武汉城市圈湿地生态系统服务变化及情景模拟

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山水林田湖草的生态修复和保护是构建美好生态环境和人类生存发展的重要基石。人的命脉在田,田的命脉在水,水域的重要性不言而喻,湿地作为水域和陆地之间相互影响而产生的特殊区域,同时拥有水陆的生态服务类型和特点且蕴含丰富的生物资源,对人类来说具有巨大的利用价值和研究潜力。湿地生态系统是全球不可或缺的生态系统,也是最易受外界影响和威胁的生态系统。开展湿地生态系统服务综合评价能够为生态补偿机制、生态功能区的划定和生态环境保护等奠定基础。武汉城市圈是我国中部区域规模最大的经济集中区,境内水网空间分布密集,充裕的湿地资源使其在水源涵养、气候调节、固碳释氧和生境质量提升等方面发挥重要作用。湿地资源是武汉城市圈的重要生态资本,但随着经济发展进程的加快其湿地保护前景不容乐观,湿地生态质量下降和生态系统服务丧失的问题日益凸显。目前研究区内的湿地资源受人类活动影响严重,因此对湿地生态系统服务演变的探讨和研究十分必要。本文以武汉城市圈的湿地资源为研究对象,运用GIS技术以土地利用数据、气候数据和统计数据等为研究基础,对城市圈2000-2020年的湿地利用变化进行动态分析。再采用In VEST模型对武汉城市圈的湿地产水量、湿地生境质量和湿地碳储量共3类湿地生态系统服务的时间变化、空间分布以及影响因素进行定量分析,探究过去20年间武汉城市圈湿地生态系统服务的变化情况。最后运用CA-Markov模型在生态规划条件下对研究区2030年的湿地生态系统服务变化进行情景模拟,在不同情景假设下分析武汉城市圈2030年湿地生态系统服务的演变规律,明晰经济建设优先发展对区域湿地生态系统服务的影响,为研究区未来经济发展和湿地保护政策的制定提供决策依据。得到相关研究结论:(1)2000-2020年,耕地、林地和湿地是武汉城市圈的主要地类,其中湿地的空间分布范围较广。城市圈中湖泊湿地和人工湿地的面积规模较大。20年间各湿地类型的面积变化均较显著,其中沼泽湿地的面积降低,而人工湿地、河流湿地和湖泊湿地的面积升高。(2)2000-2020年,武汉城市圈湿地空间分布具有明显的地区差异性。其中,河流湿地逐渐形成以长江和汉江为中心零散分布的特点;湖泊湿地呈聚集性分布特征,分布范围主要集中在地势较低的江汉平原;人工湿地的组成部分是库塘和水产养殖,主要分布在长江和汉江周边区域;沼泽湿地集中分布在江汉湖泊湿滩地。(3)2000-2020年,武汉城市圈的湿地产水服务逐年增强,湿地生境质量较好且变化不明显,而湿地碳储量先增加后减少。城市圈内各湿地类型中河流湿地的生境质量较好,但产水服务和碳储服务较弱;湖泊湿地的产水量、生境质量和碳储量的数值较高;人工湿地的碳存储能力最强,但产水服务和生境质量较弱;沼泽湿地的产水能力强而生境质量和碳储能力较弱。(4)地类变化会对湿地生态系统服务产生影响。湿地与非湿地间的转化中,各类湿地转为草地时湿地产水量的减少数值最大,人工湿地和沼泽湿地转为耕地时湿地生境质量的降低值最大,耕地与人工湿地的互相转化对湿地碳储量的影响最大;湿地间的转移情况中,人工湿地转为沼泽湿地时产水量的增加值最大,湖泊湿地转为沼泽湿地时产水量的减少数值最大。人工湿地转为河流湿地时生境质量的减少数值最大,湖泊湿地转为人工湿地时生境质量的增加值最大。(5)地形坡度会导致湿地生态系统服务发生变化。2000-2020年随着坡度的升高武汉城市圈的湿地产水量逐渐增加,湿地碳储量逐渐下降,湿地生境质量呈“下降-上升-下降-上升”的波动变化趋势。其中坡度在<5°范围内的区域湿地面积较大,湿地产水总量最小,而生境质量指数和碳储量最大。(6)2020-2030年,趋势发展情景下各湿地的产水量均升高而碳储量均减少。人工湿地和河流湿地的生境质量升高,沼泽湿地和湖泊湿地的生境质量降低;湿地保护情景下的湿地产水量均降低,河流湿地、人工湿地和沼泽湿地的生境质量升高而湖泊湿地生境质量稍有降低,人工湿地碳储量升高而河流湿地、湖泊湿地和沼泽湿地的碳储量均减少;经济优先发展情景下的人工湿地和河流湿地的产水量减少而生境质量增加,沼泽湿地和湖泊湿地的产水量增加而生境质量减少,城市圈不同湿地类型的碳储量均增加。湿地作为武汉城市圈中分布最广泛的地类具有多种生态系统服务类型。城市圈的社会经济繁荣和生态环境保护相协调必需重视湿地资源,保护湿地生态系统。本文的研究结果有助于厘清武汉城市圈湿地生态系统服务的影响因素,分析经济发展和湿地保护之间的联系,为制定城市圈经济发展政策以构建高质量发展的空间布局提供参考。
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