大足區(qū)上游水庫流域生態(tài)系統(tǒng)時(shí)空格局演變分析

(1.重慶市大足區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站 重慶 402360；2. 重慶市環(huán)境科學(xué)研究院 重慶 401120)

大足區(qū)上游水庫流域生態(tài)系統(tǒng)時(shí)空格局演變分析

路媛媛1齊靜2李江華2

(1.重慶市大足區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站 重慶 402360；2. 重慶市環(huán)境科學(xué)研究院 重慶 401120)

本文基于GIS技術(shù)，利用大足區(qū)2010年、2015年2期土地利用數(shù)據(jù)集，提取了上游水庫流域內(nèi)農(nóng)田、森林、灌木、草地、濕地、聚落、荒漠七種主要生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)信息并分析了各生態(tài)系統(tǒng)的空間特征及時(shí)空演變規(guī)律。分析結(jié)果如下：(1)流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)類型以農(nóng)田和森林為主，兩期農(nóng)田面積占比均超過50%；(2)生態(tài)系統(tǒng)空間分布格局地域差異顯著，農(nóng)田廣泛分布在地勢(shì)較緩的平壩丘陵區(qū)，森林主要分布在流域內(nèi)水庫兩側(cè)山脊和流域西南部較為陡峭山脊；(3)2010-2015年間，流域范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)類型主要表現(xiàn)為森林面積逐年遞增，聚落呈減少趨勢(shì)，農(nóng)田面積減少趨勢(shì)顯著；而森林主要由農(nóng)田轉(zhuǎn)換而來；(4)近5年來上游水庫流域范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境呈逐年好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，表明流域內(nèi)退耕還林、生態(tài)恢復(fù)等工作得到顯著成效。

大足區(qū)；上游水庫流域；生態(tài)格局；時(shí)空演變

生態(tài)系統(tǒng)及整個(gè)生物圈不僅是創(chuàng)造和維系地球環(huán)境的支撐系統(tǒng)，形成了人類賴以生存的環(huán)境，為人類提供生活所必須的各項(xiàng)生產(chǎn)物質(zhì)，還維持水循環(huán)、物質(zhì)循環(huán)、生物多樣性等多項(xiàng)服務(wù)功能[1-2]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)控制能力的提高，為滿足日益增長的物質(zhì)、精神需求，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)直接與間接的影響不斷增強(qiáng)[3]，如自然資源開發(fā)、大規(guī)模城市建設(shè)、濫墾亂伐等過度消費(fèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的活動(dòng)導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)的破壞，并引發(fā)了一些生態(tài)環(huán)境問題，給人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展帶來巨大挑戰(zhàn)，促使人類深入思考自身與自然生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系[4]。

上游水庫位于大足區(qū)的最北部，是大足區(qū)重要的城市集中式飲用水水源地之一，近年來隨著大足區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增速、城市化步伐的加快，對(duì)于如何合理的保護(hù)城市集中式飲用水水源地提出的新的挑戰(zhàn)。本文基于ArcGIS技術(shù)，利用大足區(qū)2010 年、2015年2期土地利用數(shù)據(jù)集，提取了上游水庫流域內(nèi)農(nóng)田、森林、灌木、草地、濕地、聚落、荒漠七種主要生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)信息并分析了各生態(tài)系統(tǒng)的空間特征及時(shí)空演變規(guī)律，以期為大足區(qū)城市飲用水水源地的保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)利用提供科學(xué)參考。

一、研究區(qū)概況

上游水庫位于大足區(qū)中敖鎮(zhèn)雙溪村六社，北緯29°47′-29°49′，東經(jīng)105°35′-105°38′，有效庫容2670萬m3，總庫容2750萬m3，現(xiàn)狀水質(zhì)Ⅲ類，是集農(nóng)業(yè)灌溉、城鄉(xiāng)人民生產(chǎn)生活及工業(yè)用水于一體的水利工程，供水范圍主要為大足主城區(qū)棠香街道、龍崗街道以及中敖鎮(zhèn)，涉及供水人口為7.8萬人，占全區(qū)人口的5.5%。上游水庫流域面積為53.81 km2，涉及大足區(qū)中敖鎮(zhèn)的天臺(tái)村、九石村、峰山村、長源村、洪溪村、雙柏村及雙溪村部分區(qū)域和高坪鎮(zhèn)的茨竹村、玄頂村及高峰村和瓦店村部分區(qū)域。

二、研究方法及數(shù)據(jù)獲取

(一)數(shù)據(jù)獲取。研究使用大足區(qū)國土房管局提供的2010年、2015年土地利用數(shù)據(jù)，提取了上游水庫流域內(nèi)農(nóng)田、森林、灌木、草地、濕地、聚落、荒漠七種主要生態(tài)系統(tǒng)。

(二)研究方法。研究使用的轉(zhuǎn)移矩陣是定量分析地類間相互轉(zhuǎn)移的常用方法[5]。它能夠具體的反映生態(tài)系統(tǒng)變化的結(jié)構(gòu)特征和各類型之間的轉(zhuǎn)移方向。該方法來源于系統(tǒng)分析中對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述[6]。其中，轉(zhuǎn)移矩陣應(yīng)用最為廣泛，其數(shù)據(jù)形式為：

式中，Aij表示面積；n表示土地利用類型數(shù)；i與j分別代表研究初期與末期的土地利用類型；Sij為研究期內(nèi)第i類土地轉(zhuǎn)化為第j類土地的面積。

三、結(jié)果與分析

(一)生態(tài)系統(tǒng)類型構(gòu)成及空間格局。分析結(jié)果顯示，上游水庫流域范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)類型構(gòu)成及空間格局呈以下特征。

(1)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成以農(nóng)田和森林為主。從流域范圍內(nèi)2010、2015年三期生態(tài)系統(tǒng)類型構(gòu)成情況來看，農(nóng)田和森林是最主要的兩種生態(tài)系統(tǒng)類型。其中，農(nóng)田在2010和2015年的面積占流域范圍內(nèi)國土面積的比例分別為60.84%和56.07%；其次是森林，二個(gè)年份的占比分別為24.11%和28.93%。草地、濕地、聚落和荒漠面積較小，二個(gè)年份的占比均在8%以下(表3.1)。

(2)生態(tài)系統(tǒng)空間分布格局地域差異顯著。流域范圍內(nèi)地貌形態(tài)復(fù)雜多樣，生態(tài)系統(tǒng)空間分布地域差異顯著。其中占比最大的農(nóng)田廣泛分布在地勢(shì)較緩的平壩丘陵區(qū)；森林主要分布在流域內(nèi)水庫兩側(cè)山脊，以及流域西南部較為陡峭的低山山脊；聚落則主要散落在流域內(nèi)的地勢(shì)條件較好的的平壩區(qū)(圖1，圖2)。

表1 上游水庫流域范圍內(nèi)2010和2015年生態(tài)系統(tǒng)類型構(gòu)成

圖1 上游水庫流域范圍內(nèi)2010年生態(tài)系統(tǒng)空間分布格局

圖2 上游水庫流域范圍內(nèi)2015年生態(tài)系統(tǒng)空間分布格局

(二)生態(tài)系統(tǒng)類型時(shí)空演變特征

1.生態(tài)系統(tǒng)類型變化趨勢(shì)。2010-2015年間，流域范圍內(nèi)各類生態(tài)系統(tǒng)類型呈以下變化特征(表3.2)：

(1) 森林面積逐年遞增。2010-2015年間，流域范圍內(nèi)森林面積增加了259.36 hm2，增幅分別為4.82%。

(2) 聚落呈減少趨勢(shì)。聚落生態(tài)系統(tǒng)在2010-2015年間面積共計(jì)減少了2.34 hm2，減幅為0.04%。

(3) 農(nóng)田面積減少趨勢(shì)顯著。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)面積在整個(gè)時(shí)段內(nèi)呈減少趨勢(shì)，其中在2010-2015年間減少量達(dá)到了256.78 hm2，減少比例為4.77%。

(4) 灌木、濕地、草地和荒漠面積呈微弱減少。流域范圍內(nèi)濕地在2010-2015年間呈微弱減少。其他三類面積變化不明顯。

表2 流域范圍內(nèi)2010-2015年生態(tài)系統(tǒng)類型變化情況

2.生態(tài)系統(tǒng)類型時(shí)空轉(zhuǎn)移特征。生態(tài)系統(tǒng)類型變化方向采用生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)移矩陣分析生態(tài)系統(tǒng)變化的結(jié)構(gòu)特征與各類型變化的方向。2010-2015年間，流域范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)類型主要呈以下轉(zhuǎn)移特征(表3.3，圖3.3)：

(1) 森林向聚落和濕地少量轉(zhuǎn)出，獲得大量農(nóng)田轉(zhuǎn)入。整個(gè)時(shí)段內(nèi)，森林向聚落轉(zhuǎn)化了0.22 hm2，但同時(shí)獲得了農(nóng)田的大量轉(zhuǎn)入，整個(gè)時(shí)段內(nèi)農(nóng)田向森林轉(zhuǎn)入了259.36 hm2?？臻g上，農(nóng)田向森林發(fā)生轉(zhuǎn)化在整個(gè)流域范圍內(nèi)境內(nèi)分布較廣，較為集中的主要分布在流域內(nèi)的東北部。

(2) 聚落獲得草地、森林和農(nóng)田轉(zhuǎn)入。2010-2015年間，聚落分別獲得草地、森林和農(nóng)田的轉(zhuǎn)入。其中轉(zhuǎn)入量最大的是農(nóng)田，整個(gè)時(shí)段內(nèi)向聚落轉(zhuǎn)入了1.96 hm2。空間上，農(nóng)田向聚落轉(zhuǎn)化主要集中在高平鎮(zhèn)內(nèi)的玄頂村、高峰村。

(3) 農(nóng)田大量向聚落和森林轉(zhuǎn)出。2010-2015年間，農(nóng)田分別向聚落和森林發(fā)生了轉(zhuǎn)化，分別向其轉(zhuǎn)出了1.96 hm2和259.36 hm2。

表3 上游流域范圍內(nèi)2010-2015年生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)移矩陣 面積(hm2)

圖3 上游水庫流域范圍內(nèi)2010-2015年生態(tài)系統(tǒng)類型空間轉(zhuǎn)移分布

四、結(jié)論

(1)流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)類型以農(nóng)田和森林為主，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在2010年、2015年的面積占流域國土面積的比例均超過50%；

(2)生態(tài)系統(tǒng)空間分布格局地域差異顯著，農(nóng)田廣泛分布在地勢(shì)較緩的平壩丘陵區(qū)，森林主要分布在流域內(nèi)水庫兩側(cè)山脊，以及流域西南部較為陡峭的低山山脊；

(3)2010-2015年間，流域范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)類型主要表現(xiàn)為森林面積逐年遞增，聚落呈減少趨勢(shì)，農(nóng)田面積減少趨勢(shì)顯著；而森林主要由農(nóng)田轉(zhuǎn)換而來。由此可知，近5年來上游水庫流域范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境呈逐年好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，表明流域內(nèi)退耕還林、生態(tài)恢復(fù)等工作得到顯著成效。

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齊靜

路媛媛(1983-)，女，漢，河南林州市人，工程師9級(jí)，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)；齊靜(1989-)，女，漢，重慶沙坪壩人，工程師，碩士研究生，研究方向生態(tài)遙感。