面向流域生態(tài)安全的景觀格局演變研究——以疏勒河流域?yàn)槔?pdf

1、生態(tài)安全是一個(gè)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展不致因生態(tài)環(huán)境遭受破壞而使受到威脅的狀態(tài)。在影響流域生態(tài)安全的因素中，流域土地利用景觀格局的變化是影響流域生態(tài)安全最重要的方面。疏勒河流域是我國(guó)河西走廊地區(qū)三大內(nèi)陸河之一，是河西走廊重要的經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)基地，具有極其重要的經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略地位。20世紀(jì)90年代后，隨著農(nóng)業(yè)開發(fā)工程的實(shí)施，疏勒河流域進(jìn)行了大范圍的水資源開發(fā)和土地資源開發(fā)（簡(jiǎn)稱水土資源開發(fā)），在很大程度上改變了流域的生態(tài)環(huán)境和景觀結(jié)構(gòu)。一些不合理的開發(fā)

2、利用引發(fā)的一系列生態(tài)環(huán)境問題日益突出。尤其在移民開發(fā)項(xiàng)目實(shí)施后的十余年時(shí)間里，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人口的增長(zhǎng)都大大增加了對(duì)水資源的需求量；中游昌馬灌區(qū)灌溉面積不斷擴(kuò)大，用于農(nóng)業(yè)灌溉的水量不斷增加，渠系利用率不斷提高，對(duì)地下水補(bǔ)給量不斷減少，流入下游安西—敦煌盆地地表水資源量持續(xù)減少；疏勒河流域下游地區(qū)地下水位出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，泉水資源量也不斷衰減，安西縣城附近泉水資源全部消失。與此同時(shí)，人工水利工程設(shè)施的建設(shè)改變了天然的流域水循環(huán)的時(shí)空分布，天然

3、綠洲面積與水域面積急劇縮減，打破了原始的水循環(huán)平衡狀態(tài)，干擾了原本平衡的綠洲水文生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)而導(dǎo)致依賴于水循環(huán)的生態(tài)環(huán)境也發(fā)生了相應(yīng)改變。流域的水土資源開發(fā)引起生態(tài)負(fù)效應(yīng)問題引起了越來越多的專家學(xué)者的關(guān)注，由此面向生態(tài)安全的流域生態(tài)與水資源之間的可持續(xù)發(fā)展研究應(yīng)運(yùn)而生。然而，以往的研究大部分集中在水資源組成、演化和評(píng)價(jià)方面，而對(duì)面向生態(tài)安全的流域景觀動(dòng)態(tài)演變過程及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究甚少，目前大多數(shù)的研究都在觀測(cè)點(diǎn)或觀測(cè)斷面上進(jìn)行，從時(shí)間和空

4、間相結(jié)合對(duì)流域尺度的流域生態(tài)演變規(guī)律和驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究甚少。
　　 現(xiàn)代景觀生態(tài)學(xué)是一門新興的、正在迅速發(fā)展的學(xué)科,其產(chǎn)生和發(fā)展給傳統(tǒng)的流域尺度的生態(tài)和地理研究帶來了許多新鮮的思維。以遙感技術(shù)(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)為代表的空間信息技術(shù)為分析流域尺度的涉及到時(shí)空的自然、地理和人文現(xiàn)象提供了有力的技術(shù)支撐。隨著景觀生態(tài)學(xué)和空間信息技術(shù)的的不斷發(fā)展，運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)的理論與方法，在空間信息技術(shù)的支持下，分析流域景觀格局，探討景觀

5、變化過程、演變機(jī)制及其調(diào)控機(jī)理，已經(jīng)成為流域研究的熱點(diǎn)。景觀生態(tài)學(xué)可以為流域的景觀格局，景觀演變過程，景觀動(dòng)態(tài)模擬等研究提供理論支持和有效的研究路徑?？臻g信息技術(shù)可以為流域生態(tài)水文研究提供數(shù)據(jù)支持、分析平臺(tái)和模擬途徑。
　　 本論文在掌握基礎(chǔ)地理資料、水文地質(zhì)資料、植被遙感影像資料、地下水埋深歷史監(jiān)測(cè)資料和前人的研究成果基礎(chǔ)上，運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)和空間統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，應(yīng)用遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)干旱內(nèi)陸河流域的典型流域—

6、—疏勒河流域展開研究。論文在景觀生態(tài)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)和空間統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上，分析了疏勒河流域景觀格局特征，建立了面向生態(tài)安全的流域景觀演變及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究框架，主要包括內(nèi)陸河流域綠洲景觀格局分析、內(nèi)陸河流域綠洲景觀演變時(shí)空動(dòng)態(tài)變化分析、流域景觀演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、流域植被生態(tài)需水量模型與應(yīng)用等。
　　 在對(duì)內(nèi)陸河流域景觀格局及變化分析的基礎(chǔ)上，提出了利用2000～2008年間MODIS植被指數(shù)數(shù)據(jù)研究流域尺度景觀動(dòng)態(tài)的新方法，剖析了疏勒河

7、流域生態(tài)系統(tǒng)的演變過程和規(guī)律。從地下水埋深、天然水系分布、地形等方面分析了流域景觀格局演變的自然驅(qū)動(dòng)機(jī)制，從人工渠系分布、灌溉機(jī)井分布、道路交通分布、居民地分布等方面分析了流域景觀格局演變的人為驅(qū)動(dòng)因素。在建立驅(qū)動(dòng)因子的空間分布數(shù)字模型的上，通過對(duì)驅(qū)動(dòng)因子與反映流域生態(tài)的植被指數(shù)之間的耦合關(guān)聯(lián)分析，得出各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子與植被指數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)，定量分析了疏勒河流域景觀演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。
　　 在景觀時(shí)空動(dòng)態(tài)模擬上，比較分析了目前流行的

8、幾種景觀格局變化模擬模型，采用了CLUE-S模型模擬流域典型區(qū)域的未來景觀演變。在該模型中，綜合考慮了地下水埋深、天然水系分布、地形、人工渠系分布、灌溉機(jī)井分布、道路交通分布、居民地分布等環(huán)境驅(qū)動(dòng)因子，利用二元Logistic回歸分析得出各驅(qū)動(dòng)因子與景觀類型的二元回歸模型，確定景觀單元之間轉(zhuǎn)化的概率。
　　 在以往生態(tài)需水計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，提出了利用空間關(guān)聯(lián)分析方法計(jì)算生態(tài)地下水位埋深值的新方法。建立了適宜于疏勒河流域的生態(tài)需水