西辽河上游生境质量时空演变特征与影响机制_陈慧敏.pdf
《西辽河上游生境质量时空演变特征与影响机制_陈慧敏.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《西辽河上游生境质量时空演变特征与影响机制_陈慧敏.pdf(14页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷第 期 年 月生态学报 ,:基金项目:国家重点研发计划()收稿日期:;网络出版日期:通讯作者 :陈慧敏,赵宇,付晓,吴钢西辽河上游生境质量时空演变特征与影响机制生态学报,():,():西辽河上游生境质量时空演变特征与影响机制陈慧敏,赵 宇,付 晓,吴 钢,中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京 中国科学院大学,北京 摘要:西辽河上游是我国辽河流域的重要水源地,其生境质量的好坏关系到下游流域生态安全和人类福祉。然而针对西辽河上游生境质量及其影响机制的研究还有待深入。基于 软件、模型,定量分析了西辽河上游 年土地利用和生境质量的时空演变特征;并进一步探究了西辽河上游生境
2、质量变化的主要驱动因子。结果表明:()年,西辽河上游草地面积较 年下降了,其中大部分转化为林地()、耕地()和裸地等()等,各斑块的空间分布异质性增加;尽管研究期内,林地面积较基期大幅度提升了,但全区域平均生境质量指数由 下降到。()该地区无论在区域本底环境和区域社会经济发展水平上,均对于西辽河上游的生境质量改善产生了积极作用,年均气温()、降水()、地区生产总值()和受教育程度()与生境质量指数呈现较为明显的正相关关系;然而,本地区城镇化速率()、景观分离度指数()和道路的扩张()与生境质量指数呈现较为明显的负相关,可见快速的城镇化所引起的人类活动加剧是导致区域生境质量的下降的重要诱因。本研
3、究旨在为平衡区域发展和生态保护,为以半干旱农牧交错带地区为代表的生态脆弱区可持续发展提供科技支撑。关键词:西辽河上游;生境质量;土地利用变化;时空演变;模型 ,:,:(),(),()(),:,(),:;土地是自然生态环境与人类社会环境的重要载体,而土地利用变化被广泛认同为引起地表格局与生态环境变化的最主要驱动因素之一。生境质量通常被定义为生态系统为个体和种群提供适宜性、持续性生存条件的能力,是生物多样性的重要表征;土地利用类型的改变会影响生境斑块间的物质流、能量流等循环交换过程,改变区域景观分布的格局和功能,进而影响区域生境质量的好坏。一般来讲,区域生境质量的高低与生态系统本身与人类活动的邻接
4、度及土地利用强度息息相关,周边土地利用强度的增大将会导致生境质量的衰退。近年来,我国新型工业、城镇化建设深入推进,中国国土空间开发利用格局发生了剧烈变化,建设空间、生态空间及生产空间格局发生了明显的重构,这些变化均引起了局部区域栖息地空间(景观)格局的破碎、退化,甚至丧失,导致栖息地生物多样性和生态服务价值减少,进而影响人类福祉。当前,人类活动引起的土地利用变化所导致的生境质量改变的问题已经引起了国际社会的高度关注。生境质量的测量或监测需要整合生态系统的多种特性,相较于传统地面数据采集方法耗时长且主观评价性较强的缺点,目前,国内外学者在景观尺度上多采用指标体系方法或模型测算的方法。模型测算的方
5、法具有准确性高、数据容易获取、成本低、可视性强等优势,如生境适宜性模型()、最大熵模型()、生态系统服务功能人工智能评估()、()模型等,其中最成熟和最常用的模型是由美国斯坦福大学、明尼苏达大学、自然保护协会和野生动物基金协会联合开发的()模型;国内外学者常用 模型中的生境质量模块()进行生境质量评价,其优点在于建立了不同土地利用类型的适宜性与威胁之间的联系,然后根据不同生境对威胁源的敏感程度,评估不同景观格局下生境质量的分布和退化情况。如 运用 模型对我国太湖地区生境质量的空间分布和演化特征进行了探究;褚琳等利用 模型对三峡地区北段生境质量进行评估,并与 相结合,模拟预测了武汉市未来模拟情景
6、下的景观格局和生境质量;等运用 模型对意大利全国的生境质量进行分析评价。总体而言,模型获取数据便利,能够以更少的参数提供重要的分析能力,易于操作、数据处理简单,;此外,它可以很容易地适应特定的背景和当地或全球现成的数据,是目前阶段应用最广泛的生态系统功能评估模型。近年来,生境质量模型已被广泛应用于评估土地利用变化和保护政策对陆地生境维持生物多样性的影响,且在区域尺度生境质量对土地利用变化响应研究方面也成果斐然,可推广性强、适用性高。因此,本研究利用 模型针对典型区域开展生境质量演变特征的分析。期 陈慧敏 等:西辽河上游生境质量时空演变特征与影响机制:西辽河上游作为北方农牧交错带的典型区域,系总
7、书记提出的北方生态屏障的重要组成部分和“三北防护林体系建设”中的国家级重点区域,也是我国重要的农牧生产基地,不可避免的也正经历着因人类生产生活所导致的土地利用类型发生改变,如农田开垦与撂荒空间交错等,所导致的区域草原退化、生物多样性降低,区域生态系统受损、生态环境变差等问题。然而,目前针对西辽河上游的生境质量等生态系统服务的研究鲜有报道,且针对典型半干旱农牧交错带生境质量的研究还比较匮乏,特别是对其影响机制的研究还有待深入。鉴于此,本研究选取西辽河上游这一我国北方农牧交错带的典型区域,在分析西辽河上游区域土地利用变化的基础上,利用、模型,评估分析了西辽河上游 年生境质量指数变化及其时空演变特征
8、;并利用 软件进行多元线性回归分析,探究生境质量时空演变的主要驱动因子。本研究旨在为西辽河上游土地管理和生态保护政策的制定提供科学依据,并为以北方农牧交错带为代表的生态脆弱区生态系统服务评估的完善以及生态可持续性发展提供参考。图 西辽河上游位置示意图 研究区概况西辽河上游地处燕山北麓、大兴安岭西南段与内蒙古高原向辽河平原的过渡地带,地理坐标为北纬,东经 之间,总面积 (图)。西辽河上游三面环山、西高东低、多山多丘陵的地貌特征,只有小块山间平地和沿河冲积平原,被称为“七山一水二分田”呈现出。全区域年平均气温的分布由西北向东南递增;年平均降水量为 ,水资源人均占有水量 ,属于典型的水资源匮乏和生态
9、脆弱地区。西辽河上游覆盖内蒙古赤峰市绝大部分区域,下辖“三区二县七旗”。基于由北至南迥异的自然本底条件,兼具西拉沐伦河和老哈河两大水系涵养滋润,本区域的产业布局生 态 学 报 卷:展现出牧区向半农半牧区、农区的过渡态势。北部区域与锡林郭勒草原和科尔沁草原交汇,拥有较大面积的天然草场资源;南部区域为传统的农业区,地理位置和气候特点非常适宜粮食生产和农业制种、育种,是全国首选的粮食生产基地之一;中部区域作为纯牧业和纯农业地区的过渡带,产业类型兼具畜牧业和农业生产的特点。由此,西辽河上游是典型的农牧交错带区域。数据与方法 数据来源与处理研究所需的 年、年、年、年、年、年、年和 年共计 期土地利用数据
10、(),均来自中国科学院资源环境科学与数据中心(:),土地利用数据采用二级分类系统,分为耕地、林地、草地、水域、建设用地(城乡、工矿、居民用地)和其它用地(沙地、盐碱地、裸地、裸岩石质地等)个一级类型和 个二级类型。土地转移矩阵和景观格局指数的计算以土地利用数据为本底数据,揭示一定时间间隔内区域土地利用类型的格局特征和时空演变过程。路网数据来自于中国科学院资源环境科学与数据中心(:),对每一期高速公路、国家干线公路(国道)、省干线公路(省道)、县乡公路(县乡道)、乡村路和铁路等矢量道路图在 中进行融合,得到 期路网数据威胁图层。本研究在影响机制分析时,选取 年西辽河上游年平均气温()、年平均降水
11、()、分离度指数()、城镇化速率()、人均城市道路面积()、地区生产总值(万元)及每万人高等学校在校学生数(人)为自变量,进行多元线性回归分析。除景观分离度指数由多年期土地利用数据计算而得,其余指标均来自赤峰统计年鉴和中国城市统计年鉴。景观格局分析方法景观格局指数是反映景观结构组成、空间配置特征的简单量化指标,本研究利用 软件,从景观结构组成和空间配置两方面,从面积、形状指数、聚散性指标、多样性指标等方面选取具有代表性的 项景观格局指数,如下表 所示。表 景观格局指数指标选取及研究意义 类别功能类型 指标名称 指标缩写指标描述 景观结构组成 面积 密度 边缘斑块密度单位面积上的斑块数,利于比较
12、不同大小景观间斑块细碎度最大斑块指数某一斑块类型中的最大斑块占整个景观面积的比例,表征最大斑块对景观的影响程度景观空间配置 形状指标景观形状指数斑块周长与同面积圆形的周长之比,表征景观斑块形状的不规则程度,即形状复杂程度聚散性指标分离度指数表征斑块的分离程度景观蔓延度指数表征景观里不同斑块类型的团聚程度或延展趋势多样性指标香农多样性指数表征景观异质性,特别对景观中各斑块类型非均衡分布状况较为敏感 生境质量评估方法本研究采用 软件对西辽河上游 年的生境质量时空演变特征进行评估,结合土地利用状况和生物多样性威胁因素的信息生成生境质量地图。模型中每个栅格的生境质量主要由以下两个因素决定:()每一种威
13、胁源的相对影响及生境栅格与威胁之间的距离,威胁 在栅格 的生境对栅格 的影响()用 表示,用公式()和()表达:期 陈慧敏 等:西辽河上游生境质量时空演变特征与影响机制:()()式中,是栅格 和 之间的线性距离;是威胁 的最大作用距离。参考相关文献,并根据西辽河上游实际情况及专家的建议进行赋值,威胁因子权重和影响距离如表 所示。表 威胁因子权重和影响距离 威胁源类型 最大影响距离 影响权重距离递减率 耕地 线性道路 线性建设用地 指数型裸地等其它用地 线性()每一种生境类型对每一种威胁的相对敏感性,在 或生境类型 中栅格 的总威胁水平由 表示为公式():()式中,为生境威胁因子,是指 威胁栅格
14、图上的所有栅格,是指 威胁栅格图上的一组栅格,为威胁因子 的权重,为栅格 的威胁强度,为 对生境栅格 的威胁水平,为栅格 的可达性水平,为生境类型 对威胁因子 的敏感度。根据研究区的实际情况及相关研究成果,综合确定威胁因子及权重、最大影响距离和退化类型,威胁因子包括建设用地、耕地、道路与裸地等其它用地。建设用地是人类社会活动最频繁的用地类型;道路威胁是指城市化扩张、交通用地占比增加,对农牧区本底生态环境具有较大的威胁;而耕地是重要的生产用地,受人为活动影响较大;其它用地主要以沙地、盐碱地、裸地为主,容易侵蚀周围生态环境,是生境质量变化的重要威胁。生境适宜性表示每种地类作为生境的适宜程度,一般来
15、说,越接近自然状态的地类,生境适宜性越高;生境对威胁因子的相对敏感性表示生境受威胁因子影响的程度,不同生境对威胁的响应也不完全相同。分析不同生境对威胁源的相对敏感性的相关研究结果表明:各生境类型对耕地和裸地等其它用地的敏感性比较低,对建设用地和道路的敏感性都比较高,其中耕地与林地二者的敏感性最高;建设用地作为非生境,敏感性为。根据 模型使用说明以及相关研究,确定不同土地利用类型的生境适宜性和每种生境类型对于每种威胁的相对敏感性,如表 所示。表 不同土地利用类型的生境适宜性及对威胁因子的敏感性 土地利用类型 生境适宜性 威胁源类型 耕地道路城乡等建设用地裸地等其它用地耕地 林地 草地 水域 城乡
16、等建设用地 裸地等其它用地 生 态 学 报 卷:综上所述,在土地利用或生境类型 中栅格 的生境质量由 表示如公式():()式中,为生境质量指数,为生境类型 的生境适宜性,和 为比例因子,其中 为半饱和常数,为归一化常量。多元线性回归分析多元线性回归分析,可以定量地描述变量间的相关关系,表现各个解释变量与被解释变量之间关系的强弱以及整体的解释显著性水平的高低。本研究利用 软件,采用多元线性回归分析,对引起西辽河上游 年生境质量指数变化的驱动因素进行了探究。在指标选择方面,从已有研究来看,生境质量变化与研究区域气候环境、地区发展和社会生活状况存在着动态相关。基于此,本研究从气候环境变化、地区发展状
17、态和居民社会经济生活状况三个角度选取了 个因变量指标。在气候环境变化方面,本研究选取了年平均气温()和降水()两大最具有代表性的气候指标。在评估地区发展方面,本研究采用城镇化速率()、人均城市道路面积(),以及斑块的景观分离度指数(),来表征人类生产生活活动对区域生境质量的扰动程度,其中景观分离度指数是指不同斑块个体的分离程度,用来表征经济社会发展下各景观类型的空间分布特征。在居民社会经济生活方面,本研究选取地区生产总值(万元)来表征地区社会经济发展程度,经济发展与生态环境变化息息相关;高等学校在校学生数(人)是地区受教育程度的直观体现,受教育程度对环境保护具有一定的社会效应。结果与分析 生态
18、环境特征变化图 西辽河上游 年土地利用分布及其变化 土地利用变化 年西辽河上游典型生态系统土地利用变化如图、图 所示。草地广泛分布于西辽河上游的 期 陈慧敏 等:西辽河上游生境质量时空演变特征与影响机制:整个区域,是最主要的土地利用类型;林地分布在研究区域北部和西南部,耕地大多分布于北部和南部平原区;区域内沙地、盐碱地、裸地、裸岩石质地等其它用地则集中分布于中部地区。年间,西辽河上游草地面积较 年下降了,水域面积较 年小幅度下降了;与之相对的是,林地面积较基期大幅度提升了,耕地、城乡用地小幅度增加,分别从占区域面积的、提高到、;值得注意的是,研究期内,西辽河上游沙地、盐碱地、裸地、裸岩石质地等
19、其它用地面积小幅度增加,从 年的 上升至 年 。总体来看,草地为该区域的主导用地类型,年,草地、耕地、林地、建设用地间的相互变化使得西辽河上游的土地利用结构产生了较为显著的变化;同时,水域面积的明显减少,也一定程度上减少了本区域的生态空间。图 西辽河上游 年土地利用面积变化 采用土地转移矩阵进一步探究西辽河上游土地利用类型间的变化。如表 所示,年间,草地是西辽河上游本区域变化程度最大的生态系统类型。草地大幅度转化为林地()、耕地()和沙地、盐碱地、裸地等其它用地(),分别占对应转入用地面积的,;水域面积也大幅减少,主要向耕地、沙地、盐碱地、裸地等其它用地的方向转变,分别转变了 、。由此可见,人
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 西辽河 上游 生境 质量 时空 演变 特征 影响 机制 陈慧敏
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。