赤水河流域生态效应多维评价及其与地形因子的关系

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赤水河流域是长江南岸较大的一级支流,不仅对两岸生物多样性、水源供给、生态系统的物质与能量循环具有重要战略意义,而且该流域也是贵州省GDP的主要贡献源。同时,赤水河流域地处云贵高原向四川盆地过渡的斜坡地带,地表坡降大且景观分布破碎。而地形作为制约流域生态格局变化和土地利用配置的重要因子,考虑坡地景观特征的流域生态效应多维度评价及时空变化趋势定量分析,对赤水河流域土地资源规划、生态环境保护和生态系统健康发展均具有重要意义。本文从土地利用和景观格局的时空动态变化角度,综合了In VEST模型、生态系统服务价值模型及景观生态风险模型,在三个维度上定量评估了赤水河流域坡地土地覆被、生境质量、生态系统服务价值及坡地景观生态风险水平时空变化特征,并提取最佳窗口下的地形起伏度,分析各生态效应指标与地形起伏的关系,从而揭示流域不同生态效应指标在地形起伏上的空间分布规律,为赤水河流域土地利用资源可持续发展提供科学参考,得到的相关成果如下:(1)赤水河流域坡地土地利用类型时空变化显著。地表景观以坡林地、坡耕地、陡坡林地为主;坡草地与坡林地、坡耕地存在较为明显的双向转化;水域、未利用地面积占比减小,而建设用地逐渐增加。2000-2020年间,平地耕地、坡耕地、陡坡耕地向建设用地、坡林地、陡坡林地的转化最为明显。其中坡耕地向坡林地转化了113km~2、陡坡耕地向陡坡林地转化了28.87km~2,是最主要的两种转化趋势;建设用地在2010-2020年间增长速率最快,共增长了66.37km~2。(2)研究区生境质量时空变化结果表明,2000-2020年间生境质量略有上升,生物多样性等级表现为极重要生境水平。空间上,以林地作为主要土地利用类型的IV级(极重要生境)为主;以耕地作为主要土地利用类型的II级(中等重要生境)次之。生境质量较高的区域主要集中于中游的桐梓县、遵义县、古蔺县以及下游的赤水市、习水县等区域;生境质量较低的区域主要分布于流域上游镇雄县、毕节市、金沙县、中游的仁怀市以及下游的合江县赤水河长江汇入口等区域。(3)赤水河流域20年生态系统服务价值呈先上升后下降的趋势,总体上生态系统服务价值(ESV)增加了1.473×10~8元。单一土地利用类型的ESV中,林地的生态服务价值最,是主要的正向贡献地类;而耕地则是流域内主要的负向贡献地类。除了废物处理、气候调节、食物生产呈下降趋势,其他功能均称呈上升趋势。(4)本文基于GIS与景观生态学理论建立了赤水河流域坡地景观生态风险模型对研究区坡地景观生态风险水平进行定量分析。总体上,2000-2020年,赤水河流域景观破碎度降低,6°以上坡耕地、陡坡耕地的“退耕还林”变化更明显,坡林地、陡坡林地的优势度增强。总体上,坡地景观生态风险水平由0.682下降至0.667,各风险等级的转化趋势以中风险区面积减少,低风险、较低风险区面积增加为主;流域内不同时期均呈现中上游风险等级偏高,下游风险等级偏低的分布特征。(5)赤水河流域地形起伏度最佳分析窗口为12×12。流域内地形起伏类型以小起伏区(70-200m)为主,其面积占比约为68%。最佳窗口下的地形起伏度与各生态效应指标的空间特征主要表现为,生境质量的最优拟合函数为对数函数,而坡地景观生态风险最佳拟合函数类型为幂函数,二者R~2均在90%以上,且存在地形起伏度越大,生境质量指数越高、坡地景观生态风险水平越低的空间分布规律;小起伏区是生态效应最佳区间,以低风险、较低风险为主,生境质量指数较高、生态系统服务价值占总ESV的70%,是总生态系统服务价值主要的贡献区间。
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