基于PLUS-InVEST模型的土地利用及生境质量预测研究--以三峡库区(重庆段)为例

本文以三峡库区(重庆段)为例,基于2000年、2010年及2020年3期的土地利用数据,运用PLUS模型从自然发展、城镇发展、耕地保护和生态保护4种情景展开模拟预测,再利用InVEST模型对三峡库区(重庆段)的生境质量进行评估。结果表明:(1)2000—2020年间,三峡库区(重庆段)主要土地利用类型为耕地、林地,各地类间转换激烈,建设用地显著扩张;(2)2030年4种预测情景下土地利用差异显著,水域不断增加,未利用地持续减少,耕地仅在耕地保护情景下增加,林地仅在耕地保护情景下减少,草地仅在生态保护情景下增加;(3)模拟出的2030年4种情景中,除生态保护情景下生境质量有所改善外,其余3种情景生境质量都在一定程度上有所恶化。

三峡库区(重庆段)土壤侵蚀敏感性评价及其空间分异特征

三峡库区(重庆段)具有重要的生态地理位置。土壤侵蚀是这一地区最为严重的生态环境问题。以通用水土流失方程为基础,运用GIS技术,分别分析了土壤可蚀性、降水、地形、植被覆盖因子对研究区土壤侵蚀敏感性的影响程度,并生成单要素敏感性评价图。在此基础上,基于ArcGIS的空间叠加分析,完成单要素的叠加运算,实现研究区土壤侵蚀敏感性的综合评价。探讨了三峡库区(重庆段)这一特殊生态地理区域土壤侵蚀敏感性的高低分布规律及其在不同主导因子作用下的土壤侵蚀的空间分异特征。结果表明:研究区土壤侵蚀敏感性以高度敏感、中度敏感和极敏感为主,轻度敏感和不敏感比例相对较小。空间分布具有水平地域特征,东北部最为敏感、西部最不敏感。研究区土壤侵蚀现状与土壤侵蚀敏感性分布总体上是一致的,表明降雨、地形起伏、土壤可蚀性以及自然植被状况等自然因素是土壤侵蚀发生、发展的潜在条件,而人类活动是土壤侵蚀发生、发展或减弱的主导因素。植被覆盖受人类活动影响最大。因此,转变不合理的土地利用方式,加强植被的保育和植被生态系统的重建是防治土壤侵蚀的关键环节。

基于AHP-PCA熵组合权重模型的三峡库区(重庆段)农业生态环境脆弱性评价

【目的】了解三峡库区蓄水后的农业生态环境状况,为提出有效的农业环境治理和保护措施提供参考。【方法】以三峡库区(重庆段)为研究区域,从气候条件、承载体、农业生产条件和社会经济4个方面建立农业生态环境评价指标体系,在用层次分析法(AHP)和主成分分析法(PCA)分别确定各指标主观权重和客观权重的基础上,以最小信息熵将权重组合为综合权重,在GIS支持下建立评价模型,对库区农业生态环境从结构性脆弱、胁迫性脆弱及综合性脆弱进行量化评价及等级评定。【结果】三峡库区(重庆段)农业生态环境脆弱性表现为(东)北部较高、中部较低、长江两岸较高,且以长江为分界线的长江北部在较高的胁迫性脆弱和结构性脆弱共同作用下较南部明显偏高,区域内70.00%以上的区(县)农业生态环境整体处于中强度等级以上,农业生态环境抗干扰能力不容乐观。三峡库区(重庆段)农业生态环境脆弱性的空间分布整体上与生态环境因子分布一致。【结论】以AHP-PCA熵组权重模型评价农业生态脆弱性具有可行性,可为生态环境脆弱性评价提供一种新的思路与方法。

三峡库区(重庆段)土壤硒分布特征及影响因素

重庆是我国缺硒(Se)的重点区域,多目标地球化学调查采用现代分析测试手段进行土壤Se元素的分布及富集的研究,对特色农业资源的开发利用具有重要意义。以每4 km2 1个表层和每16 km2 1个深层土壤数据对三峡库区重庆段土壤Se分布特征及其影响因素进行了分析探讨。结果表明:三峡库区(重庆段)表层土壤Se含量在0.006~5.79 mg/kg之间,平均值为0.16 mg/kg,以缺Se或潜在缺Se为主,其分布面积达到73.19%,足Se面积为25.77%,富Se或Se中毒区域仅为0.16%;深层土壤Se含量在0.03~0.62 mg/kg之间,平均值为0.12 mg/kg,缺Se面积占到67.36%,潜在缺Se面积也占到20.68%。不同类型间以黄壤表层土壤Se含量最高,其次是石灰土,且与水稻土和紫色土存在着显著性差异。不同土地利用方式间以林地与建筑用地表层土壤中Se含量相对较高,但各土地利用方式间不存在显著性差异。表层土壤Se含量相对于深层土壤表现出明显的富集特征,富集面积达到76.97%,但以弱富集区域为主,占到总面积的56.93%。土壤有机质、总氮含量与表层土壤Se含量存在较好相关性;与主要重金属以及S的相关性分析表明,其存在着较强的伴生关系,以Cd的伴生关系最为密切。表层土壤Se含量随着海拔和坡度的增加而增加,随着pH的增加而减少。此外,Fe、Al也是影响表层土壤Se含量的重要因素。

基于土地利用的三峡库区(重庆段)生态系统服务价值时空变化

基于土地利用数据,采用Costanza的生态系统服务价值计算方法,结合中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表,对1986—2010年三峡库区(重庆段)生态系统服务价值的时空变化进行研究。结果表明:近25年来,研究区生态系统服务价值呈先降后增的V字型趋势,1986年为953亿元,1995年下降至948亿元,2000年持续下降至943亿元,2010年大幅增加至整个研究时段的最高值968亿元,其中林地是研究区内生态服务价值最高的土地利用类型。生态系统服务价值的空间格局大致以巫溪至江津一线为界,呈现东南高、西北低的特征。研究时段内区域生态系统服务价值重心随时间总体上向东南迁移。空间自相关分析结果显示,1986—2010年间研究区生态系统服务价值的空间分布具有一定的集聚性。敏感性分析说明生态系统服务价值对所采用的价值系数缺乏弹性,研究结果具有可信性。通过生态系统服务价值与社会经济指标之间的回归分析,发现生态系统服务价值与GDP、人口密度、城镇化率具有极显著的线性负相关关系,而与农林牧渔业GDP呈极显著的线性正相关。在库区未来生态环境管理中,应更多地考虑生态系统服务功能,合理规划土地利用,尤其是应多保护天然林地、草地和水体等生态服务价值系数高的用地类型,发展高效绿色生态产业,控制城市无序扩张,实现库区社会经济与自然生态相协调的可持续性发展。

三峡库区(重庆段)地表起伏度及其对生态系统服务价值的影响

地表起伏度与生态系统服务价值密切相关。地表起伏度决定或直接影响土地利用类型,造成不同地表起伏度地区生态系统服务价值不同。利用ASTER GDEM V2全球数字高程模型数据,通过窗口分析法获得三峡库区(重庆段)地表起伏度。利用土地利用数据,参照中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表,计算三峡库区(重庆段)生态系统服务价值,定量分析地表起伏度与生态系统服务价值的相关性。结果表明:(1)研究区地貌复杂,地表起伏较大,整体来说东部高于西部,其中地表起伏度最大的是巫溪(1.360 3),最小的是渝中(0.289 0)。(2)研究区人均生态系统服务价值空间分布不均,东部为天然林保护区和水源涵养区,人均生态系统服务价值高。西部为都市重点开发区和城市发展新区,人均生态系统服务价值低。(3)地表起伏度与人均生态系统服务价值呈正相关,对其影响程度由大到小依次为原材料生产、食物生产、气体调节、气候调节、价值总量、水文调节、保持土壤、提供美学景观、维持生物多样性和废物处理。研究表明,加强对位于高地表起伏度区的天然林保护区和水源涵养区的保护是维护和提高库区生态系统服务价值的有效途径。

三峡库区(重庆段)生态系统健康评价

生态系统的健康和相对稳定是人类赖以生存与发展的必要条件.分析了三峡库区（重庆段）生态系统的健康状况,使用3S技术获取基础地理数据,构建基于压力-状态-响应模式的三级指标体系模型,并以AHP法结合专家咨询法选取人口密度、地质灾害易发度等10项指标,进行综合得分计算并分级.结果表明：①在生态环境调查的基础上,应用GIS空间分析方法进行生态系统健康评价具有可操作性和结果的可靠性;②三峡库区（重庆段）生态系统健康质量表现出2-4级生态系统占主体（82.6%）的特点,生态质量一般,人类社会经济活动对生态系统的健康状况造成较大影响;③生态系统健康质量水平分布表现出明显的区域差异,从行政范围来看,彭水县、巫山县较好,巫溪县、武隆县等次之,云阳市、万州区等则较差.结合系统聚类分析方法分析三峡库区（重庆段）生态系统健康状况空间分异的成因;并从宏观尺度上提出了对该地区人为活动的不良生态后果予以积极预防和有效调控的综合对策.

三峡库区(重庆段)土地利用变化对生态系统服务价值的影响分析

在分析1995-2000年三峡库区(重庆段)土地利用变化的基础上,计算了由此导致的生态系统服务价值变化。采用Costanza的生态系统服务价值计算公式和谢高地等人的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表进行计算,结果发现:1995-2000年研究区林地、草地、水域和难利用地面积在减少,其中草地减少最多,其次为林地;耕地和建设用地在增加,且增加面积都较大;生态系统服务价值(ESV)由1995年的549.387 9亿元减少到2000年的546.706 5亿元,5年减少了2.681 4亿元;敏感性分析表明,ESV对生态价值系数(VC)缺乏弹性,研究结果可信。

三峡库区(重庆段)降雨侵蚀力变化趋势及突变分析

三峡库区水土流失是社会关注的焦点问题,采用Mann—Kendall非参数检验法对三峡库区(重庆段)1955—2010年降雨侵蚀力变化趋势及突变进行分析,获取56a来研究区降雨侵蚀力时间变化特征。结果表明:(1)1955—2010年,研究区年降雨侵蚀力增大趋势不显著(sig=0.05)。季节降雨侵蚀力变化上,仅夏季降雨侵蚀力显著增大,需加强夏季水土流失治理。(2)1955—2010年,研究区年降雨侵蚀力突变开始于1967年,在1980s—1990s显著增大(sig=0.05)。季节降雨侵蚀力突变结果表明,春、秋季降雨侵蚀力突变开始于1950s末,1970s—1980s显著增大(sig=0.05);夏季降雨侵蚀力突变开始于1979年,在2000年后显著增大(sig=0.05),近10a来夏季降雨侵蚀潜能明显增强。(3)沿长江干流的各气象站点中,仅涪陵站年降雨侵蚀力增大显著(sig=0.1)。奉节、万县两站春、秋季节降雨侵蚀力变化趋势与沙坪坝、涪陵两站存在差异;奉节站季节降雨侵蚀力突变与其他3个站点差别较大,地形是影响研究区降雨侵蚀变化空间分异的重要因素,需加强奉节、万县的水土流失防治工作。

三峡库区(重庆段)水土流失的社会经济驱动机制研究

水土流失的驱动因子及其作用程度表现出一定的区域差异。三峡库区是我国典型的生态脆弱区,水土流失是本区重要的生态环境问题。因此,揭示本区域水土流失变化的主要自然和社会经济驱动力的基本特征具有重要意义。本文借助社会经济统计数据、国土数据以及其他辅助数据,运用统计分析方法,选取人口、经济发展、土地利用、农业发展4个层面的社会经济因子,分别分析了各类社会经济因子对水土流失的驱动机制。结果表明,人口压力和农业发展仍然是区域水土流失的主要驱动力,经济发展和土地利用方式也对本区域的水土流失面积和强度产生着重要影响。水土流失总面积的社会经济驱动机制较为复杂,而高强度水土流失的社会经济驱动因子的特征更为突出。受数据获取的限制本文研究还有待进一步深入,但本文仍在一定程度上能够为本区域水土流失的防治提供一定参考与依据。

2001-2010年三峡库区(重庆段)相对资源承载力时空格局动态演变研究

运用相对资源承载力理论,并结合库区实际扩展了传统指标体系,改进了权重算法,研究了2001—2010年三峡库区(重庆段)自然资源、经济资源、生活水平的相对承载力与综合承载力的时空动态演变过程。研究表明:①近10年,三峡库区(重庆段)综合承载力偏低,人口严重超载。②随着库区经济社会的快速发展,自然资源承载力严重不足。③库区相对资源承载力空间差异显著。研究结果对把握库区资源承载力变化规律和空间分异特征具有重要意义,同时为三峡库区控制人口数量、调整人口分布,合理有效配置资源提供科学依据。

1982-2010年三峡库区(重庆段)降雨的时空动态变化

降水是区域研究中重要的生态与环境参数。本文以三峡库区为研究对象,运用统计学及空间分析方法研究了这一区域降水的时空变化及其异常特征。结果表明:三峡库区(重庆段)在29年间的气候存在不显著的旱化趋势,以夏季最为明显。在空间上,三峡库区年降水量以减少趋势为主体,开州、万州西部形成区域降水减少趋势中心;在东北—西南方向上,降水减少趋势自东北部至西南部呈梯度降低,但降水量变化趋势不显著。三峡库区(重庆段)降水偏少事件整体呈现出随着时间推移频数逐渐增加的趋势,也反映出三峡库区整体呈现出一定的旱化趋势。

三峡库区(重庆段)生态系统服务价值变化及其对人为干扰的响应

三峡库区(重庆段)为研究区,以ArcGIS软件为平台,结合2000—2015年该地区的土地利用/覆盖变化数据,应用Kriging插值法分析了(重庆段)生态系统服务价值与人为干扰空间分布特征及两者间的相互关系。结果表明:2000—2015年三峡库区(重庆段)各项服务功能中,食物生产功能价值逐渐下降,娱乐文化功能价值逐渐增加,其余的各项服务功能价值都是先增加后减少,生态服务价值总量是先增加后减少,2010年达到最大值;生态系统服务价值低值区集中于各区县建成区,生态系统服务价值高值区主要集中在林地分布区域;三峡库区(重庆段)人为干扰度空间分布格局是由南向北逐渐减弱,由东向西逐渐增强;人为干扰与与粮食生产功能价值呈正相关,与废物处理功能价值不相关,与其余各项功能价值均呈负相关。

三峡库区(重庆段)景观格局变化及其对生态系统服务价值的影响

以具有重要生态地理位置的三峡库区(重庆段)为研究区,结合2000—2015年Landsat TM数据,运用统计和网络分析法,从时空角度研究景观格局和生态系统服务价值的变化及其两者间的相互关系。结果表明,整体而言,研究区耕地和林地所占比例较大,草地、水域、建设用地和其他用地所占比例较小,建设用地面积增加最快;从时间上看,2000—2015年斑块密度、最大斑块面积指数呈先减少后增加的趋势,聚集度最大值和香农多样性指数最小值出现在2010年;2000—2015年生态服务价值总量先增加后减少,2010年达最大;从空间上看,景观破碎度逐渐从库区东北、东南向各区县建成区及主城区转移,东北与东南地区的景观完整性逐渐提高;生态系统服务价值低值区集中于各区县建成区,主城区生态服务价值最低,长江流域西侧的生态服务价值低于东侧。合理的景观格局对提高该区域的生态系统服务价值具有重要意义。

三峡库区(重庆段)土地利用生态冲突分区

土地利用生态冲突是指耕地、建设用地对生态用地的占用,包括耕地冲突、建设用地冲突和综合土地利用生态冲突3类。以三峡库区(重庆段)为研究区,基于生态安全视角,对其2015年的土地利用生态冲突进行强度测度、进行分区并提出分区调控对策,以期为研究区优化土地资源配置提供参考,促进区域社会经济与生态协调发展,保障区域生态安全。结果表明:(1)冲突强度分为重度冲突、高度冲突、中度冲突和轻度冲突4级,耕地冲突强度大致以长江干流为中心,冲突强度呈现出由河流向周边递减的趋势;建设用地冲突强度以重庆市市中心为圆点,冲突强度呈现出由内向外的圈层式递减分布模式;整体上来看,三峡库区(重庆段)大部分区域属于轻度与中度冲突,重度与高度冲突所占面积较小;(2)采用主导标志法、二阶聚类分析法等把三峡库区(重庆段)土地利用生态冲突分为2级:得到4个一级土地利用生态冲突区和9个二级土地利用生态冲突区。

基于InVEST模型的三峡库区(重庆段)生境质量时空演变分析

为识别生境质量优劣的具体区域,揭示土地利用变化下生境质量时空演变特征,对集大农村、大库区于一体的三峡库区(重庆段)开展生境质量研究。以2000、2010及2020年土地利用数据为基础,运用InVEST模型对三峡库区(重庆段)2000—2020年生境质量进行定量评价,并结合转移矩阵方法挖掘了生境质量退化的具体区域。结果表明:(1)2000—2020年,三峡库区(重庆段)的优势地类为林地与耕地,两者面积超过库区总面积的86%,呈集中连片式分布;各地类面积及动态度均呈“四增两降”的特征,建设用地呈爆发式增长,城市扩张较快;各地类间存在不同程度的转换。(2)2000—2020年,三峡库区(重庆段)生境质量指数整体较好,高值区集中于库区北部山区,低值区分布于库区城市区域,但生境质量整体呈衰退趋势,并以城镇为核心呈辐射式分布和扩散。(3)2000—2020年,三峡库区(重庆段)生境质量等级以优等级为主,较优及以上等级分布于库区林地、耕地上,较差及差等级集中于建设用地。(4)20年间,三峡库区(重庆段)生境质量等级以不变为主,前期变好面积高于后期,而前期变差面积低于后期,等级变差多为各地类向建设用地的转化,等级变好表现为各地类向林地、耕地的转化。研究有利于全面了解库区生境质量演变情况,为制订科学的生境保护策略提供数据支撑。

农村劳务经济内涵及发展意义探究——以三峡库区(重庆段)为例

当前,不少地方政府官员和专家学者都认为发展劳务经济是有效解决农村劳动力转移就业和发展农村经济的一个有效途径。然而,农村劳务经济的内涵及发展意义却并未明确。本文从定义、特征、分类及相关概念的比较等方面对农村劳务经济内涵进行了界定,并以三峡库区(重庆段)为例对其发展意义作了分析。

三峡库区生态脆弱性评价

基于遥感和地理信息系统技术,采用"压力-状态-响应"评价模型,选取18个指标,利用空间主成分分析对2001—2010年三峡库区(重庆段)生态脆弱性进行综合定量评价,对生态脆弱性时空分布及动态变化进行分析。根据计算得到的生态脆弱性指数,将生态脆弱性划分为5个等级:微度脆弱、轻度脆弱、中度脆弱、重度脆弱和极度脆弱。通过统计不同脆弱性等级面积,求算得到生态脆弱性综合指数。结果表明:三峡库区(重庆段)2001—2010年生态脆弱性指数标准化平均值为4.23±1.29,整体处于中度脆弱。生态脆弱性空间分布呈现西高东低的格局特征,高度脆弱地区主要分布在中西部,低度脆弱地区主要分布在东北部和东南部。近10年生态脆弱性综合指数最小值为2002年的2.37,最大值为2008年的2.99,三峡水库蓄水后生态脆弱性综合指数逐年递增,2008年到达峰值后有所降低。三峡库区生态脆弱性是人类活动与自然环境相互作用的结果,城市生活污染、水土流失、植被状况等为主要的驱动因子。研究时段内三峡库区(重庆段)生态脆弱性呈现两极化趋势,高度脆弱地区的脆弱性显著增加,低度脆弱地区脆弱性明显降低。

三峡库区土壤保持重要区生态敏感性空间特征

借助遥感数据和GIS空间分析,选取生境、酸雨、土壤侵蚀和石漠化4种生态环境敏感要素建立空间评估模型,综合分析了受"自然-人工"二元干扰严重的三峡库区土壤保持重要区(重庆段)生态环境敏感性程度及其空间分异特征。结果表明:(1)研究区生境敏感性主要以不敏感和高度敏感为主,高度以上敏感性区域主要分布在巫溪北部大巴山、奉节南部七曜山、石柱方斗山、江津南部西面山和都市区"四山"。(2)酸雨敏感性总体较高,高度敏感性面积和占比分别达到了18 609.85 km^2和40.30%,空间上以武隆-丰都-忠县-开州为界,西部主要以高度敏感性分布为主,东部主要以中度敏感性分布为主,轻度敏感性和不敏感性则主要在江河沿岸呈带状分布。(3)土壤侵蚀敏感性不容乐观,极度敏感性、高度敏感性和中度敏感性面积占比之和超过了80%,尤其是东北部开州、云阳、奉节、万州、巫溪、巫山等区域,土壤侵蚀敏感性均较高。(4)石漠化以不敏感性为主,面积达27 808.57 km^2,占总面积的60.22%,东北部巫溪、开州、巫山和奉节境内局部地区有少量极敏感性分布。(5)研究区生态环境敏感性总体程度较高,中度以上敏感性比例超过了70%,高度以上敏感性比例接近50%,空间上东北部地区和东南部地区生态环境敏感性明显高于其他地区,尤其是巫溪北部大巴山,开州北部雪宝山,奉节南部、石柱南部七曜山,丰都东南部和武隆南部,生态环境敏感性均较高。

三峡库区生态系统服务功能重要性评价及其空间分布研究

以长江上游重点生态脆弱区三峡库区(重庆段)为研究区,结合RS和GIS软件,选取生物多样性维护功能、水源涵养功能和水土保持功能为评价指标,采用植被净初级生产力(vegetation netprimaryproductivity,NPP)定量指标评估法,综合分析研究区2020年生态系统服务功能的重要性程度以及空间分异特征。结果表明:(1)生物多样性维护功能重要性以一般重要区为主,占比高达43.16%,主要分布于研究区西部地势平坦的地区;(2)水源涵养功能重要性以重要区占据绝对优势,占比为52.76%,主要分布在平行岭谷背斜农林复合区;(3)水土保持功能重要性以重要区为主,占比为48.65%,集中分布于平行岭谷地带以及主要河流两岸;(4)生态系统服务功能重要性重要区分布比例为52.43%,呈条状分布于丘陵向山地的过渡地带以及中心城区“四山”区域。