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自20世纪90年代以来,土地利用/覆被变化(Land Use/Cover Change,LUCC)已成为全球环境变化研究的热点和核心领域,区域土地利用变化的生态环境效应更是国际LUCC研究中的重要内容和前沿领域。目前,运用多种方法、从多角度开展土地利用变化的生态环境效应的研究,综合分析的案例还较为缺乏。河北太行山区作为京津冀地区的重要生态屏障,经济欠发达,生态环境脆弱,探究该区域土地利用变化及其生态环境效应具有重要的理论价值和实践意义。
本研究选择河北太行山区为研究区。首先,利用三期土地利用数据(1990年、2000年和2008年),从土地利用结构变化、类型转化、土地利用程度、景观格局变化等方面,定量研究1990-2008年间土地利用变化特征。研究结果表明:18年间研究区的土地利用结构变化明显,各地类之间相互转化比较复杂、频繁,主要是耕地、林地、草地之间的转化。且大多数地类转换都与耕地有直接关系,耕地面积的迅速减少是该区域的核心问题;受2002年全面实施的退耕还林工程的影响,研究期间全区土地利用综合水平先升后降;景观格局变化较大,耕地、水域和未利用地景观破碎化趋势明显。以上特征表明该区生态环境正受人为活动持续较强的干扰。
其次,鉴于山区地形深刻影响着土地利用的分布和时空变化,综合研究了河北太行山区土地利用结构和利用程度在地形梯度上的分布和变化特征。结果显示:随着地形位的升高,耕地的分布指数呈现降低趋势,草地、建设用地、水域和未利用地先升后降,林地则升高。研究期间林地的优势地形位的上限增加了2个地形位;草地已失去高地形位上的分布优势,在中地形位上的优势分布区间增加了3个地形位;水体的优势地形位在低地形位上有所扩展,未利用地的优势地形位明显收缩;而耕地、建设用地优势地形位基本保持稳定。
最后,在分析研究区土地利用分布和变化规律的基础上,从生态系统服务和生态风险两个层次分析1990-2008年间土地利用变化的生态环境效应。
(1)通过对河北太行山区生态系统服务价值的分析表明:研究期间,生态系统服务价值持续减少,且区域分异明显。1990-2000年期间,耕地、水域、沼泽地面积的减少是导致该时段生态系统服务价值减少的最主要原因;2000-2008年期间,耕地、林地面积的减少是造成该时期总服务价值减少的主要原因;草地面积稳步持续增加补偿了总价值的部分损失。各项生态功能的服务价值对总生态系统服务价值贡献大小的等级基本稳定,其中水文调节功能的贡献率最大;基于格网方法构建生态系统服务价值指数,能更好地反应生态系统服务价值的空间分布格局和整体变化趋势。研究区生态系统服务价值大小及变化空间差异较大,以研究区的北部变化最为频繁。敏感性分析表明,所选用的生态价值系数比较合理,研究结果具有稳健性。
(2)基于景观结构构建生态风险指数,开展区域景观生态风险的动态评价和分析。结果表明:土地利用结构的变化导致景观生态风险指数发生显著的时空差异。研究区景观生态风险总体呈下降趋势,总的分布规律是从西部高山区到东部平原区依次升高,呈明显的条带状分布。较低和低生态风险区分布在研究区西部的亚高山和中山区,中生态风险区分布在山区和平原的过渡地区的丘陵地带,城乡交错带和湖泊水库区生态风险较高,在沙河市的中北部和黄壁庄水库生态风险最高。应加强中级以上景观生态风险区域的生态保护与建设,以实现河北太行山区的生态环境与社会经济的可持续发展。