三峡库区土地利用/覆被变化及其驱动力研究进展

土地利用/覆被变化(LUCC)研究是区域生态环境变化研究的基础,随着三峡工程的建成及投入使用,三峡库区土地利用/覆被和生态环境发生了较大变化。在以往研究的基础上,从土地利用/覆被变化特征、转变方向及其驱动力方面对三峡库区LUCC研究进行了总结和梳理,发现三峡库区LUCC的主要特征是建设用地和水域面积增加,主导方向是耕地、林地和草地相互转化及向建设用地转化,主要驱动力是三峡工程建设、人口增长、社会经济发展和国家宏观政策。已有研究对土地利用/覆被格局演变及其空间变异性认识不足,今后还需加强三峡水库成库不同阶段整个库区土地利用/覆被格局演变过程研究,移民安置区土地利用/覆被格局变化过程研究,以及库区未来土地利用/覆被格局与变化的模拟研究,以实现对库区土地利用/覆被未来发展趋势的预测和调控。     

农村宅基地整治潜力的空间显式测算与模拟

三峡工程的建设对库区生态环境的影响极大，为了深入分析三峡工程建设前、后土地利用活动的生态环境效应，该研究基于三峡库区土地利用变化和精细化生态系统服务价值（ecosystem services value，ESV）评估结果，细致地测度ESV时空演变及其对土地利用变化地敏感性。结果表明：1）三峡工程建设前，库区土地利用变化最主要的特征是耕地转为建设用地，而建设后则表现为林地、草地和耕地三者间的相互转换以及建设用地扩张。2）1980-2018年，三峡库区整体生态系统功能改善，ESV净增加18.49亿元，这主要由于三峡工程建设后大量耕地转为林地。但重庆主城区及其周边地区ESV持续减损。3）三峡工程建设前、后库区生态系统服务价值敏感性指数分别为0.73和1.46，敏感性增加。在空间分布上，库区东部夷陵、秭归，中部石柱、丰都以及重庆主城区生态系统服务和9种子服务功能的敏感性较高。总体来看，三峡工程的实施对库区生态系统服务功能的影响利大于弊。研究结果有助于加深对大型水利工程生态环境效应的认识，且为库区生态环境建设和保护提供指导。     

基于MCE-CA-Markov的三峡库区土地利用演变模拟及预测

为深入研究三峡库区蓄水以来土地利用演变规律及驱动机制,该研究以库区2000、2007及2014年的Landsat TM遥感影像作为数据源,在运用ARCGIS10.1对库区土地利用现状进行分析的基础上;基于多标准评价(multi-criteria evaluation,MCE)的元胞自动机和马尔可夫链(CA-Markov)模拟库区自组织的土地利用演变;并利用多时相的遥感分类图像检验MCE-CA-Markov的模拟精度,经检验,其Kappa系数达到0.9712;利用检验过的土地利用演变限制条件及因子组合来对库区2028年土地利用进行预测.研究结果表明:运用MCE-CA-Markov模拟土地利用演变规律是可行的;在2000—2014年间,库区土地利用变化图谱面积由大到小排序为稳定变化型>后期变化型>前期变化型>反复变化型>持续变化型;模拟得到库区2014年土地利用格局与解译的土地利用格局一致,相对精度达到84.48%;预测到2028年时,库区耕地、林地及草地继续减少,水域、建设用地及未利用地持续增加,预测结果表明三峡库区土地利用变化十分活跃,生态环境恢复和重建的压力很大.因此,迫切需要加强三峡库区耕地、林地和草地的保护,控制和阻止盲目开垦耕地的行为,促进库区生态环境的保护和改善.研究结果以期为三峡库区土地利用规划、城市建设以及生态环境修复提供理论支撑.     

三峡库区生境质量的地形梯度效应及对土地利用变化的响应

三峡工程的建设给区域土地利用及生态环境带来巨大变化。在此背景下研究其土地利用和生境质量的时空变化规律,对推进库区国土空间开发保护与高质量发展转型具有重要意义。该研究以三峡库区湖北段为研究对象,根据三峡工程建设时间节点,选取多期土地利用数据,用InVEST模型评估生境质量的时空分异特征,采用分布指数、地形位指数、地理加权回归模型研究其地形梯度效应及对土地利用变化的响应。研究结果表明:1)三峡库区湖北段土地利用的变化特征主要为建设用地和水域大幅扩张,耕地面积小幅增加,林草地面积小幅减少;2)三峡工程一期移民结束后,部分地区生境质量有所提高;一期移民后至三峡工程全面竣工阶段,库区部分城镇周边和三峡大坝附近生境质量退化较明显;三峡工程全面运营后,库区生境质量基本保持稳定;3)从空间分布上来看,位于低地形位的连片城镇化地区与工程建设区生境质量退化程度较大;中地形位零星分布的耕地开垦区域生境质量略有退化;林草覆盖度高的高地形位地区生境质量较为稳定;4)地理加权回归模型显示,生境质量变化对不同地类变化的响应在空间上存在差异。在兴山县南部、夷陵区北部、秭归县南部与巴东县交界处,生境质量对林地变化响应较为显著;在巴东县南部的野三关镇等乡镇生境质量对耕地的变化响应较为显著;在兴山县北部、巴东县城周边、三峡大坝附近生境质量对建设用地和耕地的变化响应较为显著。研究结果有助于揭示三峡库区湖北段生境质量的时空变化过程,为该地区可持续发展及土地利用保护提供决策参考。     

三峡库区蓄水前后土地利用与经济发展协调度

随着三峡库区蓄水的完成以及城镇化的推进,库区土地和经济结构发生了显著的变化。基于协调发展理论,将三峡库区2000年、2007年、2014年、2017年Landsat TM影像作为土地利用数据源,利用RS和GIS技术获取土地利用变化数据,结合社会经济数据,建立了土地利用系统和经济系统的协调发展度评价指标体系,并采用协调发展度模型对三峡库区蓄水前到蓄水稳定期的协调发展度进行了精确计算。结果显示:(1) 2000—2017年三峡库区土地利用系统与经济系统的协调发展度呈明显上升趋势,88%的区县进入到中级协调发展阶段;(2) 2000—2014年期间导致库区协调发展度较低的主要原因从经济发展滞后演变为土地利用滞后,2017年导致库首、库尾与库腹协调发展度较低的原因呈现两个极端。该研究可以为后三峡时代库区土地利用、经济可持续发展提供文献参考和决策支持。     

三峡库区重庆段水蚀荒漠化时空演变特征研究

在人类对物质的需求量大幅度增加的背景下,土地利用的不合理以及植被覆盖率降低等问题,直接导致土地水蚀荒漠化的形成与加剧,土地作为人类的核心生产要素和生态环境的载体,又将直接受到水蚀荒漠化的影响。文章基于RS和GIS技术,综合运用图谱分析、地形梯度分析以及幅度分析方法,分析了2003—2011年间三峡库区重庆段在三峡蓄水工程期间水蚀荒漠化的动态变化规律,研究水蚀荒漠化的时空演变特征。研究表明:目前为止,库区蓄水对三峡库区重庆段水蚀荒漠化现象产生了一定的影响作用,主要表现为库区周围水蚀荒漠化时空演变特征相对显著;2003—2011年间三峡库区重庆段不同程度水蚀荒漠化的空间组成结构、数量变化、平面重心分布以及基于地形特征下的图谱变化类型分布都呈现出明显的差异性;8 a期间三峡库区重庆段水蚀荒漠化现象改善趋势不明显,水蚀荒漠化在轻度水蚀荒漠化区域以及高程为500~1 200 m,坡度为15°～25°的区域呈现出最不稳定的时空变化特征;地形因子与水蚀荒漠化现象存在密切关系。研究可为三峡库区重庆段土地开发整理的区域选择和生态环境的保护提供参考和依据。     

洞庭湖区湿地资源开发中的生态环境问题及对策

由于1998年长江特大洪灾的发生,人们对长江上游生态环境的保护与重建越来越重视,三峡工程的兴建为整个长江经济开发带的发展提供了机遇,同时也带来不可忽视的生态环境问题。主要探讨人类活动对库区生态环境的影响,用系统分析法把库区生态环境分为森林、水域和坡地3个子系统,研究了它们之间的相互关系,从而提出库区生态环境的可持续发展措施。     

基于PSR模型的三峡库区重庆段土地利用生态风险评价

土地利用变化对生态环境有着重要的影响,不合理的土地利用方式会对生态环境带来风险。采用三峡库区重庆段2010年TM遥感数据、社会经济数据以及环境监测数据,采用PSR模型构建评价指标体系,利用主成分分析法建立评价模型,对三峡库区土地利用生态风险进行评价。结果表明:三峡库区重庆段土地利用生态风险以中度风险和较低风险为主,生态风险由东北到西南逐渐减轻。区域土地利用生态环境稳定性存在明显的差异,不合理的土地利用对重庆主城九区及长寿的生态环境影响力有限;而对三峡库区腹心地带的生态环境影响较大,较低的土地利用风险压力将导致区域生态风险状态与响应值偏高。因此三峡库区腹心地带应重点予以关注,强化土地利用过程中的生态环境建设,加强环境治理与生态环境监测。研究结果可为三峡库区土地合理利用与生态保护提供参考。     

三峡库区2010年度土地利用现状分析

土地是一种稀缺的自然资源,一个区域各部门的生产建设都要落实到土地上,对区域土地利用现状进行全面的研究和分析,能揭示人类利用土地的广度、深度和合理程度,有助于全面分析土地利用变化的内在机理,反映生产规模、水平和特点,为土地利用结构的优化调整提供依据。基于RS与GIS技术,利用三峡库区2010年TM影像数据,获得三库区土地利用现状数据,并采用计量地理学和景观生态学的方法对三峡库区土地利用现状进行分析。结果表明:由于自然条件和社会经济条件的不同,三峡库区各区县在土地类型多样化、组合类型形式和区位指数各有差异。从库区土地利用多样化指数来看,兴山县用地类型最单一,主要以林地为主;从土地利用程度来看,渝中区土地利用程度最高;从土地利用综合指数来看,长寿区土地利用综合指数最低。文章旨在为制定保护三峡库区生态环境的相关政策提供参考和依据。     

三峡库区生态果园建设初探

三峡库区自然条件优越,果树资源丰富,是我国多种水果栽培的生态适宜区,特别是三峡工程建成蓄水后,库区小气候将得到明显改善,更适宜脐橙等果树的生长发育。据此,文章提出运用生态学原理,采取生物、农艺、工程等措施建设生态果园,以期既可以保护和改善库区生态环境,减少水土流失,又可以发展库区经济和解决移民安置问题。     

我国水库消落带研究概况

随着人们对三峡工程竣工后可能造成的一系列生态环境问题认识的加深,水库消落带逐渐成为我国诸多学科研究的热点。回顾了我国在水库消落带领域的研究成果,总结了在水库消落带生态环境、土地利用、土壤环境和生态重建等方面研究的进展,并分析了其中存在的问题与不足,提出了今后我国水库消落带研究的建议,包括加强水库消落带生态环境形成机理、土地开发利用的健康评价体系、土壤环境元素迁移与吸附一释放特性、适生植物种类选择与生理生化机制、控制农业面源污染和生态重建模式研究等。     

三峡生态屏障区耕地承载力与人口生态转移

三峡工程生态屏障区的建设是三峡工程后续工作规划的关键内容,对于保护三峡水库的水质和生态环境起着重要作用。然而,库区内极其脆弱的生态环境和尖锐的人地矛盾,给生态屏障区的建设任务造成了很大的困难。为了减少屏障区内人类活动频繁、过度地对区域生态环境的干扰,人口生态转移势在必行。为此,本文在分析三峡工程生态屏障区土地利用现状的基础上,分别从耕地数量和产量的角度出发,分别以人均耕地需求和人均粮食需求为度量计算了生态屏障区内15个区县的耕地现有承载力,并预测了造林规划实施完成后区内耕地承载力。研究表明:①三峡生态屏障区域内耕地承载力严重不足。现状耕地数量承载力(CLCCa)盈亏高达117.01万人,耕地产量承载力(CLCCp)盈亏值也达94.93万人。而通过预测区域2020年CLCCa盈亏更是达到127.39万人。②区域需要进行人口生态转移,其转移对象主要为农村人口,转出重点区域主要是东北翼的区县,而位于"一圈"与东南翼的区县耕地数量承载力略有盈余,可作为迁入区。③除了实施人口生态迁移,还要从保护耕地数量动态平衡和促进其质量提升2个方面提高区域耕地承载力,以实现区域内经济发展、社会稳定、生态安全的多重目标。     

基于物联网技术的土壤温度水分远程实时监测系统的构建和运行

物联网能够通过传感器和互联网将任何物体联系起来,为进行实时跟踪监测、管理和研究提供了有效手段。该技术在土壤生态系统研究领域具有应用前景,但在国内发展滞后亟待深入研究和拓展。本研究将物联网技术与土壤生态环境因子监测研究相结合,选择三峡库首地区典型土壤和不同施肥条件下的脐橙为对象,通过野外安装土壤剖面温度水分传感器、环境温湿度传感器、有线和无线数据传输网络硬件,同时定制开发了一套远程监控管理软件平台,构建了一个基于物联网的土壤环境远程实时监测系统。该系统是利用交叉学科优势对土壤生态因子监测和研究手段在时空范围上拓展和探索,克服了传统原位采样和测试方法带来的滞后和误差,提高了获取数据的效率和准确性。利用该系统特点通过进一步研究脐橙生长过程对土壤剖面温度水分实时动态的响应机制,可深入探讨脐橙高效生产和提高水肥利用率的措施,验证物联网技术在土壤生态因子研究中的准确性和可靠性。该系统的构建和运行,将为三峡库区优质脐橙生产提供科学依据,为土壤干旱预警、水土流失以及面源污染监测提供科学手段。     

基于时间序列分析并预测三峡库区局地环境温度的变化

利用湖北秭归三峡库首典型区的气象监测资料,采用时间序列分析和自回归积分滑动平均模型（ARIAM）方法,对三峡库区2001-2015年局地环境温度变化进行趋势和预测分析,以探讨三峡工程蓄水对库区局地气候环境变化的影响。结果表明,研究区域局地气温和地温的时间序列为季节性非平稳时间序列,年际月平均气温峰值在7月（29.0℃）,低谷在1月（6.0℃）;研究期内局地平均气温在2003年降至17.8℃,2007年稳定升至18.3℃;2011年持续降至的17.1℃,之后稳定升至2013年的17.9℃。平均地温在2005年升至21.2℃,2008年持续降至19.4℃,后期在2013年稳定升至20.1℃。分析结果显示,在2003年蓄水前后三峡库首典型区局地环境温度呈现一定程度年际波动,但不存在显著单一的变化趋势,说明在研究期15a内三峡工程蓄水对研究区域的局地环境温度未产生显著影响。用ARIMA模型获得了气温和地温的最佳预测模型,2015年预测值与监测值的符合程度良好,可进一步利用该地区长期监测数据对模型进行优化和应用。     

三峡水库坝区生态屏障区近25年土地利用变化评价

通过研究三峡水库坝区生态屏障区近25年来的土地利用变化,揭示其时空变化规律及驱动机制,为坝区生态屏障区土地资源的合理开发利用及生态系统管理提供科学依据。运用RS和GIS技术对1993年、2006年和2018年3期Landsat遥感影像进行处理,得到土地利用类型分布图;综合运用土地利用变化量、变化幅度和转移矩阵等定量指标,对三峡水库坝区生态屏障区1993—2018年间的土地利用变化进行分析。结果表明:1993年以来,三峡水库坝区生态屏障区土地利用结构变化明显,表现为林地、园地和水域的增加,耕地的大幅减少,其中水域面积增加幅度高达183.0%,而耕地面积减少幅度达68.9%;土地利用转移特征结果显示,水域、园地的增加都主要由耕地、林地转化而来,林地、建筑用地的增加主要由耕地转化而来,而未利用地向各方面用地类型转化;三峡水库坝区生态屏障区1993—2006年水域变化程度远大于2006—2018年,其他类型变化幅度相近。总体而言,三峡工程的建设、城镇化发展、农林产业结构调整和生态保护是三峡水库坝区生态屏障区土地利用变化的主要原因。     

三峡库首地区移民安置区不同利用方式土壤肥力和土地生产力调查

三峡工程蓄水、移民搬迁及土地利用方式改变将对库首地区土壤肥力、土地生产力和当地农业生产活动产生长期潜在影响。本研究对移民安置期间三峡库首地区秭归、兴山、巴东和夷陵等县区农田、果园和茶园3种利用方式的85个样点土壤的肥力状况进行了采样调查,并对当地土地生产力和移民经济收入状况等进行了统计分析。结果表明:三峡工程蓄水后,库首地区农田土壤肥力水平较高,果园土壤其次,而茶园土壤肥力水平偏低;在蓄水和移民搬迁同时,当地加大农业投入,尤其是加大果园和茶园的肥料投入,以保证农业生产发展需求;受蓄水和移民搬迁影响,库首地区3县粮食总产和单产均有所降低,其中秭归县受到影响较大,但库首各县的粮食生产在三峡蓄水后总体保持稳定;库首地区各县,尤其是秭归县的柑橘和蔬菜种植面积和产量保持逐年提高趋势,该地区的优势产业保持稳步发展,土地生产力未受到明显影响;柑橘经济效益显著高于茶园和农作物,移民安置期间,秭归、兴山县人均纯收入保持逐年上升态势,库首地区农村的经济水平保持稳步增长。     

基于土地利用的三峡库区近30年生态系统服务价值时空变化特征

为了分析和探究三峡库区生态系统服务价值的时空变化特征,以Landsat TM/Landsat 8 OLI遥感影像为基础数据,运用RS和GIS技术提取了研究区1986年、1995年、2000年、2007年、2010年和2018年的土地利用数据,并运用土地利用动态指数模型和土地利用程度指数模型对其土地利用类型的变化趋势进行了分析。另一方面,核算了研究区相应年份的生态系统服务价值,并分析了其时空演变特征,同时对土地利用程度与ESV的相关关系进行了分析。结果表明:(1)1986-2018年,三峡库区耕地、林地和草地面积呈现减少的趋势;水域、建设用地和未利用地面积呈现增加的趋势;(2)不同土地利用类型的变化速度具有差异性,其中,建设用地和水域变化较快,耕地、林地、草地和未利用地变化较慢;(3)1986-2018年,三峡库区生态系统服务价值总量由1639.56亿元持续增长到1662.01亿元,整体增幅1.37%;(4)研究区ESV具有空间正向自相关性,其中高值区聚集明显,中低值区分区域相邻布局;(5)土地利用程度与ESV存在强烈的正相关关系。三峡库区近30年来的生态系统服务价值整体上有所提升,生态状况有所改善,但区域间差异较大,局部地区仍需特别关注,生态系统服务价值与土地利用之间存在着密切相关性。     

三峡库区蓄水前后土地利用变化对生态系统服务价值的影响

随着三峡库区蓄水完成以及城镇化进程的推进,土地利用结构发生了明显变化,其相应的生态系统服务价值也发生了改变。研究以三峡库区2000年、2007年和2014年三期的TM影像数据为数据源,利用RS和GIS技术,提取各期土地利用现状图,分析了三峡库区各期土地利用类型的数量、变化状态、转移趋势以及土地利用动态度、土地利用程度的变化特征,研究了三峡库区蓄水完成前后土地利用变化对生态系统服务价值的影响,最后利用敏感性指数模型验证结果的准确性。结果表明:2000—2014年三峡库区总体上呈现耕地、草地、林地和未利用地面积减少,建设用地、水域面积增加的趋势;建设用地和水域土地利用动态度较大,草地、耕地和林地动态度较小;2000—2014年三峡库区生态系统服务价值总体上呈现减少的趋势,14 a间减少了0.63亿元;三峡库区所有土地利用类型的敏感性指数均小于1,生态系统服务价值对生态价值系数缺乏弹性,结果可信。研究结果有助于了解近14 a来三峡库区的土地利用变化特征,从而为三峡库区土地利用的结构调整和环境保护提供参考。