伏牛山地区土地利用变化及其生态环境效应分析

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山地是构成地表环境及地貌类型的基本骨架,是陆地生态系统重要组成部分,其复杂的植被类型、跌宕起伏的地形特征是研究全球变化最佳地域单元,对气候变化具有信号放大的作用。伏牛山位于我国北亚热带向南暖温带过渡地带,更是南北分界线经过的区域,具有显著的气候过渡性,地理位置得天独厚,极具研究价值,区域内高低起伏的地貌类型、复杂多样的植被类型,蕴藏丰厚的动植物资源,是研究过渡带生物多样性的天然宝库。随着社会经济的快速发展,山区生态环境面临巨大的压力,表现为生物多样性锐减、土壤侵蚀程度明显加剧、植被覆盖度降低及水土流失现象频发等一系列环境问题,制约山区生态环境可持续发展,破坏了区域生态系统平衡,对人类生产生活产生了极大的消极影响。文章选取2000-2015年等四期土地利用/覆被数据,结合DEM数据、社会经济数据、土壤类型数据、流域分区等多种数据,运用GIS技术、Fragtates 4.2、价值当量法和人类活动强度指数模型对伏牛山地区及流域分区近16年土地利用数量、结构、动态度进行分析,识别伏牛山地区土地利用/覆被变化的驱动因素,综合分析LUCC变化引起的生态环境效应,为区域内生态环境建设及社会经济可持续发展提供参考,本研究相关结论如下:(1)2000-2015年伏牛山地区土地利用类型以林地、草地和耕地为主,面积之和占90%以上。四个流域分区土地利用类型均以林地、草地和耕地为主导类型,研究时段内各流域分区土地利用/覆被数据、结构变化均有所差异,总体表现为建设用地、水域面积增加、耕地面积减少的变化趋势。依次对各区域综合土地利用动态度进行等级排序为丹江口(3.27%)>伊洛河(3.25%)>伏牛山地区(3.22%)>唐白河(3.18%)>王蚌区间北岸(3.16%),表明丹江口和伊洛河土地利用/覆被变化较为剧烈、唐白河和王蚌区间北岸土地利用/覆被变化较为平稳。(2)伏牛山地区土地利用/覆被变化的驱动机制存在差异。在高程分级方面,500-1000m是研究区的主要高程分级,占比为39.17%,低海拔区域土地利用/覆被变化显著高于高海拔区域,耕地在<500m高程分级上减幅10.72%、高程>1000m分级上增幅18.31%;林地在<200m高程分级上减幅为17.46%、200-500m高程分级上增幅3.46%;草地和水域分别在<200m高程分级上减幅为27.84%、增幅为37.33%,建设用地在>1500m高程分级上增幅为1010.59%。在坡度分级上,15-25°是伏牛山地区主要的坡度分级,斑块数量占比31.08%,15-25°坡度分级上土地利用/覆被变化幅度明显高于其它坡度分级,建设用地增幅最大、水域增幅次之。在土壤类型方面,耕地面积在冲积土、黄棕壤和黄褐土上减幅分别为18.55%、5.93%和5.04%;林地在黄棕壤增幅最多为0.49%、棕壤减幅最明显(0.32%);草地在黄褐土上增幅最显著(5.49%)、褐土减幅最大(2.67%);水域在黄褐土和褐土上增减幅度最显著;建设用地在棕壤增幅最大(355.27%),表明不同土壤类型上土地利用/覆被变化幅度存在差异性。在道路交通因素方面,耕地在距道路交通距离2400m上减幅最明显、1800m增幅最大,水域在距道路交通1800m处减幅最大,在距道路交通2400m时增幅最大,其它地类在不同道路交通要素上表现动态变化特征,以吸引和排斥的方式体现。(3)2015年伏牛山地区及各流域分区景观格局存在显著的异质性,伊洛河斑块数量最多(2503)、唐白河斑块数量次之(1909)、丹江口斑块数量最少(951);王蚌区间北岸景观类型之间的相互作用程度最高、伏牛山地区景观类型之间的相互作用程度最低;丹江口景观破碎化程度较低,王蚌区间北岸景观破碎化高;唐百河内斑块形状最无序、丹江口斑块形状最规则。(4)2000-2015年伏牛山地区生态系统服务价值增加0.51亿元,其中伊洛河减少1.03亿元、王蚌区间北岸增加0.78亿元、丹江口减少0.18亿元和唐巴河增加了1.08亿元,表明伊洛河和丹江口生态环境质量呈下降趋势,需要进一步提升生态环境质量,王蚌区间北岸和唐白河生态环境呈好转态势;在单项生态系统服务价值方面,土壤形成与保护、水源涵养、废物处理和生物多样性保护是生态系统服务总价值的主要贡献者,比重之和达45%。(5)2000-2015年伏牛山地区生态风险低影响区域面积增加了1585.72km2、增幅为11.35%,生态风险高影响区面积减少了116.63km2、减幅为80.88%,其它生态风险影响区域面积皆呈减少趋势;在空间上,低影响分布区域面积显著扩大、中影响分布区域面积大幅缩小,高影响分布区域减少,表明研究区生态风险得到控制,受人类活动干扰影响降低,生态系统自我调节能力增强。
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