水电梯级开发对陆域生态弹性力的影响研究
2022-05-14刘洁何煜然周永杰邝红艳杨大勇
刘洁, 何煜然, 周永杰,*, 邝红艳, 杨大勇
水电梯级开发对陆域生态弹性力的影响研究
刘洁1, 何煜然2, 周永杰2,*, 邝红艳2, 杨大勇2
1. 广东省社会科学院, 广州 510635 2. 生态环境部华南环境科学研究所, 广州 510535
基于秋香江2000、2005、2010和2015年四个时期的遥感影像及气象、水文数据, 利用生态弹性力模型, 对其流域及200米、500米岸边带的景观格局和生态弹性力进行分析比较, 揭示水电梯级开发对其陆域生态弹性力的影响。结果表明: 2000—2015年期间秋香江流域的生态弹性力呈现逐渐下降趋势, 尤其在2010—2015年间更为明显, 说明其生态系统的自我调节能力不断弱化; 岸边带的生态弹性力呈现先下降后上升再下降的趋势, 表明研究期间岸边带生态系统的自我调节能力有所提高; 同期相比, 秋香江200米岸边带的生态弹性力最高, 其次是500米岸边带, 最低的则是整个流域。2000—2015年秋香江流域及岸边带的生态弹性力有所波动, 但总体变化不大, 水电梯级开发建设未对研究区的陆域生态产生明显影响。
水电梯级开发; 生态弹性力; 秋香江
0 前言
生态弹性力是指生态系统受到外界干扰并保持其原状的能力, 于1973年由Holling[1]首先在生态学的研究中提出。随着相关研究的不断深入, 部分学者[2-4]将稳定性的概念引入到生态弹性力的定义中, 认为生态系统具有自我维持、自我调节和自我恢复的能力。生态弹性力的内涵可以概括为两个方面[5]: 一是系统的弹性强度, 即系统的弹性力高低; 二是系统的弹性限度, 即系统的弹性范围。弹性强度的大小取决于其生态系统自身的性质, 如地形地貌、气候条件、水文过程、土地覆被以及土壤等; 弹性限度则反映生态系统自我缓冲与调节的能力大小, 取决于生态系统的覆盖类型、多样性以及等级状况等[3,6]。
国内外关于生态弹性力的研究方法也有不少, 如浅水湖泊模型[7]、牧场模型[8]和水利用效率模型[9]等。López[10]等人运用功能与状态的转换模型, 定义了生态系统弹性限度与弹性力间的相关关系; Stephen[11]等人依据物种性状特征, 从全局灵敏性和不确定性分析对生态弹性力进行定量分析。王云霞[12]、赵强[13]等人以目标分层法构建指标体系, 利用SPSS软件, 采用主成分分析法对研究区的生态弹性力进行评价; 廖柳文[14]等人结合土地利用数据, 以各类用地的植被净初级生产力均值作为弹性分值, 分析研究区生态弹性度变化的影响。总体而言, 多数研究将生态弹性力作为生态承载力研究的环节之一, 在自然生态系统上的弹性力研究较为缺乏。
水电梯级开发是指在河流上布置一系列阶梯式的水利枢纽, 以充分开发利用河流的水能、水运资源[15], 但在产生巨大的防洪、发电、灌溉、航运等经济效益的同时, 其对生态及环境的负面影响日益凸显, 带来的景观格局的时空变化正是生态环境变化的基础, 它干扰了河流进程, 降低河流连接度, 使流域景观破碎化, 降低附近土地资源的利用率[16]。世界范围内诸多河流中发生了生态环境退化现象, 附近区域的景观破碎化加强[17]。此外, 水电梯级开发工程的建设和运行对生态环境影响具有复杂性、潜在性、空间性、累积性及规模大的特点, 往往造成难以估计的后果[18]。李亦秋[19]等人对猫跳河流域梯级开发的研究发现, 水电开发后其喀斯特山地生态系统的平衡被打破, 陆地植物群落结构严重改变、水土流失和石漠化加剧, 黄秋燕[20]以广西大化县红水河梯级开发为例, 研究发现库区出现了生态环境退化明显、生态系统稳定性降低、抗干扰能力弱等明显的景观生态环境效应; 李柏山[21]等人研究发现, 水电梯级开发对汉江流域的生态环境压力明显, 其生态系统综合功能呈现下降的趋势, 对生态环境造成不利影响。
鉴于上述生态弹性力的研究, 以及水电梯级开发对生态环境的影响, 本文基于生态系统的动态特性, 以秋香江流域及受水电梯级开发工程影响最大的岸边带(选取多年平均水位对应的高程线向陆域延伸200米及500米作为岸边带)作为研究区域, 利用遥感影像计算其2000—2015年的生态系统格局变化及植被覆盖度, 以弹性强度系数和弹性限度为基础, 结合生态弹性力模型, 对整个流域和岸边带的生态弹性力变化进行分析, 探讨水电工程对研究区陆域生态环境造成的影响, 为水电梯级开发建设的绿色发展及生态系统的保护提供数据参考, 以期实现生态、社会和经济的协调发展。
1 研究区概况及数据来源
1.1 研究区概况
秋香江是东江一级支流, 位于东江中下游, 发源于紫金县的黎头寨, 流域跨河源、惠州两市, 流经惠阳、惠东、紫金三市县, 流域面积1669 km2, 其中紫金县占95.9%。地势东高西低, 流向自东向西南流, 至紫金县古竹镇江口注入东江。干流全长144 km, 河道平均坡降为1.11‰。流域内大于100 km2的河流有围坳水、青溪水、龙渡水、南山水、好义水。秋香江支流青溪河发源于黄塘矶山, 流至蓝塘司围处汇入秋香江, 流域面积76.6 km2。秋香江上游流域内气温温和, 属亚热带山区, 雨量充沛。最高温度36 ℃, 最低温度-4 ℃, 无霜期300天。降雨年内分配不均匀, 春季少, 夏季多, 多年平均降雨量为1698 mm。
目前秋香江及其支流清溪河已建成的水电站共21座, 其中秋香江干流17座, 清溪河4座, 已建成引水式水电站7座, 河床式水电站12座, 坝后式水电站2座; 已完成可行性研究水电站2座, 近期规划1座。2000年之前, 秋香江流域只有5座水电站投产, 2000年之后, 水电站数量急剧增长, 其中以2000—2005年的增幅最大, 期间共有10座水电站完成建设并投入使用。
1.2 数据来源
本研究采用的数据来源于美国国家航空航天局(https://earthdata.nasa.gov/)提供的Landsat TM/ETM+遥感数据, 选择2000、2005、2010和2015年共4个时间点, 经过大气校正、正射校正和几何校正等预处理后, 采用面向对象分类的方法, 结合人工和自动识别, 实现生态系统类型分类。为提高遥感影像分类的精度, 本研究在研究区内随机抽取了300个检查点, 利用Google Earth不同年份的高分辨率影像进行精度评价, 总体分类精度为93.83%, Kappa系数为0.9472。其中湿地的用户精度最高, 达到100%, 其次是城镇用地(95.49%), 裸地的用户精度最低, 主要被误分为草地和灌丛。
降雨量和气温变化数据来源于国家气象科学数据共享服务平台中的河源站, 选取1981—2015年的降水和气温变化数据, 用于计算研究区的年降水变率和年气温变率。
2 研究方法
2.1 景观格局变化
2.1.1 生态系统构成
生态系统构成比例用于表示土地覆被分类系统中基于分类的各类生态系统面积比例[22]。
式中:P表示土地覆被分类系统中基于分类的第类生态系统在第年的面积比例;S表示土地覆被分类系统中基于分类的第类生态系统在第年的面积;表示评价区域总面积。
2.1.2 生态系统转移矩阵
生态系统类型转移矩阵可以全面具体地分析研究区生态系统变化的结构特征与各类型变化的方向[23]。转移矩阵的意义在于它不但可以反映研究期初、研究期末的土地利用类型结构, 而且还可以反映研究时段内各土地利用类型的转移变化情况, 便于了解研究期初各类型土地的流失去向以及研究期末各土地利用类型的来源与构成[24]。
2.2 景观多样性指数
景观多样性是指不同类型的景观在空间结构, 功能机制和时间动态方面的多样化和变异性[25]。通过测量景观多样性指数, 可以反映一个区域内不同景观类型分布的均匀化和复杂化程度[26]。指数越高, 景观类型越丰富, 生态弹性力也就越大[27]。计算公式如下[28]:
式中:为景观多样性指数;P为类生态系统类型所占比例;为研究区生态系统类型数量。
2.3 植被指数
采用国内外应用最广的归一化植被指数(NDVI), 能反映土地覆盖植被状况和生长活力, 计算公式为:
式中:为近红外波段;为可见光的红光波段, 分别对应MODIS第2和第1波段。NDVI值范围为[-1, 1], 0以下表示非植被覆盖区。
2.4 生态弹性力
综合生态系统弹性强度系数与弹性限度因素, 建立生态弹性力模型[29]:
式中:为生态弹性力; λ为调节系数(一般取0.01)[8];为生态系统弹性强度系数;ECO为生态系统弹性限度。
根据弹性强度系数和弹性限度的决定因素与自身性质确定计算公式:
式中:为生态系统弹性强度系数;为景观多样性指数;为植被指数;C为年降水变率;C为年气温变率;P为土地类型的面积覆盖百分比;S为土地类型的弹性分值。
3 结果与分析
3.1 景观格局变化分析
3.1.1 生态系统结构分析
秋香江流域的生态系统是在人类活动和自然条件影响之下的复合生态系统, 人为的开发利用活动和局部地区的自然地理生物条件形成了流域特有的景观格局。流域的生态系统类型以森林生态系统为主(见图1), 森林覆盖率达90%左右, 2015年, 森林生态系统面积约为1970.75 km2, 占流域总面积的90.05%, 16年间增加19.91 km2, 说明流域内的原陆域生态系统得到较好的保护。而裸地生态系统变化较大, 由2000年的29.97 km2减少至2015年的5.65 km2, 减少了81.16%。农田生态系统在逐渐减少, 但是总体变化不大, 2000年面积约为143.80 km2, 占流域总面积的6.57%, 2015年面积约为133.44 km2, 占流域总面积的6.10%, 16年间减少10.36 km2, 主要分布在秋香江干流下游的平原地区。湿地生态系统总体保持不变, 2000和2015年两个时期的面积分别为13.77 km2和14.24 km2, 增加3.40%, 主要分布在秋香江干流及其支流。城镇生态系统主要分布在秋香江上游的紫金县城区, 由2000年1.08%增至2015年1.61%, 面积增长11.68 km2。灌丛与草地生态系统分布较少, 2015年分别占流域总面积的1.23%和0.11%。
秋香江200米岸边带的生态系统类型在2000—2015年总体变化不大, 其中以森林为主(见表1), 占200米岸边带面积的43.08%, 增加了0.28 km2; 其次是农田生态系统, 占200米岸边带面积的28.78%, 15年间减少0.76 km2; 此外, 湿地生态系统面积略有增加, 2000年面积为7.25 km2, 2010年面积为7.40 km2, 增长了2.07%。
秋香江500米岸边带的生态系统类型与200米岸边带相似, 2000—2015年总体变化不大, 森林覆盖率接近60%, 15年间增加0.47 km2; 农田生态系统也占有较大面积, 占500米岸边带面积的20%以上, 期间减少1.80 km2; 此外, 城镇建设用地面积逐渐增加, 2000年面积为9.26 km2, 2015年面积为10.93 km2, 增长了18.03%。
图1 2000—2015年秋香江流域生态系统分类图
Figure 1 The classification of ecosystem type in the Qiuxiangjiang River basin from 2000 to 2015
表1 2000—2015年秋香江岸边带生态系统类型面积与比例
3.1.2 生态系统转移特征
从2000—2015年秋香江流域生态系统转移矩阵来看(见表2), 各生态系统总体面积变化不大, 转入转出变化也并不显著, 仅有1.90%的森林面积转入其它类型的生态系统, 其中转换成灌丛生态系统的面积相对较多, 为13.00 km2, 同时灌丛、农田和裸地等其他生态系统类型转入到森林, 其中裸地转入的面积最大, 为26.79 km2。从湿地转出转入情况来看, 湿地并未呈现萎缩状态, 16年间增加了3.40%。从农田生态系统转移情况来看, 2000—2015年间流域的农田生态系统处于下降趋势, 其中有16.22 km2的农田被转变为森林, 其次有5.48 km2的农田转换为城镇建设用地, 说明在城市化的过程中, 占用农田是获取土地的主要手段之一。此外流域的建设用地还来源于森林和灌丛生态系统的转入, 转入面积分别为9.08 km2和0.21 km2。
3.2 景观多样性指数分析
根据秋香江流域各生态系统占区域的面积比例, 计算得到2000、2005、2010和2015年流域及岸边带的景观多样性指数(见表3)。从流域的景观多样性指数来看, 2000—2010年间持续下降, 从2000年的0.69下降到2010年的0.60, 反映了这11年间流域的景观多样性逐渐变小, 流域内不同景观类型异质性和生态景观整体功能有所减弱, 生态弹性力呈现逐渐减弱的趋势。2015年流域的景观多样性虽然有所上升, 其景观多样性指数为0.63, 但仍未达到2000、2005年的水平。200米岸边带和500米岸边带的景观多样性指数整体维持较好, 保持在1.60以上, 未见明显下降。
3.3 NDVI分析
经整理计算, 2000、2005、2010和2015年秋香江流域的NDVI年均值如图2所示, 整体呈先上升后下降的趋势。从空间分布格局上看, 流域中游NDVI值相对较低, 上游和下游较高, 主要原因是中游区域受人类活动影响大, 农田占比相对较高, 上游和下游区域植被类型主要为森林。
表2 2000—2015年秋香江流域生态系统类型转移矩阵
表3 秋香江流域景观多样性指数
秋香江200米岸边带2000—2015年的NDVI值较为稳定, 最小值出现在紫金县城区河段, 河流两岸为集中居住区, 植被覆盖较少, 同时受城市扩张影响, NDVI值小于0.20的区域随之扩大。500米岸边带的NDVI值与200米岸边带的变化趋势大致相同, 整个500米岸边带范围的NDVI年均值略有下降, 从2000年的0.70下降到2015年的0.68。
3.4 年降水率C1和年气温变率C2计算结果分析
由于国家气象科学数据共享服务平台中的紫金站数据从2009年开始统计, 未能满足本次研究要求, 故本文采用河源站1981—2015年的降水和气温变化数据为基础, 通过平均相对变率公式进行计算, 得出1981—2000年、1981—2005年和1981—2010年研究区的降水相对变率分别为16.91%、17.36%、16.82%和19.37%, 气温相对变率分别为1.80%、2.09%、1.97%和2.31%, 可以看出不同阶段的降水相对变率显著高于气温相对变率, 两者都呈现先上升后下降再上升的过程。从各时期的降水相对变率和气温相对变率, 可见研究区内气温未有明显变化, 较为稳定, 但平均降水量波动较为显著。
3.5 生态系统弹性强度系数结果分析
由公式(6)计算可得出生态弹性力强度系数, 2000、2005、2010和2015年秋香江流域及其岸边带的生态弹性强度系数均值如表4所示, 16年间流域及其岸边带的生态弹性强度系数总体变化相似。2000—2005年间生态弹性力强度系数呈现下降趋势, 其中下降幅度最大的是200米岸边带, 从2000年的440.20下降到2005年的354.22, 降低了19.53%, 其次是秋香江流域, 降低了15.78%。与2005年相比, 2010年的生态弹性力强度系数有所上升, 上升幅度最大的是200米岸边带, 从2005年的354.22上升到2010年的404.79, 增长了14.28%。到2015年, 流域和岸边带的景观类型虽然变化不大, 但其土地覆盖植被状况和生长活力却相对较差, 导致生态弹性强度系数也有所下降, 其中降幅最大的为200米岸边带, 降幅为29.33%, 其次是500米岸边带, 下降了28.70%。这与牛潜[30]等人对贵阳市区的生态系统弹性强度系数与NDVI值变化的研究结果一致。
图2 秋香江流域NDVI空间分布图
Figure 2 The spatial distribution of NDVI in the Qiuxiangjiang River basin
3.6 生态系统弹性限度分析
根据不同土地类型对生态系统的恢复程度不同, 对七大生态系统赋予不同的弹性分值, 弹性分值的确定参考有关研究[31–32], 并结合研究区生态环境的基本特征, 得如下结果, 如表5所示。
通过上述分析, 结合公式(7)进行计算可得出生态弹性限度, 2000、20005、2010和2015年秋香江流域及其岸边带的生态弹性限度均值如表6所示, 变化趋势与景观多样性指数的大致相同, 这与杨超[33]等人关于我国生态系统弹性限度与景观多样性指数分布格局的分析相一致。2000—2010年间流域的生态弹性限度明显持续下降, 从2000年的0.59下降到2010年的0.52, 下降了11.86%。研究期间虽然流域的生态类型面积变化不大, 森林生态系统覆盖率维持在90%左右, 但是其景观多样性指数逐渐减小, 导致其生态弹性限度同样逐渐下降, 反映出流域自我缓冲与调节的能力有较大的提升空间。随着流域森林生态系统面积的增加, 2015年流域的生态弹性限度上升到0.54。岸边带的生态弹性限度较为稳定, 总体仍能维持在1.20左右。
表4 秋香江流域生态系统弹性强度系数
表5 不同土地类型的弹性分值
表6 秋香江流域生态系统弹性限度
3.7 生态弹性力分析
基于上述分析, 结合公式(5), 计算得出2000、2005、2010和2015年研究区的生态弹性力均值, 如图3所示。总体来看, 16年间秋香江流域的生态弹性力不断减小, 从2000年的1.06下降到2015年的0.60, 主要是因为其景观多样性和NDVI值有所下降, 且年均降水量波动较大, 因此其生态弹性力持续减弱。
2000—2015年间秋香江200米岸边带的生态弹性力呈现先下降后上升再下降的趋势。200米岸边带在2000—2005年景观多样性指数和NDVI值有所波动, 影响其生态弹性力有所下降, 在2005—2010年间其土地覆盖植被状况和生长活力有所改善和提高, 且森林和湿地生态系统面积有所增加, 能对维持和调节生态系统的弹性度起重要作用, 使其生态弹性力有所上升, 2010—2015年间其植被状况相对较差, 虽然景观多样性指数有所上升, 但幅度较小, 使得其生态弹性力有所下降。500米岸边带的生态弹性力变化趋势与200米岸边带的相似, 都是呈现先下降后上升再下降的趋势。
同期相比, 秋香江200米岸边带的生态弹性力持续维持在最高的水平, 高出整个流域的生态弹性力6.4倍左右, 其次是500米岸边带, 高出整个流域的生态弹性力5.0倍左右, 最低的则是整个流域, 表明200米岸边带的生态环境恢复力相对较强, 稳定性较好, 生态系统自我调节能力和抗干扰能力相对较高。根据豆明伟[34]等人的研究, 生态要素和水文要素是影响生态弹性力的主要因素, 生境要素的下降, 主要受生态系统变化的影响, 其中农田的减小和城镇建设用地的增加是生境要素降低的主要原因之一。由于自然、经济、社会条件的不同, 加上城市化进程速度加快, 16年间流域的城镇生态系统面积逐渐增加, 到2015年其城镇生态系统面积达到35.21 km2, 分别是200米、500米岸边带的7.61倍、3.22倍, 反映了流域受到的人为活动干扰比岸边带大, 人类活动的增强也是导致流域生态弹性力下降的原因之一。
图3 秋香江流域生态弹性力均值图
Figure 3 The average of ecological resilience in the Qiuxiangjiang River basin
4 讨论
本次研究结果表明, 从景观格局变化来看, 秋香江流域及其岸边带的生态系统类型总体变化不大, 景观多样性一直维持在较好水平; 从生态弹性力来看, 整个流域及岸边带有所波动, 但总体变化不大, 200米岸边带持续维持在最高水平。总体来看, 秋香江流域的景观格局与生态弹性力未受到梯级小水电的明显影响。这主要有两个原因: 1)研究区位于丘陵地带、自然植被条件良好; 2)与东江的其它中下游地区相比, 秋香江流域受水电开发以外的其它剧烈人类活动的影响较小有关。
与以往大中型河流水电开发对于陆域生态影响的研究结果相比, 秋香江流域梯级小水电建设的影响不明显。但是, 这同时也说明了水电梯级开发对生态环境影响的复杂性。本文采用的研究方法对于辨析梯级小水电开发对中小河流流域的主要影响因素有重要的参考价值; 同时, 本次的研究结果客观地呈现了秋香江流域梯级小水电对流域、岸边带的景观格局与生态弹性力的影响, 对于政府部门对小水电未来发展与规制的科学决策也具有重要参考意义。
本次研究分析了秋香江流域的景观多样性指数、NDVI值、生态弹性力指数和景观格局的时间变化趋势, 同时, 又对流域、200米岸边带与500米岸边带的不同空间尺度的陆域生态特征进行了研究。从研究结果来看, 秋香江梯级小水电的影响不明显。然而, 以中上游引水式为主、中下游河床式为主的中小河流梯级小水电开发形式, 其对陆域生态的影响也是分段式的, 即在不同的河段会呈现不同的特征。因此, 在今后的相关研究中, 可进一步对不同河段的陆域景观格局与生态弹性力的时空变化特征进一步进行精细化的研究。同时, 对位于山区、中下游三角洲地带以及不同人类活动强度的地区, 可选取典型河流进行分区分类的对比研究。
5 结论
中小河流的梯级小水电开发有与大型河流明显不同的特征, 同时, 小水电的存在也是我国农村水资源及电力综合开发利用的需要。因此, 如何合理的开发利用, 既避免“一刀切”又杜绝过度无序开发, 是目前农村水电管理部门急切需要解决的问题。本文的研究对象秋香江是广东省内的重要河流、东江一级支流, 秋香江上小水电站的类型及分布能够代表广东省内丘陵地区小水电开发的普遍特征, 且在2000年之后秋香江的小水电开发呈爆发式增长。本文的研究目的, 是对小水电梯级开发对于陆域生态景观格局及生态弹性力的影响进行研究。本文采用的研究方法, 是通过遥感解译、GIS分析、模型计算, 通过对土地利用类型结构及转移进行计算, 研究了秋香江流域及其岸边带以生态系统类型为表征的景观格局的时空变化特征, 并进一步研究流域内及岸边带景观多样性指数、NDVI值、生态弹性力的时空变化特征。研究结果表明, 梯级水电站建设未对研究区的景观格局和生态弹性力造成明显影响, 整体陆域生态维持稳定趋势。
[1] HOLLING C S. Resilience and stability of ecological systems[J]. Annual Review of Ecology and Systematics, 1973, 4(1): 1–23.
[2] WESTMAN W E. Measuring the inertia and resilience of ecosystems[J]. BioScience, 1978, 28(11): 705–710.
[3] 高吉喜. 可持续发展理论探索——生态承载力理论、方法与应用[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 2001.
[4] SASAKI T, FURUKAWA T, IWASAKI Y, et al. Perspectives for ecosystem management based on ecosystem resilience and ecological thresholds against multiple and stochastic disturbances[J]. Ecological Indicators, 2015, 57: 395–408.
[5] STERK M, GORT G, KLIMKOWSKA A, et al. Assess ecosystem resilience: Linking response and effect traits to environmental variability[J]. Ecological Indicators, 2013, 30: 21–27.
[6] 张宝秀, 熊黑钢, 徐长春. 新疆于田绿洲生态弹性度与景观环境分析[J]. 水土保持研究, 2008, 15(6): 112–114.
[7] KARL-GÖRAN M, ANASTASIOS X, AART DE Z. The economics of shallow lakes[J]. Environmental and Resource Economics, 2003, 26(4): 603–624.
[8] JANSSEN M A, ANDERIES J M, WALKER B H. Robust strategies for managing rangelands with multiple stable attractors[J]. Journal of Environmental Economics and Management, 2004, 47(1): 140–162.
[9] PONCECAMPOS G E, MORAN M S, HUETE A, et al. Ecosystem resilience despite large-scale altered hydroclimatic conditions[J]. Nature, 2013, 494(7437): 349–352.
[10] LÓPEZ D R, BRIZUELA M A, WILLEMS P, et al. Linking ecosystem resistance, resilience, and stability in steppes of North Patagonia[J]. Ecological Indicators, 2013, 24: 1–11.
[11] PERZ S G, MUÑOZ-CARPENA R, KIKER G, et al. Evaluating ecological resilience with global sensitivity and uncertainty analysis[J]. Ecological Modelling, 2013, 263: 174–186.
[12] 王云霞, 陆兆华. 北京市生态弹性力的评价[J]. 东北林业大学学报, 2011, 39(2): 97–100.
[13] 赵强, 李秀梅, 谢嘉欣. 济南市生态弹性力评价研究[J]. 生态科学, 2015, 34(2): 156–160.
[14] 廖柳文, 秦建新, 刘永强, 等. 基于土地利用转型的湖南省生态弹性研究[J]. 经济地理, 2015, 35(9): 16–23.
[15] 岳俊涛, 甘治国, 廖卫红, 等. 梯级开发对河流水文情势及生态系统的影响研究综述[J]. 中国农村水利水电, 2016, (10): 31–34+39.
[16] ZHAO Qinghe, LIU Shiliang, DENG Li, et al. Determining the influencing distance of dam construction and reservoir impoundment on land use: A case study of Manwan Dam, Lancang River[J]. Ecological Engineering, 2013, 53(53): 235–242.
[17] SUN Qiaohong, MIAO Chiyuan, DUAN Qingyun, et al. Would the ‘real’ observed dataset stand up? A critical examination of eight observed gridded climate datasets for China[J]. Environmental Research Letters, 2014, 9(1): 015001.
[18] 王兵, 刘国彬, 王伯铎, 等. 基于景观尺度的水电站生态风险评价[J]. 生态环境, 2009, (10): 144–146.
[19] 李亦秋, 鲁春霞, 邓欧, 等. 猫跳河流域梯级开发的生态效应区域响应[J]. 资源科学, 2011, 33(8): 1454–1461.
[20] 黄秋燕. 红水河梯级开发18年间库区景观格局变化及其生态环境效应——以广西大化县为例[J]. 安徽农业科学, 2008, 36(28): 12459–12462+12464.
[21] 李柏山, 李海燕, 周培疆. 汉江流域水电梯级开发对生态环境影响评价研究[J]. 人民长江, 2016, 47(23): 16–22+54.
[22] 苏相琴, 于嵘, 何雅孜, 等. 广西北部湾生态系统构成与格局及其变化评估[J]. 科学技术与工程, 2015, 15(26): 19–26.
[23] 王伟, 曹云, 彭昆国, 等. 基于RS和GIS的江西省生态系统格局和空间结构动态变化研究[J]. 江西科学, 2014, 32(5): 617–623+684.
[24] 鲁春阳, 齐磊刚, 桑超杰. 土地利用变化的数学模型解析[J]. 资源开发与市场, 2007, 23(1): 25–27.
[25] 吕志强, 吴志峰, 陈红顶, 等. 耕地格局多样性分析——以珠三角洲为例[C]∥中国可持续发展研究会. 2007中国可持续发展论坛暨中国可持续发展学术年会论文集(4). 哈尔滨: 黑龙江教育出版社, 2007: 143–149.
[26] 郭泺, 杜世宏, 杨一鹏. 基于RS与GIS的广州市森林景观格局时空分异研究[J]. 地理与地理信息科学, 2008, 24(1): 96–99+112.
[27] 刘晓平, 李鹏, 任宗萍, 等. 榆林地区生态系统弹性力评价分析[J]. 生态学报, 2016, 36(22): 7479–7491.
[28] 徐化成. 景观生态学[M]. 北京: 中国林业出版社, 2005.
[29] 闫旭骞. 矿区生态承载力定量评价方法研究[J]. 矿业研究与开发, 2006, 26(3): 82–85.
[30] 牛潜, 周旭, 张继, 等. 喀斯特山地城市生态系统弹性变化分析——以贵阳市区为例[J]. 长江流域资源与环境, 2019, 28(3): 722–730.
[31] 张斐, 陈可龙, 朵海瑞. 近25年青海湖流域土地利用变化及其生态系统稳定性评价——以刚察县为例[J]. 青海草业, 2009, 18(4): 8–12.
[32] 何新, 姜广辉, 张瑞娟, 等. 基于PSR模型的土地生态系统健康时空变化分析——以北京市平谷区为例[J]. 自然资源学报, 2015, 30(12): 2057–2068.
[33] 杨超, 陈万旭, 冉端, 等. 中国县域生态系统弹性力时空演变特征分析[J]. 水土保持研究, 2020, 27(4): 1–7.
[34] 豆明伟, 唐莉华, 徐翔宇, 等. 安徽省生态弹性力时空变化及影响因素研究[J]. 生态科学, 2018, 37(6): 184–190.
Impacts of small cascaded hydropower plants on terrestrial ecological resilience in the Qiuxiangjiang River basin
LIU Jie1, HE Yuran2, ZHOU Yongjie2,*, KUANG Hongyan2, YANG Dayong2
1. Guangdong Academy of Social Sciences, Guangzhou 510635, China 2. South China Institute of Environmental Sciences, MEE, Guangzhou 510535, China
Based on satellite image, meteorological data and hydrological data of the Qiuxiangjiang River in 2000, 2005, 2010 and 2015, this paper analyzes and compares the landscape pattern and ecological resilience of the river basin, and its 200 m riparian zone and 500 m riparian zone in the Qiuxiangjiang River by using the model of ecological resilience, and reveals the impacts of small cascaded hydropower plants on terrestrial ecological resilience. The result showed that the ecological resilience of the Qiuxiangjiang River basin decreased continuously from 2000 to 2015, especially for the year of 2010-2015, which illustrated the self-regulation ability of ecosystem had weakened all over the time. Meanwhile, the ecological resilience of its riparian zone decreased from 2000 to 2005, but improved from 2005 to 2010, and then declined from 2010 to 2015 lastly, which indicating the self-regulation ability of ecosystem had strengthened. Compared with the same period, the ecological resilience of 200 m riparian zone was the maximum, followed by 500 m riparian zone, while the ecological resilience of the Qiuxiangjiang River basin was the minimum. Overall, there was little change of the ecological resilience occurred in the Qiuxiangjiang River basin and its riparian zones during the years from 2000 to 2015. Moreover, it is not obviously negative impact on terrestrial ecosystem caused by the construction of impacts of small cascaded hydropower plants.
small cascaded hydropower plants; ecological resilience; the Qiuxiangjiang River
刘洁, 何煜然, 周永杰, 等. 水电梯级开发对陆域生态弹性力的影响研究[J]. 生态科学, 2022, 41(3): 187–195.
LIU Jie, HE Yuran, ZHOU Yongjie, et al. Impacts of small cascaded hydropower plants on terrestrial ecological resilience in the Qiuxiangjiang River basin[J]. Ecological Science, 2022, 41(3): 187–195.
10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.03.022
X171.1
A
1008-8873(2022)03-187-09
2020-07-08;
2020-07-22
广东省水利科技创新项目(2016-01); 生态环境部华南环境科学研究所中央级公益性科研院所基本科研业务专项资助项目(PM-zx703- 202002-020); 广东省社科基金资助项目(GD20CGL33)
刘洁(1980—), 女, 自然地理学博士, 环境科学专业高级工程师, 主要从事流域水资源与水环境变化研究, E-mail: shuiji_97@163.com
周永杰(1987—), 男, 硕士, 工程师, 主要从事环境卫星遥感技术应用于环境信息技术研究, E-mail: zhouyongjie@scies.org