四川省湿地景观格局时空演变与驱动力研究

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w02114119
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四川湿地是中华民族两大母亲河——长江和黄河源头地区最重要的水源发源地及涵养区,在维护我国西部乃至长江中下游生态安全、促进国民经济及社会发展和治理区域生态环境中发挥着重要作用。然而四川是人口和农业大省,人均占有湿地面积少,且随着全球气候变化、人口剧增和社会经济的发展,湿地面临着前所未有的威胁和干扰,科学保护和合理利用湿地资源,已成为政府和社会各界的共识。但四川湿地景观格局是如何演变的?其驱动因子有哪些?湿地保护对区域生态环境质量有何影响?在未来全球气候变化不断加剧和社会经济活动不断增强的背景下,四川湿地将作出怎样的响应?目前还不清楚。基于此,本研究以整个四川省湿地为研究对象,以1990年、2000年、2010年和2015年覆盖四川省的4期318景Landsat系列遥感影像为数据源,将湿地分为自然湿地(沼泽湿地、河流湿地和湖泊湿地)和人工湿地(库塘及其他人工湿地),采用人工目视方法进行解译,建立了全省1990-2015年的湿地空间数据库;利用景观格局指数和质心迁移模型,分析了四川湿地景观格局的时空变化特征;通过典型相关分析法(CCA)揭示湿地类型变化的自然-社会经济驱动力;建立了基于人工神经网络-元胞自动机模型(ANN-CA)的全省湿地景观面积模拟体系和预测模型,对四川省2030年的湿地景观面积及空间分布进行了预测;并基于实际案例,通过构建遥感生态指数(RSEI),定量分析了湿地保护对区域生态环境质量的影响。得到的主要结果如下:(1)湿地景观格局时空动态变化特征四川省湿地组成以沼泽湿地所占比重最大,其次为河流湿地,再次为人工湿地,湖泊湿地的面积最小。川西北高原湿地区是全省湿地的主要分布区,湿地面积占全省湿地总面积的70%以上。近25年来,四川省湿地总面积呈减少趋势,共减少29744.84hm2;其中,自然湿地减少92994.03 hm2,人工湿地增加63249.19 hm2。研究期间,全省湿地景观格局发生了明显变化。景观水平上,斑块数量增加495个,斑块密度增加2.9555,最大斑块指数减少3.5068,面积加权平均斑块分维数减少0.0094,香农多样性指数增加0.0811。类型水平上,各湿地景观类型的斑块数量总体呈增加的趋势,其中河流、沼泽、库塘和湖泊分别增加148个、181个、311个和5个;从平均斑块面积来看,河流、沼泽和湖泊分别减少272.7893、56.5054和3.7356,库塘增加37.7405;从最大斑块指数来看,河流和湖泊分别增加0.9322和0.3226,沼泽和库塘分别减少4.9868和4.1086。全省湿地景观的空间结构向破碎化、规则化、多样化的方向发展。全省湿地景观质心呈明显的向东南方向偏移,年均偏移距离0.34 km,质心的空间偏移由占湿地主体的沼泽和河流湿地主导。(2)基于CCA分析法的湿地类型变化驱动因子从2000年到2015年,四川省湿地变化面积705374 hm2,沼泽和河流是每期湿地面积变化的主体,库塘是变化最大的湿地类型,湖泊最为稳定,主要的湿地变化类型是沼泽转化为非湿地、河流和非湿地转变为库塘。平均气温、国内生产总值和人口数量分别解释湿地类型变化的16.6%、30.7%和2.1%,而降雨量和平均相对湿度仅能解释0.6%和0.3%,表明国内生产总值、平均气温和人口数量是四川省湿地类型变化的主要驱动因子。但不同湿地类型变化的驱动因子存在差异。具体表现为,随着国内生产总值的增加,沼泽转化为非湿地的量减少,而且国内生产总值越高,非湿地和河流转变为库塘的量越多;随着平均气温的增加,沼泽转化为非湿地的面积增加。研究结果说明,社会经济的快速发展对四川湿地面积的保护和增加起到了积极作用,但全球变暖仍然导致沼泽在不断减少。因此在全球变化的背景下,加强对沼泽的保护和恢复,对于稳定四川湿地资源具有重要的作用。此外,相同湿地转化类型的影响因子随着时间推移也有所变化。2000-2010年间,湖泊转变为沼泽与降雨量呈负相关;而在2010-2015年间,与降雨量相关性减小,与气温呈正相关;2000-2010年间,湖泊与非湿地间的转化与人口数量呈正相关,而在2010-2015年,与人口数量的相关性减小,与降雨量呈负相关。(3)基于ANN-CA耦合模型的湿地景观面积预测ANN-CA耦合模型对四川省2015年湿地面积的模拟总体精度为98.1%;沼泽、河流、湖泊和库塘的模拟精度分别为71.9%、72.7%、89.0%和50.0%。相比2015年,2030年四川湿地总面积和各类型湿地面积均呈下降趋势。其中,湿地总面积减少57822.54 hm2;沼泽、河流、湖泊和库塘分别减少41180.83 hm2、9690.46 hm2、398.64hm2和6552.64 hm2。湿地减少的区域主要分布在川西北高原湿地区,四川盆地区和川西南攀西台地区湿地总量变化不大,基本保持了稳定。这表明,未来15年应加强对川西北高原湿地区沼泽的保护,减缓全省湿地退化。(4)湿地保护对区域生态环境质量的影响2000年至2015年,嘉陵江干流(利州区段)的RSEI均值由0.6378增加到0.6388,增幅为0.16%,15年间共有34.66%的区域生态环境得到了改善,24.42%的区域生态环境发生退化;改善区域主要位于嘉陵江两岸的山体造林区域,退化区域主要是嘉陵江两侧受城镇化影响较大的利州城区。尽管四川广元南河国家湿地公园位于嘉陵江干流(利州区段)的整体生态退化区域,生态环境质量反而上升的更为明显。较建设前,湿地公园建成后RSEI均值上升幅度是整个研究区的109倍,共有55.29%的区域生态环境得到了改善,19.41%的区域生态环境发生退化;改善区域集中分布于林地和水域区域,退化区域主要分布于湿地公园的道路、广场和场馆等建设区域。这表明,通过湿地公园建设来保护湿地对改善区域生态环境质量起到了重要的作用。综上所述,1990年至2015年,四川省自然湿地减少,人工湿地增加,湿地总面积呈减少趋势,湿地景观的空间结构向破碎化、规则化、多样化的方向发展;国内生产总值、平均气温和人口数量是湿地类型变化的主要驱动因子;通过湿地公园的建设来保护湿地对改善区域生态环境质量起到了重要的作用;未来15年全省湿地总面积和各类型湿地面积均呈下降趋势。
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