科尔沁沙地固沙林50年变化动态及其对沙漠化过程作用机制

The construction of sand-fixing forests is considered to be the most efficient way to control desertification and restore sandy ecosystem for a long time. China has a long history of planting sand-fixing forests, and becomes the largest areas of afforestation in the world. However, with the development of society and continually progress of science and technology, the effect of sand-fixing forests on desertification control and sandy ecosystem restoration has been widely questioned. Therefore, it is necessary to elucidate the spatial-temporal changes of sand-fixation forests and the mechanism of sand-fixation forests on desertification. Then we can determine whether the sand-fixing forests can continue to be constructed and how to build it in the arid and semi-arid sandy regions. Thus, the Horqin Sandy Land of the Northeast China as the core construction region was selected as research areas for this project. Based on the field investigations and multi-source remote sensing data (including high-resolution satellite imagery and hyperspectral remote sensing data), the specific objectives of this project are as follows: 1) to explicit the spatial-temporal patterns of sand-fixation forests (including stand structure of sand-fixation forests) and desertification from 1964 to 2017; 2) to explore the interaction mechanism of stand structure of sand-fixing forests, key environmental factors and desertification at stand and landscape scales; 3) to determine the role of sand-fixing forests in desertification; and 4) to reveal of the problems of sand-fixing forests and to seek solutions approach. The results obtained in this project will have both important theoretical and practical significances for controlling desertification and providing the plan about construction and management of sand-fixing forests in the arid and semi-arid sandy zones.

长期以来，建设固沙林被认为是沙漠化防治和沙地生态系统恢复的最基本途径；我国营造固沙林历史悠久，是世界上固沙林面积最大的国家。然而，随着社会和科学技术的不断发展，固沙林在控制沙漠化和恢复沙地生态系统中的作用受到社会各界的广泛质疑。因此，明确固沙林在历史时期的变化动态，并确定其控制沙漠化的作用和机制是决定干旱、半干旱沙区固沙林是否继续建设以及如何建设的关键。本项目以固沙林建设核心区—科尔沁沙地为研究区，利用地面调查、定点监测与多源遥感数据（高光谱、高分影像等）相结合方法，明确科尔沁沙地53年来（1964~2017年）固沙林（包括数量和林分结构）变化动态及对应的沙漠化过程；探讨林分/景观尺度固沙林和关键环境要素与沙漠化的相互作用机制；确定固沙林控制沙漠化的贡献率，揭示固沙林存在的问题并寻求解决策略。研究结果可为干旱、半干旱沙区固沙林建设布局与经营管理，以及沙漠化控制提供理论与技术支撑。

沙漠化是当今世界面临最大的环境-社会-经济问题之一，其中我国北方是沙漠化防治的重点区域。营造固沙林是防治流沙、改造利用沙地的最基本途径之一，是干旱、半干旱沙区保护农牧业生产和林业建设的重点工作。在国家生态工程建设的推动下（尤其是三北防护林工程），我国已经成为世界上固沙林面积最大的国家，且未来固沙林的面积将持续增加，因此，科学合理的固沙林体系建设是满足国家生态安全建设的需求。.科尔沁沙地作为我国北方农牧交错区沙漠化严重的地区之一，明确其固沙林在历史时期的变化动态，并确定其在沙漠化过程的影响机制，是决定干旱、半干旱沙区固沙林是否继续建设以及如何建设的关键。项目以科尔沁沙地为研究区，利用地面调查、定点监测与多源遥感数据（高光谱、高分影像等）相结合方法，主要研究内容如下：1）科尔沁沙地50年来固沙林（包括数量和林分结构）变化动态及对应的沙漠化过程：固沙林从1970s的866.9 km2增加到2020年的4414.1 km2，林分质量逐步提升。与此同时，项目创建了综合指数法（充分考虑植被、土壤质地和气候动力）并监测了沙漠化时空动态，并发现近50年科尔沁沙地的沙漠化呈现先恶化（1970s-2000s）后好转的（2000s-2020s）趋势；2）固沙林对气候要素的影响（造林工程对气候的反馈作用）；利用长时间林分监测数据和区域气候模式数据，发现了科尔沁沙地的造林会造成升温和减湿，该研究结果不同于前人，未来将持续进行相关机理方面的研究；3）固沙林控制沙漠化的贡献率：生态工程建设固沙林影响了区域约28%的沙漠化，利用神经网络分析发现固沙林对科尔沁沙地过程的贡献率约为23%，其中灌木贡献率最大，约为15%。上述研究内容完成了项目的预期目标。.以外，项目在5年执行期内在科尔沁沙地关键数据获取上取得了长足发展：获取了50年的固沙林（树种、叶面积指数、覆盖度等）、沙漠化程度（土壤质地、风蚀模数等）、环境等高时空分辨率数据。关键数据为科尔沁沙地及其周边地区的生态工程建设提供了必要基础。