黃河下游典型地區(qū)農(nóng)業(yè)景觀生態(tài)系統(tǒng)格局及其優(yōu)化研究.pdf

1、黃河中下游地區(qū)是中華文明的發(fā)源地，是我國最重要的糧食核心區(qū)和主產(chǎn)區(qū)之一，擔負著國家糧食安全的重大責任。該地區(qū)農(nóng)業(yè)耕作歷史悠久，農(nóng)業(yè)景觀的時空異質性較低，農(nóng)業(yè)面源污染嚴重，生態(tài)功能不斷喪失，以往重量不重質、重食物本身而不重生態(tài)系統(tǒng)服務（供給、支持、調節(jié)、文化）和非農(nóng)生物多樣性、重開發(fā)利用而不重規(guī)劃保護、重經(jīng)濟效益而不重生態(tài)效益的種種認識和做法，明顯存在缺陷。在黃河下游全國糧食主產(chǎn)地區(qū)，定量化分析農(nóng)業(yè)景觀生態(tài)系統(tǒng)格局動態(tài)變化對景觀生態(tài)系統(tǒng)功

2、能和生態(tài)系統(tǒng)服務影響的研究較為薄弱，對研究區(qū)主要生態(tài)限制因子和糧食生產(chǎn)核心區(qū)非農(nóng)物種多樣性特征進行定量化分析評價較少，在新農(nóng)村建設過程中人與自然和諧相處、可持續(xù)發(fā)展的機制與優(yōu)化方式研究并不透徹。研究區(qū)景觀結構不合理，需要優(yōu)化設計。
　　本文首先基于2014年封丘1:10000土地利用現(xiàn)狀圖，通過ArcGIS9.3矢量化得到研究所需的2014封丘景觀格局類型圖，并對2014年研究區(qū)景觀格局的基本特征進行分析，同時選取組分數(shù)、斑塊間的

3、鏈接數(shù)、整體連通性指數(shù)，分析研究區(qū)林地景觀連接度；其次，借助1990年、2002年、2009年和2013年四期遙感影像，分析封丘縣景觀格局的時空動態(tài)變化，在此基礎上分析并評估封丘縣的經(jīng)濟效益、社會（文化）效益和生態(tài)效益，定量分析影響封丘縣生態(tài)效益最大化的主要限制因子；最后，基于本體優(yōu)化系統(tǒng)，對研究區(qū)景觀格局進行多目標優(yōu)化，構建該地區(qū)景觀格局系統(tǒng)，并基于研究區(qū)林地景觀連接度驗證優(yōu)化結果，提出研究區(qū)調控對策。主要結論如下：
　?。?）

4、景觀組成面積差異明顯。2014年研究區(qū)景觀基質為水澆地，面積占比最大，占總面積的72.07％；農(nóng)村居民點用地面積占比次之，占總面積的11.43%；林地面積較小且斑塊分布比較分散，占總面積的5.21%；其他景觀類型面積比較小，均未超過總面積的3.00%。
　　（2）2014年林地景觀連接度呈現(xiàn)規(guī)律變化。隨著景觀距離閾值從500 m、1000 m、1500 m、2000 m、2500 m、5000 m增加到7500 m，林地景觀斑塊組

5、分數(shù)值（NC）逐漸減少，景觀整體連通性指數(shù)不斷增大，當景觀距離閾值為7500 m時，景觀斑塊組分數(shù)值（NC）減少到1，景觀整體連通性指數(shù)最大，為0.0000968。
　?。?）景觀異質性變化特征顯著。從1990年到2013年的24年間，研究區(qū)耕地總量變化不大，但期間變化較大；建設用地的變化，主要體現(xiàn)在城鎮(zhèn)居民點和工礦用地的增加并向各個方向蔓延；未利用地逐年減少，耕地后備資源嚴重不足。區(qū)內(nèi)以農(nóng)業(yè)景觀為主，農(nóng)用地面積最大，其中，分布于

6、研究區(qū)南部的水田景觀面積減少明顯。水澆地為研究區(qū)景觀基質，在四個時期分別占整體面積的比例為：66.85%、64.57%、73.28%、73.09%。研究區(qū)整體景觀斑塊數(shù)量和最大斑塊指數(shù)（LPI）動態(tài)變化表明，水澆地的優(yōu)勢度最大，建設用地的優(yōu)勢度在逐漸提高，其他景觀類型的LPI值比較穩(wěn)定。景觀多樣性有一定的波動，就本研究而言，研究區(qū)的景觀多樣性水平比較低。由均勻度與蔓延度指數(shù)值分析表明，研究區(qū)的景觀斑塊形狀從1990年到2002年是趨向簡

7、化，2002年以來，景觀斑塊形狀復雜程度達到史上較高水平。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀動態(tài)變化差異較大，景觀異質性差異突出。
　?。?）黃河干擾具有顯著的空間梯度效應特征。研究區(qū)自黃河向北，干擾強度的空間差異在不斷減小。景觀的構型不斷復雜化，景觀組成的均勻性不斷降低，景觀構型對景觀組成的影響越來越小。
　　（5）研究區(qū)生態(tài)服務價值呈增長趨勢。研究區(qū)1990-2013年生態(tài)系統(tǒng)服務的總價值從57956.29萬元增加到120035.96萬元。其中

8、1990-2002年和2002-2009年兩個時間段的生態(tài)服務價值總量的變化量分別為28070.56萬元和10373.10萬元，變化率分別為48.43%和12.06%。對于單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值，1990-2013年間，食物生產(chǎn)、氣候調節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護、廢物處理以及生物多樣性保護呈現(xiàn)增長趨勢，娛樂文化價值呈降低趨勢。2013年研究區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)服務價值差異明顯，其中，陳橋鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務價值最高，為12333.87萬元，其次是荊隆

9、宮鄉(xiāng)，而城關鎮(zhèn)最低，為464.11萬元。敏感性分析結果表明，各敏感性指數(shù)都小于1，生態(tài)系統(tǒng)服務的變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)變化不敏感，缺乏彈性，研究結果可靠。
　?。?）研究區(qū)主要生態(tài)限制因子區(qū)域差異特征明顯，生態(tài)環(huán)境壓力增大。定量化評價表明，王村鄉(xiāng)、陳固鄉(xiāng)、荊隆宮鄉(xiāng)以及黃陵鎮(zhèn)的生態(tài)環(huán)境壓力值較高，城關鎮(zhèn)和回族鄉(xiāng)的生態(tài)環(huán)境壓力值較低。農(nóng)村生態(tài)環(huán)境壓力綜合評價值各鄉(xiāng)鎮(zhèn)從1990年到2013年是增長的趨勢，其中農(nóng)村人口中總磷（TP）排

10、放量、化學需氧量（COD）排放量和總氮（TN）的排放量造成的生態(tài)環(huán)境壓力是最大的，農(nóng)田化肥中TP排放量和TN的排放量對生態(tài)環(huán)境壓力最小。對研究區(qū)耕地地力評價結果表明，全區(qū)耕地中一等地面積為10321.68 hm2，其中，陳固鄉(xiāng)分布面積最大，占本等級耕地面積的21.58%；全區(qū)二等地面積為30378.03 hm2，其中，趙崗鎮(zhèn)分布面積最大，占本等級耕地面積的14.12%；全區(qū)三等地面積為29884 hm2，其中，應舉鎮(zhèn)分布面積最大，占本等

11、級耕地面積的17.14%。對灌溉分區(qū)和水資源評價研究表明，研究區(qū)在平水年尚缺水188.50×104m3，供需可基本平衡，一般干旱年缺水6998.50×104m3。近幾年，由于黃河引水量不足，造成地下水超采，致使境內(nèi)淺層地下水降落漏斗有逐年擴大的趨勢，目前面積已達68 km2。漏斗中心水位埋深達13 m以上，地下水資源衰竭，溝渠斷流、濕地萎縮、土地沙化、坑塘干涸，生態(tài)環(huán)境極為脆弱。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)非農(nóng)植物多樣性研究表明，研究區(qū)應特別重視城關鎮(zhèn)（縣城

12、）周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的非農(nóng)植物多樣性保護，尤其是城關鄉(xiāng)、馮村鄉(xiāng)、魯崗鄉(xiāng)、回族鄉(xiāng)、王村鄉(xiāng)和居廂鄉(xiāng)的非農(nóng)植物多樣性保護。
　?。?）模型系統(tǒng)耦合多種優(yōu)化技術，適用性強?；诰坝^格局時空分異特征，在景觀格局現(xiàn)狀數(shù)據(jù)模型、景觀生態(tài)系統(tǒng)服務定量化和主要生態(tài)限制因子定量化評價支撐下，通過數(shù)據(jù)驅動系統(tǒng)運行，對研究區(qū)景觀格局進行多目標優(yōu)化，繪制出了本研究區(qū)域的景觀優(yōu)化格局圖。優(yōu)化結果表明：2025年該地區(qū)占較大面積的景觀類型是水澆地，占總面積的70.97%