陕南汉江水源地土地利用时空动态与生态效应测评

【摘要】中国是一个严重缺水的国家,人均水资源占有量仅有世界平均水平的四分之一,空间分布的巨大差异又使北方地区缺水更为严重,南水北调中线工程承担着北方地区水资源调配的重任。陕南汉江流域上游是南水北调中线工程的重要水源区,其土地利用及其变化关系着水源地自身的生态环境及安全,更对我国北方地区的用水安全及社会经济发展产生深远影响。土地利用及其覆被变化时全球变化研究的重点问题之一,土地利用变化的生态效应测评是目前研究的热点问题。本文以南水北调中线工程重点水源区——汉江上游陕南段为研究对象,基于GIS和RS支持,收集与处理遥感、气象、植被、土壤、统计等多源数据,建立Geodatabase数据库对空间数据和属性数据进行一体化管理,从对土地利用变化的现状分析入手,基于土地利用动态度、土地利用转移矩阵、景观格局指数等定量评估该区域的土地利用变化状况,继而估算土地利用变化所引起的植被净第一性生产力效应、保土效应和水源涵养效应,最后对保持的物质量进行价值量转换,得到生态效应价值量。本研究对优化汉江水源区土地利用格局,提升水源涵养能力,对水源地为涵养水源而实施的土地利用变化的机会成本补偿依据提供参考,实现国家水资源优化配置具有重要理论和现实意义。主要结论如下：(1)生态用地持续增加,土地利用变化活跃区集中在河谷盆地及低山丘陵区。耕地和林地面积变化最大,研究时段,耕地减少484.44km2,林地增加425.54km2,耕地和林地的转移量占到总转移量的43%,主要表现为耕地向林地的转化；增幅最大的是水域和建设用地,年均动态度分别达到1.19%和0.98%,但是比重较低,生态影响不大；土地利用变化的活跃区主要集中在河谷盆地及低山丘陵区,这是土地利用变化的重点监控区。(2)土地破碎化程度高,景观格局空间差异大,连通性有增强趋势。林地斑块面积最大,为364.28hm2,连通性最高,其中高山区斑块数量少,面积大,而低山丘陵和河谷盆地区,林地破碎,斑块数量众多。耕地斑块数量最多,达55647块,其中,河谷盆地连通性较好,斑块数量少且面积大,而从低山丘陵至中山区,斑块数量虽倾向于减少,耕地零散分布,破碎化程度相当高,反映出秦巴山地区耕地分布的宏观特点。CA、CONTAG、AI、TE、ED等景观指数动态变化显示出研究区类型斑块有聚集度增大、连通性增强的变化趋势。(3)土地利用变化的生态效应物质量增加显著、空间差异较大。2000、2006、2012植被第一性生产力达6.05×107t,7.25×107t,7.42×107t/a,保持土壤量达到3.85×108t/a、2.53×108t/a和4.20×108t/a,总涵养水源量达到14.23×108t/a、15.41×108t/a、16.38×108t/a,数量巨大,生态效应显著且持续增加,生态环境物质生产能力和保土保水能力快速提升。生态效应保持物质量的低值区集中于河谷盆地,高值区集中于南北两侧山地。空间分布表明随高程增加,自然植被覆盖度增加而带来的生态效应显著。但从动态变化角度来看,增幅最大的区域集中在海拔1000m以下的河谷盆地和低山丘陵区,河谷盆地为研究区主要工农业生产生活集中区域,土地利用方式改变难度大,生态效应物质量提升潜力较小,因此,低山丘陵区成为未来提升生态效应物质保持量的重点区域。(4)土壤侵蚀强度和程度空间差异巨大,河谷盆地与低山丘陵区为土壤保持工作的重点区域。但从土壤实际侵蚀系数来看,低山丘陵区和河谷盆地区的实际侵蚀程度均较高,侵蚀程度可达40%以上,是土壤保持和治理工作的的重点区域。(5)地利用变化生态效应价值总量巨大且不断增加,水源涵养机会成本高。2000、2006和2012年生态总效益依次为723.97、855.23和882.57亿元；12年增加了158.60亿元。生态系统总价值中,固碳释氧价值量的贡献率最高,其次为干物质生产价值。NPP干物质价值、固碳释氧价值、保持土壤价值、涵养水源价值的高值区均在两侧山区,低值区均在河谷盆地,低山丘陵为过渡区,反映着自然植被随高程增加而增加所带来的环境效应,但是从生态总价值变化幅度来看,总价值量较低的河谷盆地和低山丘陵区增幅较大,反映出此区域土地利用变化生态效应价值量变化最大的区域,也是应进行生态补偿的重点区域。(6)论文创新点：①南水北调中线工程水源区承担着我国北方缺水地区水资源调配的重任,水源涵养问题至关重要。以往的研究多就水论水,但水源涵养是一个涉及气候、地形、植被、土壤、人类活动等多要素的复杂问题,需要进行系统研究。本研究首次基于系统思维,对南水北调中线工程水源区汉江上游陕南段进行lucc变化的水土保持效应研究。②在前人土壤侵蚀通用方程基础上,利用土壤保持措施因子P和植被覆盖与经营管理因子C,得到土壤实际侵蚀系数,可有效的反映土壤侵蚀程度,更加准确地说明人类活动对土壤侵蚀的影响程度。
【作者】李小燕；
【导师】任志远；
【作者基本信息】陕西师范大学，地图学与地理信息系统，2014，博士
【关键词】陕南汉江水源地；土地利用动态；生态效应；生态价值；涵养水源；

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