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黄河三角洲地表水体变迁及其生态环境效应研究

李云龙  
【摘要】:黄河三角洲“由水而生、凭水扬名、借水而兴”,目前却处于“受制于水”的困局中。地表水体是该区域水资源的主要存储单元,是人类可利用水资源的主要来源,也是区域自然环境的基本要素,还是生态环境系统结构和功能的组成部分,关注黄河三角洲地表水体变迁及生态环境效应具有很强的理论与实践价值。众多学者针对不同区域的地表水体进行了多时间跨度的变迁研究,深化了人们对地表水体变迁和驱动状况的认识。然而已有研究或是对水体变迁的生态环境效应关注较少,或是关于水体变迁驱动力分析多停留在半定性半定量阶段。此外,由于地表水体的变迁和生态环境效应具有显著的区域差异,使得地表水体研究内容和侧重有所不同。本文以新生地理单元—黄河三角洲为研究区,以地表水体为研究对象,以地表水体变迁规律揭示、水体变迁驱动力分析和水体变迁的生态环境效应(景观格局效应和生态系统服务效应)为科学问题开展研究。研究结果能够加深人们对于黄河三角洲地表水体变迁过程的认识,丰富三角洲地表水体变迁的理论体系,为黄河三角洲的水资源管理和水体布局提供科学的参考和借鉴。论文共分为七章,第一章为绪论。主要包括地表水体变迁及生态环境效应的研究背景、研究意义、研究进展、研究内容,技术路线、论文特色等内容。研究进展从水体提取、水体变迁、水体变迁驱动分析和水体变迁生态环境效应等方面进行综述,总结梳理了前人研究的优势和不足之处。第二章为研究区域和研究方法。研究区概况介绍了黄河三角洲的边界与范围、自然环境和社会经济状况。数据处理介绍了研究数据的格式及来源,并重点描述了黄河三角洲地表水体和土地利用/土地覆盖数据的提取过程。研究方法根据论文研究内容对各部分对应研究方法进行了介绍,主要方法包括:空间分析法、地理探测器模型、网络结构分析法和功能价值法等。第三章为黄河三角洲地表水体变迁分析。该章从地表水体的总体变化、空间变化和地类转化角度分析了地表水体变迁规律。第四章为黄河三角洲地表水体动态变迁驱动力分析。本部分综合运用轨迹分析法和地理探测器模型,根据不同水体类型,从面积增加和减少两个变化方向,进行地表水体动态变迁的驱动力分析。第五章为地表水体变迁的景观格局效应研究。通过构造地表水体网络,提取其网络结构特征指数,从整体水平和类型水平探究水体变迁对研究区景观格局的影响。第六章为黄河三角洲地表水体生态系统服务功能效应研究。主要通过生态经济学方法,估算黄河三角洲地表水体服务功能价值,并分析其演化趋势。第七章为结论与展望。总结了本研究主要结论,客观分析了本研究的不足之处,并探讨了可深化之处。主要结论如下:(1)1986-2016年黄河三角洲面状水体增加1121.2 km~2,其中,盐田养殖池增加959.6 km~2,是变化最大的面状水体。线状水体长度增加了9530 km,其中,沟渠长度增加了9525.8 km,是增幅最大的线状水体。地表水体构成由河流主导逐渐向河流、盐田养殖池共同主导,而后向盐田养殖池主导转化;30年间黄河干流区面状水体增长了391.9 km~2,线状水体增长了2989 km。小清河区面状水体增加了340.5 km~2,线状水体增长了3119.4 km。徒骇马颊河区面状水体增加388.9 km~2,线状水体增长3416 km。地表水体组成结构表现出由区域间不平衡向均衡分布的变迁趋势;耕地及滩涂是河流主要的转化地类,坑塘的交换转移具有一定的阶段性,1998年前未利用地和耕地是坑塘面积增加的主要来源,沼泽、水库和未利用地是减少的主要去向。1998年后盐田养殖池和建设用地与坑塘的互相转化成为主要交换形式。水库主要与坑塘、耕地、未利用地发生变迁,滩涂、未利用地和耕地是盐田养殖池主要的转化对象。(2)受限于社会经济数据统计的起始年份,地表水体的变迁驱动分析从1992年开始,以2004年为中间节点,分时段展开。结果显示:(1)河流与耕地的直接转化是河流变迁的主要形式,社会经济发展水平和未利用地储量是影响河流变迁的关键因素;(2)2004年前水库增长受到工业发展的诱导和地理环境的限制双重作用。2004年后提供耕地灌溉用水成为水库增长的主要驱因;(3)2004年前工业用地侵占和农业用地整合是坑塘面积减少的主要影响因子,2004年后工业用地侵占坑塘面积减少的主要驱动因子。低经济水平下的耕地扩张引发的灌溉需求是坑塘面积增长的主要诱因;(4)盐田养殖池面积增长主要受高经济收益和工业原料需求的驱动;(5)引黄灌溉是研究区沟渠长度增加的主要原因。(3)从整体景观格局来看,1986年和2016年地表水体对黄河三角洲整体景观格局表现出显著的物理分割效应,地表水体变迁增大了黄河三角洲景观的斑块密度和破碎化程度。而1986-2016年黄河三角洲地表水体网络格局变迁对整体景观格局变迁表现出空间集聚效应和物理分割效应综合作用。地表水体在促使研究区斑块密度增加的同时,还降低了景观的复杂程度,增强了整体景观的优势度和斑块聚合度;从景观格局的类型水平来看,黄河三角洲地表水体变迁对耕地显示出空间集聚和物理分割两个方面的综合作用,对沼泽和未利用地显示出环境约束和物理分割两个方面的综合作用,对建设用地则显示出空间环境约束、物理割裂和空间吸引集聚综合效应。(4)黄河三角洲地表水体生态系统主要服务功能包括:水资源供给、物质生产、蓄洪调水、休闲旅游、生境维持、水质净化、淤积造陆7项;1986-2016间水资源供给价值增长32.16亿元,供给结构由以河流供给为主转换为以水库为主。物质生产、调蓄洪水、休闲旅游、生境维持和污染净化价值分别由6.33亿元、0.77亿元、0元、0.87亿元和0.39亿元增长至68.50亿元、1.26亿元、69.47亿元、4.89亿元、0.67亿元。淤积造陆价值下降明显,由19.05亿元下降至3.61亿元;30年间黄河三角洲地表水体服务功能总价值量增加了153.15亿元。水体核心服务功能变化显著,1986年黄河三角洲地表水体核心服务功能是水资源供给、淤积造陆、物质生产。2016年转变为美学功能、物质生产和水资源供给三项;地表水体的污染净化和调蓄洪水功能价值量有所增加,但在服务总价值中比重呈下降趋势,由0.73%和1.44%下降到0.61%和0.32%,地表水体的污染净化和洪水调蓄功能渐趋弱化和边缘化。


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