南四湖流域景观格局变化对土壤保持服务的影响

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bear_flysky
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土壤保持服务是生态系统防止土壤流失的侵蚀控制能力以及对泥沙的储积保持能力,属于调节服务范围,对养分和碳循环、土地生产力及社会经济状况产生重大影响。厘清景观格局变化对土壤保持服务的影响机制是科学管理国土资源、推进生态保护与高质量发展水平相协调的基础。本文以气象数据、土地利用数据、土壤数据和高程数据为基础,选取南四湖流域为研究区,利用Arc GIS10.2、Excel和Fragstats4.2相结合的手段分析了1990-2018年南四湖流域的景观格局时空变化特征;利用In VEST模型模拟了南四湖流域土壤保持服务的物质量并分析其演变规律;在格网尺度下,以景观指数为切入点,利用Person相关系数和双变量空间自相关分析法,从数量和空间统计的视角分析了景观指数对土壤保持服务的影响,可视化各景观指数与土壤保持服务在空间上的集聚特征,利用空间回归模型识别土壤保持服务的主要驱动指数,进一步探讨在自然和人文环境背景下生态系统服务的驱动机制。以期为南四湖流域土地资源优化配置、生态系统服务能力提升、以及与经济的持续发展提供理论参考。主要结论如下:(1)流域土地利用景观结构变化特征。耕地始终是流域中面积占比最大的土地利用类型,分布广泛;其次为建设用地,面积逐年上升,两者的面积之和占总面积的85.8%以上。从土地利用动态度得出,1990-2018年间未利用地的年变化速率最大,为-2.85%,说明其面积波动较大,特别是在1990-1995和2015-2018年,土地利用动态度分别达到-13.22%和11.44%;其次是水域,其动态度为2.27%,尤其是1990-1995年对整个研究阶段起着重要影响。从土地转移情况来看,1990-2018年间,流域各地类处于不断变化状态,总转移面积为465956.37 hm2,特别是2005-2010年间土地利用变动最为剧烈,为358162.29 hm2,占29年间总转移面积的76.87%。从重心迁移情况来看,各地类的重心在不同时期发生了不同方向和距离的迁移,与各时期地类的变化情况有着密切联系。(2)流域土地利用景观格局变化特征。从景观水平来看,在整个研究期内流域的斑块数量(NP)和聚合度(AI)总体上呈波动下降态势,而边缘密度(ED)、香农多样性指数(SHDI)和香农均匀度指数(SHEI)呈波动上升态势,说明斑块形状越发不规则和复杂,人类活动影响加剧,景观的聚集性下降而多样性和均匀度增加,景观异质性增强。从景观类型水平来看,不同土地利用类型的各景观指数变化情况有所不同,其中林地的AI值最低,说明其斑块之间的离散分布、连通性差,但有所改善;耕地的AI值最高但呈下降态势;耕地和建设用地的斑块较为复杂。从格网角度来看,南四湖流域的山亭区和邹城市的东部以及周围地区的景观格局相对稳定,有景观类型多样且均匀分布,不存在优势地类,分离度大,破碎化程度高的特点;其他地区的景观格局变化情况复杂,特别是2005-2010年间各景观指数的空间分布变化显著。(3)流域土壤保持服务时空变化规律及不同地类对其的影响差异。从整个研究期来看,流域的土壤保持服务经历了减弱-增强-减弱-增强的变化过程,各年份的土壤保持总量依次为279.51×10~6t、231.36×10~6t、172.86×10~6t、260.02×10~6t、174.17×10~6t、158.21×10~6t和210.60×10~6t,整体上下降了68.91×10~6t。土壤保持强度高值区主要集聚在植被覆盖度较高的东部区域;低值区分布在以耕地和建设用地为主的中部和西部。不同类型的生态系统所对应的土壤保持服务也有所差异,林地的土壤保持服务最强,草地次之;虽然两者的面积之和仅为总面积的5.88-8.00%之间,但是在流域土壤保持总量中起着决定性的作用。(4)流域景观格局变化对土壤保持服务的影响及重要影响指数。基于格网尺度,各景观指数与土壤保持服务有着数量和空间上的相关性;其中,在P<0.01水平上,与ED、分割度(DIVISION)、SHDI和SHEI的相关性为正;而与蔓延度(CONTAG)和AI的相关性为负。流域东部的聚集特征在各时期相对稳定,各指数与土壤保持强度以高高聚集区(HH)或高低聚集区(HL)为主;而其他区域各指数与土壤保持强度的聚集类型以低低聚集区(LL)或低高聚集区(LH)为主,并且在不同时期分布状况不同。土壤保持服务对相邻格网产生正向的空间溢出效应;同时ED、DIVISION和SHDI都是影响流域土壤保持服务的重要景观指数,且SHDI的影响最为显著。
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