长足的发展23。在陕晋 蒙三角区重点建设了矿区绿化、水源开发与保护、水土流失治理、清理煤窑、河道整治和 土焦改造示范工程，成为中国治理生态环境的典范。 目前黄土高原生态修复工作还不够系统和完善，加之生态系统的恢复与重建研究需要 长期的定位实验和观测，同时生态系统的修复是一项系统的工程，需要国家、社会、科学 工作者和广大人民的共同参与合作。虽然许多国家对森林、草地、湿地、废矿地等退化生 态系统的恢复与重建做了大量研究工作，形成了许多研究成果，但目前的研究尚未形 成生态修复的理论体系和技术体系。因此，定性和定量分析不同类型区生态修复特征，确 定影响生态环境质量的主要评判因子01，提出生态环境评价指标体系对黄土高原水土保持 生态修复工作具有普遍的现实意义。 12恢复生态学的研究进展 恢复生态学在加强生态系统建设和优化管理方面具有十分重要的理论意义和实践意 义，它致力于研究那些在自然灾害和人类活动压力下遭受破坏的自然生态景观的恢复与重 建问题，恢复生态学的关键科技问题包括恢复目标的选择与恢复的方法。 恢复生态学(Restoration Ecology)是研究生态系统退化的原因，退化生态系统恢复 与重建的技术和方法及其生态学过程和机理的科学IlOl。恢复生态学的研究对象是那些在 - Page 9- 西安理工大学工程项士学位论文 自然灾害和人类活动压力下受到破坏的自然生态系统，它所应用的是生态学的基本原理， 尤其是生态系统演替理论。由于恢复过程是人工设计的，且恢复过程是综合的，因而也称 之为“合成生态学”(synthetic ecology)。恢复生态学不同于传统应用生态学之处在于，它 不是从单一的物种层次和种群层次，而是从群落，更准确地说是从生态系统层次考虑和解 决问题。退化生态系统的形或机理及恢复即是该中心的主要研究内容之一。 20世纪50年代以来，有关恢复生态学的研究得到了迅速的发展，国际社会及各国都 相继开展了有关恢复生态学的研究|11-133。联合国教科文组织人与生物圈计划(MAB)的 中心议题就是运用生态学的方法研究人与环境的关系，特别是人类活动对生态系统的影 响，以及人类参与下的资源管理、利用与恢复 在我国，春秋时代就有关于土壤侵蚀、毁林以及其它环境闯题的记述。南宋的陈博在 农书粪田之宜篇中就曾提出土地退化问题I4J20世纪50年代末，有关专家开始注 意到资源不合理利用及由此产生的生态环境问题，但直到80年代初，只在摸清资源家底， 对资源质和量评价方面开展工作，也提出过有关退化生态系统恢复方面的问题，并进行了 零散的小规模的试验|15,16|0“七五”和“八五”期间，各研究部门分别从不同角度开展了有关 恢复生态学的研究。目前，我国已从退化生态系统的类型、退化的面积、程度、机理、诊 断及退化生态系统恢复的机理、模式和技术上做了大量的研究，同时，对退化生态系统的 定义、内容及恢复理论也有了一定的完善和提高，提出了一些具有指导意义的应用基础理 论。综合我国多年来的研究，从生态系统层次上，有森林、草地、农田、水域等方面的研 究，也有地带性生态系统退化及恢复方面的研究，如干旱、半干旱区，荒漠化及水土流失 地区生态恢复的工程、技术、机理方面的研究。 我国前期的恢复生态学研究主要针对水土流失、风蚀沙化，草场退化及盐渍化对农林 牧业的危害问题近期有关生态系统退化的研究除继承前期的研究内容外，重点逐渐转移 到区域退化生态系统的形成机理、计价指标及恢复与重建的研究上。“八五”期间，中国科 学院组织有关科研单位进行了“生态环境综合整治研究”、“西部地区生态修复与退耕还林 还草研究”、“我国主要类型生态系统结构、功能及提高生产力途径研究”等项目。国家自 然科学基金委员会也组织有关科研单位开展了“草原退化原因、过程、机理及恢复途径” 和“内蒙古典型草原草地退化原因、过程、防治途径及优化模式及。亚热带退化生态系统 的恢复研究”等课题。这些研究己取得了颇有意义的成果，并为地方自然资源的持续利用 和生态环境的保护发挥了重要的作用。有关退化森林生态系统的研究在我国起步较早。从 1959年开始，中国科学院华南植物所科研人员在广东沿海侵蚀地上开展了热带、亚热带 退化生态系统恢复与重建的长期定位研究，系统研究了退化生态系统恢复过程中水、土， 气、生等因子的变化和机理，总结出了国内外先进的集水区法、植被恢复分三步法和时空 替代法等行之有效的方法；论证了热带极度退化生态系统经过人工启动得以恢复的可行 性；筛选了以豆科植物为主的一批先锋树种和适合于林种改造的优良品种；探讨了生物多 样性与生态系统稳定性的关系；论证了植物多样性是森林生态系统稳定性的基础“” 2 - Page 10- 1绪论 这些研究成果在学术上丰富和发展了人工恢复和重建森林生态系统的理论，在热带亚 热带地区得以大面积推广，对区域经济发展起了重要作用。温带地区森林植被的恢复与重 建主要是工程性的，如大面积人工防护林建设，研究重点主要在荒漠区。目前在气候变迁 过程中的森林消失问题、种质资源、水分生态、抗旱造林、灌木林固沙等方面开展了一系 列研究笠“，如在沙区引种沙生灌木等方面取得了重大进展，在林草植被耗水与水分平 衡等方面也积累了较为丰富的资料。这些成果对恢复干旱、半干旱地区植被提供了有说服 力的证据。 有关草地生态系统的退化及恢复改良研究，在我国起步也较早