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长江三峡水利工程,在连续施工17年后,于2009年迎来竣工验收。当初论证三峡工程时的三大功能——防洪、发电、通航、均已初步实现。然而,三峡工程兴建和移民工程实施在不同程度上影响与改变了自然和人文景观、生态环境变化、以及社会经济发展。三峡工程影响的程度、以及出现的问题能否得到长效、稳妥的解决,不仅直接关系到三峡水库能否健康、安全、持久地发挥综合效益,更会对整个长江流域产生直接的影响。
三峡库区暴雨集中、径流量大、水土流失严重;人口密集、垦殖历史悠久、人类活动强烈、生态环境脆弱。三峡工程建设期间,库区经济高速发展、人口城市化加速、水库淹没土地、水库移民搬迁等加剧了土地扰动,改变了土地覆被结构,加重了库区土地资源承载和生态环境的压力,而库区生态工程的建设、农业结构性调整改善生态环境和生态系统服务功能。
论文基于面向对象的信息提取方法,利用遥感时间序列数据,开展三峡工程建设期前后,三峡库区土地覆被的遥感监测;开展土地覆被的空间格局分析、变化过程分析;结合生态系统功能服务理论,评价土地覆被对生态系统服务的影响,揭示土地覆被变化的驱动因素,并分析其中三峡工程发挥的作用,以及土地覆被变化对三峡工程间接的影响。通过机制机理、规律、趋势分析,发现问题并提出对策与建议。具体结论如下:
(1)三峡库区以植被和耕地覆盖为主体类型,耕地、灌草、建设用地变化显著。三峡库区总面积5.78万km2,在2007年土地覆被中,耕地占土地面积24.6%,果园占土地面积1.2%,阔叶林占土地面积10.0%,针叶林占土地面积21.5%,灌木占土地面积21.9%,草地占土地面积16.7%,水体占土地面积2.6%,建设用地占土地面积1.4%,其它占土地面积0.2%。
在三峡工程建设15年(1992-2007年)期间,土地覆被类型面积变化2.8%,其中,耕地减少了5.97万hm2,占1992年耕地4.0%;林地增加了2.79万hm2,占林地1.7%;灌草减少了5.72万hm2,占灌草2.5%;建设用地增加4.25万hm2,占建设用地48.4%;水面增加3.01万hm2,占水面20.3%;果园增加2.17万hm2,占果园31.5%。
(2)耕地持续减少、占补不平衡,土地承载能力不足。耕地面积变化中,耕地减少占96.3%,耕地增加占3.7%,耕地资源未实现占补动态平衡。大于25°的坡耕地占耕地20.5%。全库区耕地生产潜力为平均1452kg/mu,目前,三峡库区耕地按实际产量计算,粮食单产是潜在生产潜力的36%,而减少的耕地中,在高产田(1500kg/mu以上)潜在产量占比例61%,耕地的减少也促成了耕地产能降低。农业种植结构调整和推广柑桔种植,弥补了三峡工程影响的粮食减少造成的经济损失。农业后备资源有7.3万hm2,有步骤地开垦可增加5%的耕地。
人均耕地面积从1992年的1.18亩减少到2007年的1.04亩,相比我国18亿亩红线要求人均耕地的1.33亩低0.2亩,每年以人均0.01亩的速度下降,而农村人均耕地资源为1.46亩,农村粮食有基本保障,人口的转移减轻了农村土地压力。若25°以上的耕地全面退耕还林和175米水位淹没耕地,人均耕地将为0.76亩,低于联合国最低粮食警戒线0.8亩水平,进一步加剧人地关系紧张。
(3)城镇快速发展、城市环境改善。移民工程推动了城市建设发展,促进了库区东西城市的均衡发展。从1992年到2007年期间,城市土地净增加了3.54万hm2,比原城市面积增加172%,相比城市变化,人口增长了74%,居民居住条件有了极大改善,城市容量有了较大增长。库区有95%的市县城市建筑密度出现下降,各市县平均城市建筑密度从81%减少到70%;城市绿化率从10.9%增长到21.6%。
(4)三峡库区森林覆盖增加。2007年三峡库区森林面积为181.83万hm2,森林覆盖度达31%,比1992年覆盖度增长0.5%,生态工程初显成效。高于国家森林覆盖率20%的水平,但人均森林资源为1.33亩/人,低于全国标准,使库区林业资源的利用受到限制。三峡库区的森林结构为落叶林占12.6%、常绿林占87.4%;针叶林占67.6%、阔叶林占31.7%、混交林占0.7%。三峡库区森林以纯人工针叶林面积最大。15年中林区植被覆盖度增长了12%,平均每年增长0.8%。三峡库区森林蓄积量增加,有利于区域的气候调节与水土保持。从1992到2007年,景观斑块平均面积除常绿阔叶林减少外,其它森林斑块面积都有所增加,反映出现森林的完整性在增强、森林生态功能将得到充分发挥。三峡库区森林生态系统针叶林部分在向好的趋势发展,而阔叶林的生态系统受到一定的影响。
(5)水域面积增长24%,地表水储量增长;三峡水库面积1063km2,其中145米水位淹没土地面积608.4km2,145米至175米水位间的永久河流占用100.8km2,实际季节性水陆交替出露的消落面积为353.5km2。其中湖北省为39.7km2,重庆市占313.1km2。水库淹没陆地面积52556hm2,以2002年土地覆被计算,淹没了34种土地覆被类型,其中耕地35%、植被44%、建设用地9%、水体12%。耕地淹没面积比《环评报告》少淹没21%。
消落带基底构成中,砾质型基底、砂质型基底、泥质型基底在消落区的比例分别为7%、37%、56%,以细颗粒的成份较大,有利于消落区湿地生态系统的恢复与重建;消落区中大于25°陡坡型占19%,7-25°斜坡型占52%,小于7°缓坡型占29%,大部分是斜坡型消落区;长淹型、较长淹型、较短淹型、短淹型消落面积各占2.3%,25.2%,44.8%,27.7%。
(6)生态系统功能服务在不断增强中。2007年三峡库区的生态系统服务总价值为807亿元,较1992年增长了1.3%,主要是由于农田向林地、水体转化产生的增值。使水源涵养能力与废物处理能力分别提高了5%。三峡库区2007年植被生物量为1.35亿吨,比1992年增长1%。其中,在2002年左右植物生物量增长达到一个峰值,比1992年高1.2%,但到2007年生物量略有下降。常绿阔叶林与灌木林的生物量在过去15年一直在持续减少,而针叶林、落叶阔叶林、混交林生物量有一定增长。三峡库区15年中粮食总产累计增加产量3.7%,在库区的中部地区粮食增产较大,技术进步起关键作用。种植结构调整也起到明显效果,1992年至2007年油料总产增产56%。水土流失面积显下降趋势,2007年三峡库区土壤侵蚀面积为37335km2,占土地面积的64.5%,其中轻度侵蚀29.2%、中度侵蚀42%、强度侵蚀18.4%,极强度侵蚀7.7%、剧烈侵蚀2.6%。15年期间,水土流失面积比例从76%下降到64%。然而,三峡库区耕地面源污染仍然严峻,土壤养分氮素流失率为12.18%、磷素流失率为6.04%。
(7)得益于西部大开发、重庆直辖市成立、移民等优惠政策,促进了区域经济发展。人口增长和经济发展加快了土地开发,2000年以后三峡库区投资增大(它是之前的1.5倍)、GDP快速增长,产业结构由第一产业向第二、第三产业转移,这使2002年建设用地大规模扩展,特别是工矿用地面积增长较快。三峡水库淹没525km2土地,主要损失了耕地、植被。但耕地持续减少主要原因是城市发展和生态工程,分别占45%、23%面积份额。移民城镇迁建促进了城镇土地扩展规模、推进城市化进程、减少城市的区域差异。生态工程使常绿针叶林面积增长,促进森林郁闭度的增长。