论文部分内容阅读
进入21世纪,我国经济快速发展的同时加快了对资源的开发利用,土地作为人类生存,生活,发展的最根本空间及生产资源,其面积结构的变化必然使得生态系统的功能受到影响。博斯腾湖流域位于我国大陆腹地气候干旱,地貌类型复杂。多年来对于塔里木河下游进行“生态输水”,有着重要的生态功能。因此,本研究以博斯腾湖流域为研究区,基于2000—2020年土地利用数据,采用土地利用动态度,转移矩阵,时间序列追踪分析等方法对博斯腾湖流域土地利用时空变化进行分析;其次构建ESV(Ecosystem Service Value,生态系统服务价值)评估体系,采用网格法,趋势分析方法探究流域ESV时空演变,并基于ESV空间变化结合追踪分析LUCC(land use and land cover change,土地利用/覆盖变化)过程等级的新视角分析二者空间响应特征,借助地理探测器模型分析流域ESV分异驱动因素及其交互影响作用;最后设定自然发展情景、可持续发展情景和耕地保护共计三种情景,利用PLUS模型预测2025年多情景土地利用及生态系统服务价值变化。探讨流域土地利用及生态系统服务价值的动态演变机制。主要结论如下:(1)研究区用地面积结构为荒漠>草甸>裸地>草原>旱地>湿地>水域>冰川>针叶林>建设用地>灌木>阔叶林>水田。其中,博斯腾湖流域主要的地类是荒漠、草甸和裸地;水田流域占比最少。2000—2020年,博斯腾湖流域旱地、建设用地和水域面积呈持续增长趋势;荒漠、草甸、湿地、灌木、阔叶林和水田呈波动增长趋势;裸地、草原和冰川积雪呈波动减少趋势。即使博斯腾湖流域各地类面积都有不同程度的变化,但土地利用结构并未发生变化。此外,荒漠、草甸和草原是旱地及建设用地面积扩张的主要来源,受人类活动较小的土地利用类型,如广袤的荒漠、裸地和草甸等变化幅度不显著,但互相之间转移频繁、转移面积基数大。2000—2020年流域综合土地利用动态度呈先增高再降低的趋势。土地利用追踪分析结果表明2000—2020年博斯腾湖流域最大轨迹类型是稳定型,其总面积达到4.76×10~6hm~2,占流域总面积的60.41%。在各变化轨迹类型中,渐变型为主要的变化轨迹类型,占比为34.91%,其特点是主要分布于各稳定型之间,流域面积占比2.54%。中等变化型、回归型和激烈变化型主要分布于绿洲区。(2)二十年来博斯腾湖流域ESV呈减少-增大-减小-增大的波动增加趋势,生态系统服务总价值增加了32.92亿元,增幅为5.41%。从不同生态系统来看,五个研究期内草甸价值量最大,其次是水域和湿地。博斯腾湖流域2000—2020年ESV的主要贡献因子和敏感因子是水域、草甸、湿地和草原生态系统。其中主要的正向贡献因子是水域、旱地和草甸生态系统;主要的负向贡献因子是草原生态系统。因此,水域、湿地、草甸和草原是重要的生态用地,尤其是草原已经造成负向生态影响,需要重点保护。(3)流域生态系统服务价值空间分布总体呈“北部偏高,南部偏低”。流域ESV变化趋势有较强的空间差异性,流域北部LUCC追踪等级整体较低、ESV多呈轻度变化趋势;南部的ESV基本不变区域分布较广。同时,其中绿洲区ESV变化趋势与LUCC轨迹等级在空间响应特征为:ESV轻度减少(中等变化型)—ESV轻度增加(渐变型)—ESV轻度减少(中等变化型)。(4)根据地理探测器模型发现10 km×10 km是研究博斯腾湖流域生态系统服务价值空间分异驱动分析的最佳空间尺度,并在此研究尺度下各ESV空间分异驱动因素按照q统计量的大小排序为:NDVI>年均降雨>DEM>土地利用程度>NPP>平均气温>土壤侵蚀>Slope>GDP>人口,总体上,自然气候对ESV的影响显著强于社会经济因素,且任意两驱动因素交互作用的解释力均大于任何单一驱动因素对ESV空间分异的作用。(5)利用PLUS模型,基于2015年土地利用现状和驱动因子数据,调试软件及参数后得到2020土地利用模拟数据,经检验后Kappa系数≥75%,满足精度要求。结果表明,自然发展情景下,博斯腾湖流域2025年冰川积雪、草原和荒漠面积呈轻微减少趋势,草甸、灌木、旱地、阔叶林、裸地、建设用地、湿地、水田、水域和针叶林面积呈增加趋势。与自然发展相比,可持续发展情景下旱地面积小,建筑用地和旱地的一部分转为湿地、阔叶林等生态用地,有利于干旱区生态安全格局的构建;耕地保护情景下旱地面积增加了0.15×10~3·hm~2,其它地类面积相差不大。博斯腾湖流域2025年ESV最大的发展情景是可持续发展情景,其次是耕地保护情景,最小的是自然发展情景。流域2000—2020年博斯腾湖流域土地利用结构稳定,空间上人类活动较强的绿洲区域各土地利用类型间转换强度大于非绿洲区。在自然气候和社会经济的综合影响下,流域ESV呈“北偏高,南偏低”总体空间分布规律,同时绿洲区ESV变化趋势与其LUCC过程等级在空间上从内到外二者呈环状的对应分布特点。经模拟发现流域2025年可持续发展情景下的ESV最大。