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宁夏东部风沙区土地利用/覆盖变化及其生态效应探讨
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2014/4/6 20:57:22  

1 材料与研究方法

1. 1 研究区概况

盐池县位于宁夏回族自治区东部,介于北纬37°04' ~ 38°10',东经106°30' ~ 107°41'之间,东、南、北分别与陕西、甘肃和内蒙古三省区接壤。盐池县北邻毛乌素沙地,深受风沙灾害影响,东南部与黄土高原相连,自然环境具有典型的过渡性特点,即全县地处农牧交错带,地形自东南向北由黄土丘陵向鄂尔多斯缓坡丘陵过渡,气候从半干旱区向干旱区过渡,植被类型是从干草原向荒漠草原过渡[14]。同时,盐池县位于宁夏中部干旱带,年降水量为290. 3mm,水资源短缺严重制约当地经济发展。全县经济以畜牧业和农业为主,素有" 甘草之乡" 和" 滩羊之乡" 之称。由于长期的过度放牧、过度垦荒、过度樵采和不合理的开发,盐池县草场退化严重,土地沙化面积不断扩大,生态环境面临严峻考验。截至2010 年年底,盐池县人口167244 人,其中农业人口133615 人,占全县人口的79. 9%。

1. 2 数据来源

研究区1985 年、1996 年、2000 年的土地利用变化数据来自中国科学院资源环境科学数据中心,2010年的土地利用数据通过对2010 年7 月的TM 影像的人工目视解译获得。为便于进行盐池县LUCC 变化的生态效应分析,本研究在对土地利用类型进行划分时,以生态系统类型和盐池县土地利用现状和土地资源特点为基础,结合我国土地利用现状分类系统,将盐池县土地利用类型分为耕地、林地、草地、水域、城镇用地、沙地和未利用土地7 类。

1. 3 研究方法

1. 3. 1 土地利用变化分析

土地利用动态度是指某研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况[15]。应用土地利用动态度分析土地利用类型的动态变化,可以真实反映区域土地利用/覆盖中土地利用类型的变化剧烈程度[16]。

式中: K 为土地利用动态度,Ua,Ub分别为研究初期及研究末期某一种土地利用类型的数量,为研究时段长。

1. 3. 2 土地利用/覆盖变化的生态效应分析

( 1) 景观格局指数计算景观格局指数是高度浓缩景观格局信息的数量指标,能够集中概括景观格局信息,通常用来反映区域景观的结构组成、空间配置等特征,通过其能够更好地理解生态景观的功能和过程[17]。文中综合考虑研究区和土地利用分类体系等实际情况,以及各景观格局指数的含义,选择景观分离度、破碎度、香农多样性、斑块密度、平均斑块分维数和蔓延度等6 个指数。

( 2) 生态系统服务价值土地利用/覆盖变化影响着生态系统服务价值,对其进行系统的核算,可以量化土地利用结构对生态系统服务价值的影响,对生态系统服务和社会经济系统长期协调发展具有重要意义[18]。文中采用谢高地等人生态系统服务价值表[19],并套用Costanza 的生态系统服务价值公式来计算盐池县生态系统服务价值[20]。

式中: ESV 为生态系统服务价值,Ai为第i 种土地利用类型的分布面积,VCi为第i 种土地利用类型单位面积的生态系统服务价值。

2 结果与分析

2. 1 土地利用/覆盖变化

土地利用类型的变化主要反映在不同类型土地面积总量的变化,文中将对盐池县3 个时段LUCC 变化情况进行统计分析( 表2) 。

由表2 可以看出盐池县土地利用变化的时间特征。1985 ~ 1996 年,盐池县土地利用变化的总体趋势是: 耕地、沙地、城镇用地和未利用土地增加,林地、草地和水域减少。其中,耕地、沙地、林地和草地变化最为显著。11 年间耕地增加了4128hm2,沙地增加了7040hm2,林地减少了4928hm2,草地减少了8784hm2。通过在ArcGIS 中的空间分析,减少的草地和林地主要转为了耕地、沙地。

1996 ~ 2000 年,耕地和草地面积变化较大,耕地增加了27296hm2,土地利用动态度为4. 1%,草地减少了24704hm2,土地利用动态度为- 1. 67%。根据分析,减少的草地主要转向了耕地,说明这一时间段滥垦草地的现象依然很严重。林地、水域分别增加了2240hm2 和272hm2,沙地和未利用土地分别减少了3984hm2 和336hm2,这与" 三北防护林" 工程和当地封沙治沙工程的实施有关。与上一时段不同的是,这一时段城镇用地减少,这主要是由于长期严重的土地沙化,致使" 沙进人退" ,很多村庄被迫迁移。

2000 ~ 2010 年,耕地面积减少,由2000 年的194944hm2 减少至2010 年的171840hm2 ; 沙地减少也较大,10 年间减少了30896hm2。根据分析,减少的耕地和沙地主要转向了林地和草地,因此,这一时段林地和草地增加得比较快,分别增加了3488hm2 和47376hm2,这主要是因为从2000 年开始的" 退耕还林还草"工程和盐池县开展的" 禁牧封育" 工程使滥垦滥伐和过度放牧现象得到了有效遏制,草地得到了恢复,土地沙化现象也得到了有效治理。由于经济发展和城市化速度的加快,盐池县的城镇规模不断扩大,10 年间城镇用地增加了2400hm2。一批水利工程的实施使这一时段盐池县的水域面积增加了1200hm2,土地利用动态度也是3 个时间段最高,达到12. 1%。

2. 2 景观格局变化分析

将1985 ~ 2010 年土地利用矢量数据在ArcGIS 中转化为栅格数据,利用Fragstats3. 3 软件计算香农多样性指数、蔓延度、斑块密度、破碎度、分离度和平均斑块分维数( 图1) 。

香农多样性指数是描述景观异质性的一类指数,其值越大表明景观内各组分所占比例也就越均匀。蔓延度指数反映景观中不同组分的团聚程度,取值大表明景观由少数团聚的大斑块组成。这两个指数能够反映景观空间构型变化特征。由图1 可见,香农多样性指数先增加后减少,表明景观整体结构先向均衡化方向发展,后向非均衡化方向发展; 蔓延度指数处于中等水平,表明存在少数面积较大斑块团聚,而先减少后增加,表明少数面积较大斑块的控制程度强弱发生过变化。由表2 可知,盐池县景观结构中,草地面积最大,其中草地占全县总面积的50%以上,草地对研究区景观格局起到了控制作用,通过计算各土地利用类型与各景观指数的皮尔逊相关系数表明,草地与香农多样性指数和蔓延度指数呈现较高相关性,相关性系数分别为- 0. 971、0. 961( 结果均通过了0. 05 水平双边显著性灵敏性检验) ,其次是耕地和沙地。因此,草地、耕地和沙地面积的变化对香农多样性和蔓延度的影响很关键。

斑块密度是表征景观破碎度的一个指标,在一定程度上反映了人类对景观的干扰程度。破碎度指数越大,则说明景观越不完善,受到的干扰程度越大。分离度反映的是某一景观类型中不同斑块个体分布的分离程度,其值越小则表明斑块在空间上较为连续。2000 年之前破碎度和分离度增加,2000 年之后减少,斑块密度先增加后减少,总体呈现减少趋势,2000 年之后减少较快( 图1) 。斑块密度、破碎度和分离度的变化也表明,2000 年之后人类对当地景观的干扰程度有所减轻,盐池县的生态环境有了一定的恢复。

平均斑块分维数的取值为1. 0 ~ 2. 0,可作为斑块受干扰程度的测度,如果分维数接近1,则说明受到人为干扰程度较大。盐池县近20 年的平均斑块分维数呈现增加趋势,特别是2000 年以后增加得更加明显( 图1) ,说明从2000 年以来国家实施的" 退耕还林还草" 工程和当地实施的" 禁牧封育" 工程对恢复当地生态起到了积极作用。

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