(1)黄河流域林地、草地、湿地面积增加, 荒漠化程度减轻, 生态变化趋势总体向好, 在地层结构、水文条件、土壤质地较适宜的地区, 生态保护修复成效显著。黄河流域生态系统多样, 林地主要分布在横断山脉、祁连山、秦岭、子午岭等山地丘陵区(图2), 成土母岩(质)以板岩、变质砂岩、砂岩、碳酸盐岩及黄土为主; 草地广泛分布于黄河流域中上游地区, 成土母岩(质)以中-粗粒砂岩、板岩及第四系沉积物为主; 湿地类型丰富, 主要分布于龙羊峡以西、内蒙古河套平原和沙地区及河口三角洲地区。2010— 2018年, 各生态系统间最主要的转换为农田转变为城镇, 农田转变为森林、草地或湿地, 草地转变为农田、湿地。林地、草地、湿地净增加6 436 km², 呈“ 绿色增长” 态势。主要林草增加区和沙质荒漠化减少、减轻区具有表部沙层覆盖较薄, 下伏冲洪积砂砾石层、细粉沙土、黄土或页岩、泥质灰岩等碎屑岩风化壳, 地下水位埋深浅, 土壤含一定黏性土和有机质的特征, 生态地质条件较适宜植被恢复^{[9, 10]}。

图2

Fig.2

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	图2 黄河流域战略规划区2018年林草地现状及2010— 2018年变化分布Fig.2 Current situation of the forest and grassland in Yellow River Basin in 2018 and its changing distribtion from 2010 to 2018

(2)黄河流域生态环境依然脆弱, 土地荒漠化、冰川退缩局部矿山开发占损土地、地面沉降等问题仍较突出。2018年土地退化面积43万km², 占流域国土面积的20%, 约22%草地呈中度(荒漠化)以上退化态势。生态系统人工化加剧, 功能下降、质量不高: 人工林面积约14万km², 存在退化现象; 人工湖泊是自然湖泊个数的6倍, 存在高耗水维系、生境条件不佳、自净能力差、不符合自然规律造湖等问题。荒漠总面积27万 km², 受气候和地表岩性控制, 岩漠、砾漠和沙漠腹地变化微弱, 难以实施生态修复。黄河流域荒漠化土地总面积42万km², 虽然沙质荒漠化整体呈现面积减少、程度减弱的趋势, 但由于流域内沙源物质分布广、黄土及砒砂岩抗侵蚀性差、盐碱富集等不利地质背景条件造成的土地沙质荒漠化、水蚀荒漠化和盐碱质荒漠化等生态问题仍较严重, 防治形势依然严峻。流域内共有冰川4 146条, 总面积4 262 km², 其中补给黄河径流的冰川仅144条, 面积只有114 km²。2010— 2018年间, 流域內冰川退缩了87 km², 其中补给黄河径流的冰川退缩了5 km², 分布在阿尼玛卿山和祁连山冷龙岭, 分别退缩了4 km²和1 km²。黄河流域固体矿山开采占损土地(不含塌陷坑)6 982 km², 以露天采场、固体废弃物占地等为主, 主要分布在内蒙古、山西、陕西等省(区)。黄河流域中下游地区地面沉降较严重, 受构造活动和地下水超采影响, 年沉降超过50 mm的区域达1 229 k m2[2-3]。

(3)黄河流域从上游、经中游到下游, 林地、草地、湿地等自然生态类型的占比逐渐降低, 人类活动影响则依次加大, 生态状况与生态问题区域性差异明显。生态保护修复应充分考虑生态地质背景、气候气象、人类活动等综合因素的影响, 因地制宜、分类施策。黄河上游林草湿、荒漠、冰川等自然生态类型占比90%, 对气候变化敏感性强, 沙质荒漠化土地约14万 km², 其中沙质荒漠化程度加重的有767 km²。重要生态问题是草原草甸荒漠化、冰川退缩、冻土消融, 尤其在甘南玛曲黄河沿岸已形成了220 km长的沙化带, 局部草原草甸受冻土消融影响出现“ 黑土滩化” , 冻融滑塌发育, 破坏草原、草甸生态, 降低了水源涵养功能^[11]。在青海共和盆地龙羊峡地区, 土壤表层覆盖薄层粉沙土, 下伏冲湖积沙和风积沙, 质地松散, 在强风蚀作用下表层粉沙质土层结构破坏形成风蚀坑^[12], 沙质荒漠化程度加重区面积达365 km²(图3)。

图3

Fig.3

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	图3 青海省共和盆地沙质荒漠化及风蚀坑分布Fig.3 Distribution of sandy desertification and wind erosion pits in Gonghe Basin, Qinghai Province

黄河中游林草湿自然生态类型占比64%, 主要生态问题是水土流失, 总面积为15万 km², 尤其在晋陕峡谷区与鄂尔多斯高原北部地区, 砒砂岩矿物组成主要为长石、石英、方解石和蒙脱石, 结构松散^[13], 抗侵蚀性差, 治理难度大, 是黄河粗泥沙的主要来源, 水蚀荒漠化依旧严重; 黄河下游林草湿等自然生态类型占比为21%, 人类活动强度大, 2010— 2018年间, 林草地净减少了80 km², 自然湿地净减少了94 km², 主要生态问题是黄河滩区被占用、河口三角洲湿地萎缩和海水入侵。

(1)林地主要分布在内蒙古东部丘陵区, 成土母岩(质)以玄武岩、安山岩、流纹质凝灰岩及花岗岩为主。2010— 2018年间, 全区林地面积整体增加, 增加区域主要分布在中部与东部的库布齐沙漠东缘、毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地、兴安盟和通辽东部等地区; 西部地区集中分布在黑河流域额济纳旗居延海附近。

(2)草地主要分布于大兴安岭以西至巴丹吉林沙漠之间的呼伦贝尔草原、锡林郭勒草原等地区。成土母岩(质)以砂砾岩、第四系沉积物及花岗岩为主, 成土母质质地较为疏松。2010— 2018年间, 草地呈增加趋势, 增加的草地主要分布于毛乌素沙地、库布齐沙漠南缘等地区。这些草地分布区是我国典型的干旱、半干旱地区, 气候干旱少雨, 植被稀疏, 受质地疏松的成土母质影响, 草地生态系统脆弱, 承载能力很低, 一旦超载过牧, 易造成退化、沙化, 并难以恢复。

(3)全区湿地面积4.5万km², 总体呈增加态势。湿地类型主要为沼泽湿地、河流湿地、湖泊湿地和人工湿地。2010— 2018年间, 湿地水面有增有减: 增加面积1 163 km², 主要表现为居延海、呼伦湖以及乌海湖、红崖山等水库水面面积的增加; 减少面积605 km², 主要为自然湖泊水面面积的减小, 其中乌兰察布市的岱海、锡林郭勒盟的查干淖尔、赤峰市的达里诺尔等大型高原湖泊呈现持续萎缩态势, 严重影响了湿地的生态功能和周边地区的生态状况^[14]。另外, 乌兰察布市的白音淖海子、乌兰呼少海子和察汗淖海子也在持续萎缩中。

(4)自然湖泊的数量与面积均呈明显缩小的态势。2010年大于1 km²的湖泊共340个, 但在2010— 2018年间, 其中有13个干涸, 220个水面萎缩, 水面共减少了278 km²。在空间分布上, 湖泊变化呈明显的差异性, 湖泊水面总体以退缩为主, 但局部地区则有所增加。水面增加的湖泊主要分布在西部黑河流域和东部呼伦贝尔地区, 水面萎缩的湖泊主要分布于中部乌兰察布、浑善达克沙地和锡林郭勒草原一带^[15]。

(5)沙质荒漠化土地分布广、面积大, 以重度和中度为主。全区沙质荒漠化土地分布面积约16万km²。2010— 2018年间, 虽然沙质荒漠化程度面积减轻了1.6万km², 但受生态地质背景条件的制约, 土地沙质荒漠化程度加重的面积达1 277 km², 主要分布于浑善达克东缘、科尔沁沙地赤峰西部以及湿地严重萎缩区、山间冲洪积物堆积区。内蒙古常年盛行西北风和西风, 具有沙质荒漠化形成的风动力条件与物质来源(图4)。区内雅布赖、西拉木伦河等断裂控制并形成了内蒙古西北部的雅布赖山北风口和南风口、西部的狼山— 桌子山风口、东部的大兴安岭— 燕山风口等, 造就了多条风沙廊道, 使得巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠等的东南边缘沿风沙廊道扩张, 重度和中度沙质荒漠化主要分布于该类地区。

图4

Fig.4

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	图4 风沙廊道示意图Fig.4 Schematic diagram of wind sand corridor

(6)三大沙地生态状况差异性明显, 浑善达克沙地生态局部退化, 科尔沁沙地、毛乌素沙地生态总体向好。浑善达克沙地, 湖相沉积沙源广布, 是西拉木沦河的发源地, 2010— 2018年间, 沙地内38%的湖泊处于萎缩态势, 主要位于沙地西北缘、南缘和东南缘, 同时湖泊、河流萎缩区出露新的沙源, 造成沙质荒漠化土地的扩张; 科尔沁沙地, 生态总体处于向好的趋势, 以通辽市奈曼旗中部南北走向的教来河为界划分为东西两部分, 东部荒漠化程度明显减轻, 西部由于西拉木伦风沙廊道的存在(图4), 大风降尘天气较多, 相对湿度较低, 土壤组成以中砂、细砂为主, 黏土含量极少, 蓄水能力差, 较贫瘠, 近些年地下水水位下降明显, 生态地质条件较东部差, 土地沙质荒漠化程度加重; 毛乌素沙地生态状况整体向好, 地下水埋深浅、水量丰富、水质较好, 土壤中全碳含量达到1.5%, 养分较充分, 在年均降水量350~500 mm、相对湿度51%的气候背景下, 有利于植被修复^{[9, 10, 16, 17]}。

(7)局部地区人工林存在退化现象。2010— 2018年间, 全区人工林总面积增加了860 km², 主要分布于东部的通辽东北部地区(占18.51%)、科尔沁沙地(占17.38%)、兴安盟(占13.69%)、浑善达克沙地(占10.22%)等。但受区域构造、地貌和成土母质质地疏松、地下水位下降等不利生态地质条件的影响, 部分地区人工林退化现象明显, 编图中共发现人工林退化图斑412个(图斑内人工林枯死率高于70%), 面积达276 km², 主要分布于赤峰科尔沁沙地一带。

(8)针对内蒙古河湖、湿地、沙地等生态退化状况, 建议坚持节水优先、自然修复为主的方针, 聚焦水资源这一关键问题, 进行整体保护、系统修复和综合治理。湖泊保护与修复必须遵从湖泊水平衡特点和演化规律, 分类分区分湖定策, 做到“ 一湖一策” , 因湖施策。河湖湿地萎缩, 表象在河湖, 根子在流域, 要充分考虑气候变化和人类经济活动对流域水平衡的影响, 以保持流域“ 水平衡” 为前提, 坚持自然修复为主, 强化生态环境保护, 构建水平衡调节机制, 重点保证连续干旱年份的水平衡体系安全。沙地治理应充分考虑生态地质条件的差异性, 量水而行、因地施策, 宜林则林、宜灌则灌、宜草则草、宜荒则荒。科尔沁沙地教来河以西的沙质荒漠化治理, 宜种植受地下水影响小的耐旱沙蒿、柠条等植被; 浑善达克沙地治理, 应杜绝过度放牧、不合理垦荒, 总体上以自然恢复为主, 在湖泊萎缩、沙质荒漠化加重的地区, 加强水平衡研究, 加强水资源管理, 以水定地、以水定树, 严控工农业用水, 严控地下水开采; 毛乌素沙地生态地质条件较好, 人工植被覆盖度高, 且生态整体向好发展, 应坚持自然修复为主, 继续控制人类活动干扰。

(1)大凉山地区地质条件复杂, 主要岩性为砂泥岩、碳酸盐岩、变质岩和火山岩, 水系发达, 降雨充沛, 气候温暖, 植被覆盖良好, 地貌、降雨、气候、植被分布等均具有明显的分带性。适宜的气候造就了优良的生态条件, 总体上大凉山区西部的林草湿地面积1990— 2018年间处于增长的趋势。土壤侵蚀虽然以轻度— 中度侵蚀为主, 但强度、极强度、剧烈侵蚀三者合计占比依然达到了26%。整体而言水土流失是大凉山地区的主要生态问题^[18]。

(2)滇西北洱海流域降雨充沛, 地形地质条件复杂, 沉积岩与火山岩分布面积大, 植被资源丰富。基于遥感解译、生态格局及其变化分析, 结合实地调查, 认为洱海流域生态地质问题主要为地下水位下降、局部水土流失加剧、区域性植被枯死以及外来植物物种入侵。

(3)赣州地区以山地、丘陵和红壤盆地为主, 林地分布广泛, 但2006— 2018年间, 林地面积持续减少, 园地面积显著增加。水土流失是赣州地区的主要生态问题, 面积达7 817 km², 主要集中分布在宁都、于都、赣县和兴国 4 县。水土流失严重区主要出露花岗岩、白垩系砖红色砂砾岩。由于其颗粒粗, 形成的风化壳结构松散, 抗侵蚀能力弱, 导致除石英外的黏土矿物和有机质易随流水冲蚀流失^[19]。调查发现, 引起赣南地区水土流失的原因主要为红层和花岗岩岩性因素, 四周高、中间低的地貌因素, 暴雨频繁的气象因素, 以及开山采矿等人为因素。

综合考虑地质、地貌、生态及气候等条件, 按照综合性与主导因素、差异性与典型性、相对一致性及区域共轭性等原则, 初步建立了生态地质单元分级分类指标体系(图5)。

图5

Fig.5

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	图5 生态地质单元分类分级指标体系Fig.5 Index system for classification and gradation of ecogeological units

在全国共划分一级单元(生态地质大区)7个、二级单元(生态地质区)49个、三级单元(生态地质亚区)290个(图6), 建立了生态地质单元的典型生态地质图谱(图7), 分析了工作区生态地质单元的基本特征。

图6

Fig.6

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	图6 全国生态地质单元划分Fig.6 Division of ecogeological units in China

图7

Fig.7

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	图7 生态地质图谱Fig.7 Ecogeological map

以坝上高原褶断山地丘陵、砂土残丘草原与农业生态地质亚区为例, 该单元位于狼山— 白云鄂博裂谷, 西部为砂砾质冲洪积平原, 以砂砾石、砂质黏土、细沙为主, 中部为中海拔剥蚀平原, 以红黏土、玄武岩为主, 东部为基岩质中山, 以花岗岩、玄武岩为主; 属于温带季风气候, 发育栗钙土, 草原与农业生态系统, 人工植被覆盖率相对较高, 为典型的农牧交错带; 存在高原湖淖萎缩、草场退化、人工林退化等生态问题。针对该单元内重要生态问题, 探索建立了生态地质单元的典型生态地质图谱, 主要反映生态与地质条件的相互影响关系(图7), 总结了坝上地区凹陷盆地人工林退化与盐碱化风化作用模式(图8), 即坝上波状平原区由多个受断层控制的山间断陷盆地构成, 盆地周边成土母岩为玄武岩、花岗岩。在年均降水量约400 mm、蒸发量1 500~2 000 mm的气候条件下, 岩石风化析出碱性离子, 汇聚到冲洪积扇前缘和凹陷盆地中心, 导致土壤pH值高达8.5~9.2, 含盐量达1.1~1.2 g/kg, 在地表以下30~60 cm处形成厚20~50 cm的钙积层, 钙积率> 150%, 碳酸钙含量约23%, 阻碍乔木根系垂向生长和水分、养分吸收能力, 该层基本无根系发育。因此, 该地区原生地表植物以草本、柠条等为主, 生态地质条件不适宜密植深根乔木, 近年来出现人工林退化现象。

图8

Fig.8

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	图8 坝上地区凹陷盆地人工林退化与盐碱化风化作用模式Fig.8 Model map of plantation degradation and salinization weathering in depression basin of Bashang Area

充分发挥多源地质调查技术方法的优势, 形成遥感、物探、钻探技术相结合的泥炭沼泽碳库调查技术方法体系, 针对泥炭调查困难区研发了钻探和取心工艺新技术新方法^[20], 编制了《全国泥炭沼泽碳库调查工作指南(地下调查部分, 试行)》。完成辽宁、吉林、黑龙江3省深于1 m的泥炭沼泽碳库调查工作, 调查泥炭沼泽斑块390处, 调查面积18 324 hm², 估算碳库总量2 912万t^[21]。

(1)编制了《生态地质调查技术要求(1: 50 000)(试行)》, 提出了生态地质调查的工作流程, 规定了生态地质调查的内容、方法、成果编制与数据库建设等; 按照地质、地形地貌、气候等主要生态地质控制条件的差异, 分简单、中等、复杂3种地质条件复杂程度, 分别给出了生态地质调查的技术定额。

(2)建立了成土母岩分类分级体系。以一定规模岩性组合为基本单元进行分类分级, 强调地质体的岩性(岩石类型)空间分布和可能的风化产物, 一级类划分为沉积岩母岩、侵入岩母岩、火山岩母岩、变质岩母岩和第四系松散堆积物等5大类; 二级、三级类, 依据成因、粒径、矿物组合等再逐级细分, 旨在反映成土母岩(质)对土壤性质的控制作用及地表生态禀赋条件的影响, 突出表达成土母岩类型、分布特征及相互关系, 编制了成土母岩图(图9)。探索了土壤地质图的表达方式^[18], 根据母岩/土壤之间的成生关系, 体现母岩对土壤理化性质的制约作用。土壤地质单位表达“ 基于地学意义的成土母岩(质)” 和“ 土壤类型” 的关联, 其命名采取“ 时代+成土母质+土壤类型” 原则, 如新近纪泥岩类紫色土^[18]。

图9

Fig.9

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	图9 全国成土母岩图Fig.9 The soil parent rocks map of China

(3)创新了生态地质图表达形式(图10)。以土壤、岩性、构造等地质要素为基础, 综合反映表层生态状况和问题及生态-地质相互作用机理, 展示地球系统与生态保护修复及综合利用的关系。图幅比例尺、编号、岩性花纹及图例样式等参照已有相关国家标准^[22]。

图10

Fig.10

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	图10 河北隆化幅生态地质图Fig.10 Ecogeological map of Longhua, Hebei Province

河北隆化幅1: 5万生态地质图(图10)展示, 在一个相近或相似的气候条件下, 地形地貌、地质条件等要素与生态现状及问题的作用关系, 具体表现为基质结构对植被类型具有控制影响作用, 如, 乔木林主要生长在花岗岩、混合岩中低山区。该图以符号表示区域生态现状及问题, 以颜色表示成土母岩/质类型, 以花纹表示表层风化(堆积)层类型。

(1)地表土壤的矿物和粒度属性与土地退化有密切联系, 矿物成分(黏土矿物、石英)与粒径的空间分布可以看作是土地退化的一种指标。利用ASTER 热红外影像、地面实测光谱、土壤粒径测试、土壤矿物成分与含量测试分析, 研究建立了土地沙化指数-矿物成分与粒径热红外光谱反演方法^[23]。

(2)针对基于国产高分二号卫星影像林地信息提取问题, 采用分层分类策略和OCNN的特征学习及分类方法, 实现了内蒙古农牧交错带典型研究区林地二级类别信息的精细提取和变化检测, 提出了分层分类策略及基于空间统计学的尺度估计方法(图11)^[24]。

图11

Fig.11

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	图11 OCNN林地信息提取技术流程Fig.11 Technical process of OCNN forest land information extraction