青島科技大學於昊辰副教授發表最新研究成果

可持續發展目標15.3.1（SDG 15.3.1）中的土地退化零增長（LDN）目標從2015年提出到2030年實現僅有15年時間。因此，研究LDN的有效性和挑戰已成爲當務之急，尤其是在生態系統脆弱且受到多種因素干擾的旱地。該研究根據LDN面臨的挑戰提出並驗證解決方案。研究以天山北坡爲案例，以2005年和2010年爲基線。在像元尺度（100×100米）柵格上描繪土地變化的區域和程度（包括退化、穩定和改善），並在區域尺度（包括行政區劃和5000×5000米）柵格上評估LDN的實現情況。總體而言，該研究有望對現有的LDN理論體系做出有益補充，並作爲旱地LDN挑戰的案例驗證。

該研究將LDN的概念概括爲以下四個方面：（1）土地資源的對象是維持生態系統服務功能（LF）和支持糧食安全（LE）。（2）土地利用和土地覆蓋（LULC）、淨初級生產力（NPP）和土壤有機碳（SOC）指標。LDN的三個指標爲LULC、NPP和SOC。（3）數量和質量的規則。土地資源在數量和質量上都不能減少。（4）一出全出原則（1OAO）和同類原則（LfL）。1OAO意味着任何指標的下降都表明發生了退化。LfL原則則表明兩個對象不能相互抵消。例如，在同一區域，LE的增加不能抵消LF的減少，反之亦然。鑑於上述挑戰，研究提出以下解決方案（圖2）：（1）定義LE和LF。（2）修改指標體系。（3）使用顯性和隱性概念來表達數量和質量。（4）依次使用1OAO和LfL原則。

具體結果呈現如下：

1、土地退化零增長指標的時空格局

天山北坡（NSTM）的土地利用和土地覆蓋呈南北梯度發散格局，從南到北依次爲冰川、森林、草地、建設用地、耕地、未利用土地。研究期內土地利用和土地覆蓋變化明顯（表3），其中未利用土地和草地爲主要類型，面積之和約佔80%。耕地由12.4%增加到17.0%，建設用地由1.3%增加到2.4%，體現了2005-2020年農業發展和城鎮建設的突出成效。不可否認，森林、水域和溼地均有不同程度的減少。從時間角度看（圖4），2005-2020年的土地利用變化比2010-2020年更爲活躍，無論是區域擴張還是減少。此外，2005-2020年，土地利用和土地覆蓋分類減少的面積大於增加的面積，而2010-2020年則相反。

四個隱性指標表現出不同的時空模式，如表4和圖5所示。1）淨初級生產力（NPP）高值區集中在南部，2005-2020年和2010-2020年均呈改善趨勢。2）碳儲量（CS）高值區聚集在中西部地區，但兩個時期都呈現淨減少趨勢。3）土壤保持（SR）除南部外，總體較低，2005-2020年減少的面積大於增加的面積，2010-2020年兩者面積相近。

2、識別退化和改善區域及其熱點/冷點

從類型識別上看（圖6a），2005-2020年退化與改善區域面積基本一致，但2010-2020年退化區域面積大於改善區域面積。總體來看，2010-2020年的退化與改善區域面積均明顯低於2005-2020年，這也表明不同基線的結果存在明顯差異。2005-2020年，顯性退化、隱性退化的面積最大，其次是隱性改善、顯性穩定面積較大（圖6a3）。此外，顯性退化和隱性退化區域集中分佈在北疆西南部冰川區和烏魯木齊市建設用地區域。2010-2020年，隱性退化較爲普遍，在中部地區連續分佈。從退化程度分類來看（圖6b），2005-2020年退化面積大於2010-2020年的退化面積，且兩個時期退化面積均大於改善面積。兩個時期的冷熱點均在99%水平上顯著（圖6c），但2005-2020年的冷熱點數量大於2010-2020年，且空間格局存在明顯差異，2005-2020年改善的熱點分佈較爲零散，而退化的冷點主要分散在研究區的西南部和北部。

3、土地退化零增長的結果評估

按照“一出全出”原則（1OAO）進行單項評估。當顯性和隱性指標重疊時，數量和質量同時滿足LDN的單元較少。在行政區劃尺度上，2005-2020年的實現率低於2010-2020年的實現率，其中LE分別爲14.29%和35.71%，LF分別爲21.43%和28.57%。在網格尺度上，2005-2020年的LE實現率爲14.05%，2010-2020年的LE實現率爲18.57%。相比之下，2005-2020年和2010-2020年LF的實現率分別爲28.99％和13.63％。遵循“同類”原則（LfL）的雙對象評估。在行政區劃尺度上，大部分單元遭受了LE和LF的土地退化，並且2005-2020年這一比例達到78.57%。其中，只有兩個單元在2005-2020年實現了LDN。在柵格尺度上，只有約15%的柵格實現了LDN。即使扣除沒有LE或LF的柵格，土地退化比例也高得驚人，這表明未來仍需付出艱苦努力才能實現LDN。

4、不同因素與土地退化零增長的關係分析

將土地利用流出面積與相應時期的土地變化程度進行匹配，形成弦圖，結果如圖9所示。

如圖9a1-a2所示，輕度和中度改善與草地、森林和耕地流入密切相關，而大幅改善主要與水和耕地流入有關。2005-2020年，未利用土地流入佔不同程度土地退化的比例最高。然而，2010-2020年，草地流入與大幅退化的關係最爲密切。建築和工礦用地流入也伴隨着重度和中度退化。因此，在不同基線下，土地利用流入與退化程度的關係不同，但與改善程度的關係相似。與流入量不同，土地利用流出量與土地變化程度（無論是退化還是改善）之間的關係在兩條基線上存在很大差異（圖9b1-b2）。2005-2020年，無論是中度還是重度退化，冰川的流出量都不容忽視。此外，未利用土地的流出主要貢獻於土地改善，尤其是輕度改善。2010-2020年，耕地的流出量逐漸與重度和中度退化相關。在兩條基線上，草地的流出都是輕度和中度退化以及中度和重度改善的重要貢獻者。

研究區內大部分土地利用類型沒有發生變化，但也有退化或改善的趨勢，表明發生了隱性變化（圖9c1-c2）。在未發生土地利用變化的地區，耕地退化或改善最爲明顯，其次是草地。因此，草地和耕地都是不同基線下質量變化的主要來源。該研究選取了農業生產、城鎮化、採礦業、冰川融化、降水量、經濟發展、人口密度等幾個可能的因子，將這七個因子的量化結果與LDN指數進行迴歸，結果如圖10所示。城鎮化是人口從農村向城市集中的動態過程，與經濟發展息息相關。由於城鎮化、經濟發展和人口密度之間存在相關性，因此它們與LDN指數的關係也類似，即三者均阻礙LDN的實現。城鎮化與LE和LF均呈負相關，但與LE更符合單變量線性關係，與LF更符合雙變量線性關係。經濟發展和人口密度與LDN呈現負對數關係。採礦業和農業生產都是天山北坡的重要產業。採礦業對該地區生態的負面影響大於其對農業的影響。對於農業生產活動，耕地對LDN的糧食生產有正向影響，但耕地比例越高並不意味着越好。相反，隨着耕地比例的增加，它可能停滯甚至下降。自然環境的變化也與LDN密切相關。一方面，冰川融化在LE和LF上都與LDN表現出簡單的負線性關係。相關性表現爲與LE顯著負相關（P<0.01），與LF顯著負相關（P<0.05）。另一方面，降水量與LDN指數呈顯著正線性對數關係。