三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)時空分布及其演替特征

吳 凱，王曉琳，劉 培，許 怡

（1.南京水利科學(xué)研究院 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點實驗室，南京 210029；2.河北工程大學(xué) 水利水電學(xué)院，邯鄲 056038）

三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)時空分布及其演替特征

吳 凱1*，王曉琳2，劉 培1，許 怡1

（1.南京水利科學(xué)研究院 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點實驗室，南京 210029；2.河北工程大學(xué) 水利水電學(xué)院，邯鄲 056038）

對三峽庫區(qū)1990-2010年每隔五年陸地生態(tài)系統(tǒng)，建立了生態(tài)系統(tǒng)時空分布及演替的系統(tǒng)分析方法：在變化數(shù)量和結(jié)構(gòu)上，對三峽庫區(qū)5期生態(tài)系統(tǒng)空間分布變化以動態(tài)變化率、變化轉(zhuǎn)移矩陣等方法進(jìn)行統(tǒng)計分析；在空間分布上，利用八向空間共生矩陣、空間洛侖茲曲線與基尼系數(shù)、多尺度空間統(tǒng)計等方法，描述其空間分布格局及變化差異特性；基于景觀生態(tài)學(xué)中的相鄰矩陣和轉(zhuǎn)移矩陣構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)換傾向性模型描述三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演替特征。結(jié)果表明：森林和農(nóng)田為主要優(yōu)勢的生態(tài)系統(tǒng)類型。1990-2010年水體與濕地、聚落和其他三種類型變化最劇烈。人類活動對各類型生態(tài)系統(tǒng)的作用范圍要大于氣候變化等自然條件的驅(qū)動作用，且作用強(qiáng)度呈現(xiàn)出隨時間推移變化越來越小的特點。整個區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)換與相關(guān)政策作用和水利工程建設(shè)直接相關(guān)。轉(zhuǎn)換傾向性模型可以挖掘土地變化信息和驅(qū)動力作用。分析其演變的驅(qū)動力，可以加深對人類活動在地區(qū)變化中的作用和機(jī)制的認(rèn)識，減少預(yù)測的不確定性。研究有助于了解三峽庫區(qū)近20多年來土地利用的變化特征，從而為三峽庫區(qū)環(huán)境保護(hù)、土地利用和土地規(guī)劃的可持續(xù)發(fā)展提供參考價值。

三峽庫區(qū)；生態(tài)系統(tǒng)；時空分布；演替；共生矩陣

生態(tài)系統(tǒng)類型或土地覆蓋/土地利用的空間格局反映了地區(qū)水熱條件變化和人類活動的長期作用[1]。三峽庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境和土地利用情況因自然和人類活動受到了很大擾動，特別是三峽工程建設(shè)的淹沒、安置、遷建與設(shè)施配套的作用。針對該區(qū)域長時間序列的生態(tài)系統(tǒng)時空分布及變化特征的定量分析，國內(nèi)外研究較為少見[2-6]，同時基于網(wǎng)格化的洛侖茲曲線和基尼系數(shù)對空間格局的不均勻性及演替的定量描述更是尚未出現(xiàn)。將三峽庫區(qū)作為研究區(qū)，可方便地獲取地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，與生態(tài)系統(tǒng)類型或土地覆蓋/土地利用變化分析相結(jié)合，為后續(xù)研究提供便利。細(xì)致分析過去二十年生態(tài)系統(tǒng)分布格局演變和動態(tài)特征，不僅可為評估人類活動，特別是大型水利工程作用下的生態(tài)系統(tǒng)變化與土地利用的響應(yīng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為三峽庫區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的未來變化趨勢提供重要的生態(tài)安全預(yù)警信息，而且可為組織當(dāng)?shù)赜行虻娜祟惢顒犹峁┛茖W(xué)的決策依據(jù)，以實現(xiàn)水生態(tài)的科學(xué)發(fā)展。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

三峽庫區(qū)包括了重慶市和湖北省的32區(qū) （縣/市），面積共計5.8×104km2，以山地和丘陵為主（圖1）。區(qū)域具有中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候特征，年均氣溫17℃～20℃，年均降水量1 000～1 200 mm，主要分布著針闊葉林、經(jīng)濟(jì)果林和農(nóng)作物等植被。適宜的氣候和起伏的地形孕育出生物多樣性和山地垂直分布格局[7]。

采用 《中國5年間隔陸地生態(tài)系統(tǒng)空間分布數(shù)據(jù)集 （1990-2010）》①該數(shù)據(jù)集來源于 “全球變化科學(xué)研究數(shù)據(jù)出版系統(tǒng)”，http://www.geodoi.ac.cn/。為研究數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)集是結(jié)合衛(wèi)星遙感和地面調(diào)查研發(fā)，經(jīng)過分類處理形成的[8-9]。生態(tài)系統(tǒng)類型與土地利用/土地覆蓋遙感分類系統(tǒng)對應(yīng)關(guān)系見表1。共劃分了農(nóng)田、森林、草地、水體與濕地、荒漠、聚落和其他共7種生態(tài)系統(tǒng)類型。數(shù)據(jù)空間分辨率為100 m。對該數(shù)據(jù)集進(jìn)行裁剪，得到三峽庫區(qū)5期生態(tài)系統(tǒng)類型分布圖 （圖2）。

表1 陸地生態(tài)系統(tǒng)分類與土地利用/土地覆蓋遙感分類系統(tǒng)對應(yīng)關(guān)系Table 1 Corresponding relationship of land ecosystem classification and land use/land covers remote sensing classification system

圖1 三峽庫區(qū)位置和地貌格局Fig.1 The geographical location of the Three Gorges Reservoir area

圖2 1990-2010年每隔五年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)分布Fig.2 Ecological system distribution of the Three Gorges Reservoir area every five years during 1990 to 2010

2 研究方法

為分析三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)時空分布特征，對生態(tài)系統(tǒng)演替規(guī)律進(jìn)行細(xì)致描述，建立了生態(tài)系統(tǒng)時空分布及演替的系統(tǒng)分析方法。首先采用數(shù)量占比、動態(tài)度和變化轉(zhuǎn)移矩陣進(jìn)行計算，闡述本區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)數(shù)量分布及變化特征；接著基于空間共生矩陣、空間洛侖茲曲線和基尼系數(shù)等方法，分析生態(tài)系統(tǒng)空間分布及變化特征；最后基于數(shù)量和空間變化建立演替傾向性模型，挖掘其演替變化信息。

2.1 生態(tài)系統(tǒng)類型時空變化特征描述

2.1.1 動態(tài)度

區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)類型變化的速率可用動態(tài)度來定量描述，按下式計算：

式中：Ai，Aj表示某種生態(tài)系統(tǒng)類型第i時間和第j時間的面積；T為時間間隔，單位為年。

2.1.2 轉(zhuǎn)移矩陣

為定量分析生態(tài)系統(tǒng)類型分布的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移特征，這里采用轉(zhuǎn)移矩陣進(jìn)行描述。表2為土地利用轉(zhuǎn)移矩陣中的一般形式。其中行、列分別表示T1、T2時刻土地利用或生態(tài)系統(tǒng)類型。Pij表示T1到T2期間類型i轉(zhuǎn)換為類型j的面積占總面積的百分比；Pii表示T1-T2期間i種類型保持不變的面積百分比。

表2 土地利用類型轉(zhuǎn)換矩陣和相鄰矩陣的基本形式Table 2 The basic form of the field transformation matrix and the adjacent matrix

2.2 生態(tài)系統(tǒng)類型空間分布描述

2.2.1 共生概率矩陣

目前多數(shù)研究以分析土地利用的結(jié)構(gòu)和數(shù)量的變化為主，很少考慮空間位置的關(guān)系。這里將景觀生態(tài)學(xué)中的景觀空間相鄰矩陣引入生態(tài)系統(tǒng)空間格局描述中。景觀共生概率矩陣具備描述景觀鑲嵌體中各斑塊類型空間組合特征的功能，不但是計算諸如聚合度和相似臨接度等景觀蔓延度、聚集度指數(shù)的基礎(chǔ)，而且可以用來分析空間相關(guān)性[10]。

在柵格尺度上計算共生矩陣，根據(jù)相鄰的規(guī)則不同，分為四鄰和八鄰兩種規(guī)則。此處采用八鄰規(guī)則。若以Cij表示與i類斑塊相鄰的j類斑塊柵格數(shù)，n為斑塊類型數(shù)，則共生概率矩陣中元素由式 （2）計算：

共生概率矩陣基本形式如表2所示，其中Pij表示景觀中斑塊類型i和斑塊類型j相鄰的概率，0〈Pij〈100%，如Pij=40%，則代表斑塊類型i周圍40%相鄰的是斑塊類型j。

2.2.2 空間洛侖茲曲線和基尼系數(shù)

洛倫茲曲線為向外凸的曲線，在經(jīng)濟(jì)學(xué)上常用于分析地區(qū)之間收入差距或財富不平等狀況，與橫坐標(biāo)成45°夾角時，稱為絕對公平線。當(dāng)曲線距離絕對公平線越近時表示地區(qū)間收入差距越小，財富分配較為平等。

空間洛倫茲曲線可以測度區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)在空間上的集中與分散程度，反映出區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的空間配置及對比關(guān)系[11-13]。具體操作步驟為：（a）利用ArcGIS的區(qū)域統(tǒng)計功能，統(tǒng)計網(wǎng)格單元的生態(tài)系統(tǒng)類型面積百分比；（b）計算區(qū)位嫡R值，即網(wǎng)格某一生態(tài)系統(tǒng)類型面積占區(qū)域該類型總面積的百分比與網(wǎng)格生態(tài)系統(tǒng)總面積占三峽庫區(qū)總面積百分比的比值；并將各個網(wǎng)格按R值從小到大排序，相應(yīng)列出各個網(wǎng)格該生態(tài)系統(tǒng)面積累積百分比和三峽庫區(qū)總面積累積百分比。（c）繪制生態(tài)系統(tǒng)空間洛倫茲曲線。橫坐標(biāo)值取生態(tài)系統(tǒng)總面積累積百分比，縱坐標(biāo)值取各個網(wǎng)格面積累積百分比，橫、縱坐標(biāo)軸各取單位長度1，連接各個坐標(biāo)點得到洛倫茲曲線。2.3 生態(tài)系統(tǒng)演替傾向性分析

不同的生態(tài)系統(tǒng)類型之間的轉(zhuǎn)換多以邊緣性擴(kuò)張或收縮為主，因此探討生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)換和其空間格局狀態(tài)的關(guān)系對研究生態(tài)系統(tǒng)類型演替特征具有重要意義。利用轉(zhuǎn)移矩陣和景觀共生概率矩陣構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)演替傾向性模型，具體步驟如下[10，14]：

（a）按式 （3）將轉(zhuǎn)移矩陣轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)移概率矩陣：

（b）用Sij表示T1-T2時刻，生態(tài)系統(tǒng)類型i轉(zhuǎn)為j的概率，則轉(zhuǎn)換概率矩陣可表示為S=（Sij）；用nij表示生態(tài)系統(tǒng)類型i與j相鄰的概率，則共生概率矩陣表示為N=（nij）。

（c）利用矩陣S和N構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)演替傾向性模型。以fij表示生態(tài)系統(tǒng)類型i與j轉(zhuǎn)化的傾向性指數(shù)， Y=（yij） 表示構(gòu)成的矩陣，則fij表示為：

當(dāng)fij的值大于1時，說明生態(tài)系統(tǒng)類型i與j相鄰的情況下，i向j轉(zhuǎn)換的傾向性大于j向i轉(zhuǎn)換的傾向性，其值越大，說明i越容易向j轉(zhuǎn)變；當(dāng)fij的值小于1時，說明生態(tài)系統(tǒng)類型i與j相鄰的情況下，i向j轉(zhuǎn)換的傾向性小于j向i轉(zhuǎn)換的傾向性，其值越小，說明i越不容易向j轉(zhuǎn)變。

3 三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)量變化

區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)類型面積變化反映了不同類型的總量的變化，從時間序列分析變化的四個階段 （1990-1995年為第一階段，1995-2000年為第二階段，2000-2005年為第三階段，2005-2010年為第四階段，下同）?；贏rcGIS和Fragstats 4.2計算結(jié)果得到1990-2010年每隔五年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型構(gòu)成比例變化 （圖3），森林、農(nóng)田和草地為主要優(yōu)勢的生態(tài)系統(tǒng)類型。森林面積占比為46.99%～47.57%。農(nóng)田面積占比為36.94%～38.00%，2000年處于頂峰。草地面積占比為12.42%～13.07%，1995年出現(xiàn)峰值，2010年達(dá)到最小值。水體與濕地面積占比為1.41%～1.74%，整體呈增加態(tài)勢。聚落面積占比為0.60%～1.43%，整體呈增加態(tài)勢?！捌渌泵娣e占比為0.01%～0.02%。區(qū)域中不存在荒漠生態(tài)系統(tǒng)。由此可以得出，絕對面積變動最劇烈的是農(nóng)田，其次是草地。這里特別關(guān)注聚落和水體與濕地的變化情況，對比初始和最終的兩個時期，聚落2010年較1990年增加了一倍以上，水體與濕地2010年較1990年增加了20%以上。

圖3 1990-2010年每隔五年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型構(gòu)成比例Fig.3 The proportion of ecosystem types in the Three Gorges Reservoir area every five years during 1990 to 2010

通過對動態(tài)度的分析可以了解生態(tài)系統(tǒng)類型的總態(tài)勢和結(jié)構(gòu)變化，同時可以反映出人類活動對生態(tài)系統(tǒng)改造作用的強(qiáng)弱程度。由四期動態(tài)度的變化 （圖4）可以看出，水體與濕地、聚落和其他三種類型變化最劇烈。 “其他”生態(tài)系統(tǒng)四個階段一致性減少，聚落四個階段均為增加，其余四種類型四個階段變化情況不一致。對比四個時期，農(nóng)田、森林和草地前兩個階段變化較劇烈，水體與濕地和其他后兩個階段變化最劇烈，聚落第二、四個階段較第一、三個階段劇烈。

圖4 1990-2010年每隔五年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型動態(tài)度Fig.4 The ecological system type dynamic degree of the Three Gorges Reservoir area in every five years during 1990 to 2010

4 三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型空間分布及演替特征

不同生態(tài)系統(tǒng)類型的空間相鄰狀況，反映出其同一類型的空間集聚特征以及不同類型的空間配置狀態(tài)?；谑?（1），運用MATLAB得到五期生態(tài)系統(tǒng)類型空間相鄰概率矩陣的均值矩陣 （表3）。

從單一類型的空間自相鄰來看，森林、水體與濕地這兩種類型的自相鄰概率值最高，均在80%以上；農(nóng)田、草地和聚落也均處于70%以上；其他則斑塊面積較小，布局較為分散，空間集聚度較低，自相鄰值最低。從不同地類間的相鄰狀態(tài)來看，各生態(tài)系統(tǒng)類型與農(nóng)田相鄰的概率遠(yuǎn)大于與其他地類相鄰的概率，且農(nóng)田面積的總占比處在第二位，并非最大比例，以上兩點說明農(nóng)田分布的廣泛性，即人類活動對各個生態(tài)系統(tǒng)類型的作用范圍大于自然狀態(tài)下的生態(tài)系統(tǒng)的擴(kuò)張或收縮。各生態(tài)系統(tǒng)類型與森林相鄰的概率僅次于農(nóng)田，這是森林面積占比最大這一因素造成的。水體與濕地和聚落相鄰的概率排在第三位，說明人類社會對水的依賴關(guān)系，水是這一地區(qū)人類社會發(fā)展的最重要的自然要素之一。

表3 1990-2010年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型共生概率矩陣Table 3 Symbiotic probability matrix in the Three Gorges Reservoir area ecosystem during 1990 to 2010

為分析生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)化的空間差異，聚焦變化劇烈區(qū)域，在ArcGIS平臺上將三峽庫區(qū)矩形區(qū)域生成劃分為40×50個網(wǎng)格，其中覆蓋三峽庫區(qū)的有效網(wǎng)格共175個。運用區(qū)域統(tǒng)計功能計算175個網(wǎng)格中相鄰兩期的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生轉(zhuǎn)化的區(qū)域面積 （圖5）。暖色調(diào)較深的區(qū)域為生態(tài)系統(tǒng)類型發(fā)生大范圍的轉(zhuǎn)化的區(qū)域?？臻g對比上，第一階段，轉(zhuǎn)換面積最強(qiáng)烈的為小江、湯溪河和梅溪河連片流域，烏江和龍江流域，綦江流域；第二階段，主要為零星片區(qū)，集中在河流兩岸區(qū)域；第三階段，主要集中在河流兩岸區(qū)域，沿河流呈線狀分布；第四階段與第三階段類似，主要集中在河流兩岸區(qū)域，沿河流呈線狀分布，特別是干流區(qū)域發(fā)生轉(zhuǎn)換面積較顯著。對比四個階段發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)類型發(fā)生轉(zhuǎn)換的面積在減小，且大部分變化出現(xiàn)在海拔較低的區(qū)域。

圖5 1990-2010年相鄰兩期三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生轉(zhuǎn)換區(qū)域面積統(tǒng)計Fig.5 The acreage change of ecosystems in the Three Gorges Reservoir area during 1990 to 2010

根據(jù)175個網(wǎng)格計算并繪制三峽庫區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)類型的五期平均的空間洛倫茲曲線和五個時期的基尼系數(shù)變化 （圖6、表4）?？梢钥闯銮€相對比較平滑，對其進(jìn)行劃分的網(wǎng)格數(shù)相對比較合理。森林和農(nóng)田的洛倫茲曲線與絕對平均線最接近，表明森林和農(nóng)田分布較為廣泛，加之森林的面積占比較農(nóng)田較大，說明農(nóng)田分布在各個格點的面積大致相等，表明人類活動的廣泛性和均布性；其次為草地和水體濕地；再次為聚落和其他，距絕對平均線最遠(yuǎn)，說明聚落和其他兩種類型呈現(xiàn)連片分布，在區(qū)域分布比較懸殊。

六種生態(tài)系統(tǒng)類型的基尼系數(shù)年際變化均不太大，總體特征與上面的洛倫茲曲線分布基本吻合，說明期間整個流域生態(tài)系統(tǒng)類型分布格局未出現(xiàn)大規(guī)模的動蕩。其中聚落和草地發(fā)生了相對較大的變化。水體與濕地和聚落的基尼系數(shù)整體呈減小趨勢，分布相對更加均勻。其余四種生態(tài)系統(tǒng)類型的基尼系數(shù)整體為增加趨勢，其分布不趨向于集中。草地的基尼系數(shù)變化最大，觀察變化過程發(fā)現(xiàn)，草地被森林所侵占，人類的保護(hù)和退耕活動使得森林的面積增加[15]。三峽工程等大型水利工程的建設(shè)使得水體濕地分布越來越廣泛。

圖6 1990-2010年三峽庫區(qū)各生態(tài)系統(tǒng)類型空間洛倫茲曲線Fig.6 Spatial Lorentz curve for each ecosystem type in the Three Gorges Reservoir area during 1990 to 2010

表4 1990-2010年西遼河流域五期各生態(tài)系統(tǒng)類型基尼系數(shù)Table 4 Gini coefficient of each ecosystem type in the Three Gorges Reservoir area during 1990 to 2010

根據(jù)轉(zhuǎn)移矩陣和共生概率矩陣?yán)媒⒌纳鷳B(tài)系統(tǒng)演替轉(zhuǎn)換傾向性模型計算各生態(tài)系統(tǒng)的傾向性。不同生態(tài)系統(tǒng)的演替傾向性 （表5）有以下特點：對于農(nóng)田來說，農(nóng)田轉(zhuǎn)為森林、草地和水體與濕地，主要是退耕還林還草以及水利工程的建設(shè)導(dǎo)致的淹沒造成；森林轉(zhuǎn)化為水體與濕地和聚落，歸結(jié)為人類活動影響，即分別為水利工程建設(shè)和城鎮(zhèn)化作用。草地轉(zhuǎn)為森林、草地和水體濕地，主要是退耕還林還草以及水利工程的建設(shè)導(dǎo)致的淹沒造成；水體濕地較少轉(zhuǎn)換為其余幾種生態(tài)系統(tǒng)類型；聚落轉(zhuǎn)換為水體與濕地較多，說明水利工程建設(shè)帶來大范圍的移民安置；其他生態(tài)系統(tǒng)類型則主要轉(zhuǎn)化為其余幾種類型?？傮w上印證了上面的分析總結(jié)，說明該模型具有合理性，為揭示地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)或者土地覆蓋/土地利用的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律分析提供了一個新的思路。

表5 生態(tài)系統(tǒng)演替傾向性分析Table 5 Ecosystem succession analysis

5 結(jié)論

作為典型的大型水利工程作用下的生態(tài)系統(tǒng)，三峽庫區(qū)森林和農(nóng)田為主要優(yōu)勢的生態(tài)系統(tǒng)類型，從空間分布上看，流域范圍都分布著農(nóng)田，其次為森林和草地、聚落。四個變化階段聚落、其他和水體與濕地三種類型變化最劇烈。人類活動對各個生態(tài)系統(tǒng)類型的作用范圍大于其余的幾種類型。從類型轉(zhuǎn)換上看，變換強(qiáng)度呈現(xiàn)出隨時間推移變化越來越小的特點。整個區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)換與整個區(qū)域的政策作用和水利工程建設(shè)直接相關(guān)。

從總體和空間兩方面對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)數(shù)量及空間變化特征細(xì)致計算和描述，建立了空間上生態(tài)系統(tǒng)或土地覆蓋/土地利用的狀態(tài)轉(zhuǎn)移的分析系統(tǒng)。引入經(jīng)濟(jì)學(xué)中的洛倫茲曲線和基尼系數(shù)概念，提出了一種生態(tài)系統(tǒng)空間均勻性分析的方法。通過對研究區(qū)等分網(wǎng)格，以該網(wǎng)格為研究單元，繪制出不同生態(tài)系統(tǒng)類型的洛倫茲曲線，分析了各個生態(tài)系統(tǒng)類型空間分布的對比關(guān)系。在洛倫茲曲線的基礎(chǔ)上，計算不同時段的基尼系數(shù)，闡明了生態(tài)系統(tǒng)時空變化及人類活動特征；利用空間相鄰矩陣和轉(zhuǎn)移矩陣建立起轉(zhuǎn)移傾向性模型，該模型能夠有效地反映生態(tài)系統(tǒng)類型在空間相鄰情況下的轉(zhuǎn)移傾向，有助于進(jìn)一步探索區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)空間格局對轉(zhuǎn)換機(jī)制的影響，挖掘變化信息，尋求驅(qū)動力，也可以為生態(tài)系統(tǒng)或土地覆蓋/土地利用空間分析和建模提供有用信息。

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The Tempo-Spatial Distribution and Evolution of Ecosystem in the Three Gorges Reservoir Area

WU Kai1*， WANG Xiaolin2， LIU Pei1， XU Yi1
（1.Nanjing Hydraulic Research Institute,State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering,Nanjing 210029,China； 2.School of water Conservancy and Hydroeletric Power,Hebei University of Engineering， Handan 056038,China）

Based on the spatial distribution dataset of the ecosystem types in the Three Gorges Reservoir area from 1990 to 2010,the systemic analysis methods were established to determine the spatiotemporal characteristics and variations of the ecosystem.The sampling time periods were 1990， 1995， 2000,2005 and 2010.Several indexes describing the regional land use were investigated by different methods.For number and structure of the ecosystem,the quantitative and structural statistical analysis methods,such as dynamic rate change and transfer matrix,were used.For layout of the ecosystem,the gray-level co-occurrence matrix,space Lorentz curve and the Gini coefficient,as well as multidimensional space statistics were applied.Combining with the land-use transition matrix,the adjacency matrix in landscape ecology was introduced into land-use change research,and the tendency model of land-use type conversion was established to describe the succession characteristics of the ecological system.The results showed that the forest and farmland in the reservoir area were the predominant ecosystem types.Settlements,water-wetlands,and others were the environmental types with the largest transformation and dramatic change.The effects on various types of the ecosystem by human activities were larger than those by nat-ural driving forces such as climate changes,but the intensity of the anthropological influences exhibited a tendency decreasing with time.The ecosystem succession was closely related to the construction and management of the hydraulic water project.The land-use type conversion model developed in this study was showed to effectively explore the spatial patterns,the mechanisms,and the driven forces of the ecosystem changes.This knowledge can deepen our understanding on the roles and effects of human activities in the regional ecosystem changes,and reduce the uncertainty in forecasting the changes.The results provide a reference for sustainable development and environmental protection of land use and planning in the Three Gorges Reservoir area.

Three Gorges Reservoir area;ecosystem;spatial and temporal distribution;succession;co-occurrence matrix

X171

A

2096-2347（2017）04-0001-09

10.19478/j.cnki.2096-2347.2017.04.01

2017-08-21

國家自然科學(xué)基金 （51479222，51109138）；水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費 （201301002，201501041）

吳凱 （1991-）男，河南駐馬店人，博士研究生，主要從事生態(tài)水文及 “3S”技術(shù)應(yīng)用研究。E-mail:kwu@nhri.cn

學(xué)術(shù)編輯：朱金山