灾后重建对芦山县景观生态环境的影响及水质响应

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“5·12”汶川大地震和“4·20”芦山大地震后两次灾后重建对芦山县景观生态格局造成巨大影响,是一种典型人为干扰类型。灾后重建干扰类型主要包括居民点建设、耕地复耕、基础设施建设与防护工程建设等,灾后重建干扰过程对芦山县地震灾区的生态恢复既有积极作用,也有消极作用,特别在小范围尺度上表现特别明显,并对景观结构中的三大要素斑块、廊道和基质造成持续影响。芦山县位于四川盆地西缘,是四川盆地与青藏高原的接壤地带,龙门山地质断裂带穿境而过,地形坡度大、地质构造复杂,全县91.25%区域为高山区域,境内河流密布,植被覆盖率高,生物资源量丰富,芦山河贯穿全境汇入青衣江并进入岷江流域,属于长江流域上游支流,是我国长江上游区域生态安全的重要壁垒,能够提供重要的生态服务功能。芦山县境内的岷山与邛崃山系还是世界生物多样性保护热点地区与我国生物多样性保护的关键区域,属于重要的生态涵养区。基于此特殊背景,论文选取了芦山县为研究对象,通过分析芦山县土地利用景观格局变化情况与灾后重建的相关性,揭示灾后重建对芦山县土地利用景观格局变化存在的正负效应,同时引入人为干扰度模型和土地利用动态变化度模型(LC)探索芦山县土地利用景观格局演变规律;之后采用PSR评价体系,引用多种生态因子计算模型对灾后重建影响下的生态环境质量恢复情况进行合理评价,得出灾后重建影响下的生态环境质量变化特征;再对灾后重建影响下土地利用景观格局变化的水质响应机理进行详细分析,探索灾后重建对整个芦山县的生态环境影响特征;最后运用最小累计阻力模型(MCR)从土地利用扩张、水土保持和水环境保护三个方面进行生态阻力模拟分析,根据生态阻力面分布情况对芦山县景观生态格局进行优化并提出芦山县未来发展空间拓展建议,论文通过研究得出以下研究成果:(1)灾后重建对芦山县土地利用景观格局演变的影响及驱动机理灾后重建导致芦山县土地利用形态发生变化,大量土地利用类型发生转移,建设用地和耕地增长幅度最大,林地和草地景观一直在减少,多数转变为耕地,耕地向芦山县北部明显转移,裸露山体景观被工程建设加固修复,以人工植被替代,转化成新的景观类型,城镇为其他景观格局变化提供源动力。土地利用动态度(LC)在2008年和2013年最高,随着灾后重建逐渐完成,逐年下降,整体变化呈“波浪型”规律;裸露山体、耕地、建设用地和居住用地等四类土地利用变化最剧烈,与人为干扰度呈正相关性,其他用地与人为干扰度呈负相关性。人为干扰度越强,与之相关的景观指数PD和LPI越高,反之越低;FN和SHDI的变动趋势与人为干扰度变化趋势一致,DI、CONNECT、CONTAG和SHEI的变动趋势与人为干扰度变化相反,说明景观格局指数变化与人为干扰度变化强烈相关。2008至2012年,人为干扰度空间分布从重度干扰区占主导演变为低度干扰区占主导;2013至2017年,人为干扰度空间分布从极重度干扰区占主导演变为中低度干扰区占主导,两次人为干扰度变化趋势一致,劣质景观呈现被逐渐“包围”和“分解”的趋势,说明人为干扰对地震灾区生态恢复具有正效应。但从芦山县整个空间区域来看林地和草地面积减少,说明也存在一定负效应。(2)灾后重建影响下的芦山县生态环境质量恢复与变化特征建设用地、居住用地、耕地、河流和裸露山体是影响芦山县生态环境质量等级变化的核心因子。两次灾后重建之后,芦山县生态环境质量恢复总体较好,生态环境质量等级为次级和差级的区域在2008年和2013年比例最高,分别达到29.84%和41.25%,总体上沿芦山河和其支流以及道路两侧分布,特别在芦山县西部芦山河支流和芦山县南部的县城区附近这种现象非常明显,而生态环境质量等级为优级的区域仍然占据主导,在2012年和2017年分别达到60.76%和63.07%,芦山县北部的生态环境质量受到影响较小。不同的海拔、坡度和坡向上生态环境质量等级变化呈现差异化特征。总体上看沿芦山河流域两侧坡度<10°的区域水土流失量较少,植被覆盖率在40%-80%;坡度在10°-30°区域水土流失量逐渐增多,植被覆盖率在20%-40%;坡度>30°地区水土流失量最多,植被覆盖率在10%-20%。坡向为西向和西北向的区域植被覆盖率为10%-20%;北向和东北向的区域植被覆盖率为20%-40%;东向和东南向的区域植被覆盖率为40%-60%;南向和西南向的区域植被覆盖率为60-80%。芦山河流域两侧海拔2400-4000m的区域水土流失量最少,植被覆盖率多为60%-80%;海拔800m-2400m的区域水土流失量逐渐增多,植被覆盖率多为20%-40%;海拔<800m的区域水土流失量最多,植被覆盖率为10%-20%;海拔>4000m的区域植被覆盖率多数<10%,但由于地处高海拔区域,降雨量和河谷平原相比很少,水土流失量适中。不同影响源距离上生态环境质量等级变化呈现差异化特征。距离震中附近河流两侧越远的地区,裸露山体面积越少,生态环境质量越好,越近的地区裸露山体越多,生态环境质量越差;特别在震中附近距河流小于200m范围内的区域这类现象越明显;距离人为建设迹地和居住用地越近的区域,植被覆盖越低,多数已经转变为耕地和草地,林地覆盖率较低,越远的区域植被覆盖率越高,生态环境质量越好,并以城市建成区为核心呈现以R=200m的等距递增,而当R>1000m时,生态环境质量最好。2012年相对2008年,共有25.02%的区域生态环境质量变优良,2017年相对2013年共有27.75%的区域生态环境质量变优良,芦山地震后生态恢复状况优于汶川地震后的生态恢复状况;通过两次灾后重建,芦山县生态环境质量恢复明显,生态环境质量等级为次级和差级的区域所占面积减少,次生灾害得到有效抑制,植被覆盖率提升。(3)灾后重建影响下芦山县土地利用景观格局变化的水质响应机理芦山河流域土地利用变化对河流水质有显著影响。以林地、湿地和草地为代表的“汇”景观类型与各水质污染物浓度指标存在负相关关系,而耕地、建设用地为代表的“源”景观类型和土地利用综合动态度(LC)的变化与各水质指标存在正相关性,即林地、草地和湿地面积比例越高,污染物指标越低,建设用地和耕地面积比例越高,污染物指标越高,土地利用综合动态度(LC)指数越高,污染物指标越高;林地、湿地、草地面积的增加和土地的合理利用,对提升芦山河水质质量具有重要作用,耕地和建设用地面积的增加对水质有负面影响,芦山县芦山河流域下游4#、5#和6#区域对于这类相关性表现最显著。芦山河流域景观格局变化对河流水质有显著影响。从流域景观格局看,流域斑块数量越多、景观破碎度和景观多样性越大,河流水体污染物浓度越高,PD、FN和SHDI与河流水质指标呈正相关性;LPI和CONTAG与河流水质指标呈负相关性;3#、4#、5#和6#区域都不同程度存在SHDI和CONTAG与河流水质既有正相关性也有负相关性芦山河流域不同时空尺度上河流水质有显著变化。枯水期和丰水期芦山河流域土地利用景观格局对河流水质的影响较平水期明显,丰水期以4#、5#和6#三个区域为代表的下游土地利用景观格局变化对河流水质影响明显,枯水期5#和6#区域的土地利用景观格局变化与河流水质相关性最大,平水期只在2008年和2013年表现出显著相关性。2008年至2017年,丰水期土地利用景观格局与水质污染的相关性最大最显著,其次是枯水期和平水期,而丰水期以CODMn、NH3-N和TP最明显;从空间分布上看,上游的1#、2#和3#区域与水质相关性明显弱于下游4#、5#和6#区域,特别是在2013年和2017年这类现象很明显,其中以5#和6#区域表现极为显著,说明人为干扰越强芦山河流域在下游4#、5#和6#区域的水质越差,人为干扰与河流水质变差存在正相关性,建设用地和耕地的面积变动对水质变好有显著负相关性。(4)芦山县景观格局优化与空间拓展探索论文基于灾后重建对芦山县生态环境的影响,利用ArcGIS10.2对芦山县地形地貌、植被覆盖、土地利用和水体等生态因子进行分类,运用AHP法对其进行赋值,基于MCR模型从土地利用扩张、水土保持和水环境保护三个方面进行最小生态阻力分析,研究发现芦山县土地扩张的主要阻力在与地形地貌限制和地质灾害隐患阻碍,水土保持生态阻力主要在芦山县中西部和南部区域,而水环境保护阻力则主要在芦山县南部的县城区和周边区域,论文在此研究基础上对芦山县景观生态格局进行优化并对芦山县未来空间拓展及发展方向提出建议和参考。本次研究既能探寻灾后重建人为干扰对芦山县土地利用景观格局进行了如何优化及破坏,还能发现灾后重建影响下的景观生态格局变化特征和生态环境响应机理,能针对性地避免和解决灾后重建人为干扰对生态环境造成的负面效应,在地震灾区局部范围内,可以对资源配置、生态环境优化以及可持续发展提供科学依据,对生态文明建设有很好的示范作用,并对未来发生地震破坏的区域进行灾后重建提供一定技术参考,在具有典型代表性同时还有重要的理论和现实意义。
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