三峡库区腹地景观格局优化的典型案例研究

摘要

“美丽中国”的建设、生态保护和城镇化的协同推进，使得景观格局优化成为研究热点和重点。三峡库区腹地既是主要的三峡移民区，又是生态环境敏感区，还是全国贫困集聚区，也是库区水环境保护的红区。三峡库区不仅对于中国是重要的生态功能区，对于世界来说亦是特殊的生态区。其生态安全状况不仅直接影响三峡工程的安全，长江流域水质的安全，还会对国家的生态安全产生深远影响。加之近年来城镇化的快速推进、坡耕地的开垦和生态保护之间的矛盾日益尖锐，也是本文选题的一个重要依据和支撑点。本文在 GIS和RS技术的支持下，选取三峡库区腹地不同尺度的研究区进行典型案例研究，建立各典型研究案例的地形地貌、土地利用、土壤侵蚀等地学数据库。在此基础上系统分析了奉节县不同景观在地形梯度上的分布指数和分布特征，运用最小累积阻力模型划分了县域景观生态安全格局，划定了奉节县不同类型的生态红线区。依据奉节县生态安全格局的分布特征，选择位于生态不安全区域的朱衣镇和陡坡耕地分布较多的中低生态安全区域的草堂溪小流域作为两个典型研究区，分别采用累计阻力差值模型和空间适宜性与供需压力数量优化相结合的方法对朱衣镇和草堂溪小流域进行景观格局优化。
　　①奉节县土地利用分布特征
　　应用地形位指数模型对奉节县的地形差异进行综合描述，在综合描述的基础上同时运用分布指数来分析不同景观类型的分布特征。结果表明，几种景观类型的分布指数表现出高、中、低三段式空间布局。水体、建设用地的优势地形位在低段区域，林地、灌木林地的优势地形位位于高段区域，耕地的优势地形位在中段区域。运用FRAGSTATS3.3软件计算了MPS(平均斑块面积)、MSL（平均斑块形状指数)、MNN(平均最邻近距离)和AI（聚集度)等四个景观指标分析奉节县的景观格局，研究表明奉节县的水体分布贯穿面积较大，且分布较为集中，连通性较好；林地、灌木林地和园地分布较为规则且集中，连通性相对较好；城镇建设用地分布较集中；耕地分布较为不规则、零散、且破碎，连通性不好。
　　②奉节县景观生态安全格局评价及功能分区
　　基于ArcGIS9.3空间分析模块，以生态用地的保护为目的，运用最小累积阻力表面进行县域尺度上景观生态安全格局判别，并划定不同类型的生态红线区。借鉴相关的研究结果和奉节县地形和资源特殊性，选择面积>50hm2的林地斑块和空间上连续核心斑块面积大的水域作为景观生态功能的生态源地。选择地形和土地覆被景观类型以及土壤侵蚀强度作为构建景观生态安全格局的阻力因子，结果表明以长江为轴线，西北部以有林地和灌木林地为优势景观类型，景观生态安全水平较高，是森林保育和生物多样性保护的红线区；长江北岸地势较平缓，人为活动扰动性大，景观生态安全水平低。根据生态安全水平高低把奉节县划分为水源涵养红线区、生态缓冲区、生态敏感区、耕地红线区、城区生态建设区五类，五类生态功能区相互作用，进行着物质循环、能量流动，协同构成了完整的景观空间功能。
　　③典型研究区朱衣镇景观格局优化
　　城镇土地利用主要包括生态保护用地扩展和城镇用地扩展两个过程，构建了两个过程最小累积阻力差值模型，公式表示为MCR差值=MCR生态保护用地扩张-MCR城镇用地扩张，作为城镇景观格局优化方法。适宜生态保护的空间评价单元的MCR差值<0；适宜开发建设的MCR差值>0；适宜生态保护和适宜开发建设之间的分界线的特征是 MCR差值=0。以朱衣镇为例，选取已有的城镇用地作为城镇扩张的源地，选取已有的生态保护用地作为生态扩张的源从地形地貌、生态敏感性、景观类型3个方面建立了阻力因子评价体系，并运用最小累积阻力差值法对朱衣镇进行景观格局优化。根据差值将朱衣镇划景观格局分为禁止开发区、限制开发区、重点开发区、优化开发区4个优化适宜性分区，各区的面积分别为6134hm2、5211hm2、2587hm2、3032hm2，生态用地适宜面积总和为11345hm2，建设用地适宜面积总和为5619 hm2。
　　④典型小流域坡耕地优化调控方法及案例实践
　　在充分考虑坡耕地的分布现状和未来发展趋势的前提下，设定坡耕地优化调控的6个原则，提出空间优化适宜性评价和农户对坡耕地资源的需求压力数量评价相结合的坡耕地综合优化调控方法。进一步，以草堂溪为例，从坡耕地可达性、生态功能和坡改梯适宜性3方面选取相关指标作为空间优化适宜性调控体系。根据空间格局评价的高度适宜、中度适宜和低度适宜，以及数量调控的压力小、压力中等和压力大等进行排列组合，最终把坡耕地斑块分为优化利用型、重点整治型、逐步退耕型和优先退耕型4种类型,分别占总规模的30.5%、32.9%、29.7%和6.9%。结合研究区坡耕地特点在保持耕地压力不增加、减少陡坡不适宜耕地和土壤侵蚀的前提下设置了四种退耕情景。最后根据农户自发撂荒地的空间分布特征，验证了评价指标体系建立的合理性和正确性。

目录

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2景观生态学及景观格局研究进展

1.3景观格局优化内涵及国内外研究进展

1.4最小累积阻力模型在景观格局优化中的应用

1.5研究目标、研究内容、研究方法及技术路线

2研究区概况与数据处理

2.1研究区概况

2.2数据来源及预处理

3基于地形因子和格局指数的土地利用分布特征

3.1研究方法

3.2地形位分布特征

3.3不同地形梯度上土地利用类型的分布特征

3.4景观格局分析

4基于生态保护的县域景观生态安全格局与功能分区

4.1研究方法

4.2景观生态安全格局识别

4.3不同安全水平的景观生态安全格局识别及生态红线区划定

5典型城镇景观格局优化

5.1研究方法

5.2研究区概况

5.3城镇土地利用景观格局优化表面模型的建立

5.4 城镇土地利用景观格局优化最小累积阻力表面

5.5城镇土地利用景观格局优化分区

6研究区典型小流域坡耕地景观格局优化

6.1库区腹地坡耕地现状与调控理论基础

6.2 库区腹地坡耕地调控理论框架

6.3研究区概况与数据处理

6.4空间优化适宜性评价和数量调控等级指数建立

6.5 结果分析

6.6 基于适宜性分区的坡耕地优化调控情景设置

6.7 对所提理论和方法的合理性验证

7讨论与结论

7.1关于库区腹地典型案例景观格局优化的讨论

7.2主要结论

7.3不足与展望

参考文献

附录A：作者攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况

致谢

声明