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喀斯特石漠化是目前存在于我国西南地区的最严重的生态-环境问题,日益引起社会各界的普遍关注。贵州省普定县后寨河流域是我国西南喀斯特高原山区的典型代表,以其自然优势和科研优势而成为系统而持续地研究石漠化的热点区域。本论文以后寨河流域为研究案例,以石漠化景观格局.历史模拟.未来预测为研究思路,从遥感(RS)、统计资料、调查访问和野外实测调查等获得原始数据,运用地理信息系统(GIS)的空间分析方法,对1987~2004年间后寨河流域的石漠化景观格局及其变化特征进行了深入分析;在此基础上,利用CA-Markov模型和CLUE-S模型对历史时期(2004年)的石漠化景观格局进行了模拟与重建,并比较了两种模型的模拟效果;最后,选取CA-Markov模型对未来36年内4个时期(2013、2022、2031和2040年)不同土地管理措施下的石漠化扩展进行了模拟与生态效应评估,以期为石漠化防治和喀斯特地区可持续发展提供决策支持。本论文取得如下研究成果:
(1)1987~2004年间,后寨河流域的生态环境逐步恶化,其表现为石漠化土地面积持续增加、等级强度逐步增强,以及石漠化扩展速率逐渐加快。具体表现在:1987~2004年间,石漠化土地增加319.19 hm2;轻度石漠化呈现出先减少(1987~1995年间)后增加(1995~2004年间)的趋势,而中度和重度石漠化则呈现出持续增加的趋势;石漠化年平均扩展速率由1987~1995年间的6.55 hm2/a,增加到1995~2004年间29.64 hm2/a。在整个研究时段内,研究区的东部地区均比西部地区的石漠化严重,但在1987~1995年间,石漠化的扩展区域主要为东部地区,而1995~2004年间,石漠化的扩展则主要发生在西部地区。每年约有占全流域0.37%的土地出现石漠化,急需进行石漠化防治。
(2)分别利用CA-Markov模型和CLUE-S模型,对后寨河流域2004年的石漠化景观格局进行了模拟,并通过对模拟结果的对比分析,探讨两种模型在石漠化景观动态模拟上的有效性差异。结果表明:利用CA-Markov模型模拟得到的研究区2004年的石漠化总面积3085.90 hm2,比实际的略高,该模型对2004年的石漠化发展状态存在很大程度上的高估。利用CLUE-S模型模拟得到的研究区2004年的石漠化总面积2821.77 hm2,比实际的略低,该模型对2004年的石漠化发展状态存在一定程度上的低估。两种模型模拟精度均较高(>75%),均可用于石漠化景观格局变化模拟,但对石漠化模拟均存在一定程度上的偏差。尽管CLUE-S模拟的精度(78.94%)略高于CA-Markov(77.66%),但由于它受到面积的限制,不能模拟面积比例较小的强度石漠化,故综合而言,CA-Markov模型较适用于后寨河流域的石漠化动态模拟研究中。
(3)遵循后寨河流域目前和未来的土地管理措施,以及社会对区域生态环境保护的要求,设计了三个石漠化发展预案,即目前趋势发展预案、生态保护预案和经济优先预案。对不同的预案条件下未来36年石漠化扩展面积和空间格局、石漠化扩展热点区域以及石漠化扩展所导致的土地资源损耗、土壤流失等生态环境影响进行了分析和比较,为喀斯特地区土地规划、生态建设以及可持续增长管理提供了许多有价值的决策信息。