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在当今全球城市区域化、区域城市化的发展趋势下,以城市化为主要驱动力的LUCC对区域生态环境的消极影响已经引起了国内外学者的广泛关注。城市景观格局演变及其生态环境效应研究已成为区域可持续发展研究的热点和前沿问题。目前关于城市景观格局演变的生态环境效应的研究已经涉及诸多领域,而关于水土流失效应的研究却在很大程度上受到了忽视。这一研究境遇与城市水土保持的学科重要性及其实践需求是极不相称的。究其原因,城市水土流失的尺度效应是当前城市水土流失研究既无法回避又难以独立解决的问题。为此,本文以深圳市为例对快速城市化地区城市景观格局演变的水土流失效应,以及这种“格局--效应”关系在多重尺度下的变异进行研究。本文从格局--过程--效应的角度分析了城市景观格局演变的水土流失效应的尺度效应,对于城市景观生态学在该领域的研究和城市水土保持工作中的用地优化问题具有一定的参考价值。
整个研究分为理论梳理和案例研究两大部分。本文在系统回顾了我国十余年来的城市水土流失研究的基础上,借助景观生态学的原理和方法对城市水土流失的特征、发生机理、动态变化以及调控机制进行了分析,在研究内容、研究方法和研究途径上进行了扩展与补充,并提出了一个相对完善的城市水土流失研究理论框架。在案例研究方面,本文在总结1995-2005年深圳景观格局演变特征的基础上,按“图斑--流域--市域”三级尺度的逐层推绎,运用不同的理论模型和景观分析方法定量探讨了不同空间尺度下景观格局演变对水土流失的影响。
深圳城市景观格局演变水土流失效应的多尺度分析表明:(1)图斑尺度上,水土流失图斑的空间分布受到城市开发建设活动范围的强烈影响,其空间形态往同一方向单调变化,景观格局对水土流失图斑的流失强度的影响主要通过影响产流产沙过程来实现,并表现出显著的斑块效应。图斑尺度上水土流失强度主要受到地表覆被指数、图斑面积和斑块形状指数影响。(2)流域尺度上,由城市化导致的建成区优势度增加、推平待建地减少和不透水表面向距河道较近及低海拔地区的相对聚集均有效地控制了流域水土流失,而受经济利益驱动的退林种果行为使流域内园地景观的优势度、聚集度和连通度显著增加,使水土流失朝加重的趋势变化。根据线性模型和典型子流域的比较证实,子流域集水面积是流域尺度上影响水土流失最为显著的格局指数。(3)市域尺度上,城市水土保持功能网络证实格局变化的影响主要体现在阻流阻沙过程上。随着图斑-流域-市域的尺度增大,地貌/水文格局逐渐上升为影响水土流失的首位因素。(4)通过对上述三个尺度间的比较,初步发现城市水土流失的尺度变异具有影响因子的尺度效应和地理过程的尺度效应两方面的特征规律。其中,前者又包括空间幅度变化造成的水土流失效应的差异性和随空间尺度变化主导影响因子的差异性。
论文的主要创新之处在于:系统运用景观生态学开展市域水土流失研究,对城市建设用地变化与水土流失的关系建立了一套研究方法;采用多种途径进行水土流失数据的挖掘;在多空间尺度城市水土流失“格局-过程-效应”的尺度变异这个难题上进行了一定的探索。而在今后的研究中,还需重点对水土流失过程中水资源的流失问题和尺度效应的界定问题展开深入探讨。