漓江流域土地利用变化及生态效应研究

发布时间：2017-12-14 09:29

  本文关键词：漓江流域土地利用变化及生态效应研究

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【摘要】：土地利用/覆盖变化是全球环境变化的重要内容,影响和改变着不同尺度生态系统的结构和服务功能。了解土地利用/覆盖变化及其生态效应对于探索可持续生态系统管理和维护生态安全具有重要意义。漓江流域是世界重要旅游目的地,属于典型喀斯特地区,生态环境脆弱。近年来伴随城镇化和旅游活动的快速扩张,土地利用变化显著,局部地区面临环境污染、生物多样性降低、土地退化等众多生态环境问题,已引起全社会的高度关注。为揭示人类干扰影响下漓江流域生态系统结构和功能变化,本文按照“格局—过程—效应”的研究思路,应用3S技术和多个时相的遥感影像数据,研究了漓江流域1973-2013年间土地利用演化特征及驱动机制,从多角度分析土地利用变化对漓江流域生态服务价值和生态风险时空分异的影响,提出了漓江流域生态可持续发展对策,以期为漓江流域区域生态环境建设提供技术支持和科学依据。本研究取得的主要结论如下:(1)1973-2013年漓江流域土地利用变化分析显示,林地作为主要土地利用类型持续增加、耕地不断减少、建设用地快速增加、水域先增后减、草地先减后增,未利用地持续增加。土地利用类型分布具有明显的坡度和高程差异,林地集中分布在坡度大于8°的区域,耕地和建设用地集中分布在8°以下的区域,水域和未利用地主要分布在15°以下的区域,草地各坡段均有较大面积分布。从不同高程来看,林地集中分布在海拔200~500m和500~800m的区域,耕地、建设用地、水域和未利用地集中分布在海拔500m以下的区域,草地集中分布于200~500m的区域内。40年间漓江流域土地利用整体动态度,先下降后上升,2000-2013年间达最高值,景观变化剧烈,土地流转频繁。不同时段林地和耕地的动态度均呈现持续增加趋势,水域的动态度均较小,建设用地的变化速度最快,远高于其他土地利用类型。1973-2000年受城镇建设离散点状发展、林果种植分散经营等因素影响,研究区景观破碎化程度不断加剧,斑块复杂性升高,开始向细粒景观转化。2000-2013年受城市集聚发展、林果种植规模化、退耕还林等因素影响景观破碎化程度不断下降,斑块分布趋向于规则化,又开始转向粗粒景观。从不同土地利用类型来看,林地和建设用地破碎化程度先升后降,斑块间距离减少,聚集程度增加,耕地破碎化程度不断增加但仍呈较高的聚集状态,水体的聚集度较高,以集中分布为主,草地斑块空间关系变化不明显,斑块分布较为均衡,未利用地趋向于集中分布。1973-1986年研究区土地利用变化主要受农林种植结构调整、填水造陆以及毁草用于农林开发等因素驱动。城镇化进程加速、产业结构调整、果业种植等是1986-2000年土地利用变化的主要驱动力。城镇快速扩张、工业化、旅游业快速发展、农业种植结构调整以及林业生态建设是2000-2013年土地利用变化的的主要驱动因素,此阶段建设用地和林地大幅增加,土地利用变化剧烈。(2)40年间漓江流域生态系统服务价值持续增加,净增8.27×108元,林地的生态服务价值最大,是生态系统服务的主体部分。各坡度段单位面积生态服务价值随坡度增大而增加,不同时段25°坡度段均具有最高的单位面积生态服务价值,15~25°坡度段均具有最大的生态服务价值总量。单位面积生态服务价值随高度增加而增大,高海拔地区具有较高的单位面积生态服务价值,四个时期200~500m高程带均具有最高的生态系统服务总价值。1973-2000年各单项服务价值贡献率变化不大,2000-2013年受建设用地快速增加的影响,水源涵养功能迅速下降。研究期内漓江流域生态系统的调节、支持等服务性功能远大于生产和文化性功能。从各单项服务价值变化趋势来看,气体调节、气候调节、土壤形成与保护、生物多样性保护、原材料和娱乐文化功能的价值持续增加,水源涵养功能价值先增加后减少,废物处理和食物生产功能持续下降。研究期内林地和水域向其他用地类型的转化带来生态服务价值负向流动,耕地、建设用地、草地和未利用地向其他类型转化带来生态服务价值正向流动,各地类转化为建设用地,价值均呈负向流动,各地类转化为水域,价值均呈正向流动,主要由于建设用地和水域分别具有最低和最高的生态服务价值系数。(3)40年间漓江流域大部分镇(乡)区处于高和较高生态服务价值(ESV)区,生态服务价值整体空间格局基本稳定,呈现出北部和东部高、中部和南部低的空间分布特点。生态服务高值区主要分布在华江、兰田、青狮潭、两水、中峰、界首、溶江等乡镇,生态服务低值区主要分布在桂林市区以及周边乡镇。研究期内大部分行政单元地均ESV等级保持不变,等级变化的区域主要集中在漓江流域的中部地区,此区域地类转换频繁,干扰活动强。应用格网方法分析生态系统服务价值的结果表明,1973-2013年漓江流域生态服务价值处于较高生态服务等级水平并持续上升,但局部低生态服务价值区逐步趋向于集中连片分布,四个时期生态服务价值存在明显的空间正自相关性。研究期内大部分格网单元处于高和较高ESV区,数量逐年增加。生态服务价值的整体格局基本稳定,但空间差异显著,呈现出中间低四周高的分布特点。高生态服务价值区主要分布在漓江流域北部和东部的自然山林地带,植被状况良好,受人类活动干扰少,低生态系统服务价值区,集中分布在漓江流域的中心地带—兴安县城—灵川县城—桂林市区—阳朔县城旅游经济带。(4)1973-2013年间漓江流域生态风险一直维持在较低水平,但局部地区呈快速增加之势,四个时期生态风险存在明显的空间正自相关性。研究期内,漓江流域以低和较低生态风险为主,并逐年增加,中生态风险先增后减,较高生态风险不断下降,高生态风险面积快速增加,桂林市区、阳朔等地生态风险变化显著。生态风险的整体格局基本稳定,但空间差异显著,呈现明显的圈层结构,以兴安县城—灵川县城—桂林市区—阳朔县城为轴向外风险程度逐渐降低。低生态风险区主要集中分布在流域北部以及中东部的自然山林地带,高生态风险区主要分布在桂林市区,其他区域零星分布,面积增加迅速。40年间漓江流域由低级别转向高级别生态风险的总面积为296.13 km2,由高级别转向低级别生态风险的总面积为965.44 km2,低级别转向高级别生态风险的面积持续下降,高级别转向低级别生态风险的面积不断增加,等级转变速率不断加快,流域生态风险整体下降。(5)漓江流域的生态风险分布具有明显的坡度、高程和土地类型差异,1973-2013年研究区高和较高生态风险主要分布在0~3°,3~8°两个坡度段,低和较低生态风险主要分布在8~15°、15~25°和25°三个坡度段,各研究时段均表现出随坡度增加生态风险逐渐下降的分布特点。研究期内低生态风险面积主要分布在500~800m和800~1200m高程带,较低生态风险主要分布在200~500m高程带,中、较高和高生态风险主要分布在0~200m和200~500m高度带,随着海拔升高生态风险持续下降。漓江流域林地分布区域以低和较低生态风险为主;1973和1986年耕地以较低、中以及较高生态风险为主,2000和2013年以较低和中生态风险为主;建设用地分布的区域以中、较高和高生态风险为主,高生态风险区域增加迅速;水域分布的区域以较低、中和较高生态风险为主;草地分布的区域以较低和中生态风险为主;未利用地整体面积很小,分布的区域以较低和中生态风险为主。(6)依据研究区生态系统服务价值和生态风险评价结果以及土地利用现状,将漓江流域区划为生态城市优化区、生态综合开发区、生态农林发展区、生态保育区四个功能区,并提出分区发展策略,以优化土地利用方式和资源配置。同时提出实施漓江水系保护工程、改善流域水环境,加快石漠化治理、保护喀斯特遗产地,加强耕地保护,提高旅游用地效率,加强生态文明建设、推动旅游产业转型升级等生态环境建设对策。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：F301.2
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本文编号：1287400