典型流域土地利用_覆被变化预测及景观生态效应分析_以太湖上游西苕溪流域为例

摘 要: 以太湖上游西苕溪流域为研究区, 基于1985 和2002 年土地利用空间数据, 结合土地利用变化的驱动因子, 运用马尔科夫模型和CLUE- S 模型, 模拟了研究区2020 年土地利用的空间格局; 在此基础上, 通过对斑块类型和景观水平上格局指数的变化分析, 揭示研究区未来土地利用/ 覆被变化及其景观生态效应。结果表明: 按照1985~ 2002 年土地利用变化的发展趋势, 未来研究区土地利用变化主要表现为建设用地面积大幅度增加, 耕地、林地面积减小, 研究区未来景观格局指数将发生较大的变化。在景观尺度上, 斑块数量、边缘密度、多样性指数、均匀度指数、分维数等指标都呈增加趋势, 而斑块平均面积减小, 表现出景观结构破碎化、斑块形状复杂化、景观向多样性和均匀化发展的特点; 而从斑块类型水平上看, 各景观类型之间的景观格局指数变化差异较大, 反映了生态系统的复杂性。

    土地利用/ 覆被变化( LU CC) 是全球变化研究的核心内容之一[ 1] 。LU CC 会对地表景观结构如耕地分布、人居生态环境等直接造成巨大的影响, 因此, 如何准确地模拟LU CC, 是当前LU CC 研究中的核心科学问题[ 2~ 4] 。LU CC 模型是深入了解LU CC 成因、过程, 预测未来发展变化趋势的重要手段, 也是LUCC 及全球变化研究的主要方法之一[ 5] 。长期以来, 各国科学家已成功开发出一系列的数学模型用于土地利用/ 覆被的变化模拟, 如CA( 元胞自动机) 模型[ 6] 、SD( 系统动力学) 模型[ 7] 、GT R( Generalized T hunen-Ricardian) 模型[ 8] 以及CLU E-S 模型[ 9] 等。
    LU CC 不仅带来地表景观结构的巨大变化, 而且影响景观内的物质循环和能量流动, 对区域生物多样性和重要生态过程产生重大影响[ 10] 。因此,LU CC 研究与景观生态学密不可分。景观生态学是一门研究景观空间格局、过程及其与人类社会之间相互作用, 进而探讨景观优化利用的原理和途径的交叉性学科。景观生态学非常重视空间结构与生态过程的相互作用, 强调时空的异质性, 景观格局研究是其基础性核心研究领域之一[ 11] 。以景观几何特征为基础的景观格局分析可以有效地反映LUCC的空间格局[ 12, 13] 。因此, 将LU CC 和景观格局结合起来研究有助于探讨LU CC 和景观生态过程的相互关系, 是揭示区域生态状况及空间变异特征的有效手段, 为人类定向影响生态环境并使之向良性方向演化提供依据。
    西苕溪是太湖的重要支流, 流域内土地利用类型多样。近几十年来, 随着人口增加和经济发展, 流域内LU CC 及其景观生态效应均十分显著, 对其土地利用变化进行预测并分析其景观生态效应, 具有重要的意义。目前对该区域的LUCC 与景观空间结构等已有较深入的研究[ 14] , 而将未来土地利用格局预测与景观格局分析相结合的分析鲜见报道。本文以西苕溪流域为研究区, 基于CLU E-S 模型预测了流域未来土地利用的空间格局, 并通过景观格局动态分析, 探讨流域未来景观结构特点及其生态环境效应, 籍以为该流域及类似区域在土地利用结构优化调控、资源可持续利用和生态建设等方面提供科学依据和决策支持。