科爾沁草工程對土地利用景觀格局的影響

科爾沁草工程對土地利用景觀格局的影響

我國實施的退耕還林（草）生態(tài)建設項目是區(qū)域土地利用結構布局調(diào)節(jié)、景觀結構發(fā)展的政治動力。其實質(zhì)是根據(jù)區(qū)域規(guī)模，通過調(diào)整土地利用方式恢復和重建地表的自然覆蓋，建立覆蓋生態(tài)安全條件下的土地利用模式。通過監(jiān)管和改善區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務，有效遏制重點地區(qū)水土流失和土地荒漠化?？茽柷呱车氐靥帠|北平原與內(nèi)蒙古高原、半干旱與半濕潤、農(nóng)業(yè)與牧業(yè)三大過渡帶的交匯處,屬典型的生態(tài)脆弱帶,是中國實施退耕還林(草)工程的重點區(qū)域之一。自2000年實施退耕還草工程以來,已有學者基于土地利用變化模型、土地適宜性的評價結果,對科爾沁沙地退耕還林還草決策的制定問題進行了探討,對科爾沁沙地退耕還草工程建設不同階段的土地沙漠化態(tài)勢進行了動態(tài)監(jiān)測,并基于退耕還草背景,就科爾沁沙地個別旗縣景觀結構的演變、土地利用變化的生態(tài)效應和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化等問題進行了定性、定量研究。綜觀目前已有的相關研究成果,從區(qū)域和旗縣兩個尺度上對科爾沁沙地退耕還草工程的實施與土地利用景觀格局之間關系的系統(tǒng)研究案例尚不多見。由此,文中基于2000、2005年的土地利用圖形數(shù)據(jù),選用生態(tài)意義較明確的景觀特征指數(shù),從區(qū)域和旗縣兩個尺度定量分析科爾沁沙地實施退耕還草工程5年間的土地利用景觀格局變化狀況,并揭示土地利用景觀格局變化對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響,以為科爾沁沙地退耕還草工程的科學實施和生態(tài)環(huán)境管理決策的制定提供科學依據(jù)。1內(nèi)蒙古中小型旗科爾沁沙地位于中國東部季風尾閭的蒙古高原東部-西遼河流域腹地,行政區(qū)域包括了內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的14個旗(市、縣、區(qū)),其中的庫倫旗、奈曼旗、巴林左旗、巴林右旗、翁牛特旗、敖漢旗和科爾沁右翼中旗等7個旗屬于國家扶貧開發(fā)工作重點旗縣,科爾沁左翼中旗、科爾沁左翼后旗、扎魯特旗和阿魯科爾沁旗等4個旗屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)扶貧開發(fā)工作重點旗縣。2學習方法2.1土地資源的二級分類研究區(qū)各旗縣2000年的土地利用原始數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心的全國1∶10萬土地利用數(shù)據(jù)庫,為土地資源的二級分類(25類)矢量數(shù)據(jù);2005年的土地利用圖形數(shù)據(jù)以研究區(qū)2005年秋季相的11景LandsatETM(TM)影像(軌道號分別為121~122/28、120~123/29、120~122/30、120~121/31)為數(shù)據(jù)源,在Mapinfo中將研究區(qū)各旗縣2000年的土地利用矢量數(shù)據(jù)疊加在分類影像圖上目視解譯而來。2.2土地景觀斑塊類型考慮到退耕還草背景下土地利用景觀格局研究的需要和科爾沁沙地的地理環(huán)境狀況,應用時將土地資源二級分類歸并為水田、旱地、有林地、灌木林地、疏林地、其他林地、高覆蓋度草地、中覆蓋度草地、低覆蓋度草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地(以下簡稱為城鄉(xiāng)用地)、沙地、鹽堿地、沼澤地和石礫地共15種景觀斑塊類型(表1)。2.3根據(jù)景觀特征指數(shù)和生態(tài)環(huán)境指數(shù)ev計算研究區(qū)退耕還草初期(2000年)及退耕還草5年后(2005年)土地利用景觀特征指數(shù)、生態(tài)環(huán)境指數(shù)(EV)的計算詳見相關研究文獻。2.4景觀特征指數(shù)與區(qū)域生態(tài)環(huán)境指數(shù)之間的關系分析研究區(qū)退耕還草5年間景觀特征指數(shù)與生態(tài)環(huán)境指數(shù)間的相關關系分析使用SPSS10.0forwindows軟件完成。3結果與分析3.1各景觀類型斑塊面積及分布的連續(xù)性表2反映了研究區(qū)2000~2005年5年間斑塊類型水平上景觀特征指數(shù)的變化狀況。退耕還草5年間,從各景觀類型的面積變化率看,研究區(qū)水田、有林地、疏林地、低覆蓋度草地和城鄉(xiāng)用地面積明顯增大,增幅分別為26.53%、6.52%、8.12%、8.64%和5.13%,而沙地、鹽堿地、水域及沼澤濕地的面積明顯減少,減幅分別為17.70%、22.21%、9.52%和19.72%。從各景觀類型的斑塊數(shù)量變化率看,研究區(qū)除了低覆蓋度草地和沙地的斑塊數(shù)明顯增加、中覆蓋度草地和城鄉(xiāng)用地的斑塊數(shù)略有增加外,其余各景觀類型的斑塊數(shù)呈不同程度的減少趨勢,尤其是旱地的斑塊數(shù)減幅達6.75%。從各景觀類型的平均斑塊面積變化率看,研究區(qū)耕地、林地(其他林地除外)、草地、城鄉(xiāng)用地和石礫地的平均斑塊面積呈不同程度地增大趨勢,而沙地、鹽堿地、水域及沼澤濕地的平均斑塊面積呈明顯減小趨勢。從各景觀類型的斑塊分離度變化率看,研究區(qū)除了其他林地、沙地、鹽堿地、水域及沼澤濕地的斑塊分離度呈不同程度地增大趨勢外,其余各景觀類型的斑塊分離度呈不同程度地減小趨勢?？傮w反映出,退耕還草5年間,科爾沁沙地的水田和旱地、有林地、灌木林地、疏林地、高覆蓋度草地在面積增大的同時,在空間分布上也趨于集中連片,而沙地、鹽堿地、水域及沼澤濕地在面積減小的同時,在空間分布上也趨于破碎分散。從景觀水平上看,退耕還草5年間,科爾沁沙地的總斑塊數(shù)由60046個減少至58755個,減幅為2.15%;平均斑塊面積由2.00km2/個增大至2.04km2/個,增幅為2.00%;景觀多樣性指數(shù)由2.06降為2.04,降幅為0.97%;景觀優(yōu)勢度指數(shù)由0.65增為0.67,增幅為3.08%;景觀破碎化指數(shù)由0.50降為0.49,降幅為2.00%。由此表現(xiàn)出,科爾沁沙地實施退耕還草生態(tài)工程期間,其基質(zhì)景觀草地(景觀面積比例為48.24%~46.84%)、優(yōu)勢景觀耕地(景觀面積比例為26.03%~26.66%)和林地(景觀面積比例為9.99%~10.48%)的面積以及分布的連續(xù)性有所增大,在科爾沁沙地景觀中所占的重要性有所增強,而另一優(yōu)勢景觀沙地(景觀面積比例為5.84%~7.09%)的面積以及分布的連續(xù)性有所減小,在科爾沁沙地景觀中所占的重要性有所減弱?？茽柷呱车卣w景觀仍然維持著農(nóng)牧交錯、流沙鑲嵌其中的空間分布格局。3.2景觀多元特征—退耕還草5年間旗、縣尺度上景觀格局變化趨勢表3、表4反映了科爾沁沙地各旗縣2000~2005年5年間斑塊類型水平上景觀特征指數(shù)的變化狀況。經(jīng)過5年的退耕還草工程建設,各旗縣的草地、耕地、林地和沙地等主要景觀的斑塊類型面積及平均斑塊面積的變化狀況有很大的差異性,主要表現(xiàn)為:位于西遼河下游干流或支流沿岸沖積平原上、沙漠化危害比較嚴重的阿魯科爾沁旗的旱地面積略有增大,有林地和各類草地的面積及平均斑塊面積略有減小,沙地變化不大;巴林右旗的旱地和各類林地的面積及平均斑塊面積均呈增大趨勢,而高、中覆蓋度草地的面積及平均斑塊面積均呈減小趨勢,沙地的面積及平均斑塊面積顯著減小;翁牛特旗和奈曼旗的旱地和林地基本未變,各類草地的面積及平均斑塊面積均呈增大趨勢,沙地的面積及平均斑塊面積明顯減小;科爾沁左翼后旗的旱地面積略有減小,而旱地的平均斑塊面積明顯增大,有林地面積及平均斑塊面積顯著增大,高覆蓋度草地面積及平均斑塊面積顯著減小,沙地面積及平均斑塊面積呈不同程度地減小趨勢;開魯縣的旱地和高覆蓋度草地變化不大,有林地和灌木林地面積及平均斑塊面積均呈增大趨勢,沙地面積略有減小,而沙地的平均斑塊面積略有增大;庫倫旗的旱地面積及平均斑塊面積略有減小,而各類林地和草地的面積均呈增大趨勢,沙地面積及平均斑塊面積顯著減小。表5反映了科爾沁沙地各旗縣2000~2005年5年間景觀水平上景觀特征指數(shù)的變化狀況。經(jīng)過5年的退耕還草工程建設,各旗縣的景觀多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)和破碎化指數(shù)的變化狀況有很大的差異性,主要表現(xiàn)為:沙漠化危害比較嚴重的阿魯科爾沁旗的各景觀斑塊類型分布的均勻性和復雜性略有提高,而景觀結構組成中草地支配景觀的重要性略有降低;巴林右旗的各景觀斑塊類型分布的均勻性明顯提高,而景觀結構組成中草地和沙地支配景觀的重要性略有降低;翁牛特旗和奈曼旗的各景觀斑塊類型分布的均勻性和復雜性略有提高,而景觀結構組成中沙地支配景觀的重要性略有降低;科爾沁左翼后旗的各景觀斑塊類型分布的均勻性略有降低,景觀結構組成中草地、林地支配景觀的重要性有所提高,而耕地和沙地支配景觀的重要性有所降低,整體景觀明顯趨向于復雜異質(zhì);開魯縣的各景觀斑塊類型分布的均勻性略有提高,景觀結構組成中耕地和草地支配景觀的重要性有所提高,而沙地支配景觀的重要性有所降低,整體景觀明顯趨向于單一均質(zhì);庫倫旗的各景觀斑塊類型分布的均勻性略有提高,景觀結構組成中耕地和沙地支配景觀的重要性有所降低,而林地和草地支配景觀的重要性有所提高,整體景觀明顯趨向于復雜異質(zhì)。3.3景觀面積和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的總體狀況不同整個研究區(qū)及各旗縣2000~2005年5年間生態(tài)環(huán)境指數(shù)的變化狀況如表6所示。綜合表3、表6數(shù)據(jù)可以看出,科爾沁沙地實施退耕還草工程5年間,凡是境內(nèi)旱地景觀面積明顯增大、草地景觀面積基本呈減少趨勢的旗縣,其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的總體狀況變差。相反,凡是境內(nèi)旱地景觀面積明顯減少、而草地或林地景觀面積基本呈增大趨勢的旗縣,其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的總體狀況變好。相關分析結果進一步顯示,研究區(qū)旱地景觀斑塊類型的面積變化率與生態(tài)環(huán)境指數(shù)變化率間呈顯著負相關(P=0.008,r=0.674,n=14),而高覆蓋度草地景觀斑塊類型的面積變化率與生態(tài)環(huán)境指數(shù)變化率間呈顯著正相關(P<0.001,r=0.876,n=14),由此表明,科爾沁沙地的旱地及高覆蓋度草地景觀斑塊類型的面積增減變化對該區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響尤為突出。4土地利用景觀格局的良性演化近幾十年來,由于人類經(jīng)濟活動的驅(qū)動,科爾沁沙地土地利用景觀結構由原有的、簡單的半干旱溫帶疏林草原景觀逐漸演變?yōu)楝F(xiàn)代的、復雜的耕地與草地和沙地鑲嵌分布的景觀格局,該過程實質(zhì)上也是區(qū)域性土地沙漠化不斷擴展、生態(tài)環(huán)境不斷退化的過程。自2000年以來,由于我國退耕還林(草)政策的驅(qū)動,科爾沁沙地的土地利用景觀格局相應發(fā)生了一定的良性演化,例如在2000~2005年退耕還草5年間,科爾沁沙地的水田、旱地、有林地、灌木林地、疏林地和高覆蓋度草地景觀的面積及空間分布的連續(xù)