秦巴山区生态状况与保护成效评估研究

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目前,生态问题的多元化导致传统生态评价方法无法满足复杂条件下区域生态系统综合评估的要求,特别是针对各类生态保护地成效和区域生态管理成效的定量化研究,需要尝试构建新型生态评估方法。随着遥感技术的发展和在生态环境领域的广泛应用,积累了丰富数据源,提出了各类遥感数据处理方法,为大空间尺度与长时间序列的生态系统综合评估研究,提供了可能。秦巴山区自然资源丰富,生态受益显著,生物多样性维持功能在国家生态安全战略中处于关键地位;但区内社会经济发展滞后,生态环境破坏严重,特别是生物多样性减少、水土流失和地质灾害等问题突出;因此,全面系统地开展秦巴山区生态状况与保护成效评估研究对区内经济可持续发展和生态环境保护建设具有重要意义。本文从生态学的理论视角出发,首先研究构建了秦巴山区生态系统综合评价体系,确立了生态系统综合评估的内容、指标和方法,基于协同管控理念,探索建立秦巴山区生态保护成效评价方法,进行生态系统综合评价体系的适用性分析;其次,基于多源空间数据特征,分析找寻评价指标处理方法,研究构建生态评估模型,主要包括水源涵养量、土壤保持量、人类扰动指数和生态保护指数等模型;最后,通过使用多源空间数据、生态评估模型、地理信息技术和数理统计方法,计算获得秦巴山区近16年的标准化评价数据;从秦巴山区总体生态状况、生态保护区域的生态变化与保护成效、不同管控强度区域的生态差异特征、生态管理程度和地质环境稳定性等研究方向出发,结合生态学评估理论,评价分析了2000-2015年秦巴山区的生态状况与保护成效。主要研究成果如下:(1)以Landsat影像作为主要数据源,进行了秦巴山区土地利用分类信息提取研究,获得了秦巴山区四期土地利用分类数据。基于土地利用数据,研究构建了秦巴山区生态系统类型空间数据库,划分出了农田、聚落、森林、草地、湿地和裸地(岩)等六类生态系统,构建了生态系统类型转移矩阵。通过对秦巴山区生态系统类型的综合研究,发现农田和草地生态系统呈减少趋势,聚落、湿地和森林等生态系统呈增加趋势,2010-2015年,生态系统类型的转移变化特征最为明显,不同管控强度区域的生态本底与生态管控强度呈正相关关系。(2)使用MOD17A3和MOD13Q1数据产品,经过空间数据处理与计算,获得了秦巴山区植被净初级生产力和植被覆盖度数据。基于数理统计方法,计算得到秦巴山区植被净初级生产力和植被覆盖度的多年平均值、标准方差和线性系数等统计指标。通过对植被数据统计指标的综合分析,揭示了秦巴山区植被长势的空间分异特征明显,但年际之间较为稳定,总体呈转好趋势;生态保护区域的植被长势较好,在2010-2015年,最为明显,但自然保护区的植被稳定性较差,可能受到自然保护区相对分散的影响。(3)根据水量平衡法原理,使用实际蒸散量和降水空间插值数据作为参数,研究构建秦巴山区水源涵养量算法。在通用土壤流失方程的基础上,以潜在土壤侵蚀量与实际土壤侵蚀量的差值,研究构建秦巴山区土壤保持量估测模型,并分析计算估测模型中的各参数。基于数理统计方法,计算得到秦巴山区水源涵养量、土壤保持量的多年平均值、标准方差和线性系数等统计指标。通过对水源涵养量统计指标的综合分析,发现秦巴山区水源涵养量的空间分异特征明显,且年际之间不稳定,总体呈现略有降低趋势,水源涵养量较高区域,其稳定性较差,在2011-2015年,生态保护区域的水源涵养量及其稳定性提升明显。通过对土壤保持量统计指标的综合分析,发现秦巴山区土壤保持量的空间分异特征明显,且年际之间不稳定,总体呈现略有增加趋势;生态保护区域的土壤保持服务功能较好,但稳定性较差。基于土地利用数据,研究划分秦巴山区景观类型和生态系统类型;从类型和景观级别上,分析选取合适的景观格局指数,基于生态系统类型,研究构建人类扰动指数算法;从生态系统层次,对秦巴山区生物多样性维持功能进行评价。通过对景观格局指数和人类扰动指数的研究,发现秦巴山区森林景观格局总体呈有利于生物多样性维持方向发展,人类扰动总体呈减少趋势,在2010-2015年,减少趋势最为明显,但受森林小斑块数量增加影响,森林内部破碎化程度加剧;生态保护区域的人类扰动较低且趋于稳定,不同管控强度区域的人类扰动与生态管控强度呈负相关关系,但省级自然保护区内森林小斑块数量较多,受人类活动的潜在影响增加。(4)以生态保护的时间、范围和要求为参数,使用生态保护地矢量数据,探讨构建生态保护指数模型,实现秦巴山区生态保护管理程度的定量化研究;通过对生态保护强度指数、生态保护力度指数、生态保护成效指数的研究分析,发现秦巴山区生态管理成效总体呈略有增加趋势,但生态管理成效的空间分异明显,在2000-2005年,增加趋势最为明显。基于地质环境特征、评价因子和地质灾害点分布,研究构建秦巴山区地质环境稳定性评价体系,通过信息量模型计算,实现秦巴山区地质环境稳定性的定量化评估;通过对地质环境稳定性指数的统计分析,发现秦巴山区地质环境稳定性区域主要分布在生态保护地,有利于秦巴山区生态环境建设。对于秦巴山区的聚落增加、水源涵养量减少、水源涵养量和土壤保持量稳定性差等问题,需要提升生态管控强度,重划生态保护红线,加大生态补偿力度,转变生态管理模式,构建智能化生态监测平台。
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