大足区上游水库流域生态系统时空格局演变分析
2017-10-09
(1.重庆市大足区生态环境监测站 重庆 402360;2. 重庆市环境科学研究院 重庆 401120)
大足区上游水库流域生态系统时空格局演变分析
路媛媛1齐静2李江华2
(1.重庆市大足区生态环境监测站 重庆 402360;2. 重庆市环境科学研究院 重庆 401120)
本文基于GIS技术,利用大足区2010年、2015年2期土地利用数据集,提取了上游水库流域内农田、森林、灌木、草地、湿地、聚落、荒漠七种主要生态系统的相关信息并分析了各生态系统的空间特征及时空演变规律。分析结果如下:(1)流域内生态系统类型以农田和森林为主,两期农田面积占比均超过50%;(2)生态系统空间分布格局地域差异显著,农田广泛分布在地势较缓的平坝丘陵区,森林主要分布在流域内水库两侧山脊和流域西南部较为陡峭山脊;(3)2010-2015年间,流域范围内生态系统类型主要表现为森林面积逐年递增,聚落呈减少趋势,农田面积减少趋势显著;而森林主要由农田转换而来;(4)近5年来上游水库流域范围内生态环境呈逐年好转趋势,表明流域内退耕还林、生态恢复等工作得到显著成效。
大足区;上游水库流域;生态格局;时空演变
生态系统及整个生物圈不仅是创造和维系地球环境的支撑系统,形成了人类赖以生存的环境,为人类提供生活所必须的各项生产物质,还维持水循环、物质循环、生物多样性等多项服务功能[1-2]。随着经济社会的发展,人类对生态系统控制能力的提高,为满足日益增长的物质、精神需求,对生态系统直接与间接的影响不断增强[3],如自然资源开发、大规模城市建设、滥垦乱伐等过度消费生态系统服务的活动导致了生态系统的破坏,并引发了一些生态环境问题,给人类社会的可持续发展带来巨大挑战,促使人类深入思考自身与自然生态系统的关系[4]。
上游水库位于大足区的最北部,是大足区重要的城市集中式饮用水水源地之一,近年来随着大足区社会经济发展的增速、城市化步伐的加快,对于如何合理的保护城市集中式饮用水水源地提出的新的挑战。本文基于ArcGIS技术,利用大足区2010 年、2015年2期土地利用数据集,提取了上游水库流域内农田、森林、灌木、草地、湿地、聚落、荒漠七种主要生态系统的相关信息并分析了各生态系统的空间特征及时空演变规律,以期为大足区城市饮用水水源地的保护和生态系统的可持续利用提供科学参考。
一、研究区概况
上游水库位于大足区中敖镇双溪村六社,北纬29°47′-29°49′,东经105°35′-105°38′,有效库容2670万m3,总库容2750万m3,现状水质Ⅲ类,是集农业灌溉、城乡人民生产生活及工业用水于一体的水利工程,供水范围主要为大足主城区棠香街道、龙岗街道以及中敖镇,涉及供水人口为7.8万人,占全区人口的5.5%。上游水库流域面积为53.81 km2,涉及大足区中敖镇的天台村、九石村、峰山村、长源村、洪溪村、双柏村及双溪村部分区域和高坪镇的茨竹村、玄顶村及高峰村和瓦店村部分区域。
二、研究方法及数据获取
(一)数据获取。研究使用大足区国土房管局提供的2010年、2015年土地利用数据,提取了上游水库流域内农田、森林、灌木、草地、湿地、聚落、荒漠七种主要生态系统。
(二)研究方法。研究使用的转移矩阵是定量分析地类间相互转移的常用方法[5]。它能够具体的反映生态系统变化的结构特征和各类型之间的转移方向。该方法来源于系统分析中对系统状态与状态转移的定量描述[6]。其中,转移矩阵应用最为广泛,其数据形式为:
式中,Aij表示面积;n表示土地利用类型数;i与j分别代表研究初期与末期的土地利用类型;Sij为研究期内第i类土地转化为第j类土地的面积。
三、结果与分析
(一)生态系统类型构成及空间格局。分析结果显示,上游水库流域范围内生态系统类型构成及空间格局呈以下特征。
(1)生态系统构成以农田和森林为主。从流域范围内2010、2015年三期生态系统类型构成情况来看,农田和森林是最主要的两种生态系统类型。其中,农田在2010和2015年的面积占流域范围内国土面积的比例分别为60.84%和56.07%;其次是森林,二个年份的占比分别为24.11%和28.93%。草地、湿地、聚落和荒漠面积较小,二个年份的占比均在8%以下(表3.1)。
(2)生态系统空间分布格局地域差异显著。流域范围内地貌形态复杂多样,生态系统空间分布地域差异显著。其中占比最大的农田广泛分布在地势较缓的平坝丘陵区;森林主要分布在流域内水库两侧山脊,以及流域西南部较为陡峭的低山山脊;聚落则主要散落在流域内的地势条件较好的的平坝区(图1,图2)。
表1 上游水库流域范围内2010和2015年生态系统类型构成
图1 上游水库流域范围内2010年生态系统空间分布格局
图2 上游水库流域范围内2015年生态系统空间分布格局
(二)生态系统类型时空演变特征
1.生态系统类型变化趋势。2010-2015年间,流域范围内各类生态系统类型呈以下变化特征(表3.2):
(1) 森林面积逐年递增。2010-2015年间,流域范围内森林面积增加了259.36 hm2,增幅分别为4.82%。
(2) 聚落呈减少趋势。聚落生态系统在2010-2015年间面积共计减少了2.34 hm2,减幅为0.04%。
(3) 农田面积减少趋势显著。农田生态系统面积在整个时段内呈减少趋势,其中在2010-2015年间减少量达到了256.78 hm2,减少比例为4.77%。
(4) 灌木、湿地、草地和荒漠面积呈微弱减少。流域范围内湿地在2010-2015年间呈微弱减少。其他三类面积变化不明显。
表2 流域范围内2010-2015年生态系统类型变化情况
2.生态系统类型时空转移特征。生态系统类型变化方向采用生态系统类型转移矩阵分析生态系统变化的结构特征与各类型变化的方向。2010-2015年间,流域范围内生态系统类型主要呈以下转移特征(表3.3,图3.3):
(1) 森林向聚落和湿地少量转出,获得大量农田转入。整个时段内,森林向聚落转化了0.22 hm2,但同时获得了农田的大量转入,整个时段内农田向森林转入了259.36 hm2。空间上,农田向森林发生转化在整个流域范围内境内分布较广,较为集中的主要分布在流域内的东北部。
(2) 聚落获得草地、森林和农田转入。2010-2015年间,聚落分别获得草地、森林和农田的转入。其中转入量最大的是农田,整个时段内向聚落转入了1.96 hm2。空间上,农田向聚落转化主要集中在高平镇内的玄顶村、高峰村。
(3) 农田大量向聚落和森林转出。2010-2015年间,农田分别向聚落和森林发生了转化,分别向其转出了1.96 hm2和259.36 hm2。
表3 上游流域范围内2010-2015年生态系统类型转移矩阵 面积(hm2)
图3 上游水库流域范围内2010-2015年生态系统类型空间转移分布
四、结论
(1)流域内生态系统类型以农田和森林为主,农田生态系统在2010年、2015年的面积占流域国土面积的比例均超过50%;
(2)生态系统空间分布格局地域差异显著,农田广泛分布在地势较缓的平坝丘陵区,森林主要分布在流域内水库两侧山脊,以及流域西南部较为陡峭的低山山脊;
(3)2010-2015年间,流域范围内生态系统类型主要表现为森林面积逐年递增,聚落呈减少趋势,农田面积减少趋势显著;而森林主要由农田转换而来。由此可知,近5年来上游水库流域范围内生态环境呈逐年好转趋势,表明流域内退耕还林、生态恢复等工作得到显著成效。
[1]Constanza R,d’Arge R,de Groot R, et al. The value of the word’s ecosystem services and natural capital[J].Nature ,1997,386(663.):253-260.
[2]欧阳志云,朱春全,杨广斌,等. 生态系统生产总值核算: 概念、核算方法与案例研究[J].生态学报,2013,33( 21) :6747-6761 .
[3]李双成,刘金龙,张才玉,等.生态系统服务研究动态及地理学研究范式[J].地理学报,2011,66( 12):1618-1630.
[4]潘竞虎.近15年来长江源区土地利用变化及其生态环境效益[J].长江流域资源与环境,2005,14(3):310-315.
[5]朱会义, 李秀彬. 关于区域土地利用变化指数模型方法的讨论[J]. 地理学报, 2003, 58(5).
[6]刘琼, 欧名豪, 彭晓英. 基于马尔柯夫过程的区域土地利用结构预测研究[J]. 南京农业大学学报, 2005, 28(3): 107~112.
齐静
路媛媛(1983-),女,汉,河南林州市人,工程师9级,硕士研究生,研究方向为环境监测;齐静(1989-),女,汉,重庆沙坪坝人,工程师,硕士研究生,研究方向生态遥感。