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基于3S技术的洞庭湖地区土地覆盖变化及其生态环境响应

李涛  
【摘要】:本研究中的洞庭湖地区包括岳阳、益阳、常德3市共25个县市区,研究区总面积约45338 km~2,地貌以平原为主,研究区内自然资源极为丰富,但近20余年来,由于经济与社会的快速发展,洞庭湖地区的土地资源压力大增,已出现了水土流失、土壤质量下降、水资源污染、洪涝灾害频发及生物多样性锐减等生态环境问题。人类的生产、生活与自然变化对土地利用/土地覆被变化产生了直接影响,进而改变了区域生态环境。研究洞庭湖地区近20余年来土地利用变化的时空过程、辨析其驱动力,并对土地利用变化引起的区域生态环境进行分析,对促进区域土地资源可持续利用与社会经济的可持续发展具有重要的理论价值和现实意义。本文通过田野调查、文献查阅,以洞庭湖地区的土地利用/覆被时空变化过程为基础,借助“3S”技术、相关生态学模型模拟以及数理统计分析等方法,取得了以下主要研究成果:(1)揭示了洞庭湖地区近20余年来的土地利用时空变化过程(1)土地利用综合程度方面:洞庭湖地区土地利用处于发展时期,此期间土地利用程度得到一定提升。研究时段内土地利用程度综合指数总体上呈升高趋势,但在1995年、2010年土地利用综合指数呈现了较小的下降波动。(2)各土地类型面积变化方面:洞庭湖地区土地类型的面积大小依次为林地耕地水域建设用地草地未利用地;耕地、建设用地及林地是洞庭湖地区20余年来面积变化最显著的三种用地类型;耕地、建设用地、未利用地的面积变化具有较为明显的时段性。(3)土地利用类型相互转化方面:耕地、林地、草地及水域面积均表现为减少,建设用地及未利用地面积表现为增加,耕地与林地、耕地与水域间的相互转化较频繁。建设用地的增加主要来源于耕地及林地的转入,未利用地面积的增加主要是来自于水域的转入。(4)空间变化方面:6种用地类型1990~2013年间的重心移动的净计距离大小依次为未利用地水域建设用地草地耕地林地,重心移动的总计距离大小依次为草地未利用地建设用地水域耕地林地。研究区的耕及林地地在空间分布上较稳定,草地、水域、建设用地及未利用地的空间分布变化较复杂。(2)分析了洞庭湖地区土地利用变化引起的生态环境效应(1)碳效应方面:洞庭湖地区陆地生态系统的植被及土壤碳密度表现为林地草地耕地建设用地未利用地,其整体碳汇能力减弱。岳阳、常德、益阳三市中,岳阳及常德市的碳汇能力空间变化差异比益阳市更明显。1990~2000年,岳阳及常德的碳汇能力空间变化差异表现强烈,2000年后趋于平缓,且2010~2013年间,益阳市的碳汇能力空间变化差异指数超过了岳阳及常德。这与区域的人口密度、经济与社会发展、区域行政政策不均衡有直接关系。(2)生态系统服务功能价值方面:1990~2013年间洞庭湖地区的ESV略有提升,区内最为突出的生态系统服务价值为水源涵养,其次为废物处理、气候调节及生物多样性保护,这四者占据总服务价值的62%左右;生态系统服务价值最低的是食物生产功能,不足总服务价值的3%。区内ESV高值区与低值区相互溶解渗透,次高值区对高值及低值区呈包围态势。ESV高值区主要分布于洞庭湖水域及其周边湿地;东部及西部地区因多为林地而成为ESV的次高值区;ESV的低值区主要分布于3市市区、各县镇驻地及其周边区域。洞庭湖地区的ESV及其动态演化还表现出明显的空间自相关与高低值聚集现象,虽然其总ESV呈上升趋势,但其自相关与聚集程度趋于减弱,即其空间分布的破碎化程度在上升,ESV高值区的聚集度也有所下降。ESV的重心主要向西稍偏北方向移动,其轨迹迁移非常缓慢,但具有明显的阶段性,大体上呈“S”型态势,经历了“剧烈—缓慢—剧烈”的变化阶段。(3)生物多样性热点区变动方面:研究以14种濒危鸟类为指示物种。结果发现研究区鸟类生物多样性热点区的分布范围呈现出组团状特征,1990-2013年来,热点区面积呈下降趋势;研究区鸟类栖息生境景观格局总体上趋于破碎,生境形状向简单且扁平化形态转变,生境格局呈复杂化;经济与社会发展因素对研究区的鸟类生物多样性热点区变化影响显著,而自然因素产生的影响不明显。另外,洞庭湖自然保护区的开展的生物保护工作、区内粗放式的土地利用管理模式均对鸟类生物多样性热点区的面积波动产生重要影响。(3)提出了洞庭湖地区土地资源的可持续利用对策建议通过对土地利用功能区划,合理布局农业、生态林、城乡建设及工矿和自然保护等区域,对区域土地利用的主体功能进行调控;科学编制区域科学发展规划、构建和完善生态补偿机制、建立土地信息化管理系统等措施对洞庭湖地区进行综合生态环境治理,实施湿地生态修;施行差别化土地供应,以绿色发展和美丽乡村建设为契机,重点发展生态旅游业,在确保区域生态环境质量的前提下促进社会经济的可持续发展。与以往研究相比,本研究着重于对环境生态环境响应最终分析结果的制图表达及生态效应与环境(包含自然环境因素与社会经济环境因素)的关联性分析。生态环境响应的制图表达在生态保护工作的决策过程中具有重要辅助作用,而生态效应的环境关联性分析能够揭示引起某种环境响应的针对性要素机理。


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