平原河網(wǎng)地區(qū)景觀格局變化與多尺度環(huán)境響應(yīng)研究——以上海地區(qū)為例.pdf

1、景觀格局與生態(tài)過程之間的關(guān)系是當(dāng)前土地利用變化研究領(lǐng)域的熱點問題和前沿領(lǐng)域。從區(qū)域景觀格局變化及其地表水環(huán)境響應(yīng)的視角來審視土地利用變化所產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題和現(xiàn)象,對于區(qū)域景觀格局優(yōu)化和水環(huán)境保護(hù)具有重要的理論和現(xiàn)實意義。平原河網(wǎng)地區(qū)河道縱橫交錯,流域邊界模糊,對該區(qū)域進(jìn)行景觀格局的水環(huán)境響應(yīng)研究面臨許多挑戰(zhàn)。論文依據(jù)景觀格局與生態(tài)過程關(guān)系的基本規(guī)律,嘗試從景觀生態(tài)學(xué)、生態(tài)水文學(xué)、環(huán)境管理學(xué)等多學(xué)科綜合研究角度,以上海地區(qū)為案例區(qū)域,對

2、平原河網(wǎng)地區(qū)快速城市化過程中土地利用和景觀格局變化的過程和特征進(jìn)行了詳細(xì)論述和探討。針對平原河網(wǎng)地區(qū)所具有的特殊區(qū)域水文地貌特征,論文著手于該區(qū)域景觀格局對地表水環(huán)境質(zhì)量空間分異的控制作用,對平原河網(wǎng)地區(qū)景觀格局環(huán)境響應(yīng)研究的理論和方法進(jìn)行了較為系統(tǒng)地探析,提出平原河網(wǎng)地區(qū)在快速城市化過程中的景觀格局優(yōu)化方案。論文主要工作和研究結(jié)論可歸納為以下幾個方面。 (1)采用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、景觀格局指數(shù)等方法,對上海中心城區(qū)自1947

3、年以來的土地利用和景觀格局變化過程和特征進(jìn)行較為深入地分析和探討,研究結(jié)果表明,①上海中心城區(qū)在近60a時期內(nèi)經(jīng)歷了快速城市化過程,突出表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)用地和村鎮(zhèn)用地的大量消失,以及居住用地、公共建筑用地的不斷增加。②農(nóng)業(yè)用地對城市用地類型貢獻(xiàn)大小依次為：居住用地、公共建筑用地、工業(yè)用地、道路用地,其中居住和公共用地約占農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)出面積的60％。研究時期內(nèi)土地利用的主導(dǎo)變化類型具有階段性特征,1947～1979年時期內(nèi)主要表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)用地向城市

4、用地轉(zhuǎn)變,而1989～2006年時期內(nèi)則表現(xiàn)為工業(yè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌鞘杏玫?。③上海中心城區(qū)景觀格局變化研究中發(fā)現(xiàn),常用景觀格局指數(shù)在描述區(qū)域景觀格局變化過程中往往存在相互矛盾、對景觀格局變化的響應(yīng)敏感性較低、受遙感數(shù)據(jù)分辨率影響十分明顯等問題,論文認(rèn)為斑塊數(shù)、最大斑塊指數(shù)、平均斑塊面積、邊界密度、散置與并列指數(shù)等5個指數(shù)可作為探討城市化區(qū)域景觀格局變化的最簡景觀格局指數(shù)體系。 (2)對上海中心城區(qū)自1950s以來八個時期的河網(wǎng)水

5、系數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯和空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重新建立,以廊道曲度和連通性為表征指標(biāo),探討了近60年來區(qū)域土地利用變化對平原河網(wǎng)地區(qū)的地域性景觀即水系廊道景觀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律,結(jié)果認(rèn)為,①近60a以來上海中心城區(qū)在快速城市化過程中河流水域急劇消亡,區(qū)域河道數(shù)量由465條銳減為63條,河網(wǎng)密度下降了67％,河道數(shù)量上的消失速度快于長度上的消失速度。河道消亡速度具有階段性,1990s后河道消亡速度達(dá)到最快為11.28 km/a,消亡河道主要集中于200～10

6、00m的中小河道,占總消亡河道數(shù)60％。②上海中心城區(qū)河流迅速消失對區(qū)域河網(wǎng)廊道景觀連通性產(chǎn)生顯著影響,1950～1994年期間河網(wǎng)水系廊道連接率大于1,水系為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),而1994年之后河網(wǎng)連接率開始小于1,即水系逐漸轉(zhuǎn)為樹枝狀結(jié)構(gòu),當(dāng)前上海中心城區(qū)河網(wǎng)已不具有平原感潮河網(wǎng)的水系結(jié)構(gòu)表現(xiàn)。同時,河道廊道曲度也有從低曲度河道向高曲度河道轉(zhuǎn)變的趨勢。 (3)采用GIS劃分水質(zhì)斷面的不同半徑緩沖區(qū)作為平原河網(wǎng)地區(qū)水質(zhì)響應(yīng)單元(集水區(qū)

7、),探討了區(qū)域景觀格局對地表水水質(zhì)空間分異規(guī)律的控制作用,初步研究顯示,①景觀格局變量與水質(zhì)參數(shù)的RDA分析結(jié)果表明,景觀格局是控制平原河網(wǎng)地區(qū)水質(zhì)空間分異規(guī)律的主導(dǎo)因素,各個半徑緩沖區(qū)空間單元景觀格局變量對水質(zhì)空間分異現(xiàn)象的解釋比例均大于50％。土地利用強(qiáng)度差異、水文聯(lián)系、點源污染等非景觀格局因素對研究區(qū)域水質(zhì)空間分異亦有貢獻(xiàn)。②影響水質(zhì)空間分異的景觀格局變量隨研究空間尺度增加而趨向多元化,在較小尺度上唯有少數(shù)景觀格局?jǐn)?shù)量指標(biāo)對水質(zhì)分

8、異具有顯著解釋能力,而較大尺度上景觀格局的數(shù)量指標(biāo)、結(jié)構(gòu)指標(biāo)以及區(qū)域水文特征都有顯著影響。③景觀格局的環(huán)境響應(yīng)規(guī)律具有明顯的尺度依賴性,景觀格局變量對水質(zhì)分異規(guī)律的解釋能力隨研究尺度增大而增加,但這種解釋能力的增加率隨尺度增加趨于平緩,景觀格局對水環(huán)境控制作用在空間尺度上表現(xiàn)為非線性關(guān)系。④區(qū)域總不透水面TIA與水環(huán)境質(zhì)量之間關(guān)系存在明顯的閾值效應(yīng),臨界TIA=60％。區(qū)域總不透水面積比例小于60％時,水環(huán)境質(zhì)量基本保持穩(wěn)定而與TIA指

9、標(biāo)無顯著關(guān)系；當(dāng)大于60％時,區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量隨TIA增加發(fā)生躍變。這一現(xiàn)象適合于COD等諸多水質(zhì)指標(biāo),唯DO不存在閾值效應(yīng),而是基本表現(xiàn)為隨TIA增加而單調(diào)遞減?？偛煌杆鎀IA與區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量之間的閾值效應(yīng)不存在明顯的尺度效應(yīng)。 (4)以上海浦東新區(qū)為例,探討了快速城市化區(qū)域面臨的景觀格局問題,基于生態(tài)空間理論和“集中與分散相結(jié)合”的景觀格局優(yōu)化原則,采用空間分析的累積最小阻力數(shù)學(xué)模型提出平原河網(wǎng)地區(qū)的景觀格局優(yōu)化方案。嘗試以生態(tài)系統(tǒng)