三峽庫區(qū) （重慶段）植被時空變化與生態(tài)屏障建設(shè)研究

周李磊 ，官冬杰

（1.重慶大學 煤礦災(zāi)害動力學與控制國家重點實驗室，重慶 400044；2.重慶大學 資源及環(huán)境科學學院，重慶 400044；3.重慶交通大學 建筑與城市規(guī)劃學院，重慶 400074）

三峽庫區(qū) （重慶段）植被時空變化與生態(tài)屏障建設(shè)研究

周李磊1，2，官冬杰2，3*

（1.重慶大學 煤礦災(zāi)害動力學與控制國家重點實驗室，重慶 400044；2.重慶大學 資源及環(huán)境科學學院，重慶 400044；3.重慶交通大學 建筑與城市規(guī)劃學院，重慶 400074）

根據(jù)1990年、2000年和2010年3期三峽庫區(qū) （重慶段）植被解譯數(shù)據(jù)，分析了三峽庫區(qū) （重慶段）植被的時空分布變化規(guī)律及地形分異規(guī)律，結(jié)果表明：（1）1990-2010年，三峽庫區(qū) （重慶段）植被變化明顯，常綠闊葉灌木林、落葉闊葉林和落葉闊葉灌木林分別減少了321.61 km2、74.81 km2和625.47 km2，常綠針葉林、常綠闊葉林和草叢分別增加了642.57 km2、260.5 km2和258.86 km2；（2）三峽庫區(qū) （重慶段）植被以常綠植被為主，分布在庫區(qū)腹心東部 （巫溪縣、巫山縣、奉節(jié)、云陽縣、開州區(qū)和萬州區(qū)）和庫區(qū)腹心西部 （武隆區(qū)、石柱縣、豐都縣和忠縣）；（3）三峽庫區(qū) （重慶段）植被分布的海拔梯度規(guī)律顯著。研究結(jié)果可以為三峽庫區(qū)生態(tài)屏障建設(shè)提供參考。

三峽庫區(qū)；植被分布；時空分布；地形分異；生態(tài)屏障

區(qū)域植被的變化反映了區(qū)域植被生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變化，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境及生物多樣性具有重要的生態(tài)學意義。穩(wěn)定的植被生態(tài)系統(tǒng)可以通過自我維持和調(diào)控能力來維護區(qū)域生態(tài)環(huán)境的安全。植被作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有水源涵養(yǎng)、調(diào)節(jié)區(qū)域碳平衡、維護區(qū)域氣候穩(wěn)定的作用[1]，是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動中樞[2-3]，其分布受自然環(huán)境中熱量、水分、溫度等因素的影響，地帶性特征明顯[4]。

三峽庫區(qū)是我國典型的生態(tài)脆弱區(qū)，地形地貌破碎、碳酸鹽質(zhì)巖層廣泛發(fā)育、水土流失等生態(tài)環(huán)境問題越來越受到政府和人民的重視與關(guān)注。三峽庫區(qū)作為長江上游重要生態(tài)屏障，具有重要的戰(zhàn)略意義。植被生態(tài)系統(tǒng)作為生態(tài)屏障的主體及第一要素，其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是維護區(qū)域生態(tài)環(huán)境及生物多樣性的基礎(chǔ)[5-6]；而隨著三峽工程的興建，庫區(qū)移民遷建、工礦企業(yè)搬遷等造成土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；隨著人口的增加，人類活動對植被的干擾加強，造成植被破壞[7]；同時，隨著人們環(huán)保意識的提高，植被的保護越來越受到重視[8]。

本研究以三峽庫區(qū) （重慶段）植被為研究對象，結(jié)合樣地調(diào)查與GIS技術(shù)，對庫區(qū)植被空間分布進行定量分析，可以及時掌握三峽庫區(qū)植被資源現(xiàn)狀及動態(tài)變化規(guī)律，為庫區(qū)生態(tài)建設(shè)、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展以及長江上游生態(tài)屏障建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

三峽庫區(qū) （重慶段）位于三峽庫區(qū)的西段，主要包括重慶市的巫山、巫溪、江津等22個區(qū)、縣，面積46 118 km2，占三峽庫區(qū)總面積的85%。該區(qū)介于東經(jīng)105°~110°，北緯28°~31°之間，主要位于新華夏構(gòu)造體系第三沉降帶之川東褶皺帶，以及由數(shù)十條平行排列的阻擋式構(gòu)造組成的川東平行嶺谷區(qū)。海拔地形地貌復(fù)雜，主要分為河流階地、盆地，區(qū)內(nèi)主要土壤類型為沖積土、紫色土、水稻土。區(qū)域內(nèi)植被茂盛，類型多樣，是西南地區(qū)重要的動植物資源庫。

圖1 三峽庫區(qū) （重慶段）區(qū)位圖Fig.1 The location of Three Gorgers reservoir area （Chongqing section）

三峽庫區(qū) （重慶段）屬典型的亞熱帶濕潤季風氣候，年均溫在17~19℃之間，4~10月平均氣溫在22℃以上，極端高溫達42℃以上，大于或等于10℃積溫為5 800~6 500℃，無霜期長，每年多為320~340天，霧多、日照少、風速小，年均降水量多在1 000~1 200 mm之間，季節(jié)降水分配不均，地面蒸發(fā)旺盛，易出現(xiàn)伏旱，頻率一般在70%~80%之間。

1.2 數(shù)據(jù)來源

植被數(shù)據(jù)包括1990年、2000年和2010年的3期土地利用類型數(shù)據(jù)。數(shù)字高程模型 （DEM）從國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺 （www.geodata.cn）下載，空間分辨率30 m；國家基礎(chǔ)地理信息中心提供的1∶10萬的三峽庫區(qū) （重慶段）縣級行政界線矢量數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)土地利用數(shù)據(jù)將三峽庫區(qū)植被 （只考慮林地和草地）分為常綠針葉林、常綠闊葉林、常綠闊葉灌木林、落葉針葉林、落葉闊葉林、落葉闊葉灌木林、針闊混交林、灌木、稀疏林地、稀疏草地、草甸、草叢12種類型，利用ArcGIS軟件將3期土地利用數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得到1990年、2000年和2010年三峽庫區(qū)不同植被類型分布面積；與高程數(shù)據(jù)疊加分區(qū)統(tǒng)計不同高程下各類植被類型的分布及總面積，分析三峽庫區(qū)植被的空間分布規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

2.1 三峽庫區(qū) （重慶段）植被分布及其變化

圖2 三峽庫區(qū) （重慶段）1990年、2000年和2010年植被分布Fig.2 The distribution of vegetation in the Three Gorges Reservoir Area （Chongqing Section） in 1990，2000 and 2010

由圖2和表1可知，三峽庫區(qū) （重慶段）的森林植被整體上分布在庫腹東 （巫溪縣、巫山縣、奉節(jié)縣、云陽縣、開州區(qū)和萬州區(qū)）和庫腹西 （武隆區(qū)、石柱縣、豐都縣和忠縣），且以常綠植被為主。1990-2010年，三峽庫區(qū)常綠針葉林和常綠闊葉林均增加，分別增加了642.57 km2和260.50 km2；而常綠闊葉灌木林顯著減少，20年間減少了321.61 km2。落葉植被中，落葉闊葉林和落葉闊葉灌木林都有所減少，分別減少了74.81 km2和625.47 km2；草叢增加了258.86 km2；而落葉針葉林、針闊混交林、灌木、稀疏林地、稀疏草地和草甸變化不大。

2.2 三峽庫區(qū) （重慶段）不同高度植被分布

三峽庫區(qū)海拔處于0~3.0 km之間，按照0~0.5 km、0.5~1.0 km、1.0~1.5 km、1.5 km以上劃分為4個等級，以2010年為例，分區(qū)統(tǒng)計不同海拔區(qū)域植被的分布情況。

圖3 2010年三峽庫區(qū) （重慶段）不同海拔植被分布Fig.3 The vegetation distribution at different altitudes in the Three Gorges reservoir area （Chongqing section） in 2010

由圖3和表2可知，70.3%的常綠針葉林分布在海拔0.5~1.5 km，0.5~1.0 km最多，其次是1.0~1.5 km；常綠闊葉林海拔梯度變化顯著，隨海拔增高逐漸減少，32.5%的常綠闊葉林分布在0~0.5km，其次是0.5~1.0 km，占了26.9%，22.9%分布在1.5~2.0 km，只有17.7%的常綠闊葉林分布在1.5 km以上的海拔區(qū)域；69.8%的常綠闊葉灌木林分布在海拔1.0 km以下，只有9.9%的常綠闊葉灌木林分布在海拔1.5 km以上的區(qū)域；44.3%的落葉針葉林分布在海拔0.5~1.0 km之間，0.5 km以下區(qū)域分布較少，只占了8.4%，其次是1.0~1.5 km和1.5 km以上區(qū)域分別占了23.5%和23.8%；74.4%的落葉闊葉林分布在海拔1.0 km以下，1.0~1.5 km只占了15.9%，1.5 km以上區(qū)域只占了9.7%；66.6%的落葉闊葉灌木林分布在海拔0.5~1.5 km，0.5~1.0 km最多，其次是1.0~1.5 km，0.5 km以下區(qū)域只占了14.5%；71.5%的針闊混交林分布在海拔1.0 km以下區(qū)域，0.5~1.0 km最多，占了41.6%，1.5 km以上區(qū)域最少，只占了7.5%；97.9%的灌木林分布在海拔0.5 km以下區(qū)域，0.5 km以上區(qū)域只占了2.1%；50.3%的稀疏林地分布在海拔0.5~1.0 km，0.5 km以下次之，1.5 km以上區(qū)域最少；稀疏草地主要分布在海拔1.0 km以上區(qū)域，1.0 km以下區(qū)域沒有分布；93.8%草甸分布在海拔1.5 km以上區(qū)域，1.5 km以下區(qū)域分布較少；91.7%的草叢分布在海拔1.5 km以下，其中0.5~1.0 km最多，占42.5%，其次是0.5 m以下區(qū)域，占了28.4%。

表2 2010年三峽庫區(qū) （重慶段）不同海拔主要植被分布Table 2 The distribution of main vegetation at different altitudes of the Three Gorges reservoir area （Chongqing section） in 2010

3 討論

植被生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)作用十分顯著，涉及林冠層截留、凋落物層持水和土壤層蓄水[9]。龔詩涵等[10]研究表明，常綠針葉林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)總量最多，常綠闊葉林水源涵養(yǎng)能力最強；石培禮等[11]研究表明，長江上游植被中，常綠闊葉林、常綠落葉闊葉混交林等植被具有較強的持水能力。由表1可知，1990-2010年，三峽庫區(qū) （重慶段）常綠針葉林和常綠闊葉林的面積在逐漸增加。2010年三峽工程開始全面發(fā)揮防洪、發(fā)電、航運等綜合效益，為妥善解決移民安穩(wěn)致富、生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護、地質(zhì)災(zāi)害防治等問題，在三峽水庫生態(tài)屏障區(qū)開展了以長江兩岸森林工程和三峽庫區(qū)后續(xù)植被恢復(fù)項目等生態(tài)恢復(fù)工程，森林覆蓋率明顯提升[12-13]。三峽庫區(qū)植被發(fā)揮的水源涵養(yǎng)功能逐年增強，包括水質(zhì)凈化、徑流調(diào)節(jié)等重要功能。

在三峽水庫土地淹沒線 （壩前正常蓄水位175 m，接5年一遇洪水和11月5年一遇來水的回水水面線）至第一道山脊線之間的生態(tài)屏障區(qū)內(nèi)[14]，隨著灌木林地和常綠闊葉林的恢復(fù)與建設(shè)[12，15]，對庫區(qū)水土保持有著重要的作用[16-18]。由圖3和表1可知，在0~0.5 km低海拔區(qū)域，常綠林地植被 （常綠針葉林、常綠闊葉林和常綠闊葉灌木林）的面積在逐年增加。這是由于退耕還林工程的實施，庫區(qū)水土流失得到改善[19]，生態(tài)屏障建設(shè)效果顯著。

由表1可知，1990-2010年，闊葉灌木林地減少較多，常綠闊葉灌木林和落葉闊葉灌木林共減少了947.08 km2。究其原因，一方面是三峽大壩蓄水后沿岸灌木林被水淹沒，另一方面庫區(qū)移民以及城市擴展、興建基礎(chǔ)設(shè)施，導致灌木林地被破壞，土地利用空間格局發(fā)生改變 （圖2）。隨著退耕還林工程（2002-2008年）、森林工程 （2008-2012年）以及三峽庫區(qū)生態(tài)屏障建設(shè)的實施，森林覆蓋率提高；同時由圖3和表2可知，不同海拔植被分布差異顯著，這是由于當?shù)卣紤]到森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能，加強了對庫區(qū)西部平行嶺谷低山丘陵偏濕性常綠闊葉林區(qū)、庫區(qū)中部平行嶺谷低山丘陵常綠闊葉林區(qū)、庫區(qū)東部低山及中山峽谷暖濕常綠闊葉林區(qū)的建設(shè)與保護[12]，從而優(yōu)化了植被空間格局，保護了區(qū)域生物多樣性。

4 結(jié)論

本文利用遙感解譯數(shù)據(jù)分析了三峽庫區(qū) （重慶段）1990-2010年植被的空間變化及不同海拔梯度的分布規(guī)律，對完善庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高庫區(qū)生態(tài)環(huán)境承載力，恢復(fù)庫區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，進一步指導三峽庫區(qū)生態(tài)屏障建設(shè)有著重要的參考意義，主要結(jié)論包括：

（1）1990-2010年，三峽庫區(qū) （重慶段）植被分布變化明顯，其中常綠闊葉灌木林、落葉闊葉林和落葉闊葉灌木林都有所減少，分別減少了321.61 km2、74.81 km2和625.47 km2；常綠針葉林和常綠闊葉林分別增加了642.57 km2和260.50 km2；草叢增加了258.86 km2；而落葉針葉林、針闊混交林、灌木、稀疏林地、稀疏草地和草甸變化不大。

（2）三峽庫區(qū) （重慶段）植被以常綠植被為主，分布在庫腹東 （巫溪縣、巫山縣、奉節(jié)縣、云陽縣、開州區(qū)和萬州區(qū)）和庫腹西 （武隆區(qū)、石柱縣、豐都縣和忠縣）。

（3）三峽庫區(qū) （重慶段）植被分布，海拔梯度規(guī)律顯著，地形特征與許多生境因子存在密切的相關(guān)性。在三峽庫區(qū)生態(tài)屏障建設(shè)中，可以針對性地對不同海拔區(qū)域不同植被制訂不同的保護措施，以實現(xiàn)三峽庫的生態(tài)保護與建設(shè)。

植被分布受氣候和地形的影響顯著，本文并沒有對三峽庫區(qū) （重慶段）氣候進行分析，包括氣溫和降水對植被分布的影響，且地形因素的分析只考慮了海拔，沒有考慮坡度和坡向?qū)χ脖环植嫉挠绊?。同時，由于缺乏2015年三峽庫區(qū) （重慶段）的遙感解譯數(shù)據(jù)，相應(yīng)區(qū)域的分析深度不夠，在今后的研究中，有待進一步去完善。

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責任編輯：余友清

Temporal and Spatial Patterns of Vegetation Distribution and Construction of Ecological Barrier in the Three Gorges Reservoir Area(Chongqing Section)

ZHOU Lilei1,2,GUAN Dongjie2,3*

（1.State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control，Chongqing University，Chongqing 400044,China;2.College of Resources and Environmental Science，Chongqing University，Chongqing 400044,China;3.College of Architecture and Urban Planning，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China）

Based on the vegetation interpretation data of the Three Gorges Reservoir(Chongqing section)in 1990,2000 and 2010,the temporal and spatial distribution of vegetation and the law of topographical differentiation of the Three Gorges Reservoir(Chongqing section)were analyzed.The results show that:(1)The evergreen broad-leaved shrub,deciduous broad-leaved forest and deciduous broad-leaved shrub were reduced respectively by 321.61 km2,74.81 km2and 625.47 km2,while evergreen coniferous forest,evergreen broad-leaved forest and grass land were increased respectively by 642.57 km2,260.5 km2and 258.86 km2between 1990 and 2010.(2)The vegetation in the Three Gorges Reservoir area was dominated by evergreen vegetation mainly distributed in the east(Wuxi,Wushan,Fengjie,Yunyang,Kaizhou and Wanzhou)and the west(Wulong,Shizhu,Fengdu and Zhongxian)of the reservoir area.(3)The altitude gradient of vegetation in the Three Gorges Reservoir(Chongqing section)was obvious.Theresultsprovidereferencesfor theconstruction of theecological barrier in the Three Gorges Reservoir area.

Three Gorges Reservoir area;vegetation distribution;temporal and spatial pattern;topographical differentiation;ecological barrier

X171

A

2096-2347（2017）03-0069-06

10.19478/j.cnki.2096-2347.2017.03.09

2017-04-13

重慶市環(huán)保局重大科技項目 “重慶市生態(tài)功能紅線劃定”

周李磊 （1989-），男，江蘇東海人，博士研究生，主要從事資源生態(tài)與環(huán)境遙感研究。E-mail：zhoulleiEco2016@cqu.edu.cn

*通信作者：官冬杰 （1980-），女，黑龍江富錦人，博士，教授，博士研究生導師，主要從事生態(tài)與可持續(xù)發(fā)展，水資源安全利用評價，3S應(yīng)用等研究。E-mail：guangdongjie_2000@163.com