洱海北部陆域景观开发强度动态研究

来源 :防护林科技 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hulei_1188
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:基于遥感与GIS技术,并结合有关调查数据,选取斑块数量、分维数、景观形状指数、破碎度、景观变化率等5个景观指数对研究区域2010 ~ 2019年景观结构和格局变化进行分析,采用LDI方法进一步评价了该区域环境健康状况。结果表明,研究区域耕地景观类型占主导地位,面积比例占50.81%以上,其次为建设用地,该区域景观结构属农村—城镇组成系统;近几年随着洱海保护有关政策的实施,林地、耕地、沼泽地及水体等景观类型面积变化幅度较大;随时间的变化,土地利用格局得到进一步优化;2010年研究区域的LDI综合指数为4.77,环境健康等级为“一般”,较接近“不健康”等级,但随着洱海保护措施的实施而趋向于“健康”等级发展。
  关键词:景观;分维数;破碎度;LDI方法;健康等级;洱海
  中图分类号:X821    文献标识码:A
  Abstract: Based on remote sensing and GIS technology and combined with relevant survey data, five landscape indexes, such as patch number, fractal dimension, landscape shape index, fragmentation, landscape change rate, were selected to analyze the changes of landscape structure and pattern in the study area from 2010 to 2019, and the environmental health status of the area was further evaluated by the method of LDI. Results showed that, the landscape types of cultivated land in the study area are dominant, accounting for more than 50.81% of the total area, followed by construction land, and the landscape structure of this area is a rural urban system. In recent years, with the implementation of relevant policies on Erhai protection, the landscape types of forest land, cultivated land, swamp land and water landscape have changed greatly. As time went on, the land use pattern has been obtained further optimization. In 2010, the LDI comprehensive index of the study area was 4.77, and the environmental health level was "ordinary", which was close to the "unhealthy" level, but with the implementation of Erhai protection measures, it tended to develop at the "healthy" level.
  Key words:landscape; fractal dimension; fragmentation; LDI method; health level; Erhai
  景观结构的变化会引起生态环境的改变,可通过相关模型在不同层次水平上对其进行定量分析,获取景观结构的时空变化关系[1]。土地资源是人类活动的载体,土地利用作为人类最基本的实践活动形式,是导致景观结构改变的直接原因,可以通过土地利用结构变化评估生态环境变化[2]。洱海是云南第二大高原湖泊,为洱海流域及周边部分区域内重要的生产生活水源地。自上世纪70年代起,洱海水位由自然调控转为人为调控,造成长期低水位运行,加之周边工农业的快速发展,村落密集,工农业污染物及生活污水入湖,导致多次发生大规模蓝藻水华[3]。洱海水质的恶化备受关注,本世纪初有关部门开始实施洱海湖滨带的生态修复[4],提出了“绿色流域建设”的防治思路[5],但由于湖泊污染治理体系的不完善及社会经济发展的需求,后期一再爆发大规模藻华[6]。近几年开始实施环湖截污工程,拆除湖周部分建筑物,建设湖滨带生态廊道,对洱海流域部分入湖河流实施改造修复,洱海水质恶化趋势得到遏制,至今洱海水质处于Ⅱ ~ Ⅲ类水平。
  研究区域位于洱海北部临湖陆域,该区域村落分布密集,农业高度发展,同时也是洱海流域上游区域水资源入洱海必经之地,主要河流有罗时江、永安江、弥苴河,湿地主要有西湖湿地。该区域可喻为洱海流域上游的“肾盂”,起到汇聚和净化上游水源的作用,是洱海保护的一道重要防线,也是洱海源头治理的关键区域之一。近几年在该区域实施了退田还草还湿,建造人工湿地,修复河流面岸,逐步退出污染型工农业等洱海保护措施,为洱海保护作出了积极的响应。随着社会经济的发展和洱海保护措施的开展,该区域的景观结构发生了较大的变化,因此通过分析景观结构、景观动态及景观功能之间的相互关系,预测该区域环境質量发展趋势,对该区域洱海保护措施实施成效给出科学的评价,并为区域内土地资源的进一步优化配置提供指导。
  1 研究区概况
  洱海流域位于云南省大理白族自治州中部,地跨大理市和洱源县(25°30′ ~ 26°00′N,100°00′ ~ 100°30′E),总面积25.65 万hm2,处于澜沧江、金沙江和元江三大水系分水岭地带,其水系属澜沧江水系。研究区域位于洱海流域的中部偏北(图1),为流域中部坝区东西径向最窄的区域,是流域上游水资源入洱海的必经之地,该区域地势平坦,水资源较为丰富,有鱼米之乡的美誉。区域内有国家级湿地一处,面积为949.78 hm2,主要河流有罗时江、永安江、弥苴河,这3条河流平均入湖水量占洱海平均补给水总量的70%以上。研究区域海拔介于1968 ~ 2125 m,总面积为9953.15 hm2。   2 研究方法
  2.1数据来源
  数据主要包括研究区域2014(资源三号卫星高清影像,分辨率10 m)、2016(航拍土地确权影像,分辨率1 m)、2019(资源三号卫星高清影像,分辨率10 m)年影像,时相均为12月,2010 ~ 2019年Google Earth历史影像;涉及研究区域的第三次全国土地调查矢量数据。
  2.2数据处理方法
  以第三次全国土地调查矢量数据为基础,结合影像资料对研究区范围内的土地利用现状进行斑块区划,地类区划至二级地类,统计面积时进行适当归并,共归为6类景观类型:①建设用地,包括商服用地、工矿仓储用地、住宅用地、公共管理与公共服务用地、交通运输用地;②空闲地;③林地,包括园地、乔木林地、灌木林地、其他林地及部分荒山草地;④耕地,包括水田、水浇地、旱地及其他土地中的设施农用地;⑤沼泽地,包括森林沼泽、灌丛沼泽及沼泽地;⑥水体,包括河流水面、湖泊水面、水库水面、坑塘水面、养殖坑塘、沟渠、干渠。
  2.3景观指数的选取
  选取斑块数量、分维数、景观形状指数、破碎度、景观变化率等5个景观指数对研究区域景观结构变化进行分析,相关指标计算公式如下,各指标的生态学含义见相关文献[7-9]。
  式中Ei为斑块周长;Ai为某景观類型的面积;MPS由所有斑块的平均面积除以最小斑块面积得到;n为某景观类型斑块数量;Nc为研究区景观总面积除以最小斑块面积之值;Sa、Sb分别为研究期初和研究期末的景观面积;t为监测时段长度。K>0表示监测时间内景观面积增加,K<0表示监测时间内景观面积减少,K的绝对值越大表示面积变化的程度越大。
  2.4各斑块LDI系数的确定及LDI综合指数计算
  根据Brown等[10]2005年划分的LDI系数表,结合研究区域的实际情况确定了各斑块类型的LDI系数(表1)。
  根据表1所赋予的系数,通过式5计算LDI综合指数。
  式中:LDItotal—研究区域LDI综合指数;%LUi—第i种土地利用类型的面积占研究区域总面积的百分比;LDIi—第i种土地利用类型的LDI系数。
  3 结果与分析
  3.1 景观类型结构变化
  根据研究区域景观类型面积比例统计可知(表2和图2),2010 ~ 2019年间该区域占主导地位的景观类型为耕地,占比高达50.81%以上,其次为建设用地占比高于17.97%,再次为林地占比高于6.50%。至2019年,沼泽地和水体面积占比相差不大,空闲地面积占比仅为0.33%。研究区域村落数量较多,是建设用地的主要组成部分,总体上建设用地面积呈增加趋势,一批如高速公路、铁路、工厂等重大项目建设的建设,导致2010 ~ 2018年增速较快,变化率高达58.27,后期建设项目减少,2018 ~ 2019年增速明显减慢,变化率降至18.66;空闲地面积持续减少,特别是2016年以后减少幅度明显大于2016年以前,一些空闲地转变为建设用地或人工湿地;林地面积增幅在所有景观类型中为最大,主要呈现在2016 ~ 2018年间沿主要河流两侧造林绿化,至2019年面积略有减少,主要是因为部分造林地转变为人工湿地;受洱海保护及其他有关生态保护政策的影响,一些如生态修复、绿化造林、水净化等项目落地于退出的耕地上,造成耕地面积持续减少,特别是2016 ~ 2018减少幅度最大,部分水田退出后转变为水体或沼泽地;沼泽地是洱海源头水质净化的主要载体之一,因此在具备条件的水田、耕地等区域建设了部分沼泽地,面积变化趋势呈“增加-速增-略减”趋势,后期部分沼泽地转变为水体;水体面积表现为增加,增加趋势呈“快-慢-快”,初期受市场经济的影响,部分水田转变为养殖塘,后期部分耕地改造为人工库塘。
  3.2景观格局变化
  选取斑块数量、分维数、景观形状指数、破碎度4个指数对研究区域的景观格局动态变化进行了定量分析(表3)。从景观斑块数量来看,除空闲地斑块数量呈减少趋势外,其余景观斑块数量均增加,建设用地的斑块数量最多,数量由2010年的500增加至2019年的884;水体斑块数量增加5倍左右,林地、耕地及沼泽地的斑块数量也有不同程度的增加。从景观破碎度来看,建设用地的破碎度最高,其次为林地,再次为耕地,其余景观的破碎度均较小。建设用地、空闲地及林地的破碎度在时间变化上基本呈降低趋势,可见建设用地及林地虽在扩展,并且斑块数量整体呈现增加趋势,但其地斑块并没有因为数量增加而变得破碎,而表现出更高的完整性。耕地的破碎度增加后又减少,主要是因在时间变化上耕地受分割破碎后又转变了利用类型而导致的。沼泽地和水体因受乡村道路的分割及人为增加斑块数量而更加破碎,破碎度呈增加趋势。
  各景观类型的分维数在4个时期均小于1.5,说明总体上景观斑块形状简单。建设用地、林地及耕地的分维数随时间变化而增加,表明受人为干扰增加,斑块形状趋于复杂化;空闲地的分维数随时间变化而降低,表明其斑块形状趋于简单化;沼泽地和水体的分维数变化趋势存在不确定性,表明受干扰较频繁。从各景观类型斑块的形状指数来看,除了空闲地外,其余景观的形状指数均呈现增大的趋势,表明在人为干扰的情况下,斑块结构向着松散型发展。
  3.3环境健康动态变化及评价
  研究区域2010 ~ 2019年间的LDI综合指数动态变化见表4,其值呈现出逐渐降低的趋势。从各景观类型的结构比例来看,该区域以农业生产为主,其次为居住区,是洱海流域内典型的农村—城镇组成系统。张淼等[11]将LDI值分为3个等级:1 ~ 2为“健康”;2 ~ 5为“一般”;大于5为“不健康”,参照该分级可知,2010年该区域LDI综合指数高达4.77,环境健康等级处于“一般”,但较靠近“不健康”等级,说明该区域属于农业型坝区,受城镇化发展的影响较大。2016 ~ 2018年LDI综合指数的降幅较大,说明在该时期一些如退田还湿还水,造林绿化等环境友好型项目的实施取得了一定成效。随着后续有关项目的推进,该区域的环境健康状况将进一步得到改善。   4 结论与讨论
  4.1结论
  基于遥感与GIS技术,对研究区域2010 ~ 2019年景观结构及格局变化进行了分析,采用LDI方法进一步评价了该区域环境健康状况,得出以下结论:
  (1)研究区域景观类型以耕地为主导,其次为建設用地,属农村—城镇组成系统;
  (2)研究区域的林地、耕地、沼泽地及水体等景观类型面积变化幅度较大,发展趋势良好;
  (3)研究区域土地利用类型的空间布局随时间变化得到进一步优化;
  (4)研究区域环境健康等级为“一般”,但随时间的变化而趋向于“健康”等级发展。
  4.2讨论
  研究区域位于洱海流域中部偏北,是洱海北部重要的“北三江”区域(罗时江、永安江、弥苴河),该区域景观结构是流域内典型的农村—城镇组成系统,以农业生产为主,乡村聚落密布其中。由于该区域区位的独特性,其是洱海流域北段洱海补给水的唯一过境地,因此该区域成为了洱海保护治理的关键区域之一。“北三江”区域所汇聚的洱海补给水占洱海总补给水的70%,同时也是洱海污染物输入的主要渠道之一。
  1998 ~ 2016年洱海总磷污染负荷总体呈上升趋势,具体表现为流域内点源污染增加、面源污染减少,但面源污染仍是主要污染源,农业面源、畜禽养殖粪便和城镇居民生活污水是洱海流域三大污染来源,洱海湖区北部污染物浓度要高于其它地区[12-13]。研究区域农业面广、人口密集,畜禽养殖业是主要的辅助产业,因此成为洱海污染物主要来源区之一。为了建立保护洱海的最后一道生态防线,近几年在湖岸、河流等区域建设了人工湿地、生态塘湿地等拟自然水源净化系统,有效的截留了部分污染物[14-16]。
  因此,调整农业结构模式和优化土地利用方式是改善该区域自然环境的有效手段,只有加强和巩固区域水源自然净化能力,推动“绿色流域建设”的步伐,改善流域人居环境,才能带动区域绿色经济的发展。
  参考文献
  [1] 赵珍珍, 冯建迪. 1980 S—2016年科尔沁沙地景观时空格局演变特征分析[J]. 山东理工大学学报(自然科学版), 2020,34(2):24– 30.
  [2] 王成,魏朝富,高明,等.土地利用结构变化对区域生态健康的影响:以重庆市沙坪坝区为例[J].应用生态学报, 2005,16(12):2296– 2298.
  [3] 符辉,袁桂香,曹特,等. 洱海近50 a来沉水植被演替及其主要驱动要素[J]. 湖泊科学, 2013,25(6):854–861.
  [4] 叶春, 金相灿, 王临清, 等. 洱海湖滨带生态修复设计原则与工程模式[J]. 中国环境科学, 2004,24(6):717–721.
  [5] 金相灿, 胡小贞, 储昭升, 等. “绿色流域建设”的湖泊富营养化防治思路及其在洱海的应用[J]. 环境科学研究, 2011, 24(11): 1203–1209.
  [6] 陈学凯. 湖泊流域非点源污染分区精细化模似与多级优先控制区识别—以洱海为例[D]. 北京:中国水利水电科学研究院博士学位论文, 2019.
  [7] 邱彭华, 徐颂军, 谢跟踪, 等. 基于景观格局和生态敏感性的海南西部地区生态脆弱性分析[J]. 生态学报, 2007,27(4):1257– 1264.
  [8] 徐亚男, 刘学录, 李晓丹, 等. 祁连山东段生态敏感性对景观动态变化的响应[J]. 生态科学, 2019,38(5):160–167.
  [9] 易凤佳, 李仁东, 常变蓉, 等. 2000—2010 年汉江流域湿地动态变化及其空间趋向性[J]. 长江流域资源与环境, 2016,25(9): 1412–1420.
  [10] Brown M T, Vivas M B. Landscape development intensity index[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2005,101(1-3):289– 309.
  [11] 张淼,刘俊国,赵旭,等. 基于景观开发强度法的湿地健康变化研究[J]. 水土保持研究, 2014,21(3):157–162.
  [12] 韦晓雪, 李晓琳, 郑毅. 基于输出系数模型的1998—2016年洱海流域磷素时空变化特征分析[J]. 农业环境科学学报, 2020,39 (1):171–181.
  [13] 罗平安, 曹慧群. 洱海不同水期水环境时空变化规律模拟. 长江科学院院报.
  http://kns.cnki.net/kcms/detail/ 42.1171.TV.20200519.1642.018.html
  [14] 严春丽, 赵明, 李泽坤, 等. 洱海北部入湖河流水质特征及其对北部湖区的影响[J]. 环境工程, 2020,38(12):59–63.
  [15] 李丹, 储昭升, 刘琰, 等. 洱海流域生态塘湿地氮截留特征及其影响因素[J]. 环境科学研究, 2019,32(2):212–218.
  [16] 梁启斌, 侯磊, 李能发, 等. 洱海北部表流人工湿地氮截留的长效性及影响因子[J].农业环境科学学报, 2020,39(7):1585– 1593.
其他文献
摘 要 为了进一步分析干旱地区蒙古栎混交林在水土保持方面的效果,在辽西沙区选择营建5 a的蒙古栎+大扁杏混交林进行了调查,以植被盖度、植物种类、地表径流量、土壤流失量作为指标开展分析,结果表明:蒙古栎混交林营建5 a后其林间植被的盖度(100%)、种类多样性(19种)均大于对照处理;林间的地表径流量、地表流失量均为0,极显著低于对照处理。辽西地区的蒙古栎+大扁杏的混交林对提高地表植被盖度、恢复植被
期刊
摘 要 通过在黄斑星天牛化学防治区和对照区建立临时标准地,调查树下黄斑星天牛死亡成虫数、刻槽数、3龄以下活幼虫数、3龄以上活幼虫数、羽化孔数等,进行黄斑星天牛化学防治效果的研究,结果表明:“树干注药+树冠喷药”有机结合的防治措施可使树下黄斑星天牛死亡成虫率达到52.1%,刻槽减退率达到89.1%,3龄以下幼虫减退率达到94.3%,且防治效果不受限于天牛重度、中度、轻度发生区。  关键词 黄斑星天牛
期刊
摘 要 通过对三北地区不同类型沙棘叶片参数的测定分析,结果表明:在三北地区3个典型区域,杂交沙棘叶片多条形,钝尖,叶柄较长,而中国沙棘叶片呈披针形;叶面积以杂雄沙棘最大,引进大果沙棘次之,杂雌沙棘较小,各乡土沙棘最小;叶产量随雌雄株、区域不同变化很大,“杂雄优1号”叶产量较“杂雌优54号”高出3.6倍,同一品种“杂雄优1号”叶产量,辽宁朝阳比甘肃庆阳能高出2.4倍。在三北地区,杂雄沙棘叶面积大,叶
期刊
摘 要 马尾松是我国的针叶树种之一,主要生长于我国南方地区。它具有分布广泛,资源利用价值大的优点。随着经济社会的持续健康发展,马尾松也发展成为了松香制作和造纸等工业发展的必要原料。在这样的社会大背景之下,越来越多的人开始种植马尾松,来获取一定的经济利益。但是,生长起来的马尾松却存在着很大的差异。地形和气候这些自然因素是不可避免,也是不可改变的。要想提高马尾松的品质就需要从施肥、浇水和捉虫等人工干预
期刊
摘 要:辽河平原区的防护林担负着防风固沙、保持水土和水源涵养等关键作用,但在过去多年里因干旱、严寒、人畜破坏和森林病虫害等原因发生了大面积、不同程度的林木密度减小、长势衰弱、防护功能下降等退化现象,笔者通过调查分析探讨了相应的解决对策,为指导地方预防和修复退化防护林提出建议。  关键词:防护林;预防;修复  Abstract: In Liaohe plain, shelter forest pla
期刊
[摘要] 光肩星天牛(Anoplophora glabripennis(Motsch.))是目前新疆伊犁地区主要的林业蛀干类害虫之一。本文对光肩星天牛的生活史、危害现状及防治技术做了描述,对指导本地区光肩星天牛防治提供了参考。  关键词:光肩星天牛 蛀干害虫 危害现状 防治技术  光肩星天牛是目前本地危险性蛀干害虫之一,严重威胁伊犁林业生态安全。该虫蛀食树木的韧皮部及木质部,树木一旦表现出凋萎枯黄
期刊
摘要:在黄河流经陕西段的绥德、佳县两地土石山地的陡坡上通过树种选择、垒石坑整地、不同坡度坡面造林模式的设置,进行了植被生态景观的重建,经水保径流量和植物树种等因子的调查,基本达到保持水土、为沿黄观光路增绿添景,带动当地旅游事业发展的目的。  关键词:黄河西岸土石山区 坡面生态空间 综合治理技术   ABSTRACT: in the Yellow River flows through the Sh
期刊
摘 要:花椒是重要的调味品,也是渭南群众脱贫致富的重要支柱产业。我们针对渭南当前花椒春季栽培管理中存在的主要问题,结合工作实际,对花椒栽培、土肥水管理、整形修剪、晚霜预防和病虫害防控等技术进行了总结,对渭南花椒产业发展具有积极的促进作用。  关键词: 花椒 春季 管理  花椒耐干旱、瘠薄,适应性强,经济价值高,是渭南四大干杂果(花椒、核桃、柿子、枣)经济林树种之一。近年我市花椒产业发展速度较快,已
期刊
摘要:为了掌握南涧大龙潭州级自然保护区植物资源与区系特征,该研究基于2019年1月南涧县大龙潭州级自然保护区综合考察结果和2016年南涧县二类调查结果数据基础上,采用文献查阅、鉴定标本等方法对研究区的植物资源与区系做了分析,旨在在为保护区建设管理和植物资源保护提供科学有效的本底资料和基础数据支撑[1]。结果表明:(1)研究区共记录维管束植物98科239属414种,其中蕨类植物14科20属35种,种
期刊
摘要:桉树青枯病是一种危害极大地灾害性桉树流行病。在林场森林资源培育过程中如发生青枯病时要及时采取有效的应对措施。本文依据黄冕林场桂东分场新龙造林地实地青枯病危害情况及防治措施,对青枯病的发生时的特征,发病病因,防治方法,应对策略及改善措施进行探讨。  关键字:桉树青枯病;营造林;防治措施;对策研究;  自2019年7月份起在黄冕林场桂东分场新龙2标林地发现有不同程度的林木枯死现象,受害林木零星分
期刊