松华坝流域土地利用和气候变化对水资源的影响及生态补偿研究

发布时间：2020-05-14 14:01

【摘要】：水是生命之源,是人类赖以生存的物质条件和自然资源。随着世界人口增长和工业化的发展,水量短缺、水源污染和洪涝灾害等水资源危机正越来越严重地影响着人类生命健康和社会持续发展。因此研究和保护水资源己成为当今社会各国政府和科学家的重要课题。水资源危机的本质是水资源管理问题,其解决方法必然是在对水资源规律理解基础上的管理方法研究。已有研究发现,气候和土地利用变化是影响水资源的主要原因。而山地区域是水资源供应的重要源泉,其独特的生态脆弱性和气候敏感性,使水资源更容易受到人类活动和气候变化的影响,进而更大程度地改变时空分布和自然属性。因此,在山地流域进行土地利用和气候变化对水资源的影响研究,并分析和探讨山地流域的生态补偿机制,对于改善流域管理和应对水资源危机具有重要的科学和实践意义。本文选取云南滇池的松华坝流域,综合运用自然科学和社会科学的方法,利用分布式水文模型(SWAT)就气候和土地利用变化对水资源的作用程度进行分析,并结合流域农业生产结构和经济收益探讨流域的生态补偿机制。主要的研究成果和结论如下 1)松华坝流域主要的土地利用类型是林地、耕地和草地,其土地利用类型在时空尺度上发生着较大变化,整体趋势是林地增加(17.8%),耕地减少(11.9%)。1974-1992年间是研究时段内土地利用变化最大的时期,其次是2002-2008时期,最后是1992-2002时期。土地利用变化最快的阶段是2002-2008时期其次是1974-1992时期,最后是1992-2002时期。主要的土地利用类型中耕地的变化幅度最大(500%),其次是林地(33.5%)和草地(7.9%),而在变化速率上,草地的最大(1.8%/a),其次是耕地(1.3%/a)和林地(0.6%/a)。林地、耕地、草地三者之间的转化处在动态变化之中,林地的增加大都来源于耕地的减少(124.4%～103.3%),而耕地的减少主要是转化为林地(62.7%～69.5%)和草地(20.8%～24.2%)。 2)气候是流域内河道径流变化的主要原因,贡献率为63.1%-96.6%。土地利用对河道径流变化的影响整体上偏小,但是差异较大;在降雨减少或不变时土地利用的贡献率为12.2%～36.9%,在降雨增加时贡献率为3.4%～5.2%。从土地利用类型的变化来看,耕地减少草地增加可能会增加河道(?)流量,反之则减少,而小面积林地增加(6%)和河道(?)流变化的关系不明显。 3)大面积退耕还林还草(23.46%)可能会通过减少流域蒸发量(4.8%,9.4%)和增加基流(14.1%,20.9%)来增加河道(?)流(4.4%和11.3%)。而退耕还林或者还草对于地表(?)流也有不同影响,还林减少地表(?)流10.3%,还草增加地表(?)流10.2%。退耕还林效果还跟流域林地的空间分布有关系,坡耕地(5。)和平耕地(5。)还林相比,会减少地表(?)流(8.2%),增加壤中流(9.8%)和河道(?)流(4.4%)。 4)土地利用和气候变化都是影响水体总氮变化的主要原因,贡献率分别为68.5%和68.2%,而两者对水体总氮的影响在不同时期有较大差异。当总氮数量有较大变化时,或者减少量超过40%时,土地利用的贡献率比较大,而当总氮负荷增加或者减小较少时,气候的贡献率比较大。土地利用类型和总氮变化量之间的相关性分析表明耕地、草地和总氮变化具有显著相关性(0.814,-0.895),而林地和总氮变化没有显著相关性。 5)退耕还林、产业结构调整、水土保持措施可分别减少水体总氮的38.8%、10.0%和14.8%。从不同坡度的耕地还林效果来看,坡地(5°)还林减少总氮的数量是平地(5°)还林的1.7倍。对于不同的作物类型,化肥施用量高的作物(蔬菜)总氮排放要远远高于化肥施用量低的作物。 6)松华坝流域的化肥投入占作物生产投入的39.7%,其中粮食作物的化肥投入比例(61.5%)高于经济作物(44.1%)。不同作物或同一作物的不同区域之间化肥施用量差异较大。教育水平、收入指数、农业收入比重、单位面积劳动力、耕地面积、粪指数与农户氮肥和有机肥的施用没有明显的相关性(R2=0.02)。 7)生态服务功能价值法计算的生态补偿标准(23185元/hm2)可以作为流域退耕还林生态补偿标准的上限。机会成本法的生态补偿标准核算结果(9118.5元/hm2～21646.1元/hm2)并不是一成不变的,存在着较大的市场风险。意愿调查法可以作为流域生态补偿标准的依据。机会成本法和意愿调查法相结合更有利于生态补偿标准的估算。 8)在所有生态补偿措施中,平地退耕还林具有最高的补偿标准(13620元/hm2),其次是坡地退耕还林(10110元/hm2)、水土保持(3000元/hm2),种植结构调整不仅不需要补偿,反而具有较高的经济收入(6735元/hm2)：而就生态补偿效率来看种植结构调整最高,其次是坡地退耕还林、水土保持和平地退耕还林。创新点 1)综合利用自然科学和社会科学的研究方法,在中国西南地区的山地流域全面探讨了土地利用和气候变化对水资源变化的作用程度,并把分布式水文模型应用到生态补偿的研究中。 2)对此分析了流域不同坡度耕地退耕还林对河道径流和总氮的影响,并讨论了两种措施的生态补偿标准和效率。
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TV213.4

【参考文献】