东辽河流域上游景观多功能时空演变研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:tobay1
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景观以其多功能性为人类发展提供了丰富的商品和服务,增强景观多功能性是实现国土空间生态修复和区域可持续发展的有效途径。东辽河流域上游位于我国东北地区的中心位置,是全国重要粮食生产区和东北生态安全屏障区,兼具维护区域粮食安全和生态安全的重要责任。由于生态空间过载开发,东辽河流域上游出现了土地利用剧烈变化、多种景观功能严重失衡、生态系统服务价值下降等生态问题,迫切需要有效的管理措施以恢复和提升景观的多功能性。本研究综合评估了 1990~2020年间东辽河流域上游的景观及其多功能性时空变化情况,揭示了在复杂景观变化影响下的多功能性演变规律。本研究还模拟了 2025~2050年间的景观及其多种功能的时空变化情况,预测了现行国土空间规划的潜在生态效益和局限,为实施和调整区域国土空间生态修复策略提供了科学依据。主要研究结果如下:(1)揭示了研究区在1990~2020年间的景观演变规律及其驱动机制。在1990~2020年间,景观演变以森林减少和旱地增加为特征,演变过程以10年为周期可分为(生态空间)过载开发时期、(景观)管理过渡时期和生态修复时期。在过载开发时期,森林大幅减少(-4.45×104ha)、旱地显著扩张(+1.36×104ha);在管理过渡时期,森林略有减少(-0.35×104ha)、旱地持续减少(-2.29×104ha);在生态修复时期,森林明显恢复(+2.19×104ha)、旱地保持减少(-2.29×104ha)。社会经济发展政策和区域国土空间生态修复工程对景观演变方向具有决定性作用,导致人为因素(如岸边带修复、道路建设)对景观演变的影响力超越自然因素(如气温、降水、地形),人类活动成为制约生态修复成效的关键因素。(2)结合研究区的功能定位,模拟了植被产水、粮食生产、植被固碳、生境维持功能的时空演变情况。1990~2020年,植被产水和生境维持功能普遍退化;森林平均产水量减少最多(-69.74m3),其次为旱地(-60.41 m3);森林平均生境质量下降最多(-0.22),其次为水田(-0.09)。相比之下,粮食生产功能持续增强,水田和旱地的单位粮食产量分别提高了 2.73 t/ha和1.67t/ha。森林和草地的单位固碳量分别降低125.68×104gC/ha和29.12×104gC/ha,而水田和旱地分别增长46.44×<104 gC/ha和18.04×104 gC/ha。森林景观功能退化明显,肯定了相关国土空间规划将森林恢复确定为主要修复目标的必要性和重要性。(3)运用多功能指标和耦合度指标,在空间上表达了景观多功能性、多功能协同关系的演变情况。1990~2020间,森林多功能性大幅降低;2010~2020年,森林面积增加仍未伴随多功能协同性的提升,因此多功能性的恢复程度较低。相比之下,自2000年开始,得益于多功能协同性明显升高,水田超越森林成为多功能性最强的景观类型,具有最强的综合生态效益。然而,2020年水田的多功能指标(3.37)仍未超过森林景观在1990年的水平(4.36)。建议现行国土空间生态修复策略注重增强优质景观功能的空间聚集程度。(4)预测了 2025~2050年间6种情景下研究区的景观时空变化情况。在现行国土空间规划方案和有关生态工程的支持下,通过置换耕地的途径,研究区森林覆盖率有望在2035年恢复至22%(现行国土空间规划的预期目标),并于2050年提升至32.32%,但修复进程将受到气候变化的影响。当未来气温升高以及降水量减少时,森林恢复速度将减缓(2035年的森林覆盖率降低至20.64~21.44%)。生态恢复需要科学的国土空间生态修复方案,还需要坚持节能减排,以减缓气候变化的负面影响。(5)预测了 2025~2050年植被产水、粮食生产、植被固碳、生境维持功能的时空演变情况。随着森林景观面积显著提升,区域植被固碳总量将得到显著提高,于2050年达到约4.51 TgC,将有利于区域实现“碳中和”和“碳达峰”的战略目标。生境维持功能也将提高约17.11~22.69%。然而,由于森林大幅增加和耕地减少,研究区可能出现植被产水总量减少(-2.03 ×108m3)、粮食生产总量减少(-279.68×104t)的情况。建议加强景观功能的协同管理和农业生产技术升级,以实现系统修复的目标,保障区域生态安全和粮食安全。
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