科尔沁草工程对土地利用景观格局的影响

科尔沁草工程对土地利用景观格局的影响

我国实施的退耕还林（草）生态建设项目是区域土地利用结构布局调节、景观结构发展的政治动力。其实质是根据区域规模，通过调整土地利用方式恢复和重建地表的自然覆盖，建立覆盖生态安全条件下的土地利用模式。通过监管和改善区生态系统服务，有效遏制重点地区水土流失和土地荒漠化。科尔沁沙地地处东北平原与内蒙古高原、半干旱与半湿润、农业与牧业三大过渡带的交汇处,属典型的生态脆弱带,是中国实施退耕还林(草)工程的重点区域之一。自2000年实施退耕还草工程以来,已有学者基于土地利用变化模型、土地适宜性的评价结果,对科尔沁沙地退耕还林还草决策的制定问题进行了探讨,对科尔沁沙地退耕还草工程建设不同阶段的土地沙漠化态势进行了动态监测,并基于退耕还草背景,就科尔沁沙地个别旗县景观结构的演变、土地利用变化的生态效应和生态环境质量的变化等问题进行了定性、定量研究。综观目前已有的相关研究成果,从区域和旗县两个尺度上对科尔沁沙地退耕还草工程的实施与土地利用景观格局之间关系的系统研究案例尚不多见。由此,文中基于2000、2005年的土地利用图形数据,选用生态意义较明确的景观特征指数,从区域和旗县两个尺度定量分析科尔沁沙地实施退耕还草工程5年间的土地利用景观格局变化状况,并揭示土地利用景观格局变化对区域生态环境的影响,以为科尔沁沙地退耕还草工程的科学实施和生态环境管理决策的制定提供科学依据。1内蒙古中小型旗科尔沁沙地位于中国东部季风尾闾的蒙古高原东部-西辽河流域腹地,行政区域包括了内蒙古自治区东部的14个旗(市、县、区),其中的库伦旗、奈曼旗、巴林左旗、巴林右旗、翁牛特旗、敖汉旗和科尔沁右翼中旗等7个旗属于国家扶贫开发工作重点旗县,科尔沁左翼中旗、科尔沁左翼后旗、扎鲁特旗和阿鲁科尔沁旗等4个旗属于内蒙古自治区扶贫开发工作重点旗县。2学习方法2.1土地资源的二级分类研究区各旗县2000年的土地利用原始数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心的全国1∶10万土地利用数据库,为土地资源的二级分类(25类)矢量数据;2005年的土地利用图形数据以研究区2005年秋季相的11景LandsatETM(TM)影像(轨道号分别为121~122/28、120~123/29、120~122/30、120~121/31)为数据源,在Mapinfo中将研究区各旗县2000年的土地利用矢量数据叠加在分类影像图上目视解译而来。2.2土地景观斑块类型考虑到退耕还草背景下土地利用景观格局研究的需要和科尔沁沙地的地理环境状况,应用时将土地资源二级分类归并为水田、旱地、有林地、灌木林地、疏林地、其他林地、高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地、水域、城乡工矿居民用地(以下简称为城乡用地)、沙地、盐碱地、沼泽地和石砾地共15种景观斑块类型(表1)。2.3根据景观特征指数和生态环境指数ev计算研究区退耕还草初期(2000年)及退耕还草5年后(2005年)土地利用景观特征指数、生态环境指数(EV)的计算详见相关研究文献。2.4景观特征指数与区域生态环境指数之间的关系分析研究区退耕还草5年间景观特征指数与生态环境指数间的相关关系分析使用SPSS10.0forwindows软件完成。3结果与分析3.1各景观类型斑块面积及分布的连续性表2反映了研究区2000~2005年5年间斑块类型水平上景观特征指数的变化状况。退耕还草5年间,从各景观类型的面积变化率看,研究区水田、有林地、疏林地、低覆盖度草地和城乡用地面积明显增大,增幅分别为26.53%、6.52%、8.12%、8.64%和5.13%,而沙地、盐碱地、水域及沼泽湿地的面积明显减少,减幅分别为17.70%、22.21%、9.52%和19.72%。从各景观类型的斑块数量变化率看,研究区除了低覆盖度草地和沙地的斑块数明显增加、中覆盖度草地和城乡用地的斑块数略有增加外,其余各景观类型的斑块数呈不同程度的减少趋势,尤其是旱地的斑块数减幅达6.75%。从各景观类型的平均斑块面积变化率看,研究区耕地、林地(其他林地除外)、草地、城乡用地和石砾地的平均斑块面积呈不同程度地增大趋势,而沙地、盐碱地、水域及沼泽湿地的平均斑块面积呈明显减小趋势。从各景观类型的斑块分离度变化率看,研究区除了其他林地、沙地、盐碱地、水域及沼泽湿地的斑块分离度呈不同程度地增大趋势外,其余各景观类型的斑块分离度呈不同程度地减小趋势。总体反映出,退耕还草5年间,科尔沁沙地的水田和旱地、有林地、灌木林地、疏林地、高覆盖度草地在面积增大的同时,在空间分布上也趋于集中连片,而沙地、盐碱地、水域及沼泽湿地在面积减小的同时,在空间分布上也趋于破碎分散。从景观水平上看,退耕还草5年间,科尔沁沙地的总斑块数由60046个减少至58755个,减幅为2.15%;平均斑块面积由2.00km2/个增大至2.04km2/个,增幅为2.00%;景观多样性指数由2.06降为2.04,降幅为0.97%;景观优势度指数由0.65增为0.67,增幅为3.08%;景观破碎化指数由0.50降为0.49,降幅为2.00%。由此表现出,科尔沁沙地实施退耕还草生态工程期间,其基质景观草地(景观面积比例为48.24%~46.84%)、优势景观耕地(景观面积比例为26.03%~26.66%)和林地(景观面积比例为9.99%~10.48%)的面积以及分布的连续性有所增大,在科尔沁沙地景观中所占的重要性有所增强,而另一优势景观沙地(景观面积比例为5.84%~7.09%)的面积以及分布的连续性有所减小,在科尔沁沙地景观中所占的重要性有所减弱。科尔沁沙地整体景观仍然维持着农牧交错、流沙镶嵌其中的空间分布格局。3.2景观多元特征—退耕还草5年间旗、县尺度上景观格局变化趋势表3、表4反映了科尔沁沙地各旗县2000~2005年5年间斑块类型水平上景观特征指数的变化状况。经过5年的退耕还草工程建设,各旗县的草地、耕地、林地和沙地等主要景观的斑块类型面积及平均斑块面积的变化状况有很大的差异性,主要表现为:位于西辽河下游干流或支流沿岸冲积平原上、沙漠化危害比较严重的阿鲁科尔沁旗的旱地面积略有增大,有林地和各类草地的面积及平均斑块面积略有减小,沙地变化不大;巴林右旗的旱地和各类林地的面积及平均斑块面积均呈增大趋势,而高、中覆盖度草地的面积及平均斑块面积均呈减小趋势,沙地的面积及平均斑块面积显著减小;翁牛特旗和奈曼旗的旱地和林地基本未变,各类草地的面积及平均斑块面积均呈增大趋势,沙地的面积及平均斑块面积明显减小;科尔沁左翼后旗的旱地面积略有减小,而旱地的平均斑块面积明显增大,有林地面积及平均斑块面积显著增大,高覆盖度草地面积及平均斑块面积显著减小,沙地面积及平均斑块面积呈不同程度地减小趋势;开鲁县的旱地和高覆盖度草地变化不大,有林地和灌木林地面积及平均斑块面积均呈增大趋势,沙地面积略有减小,而沙地的平均斑块面积略有增大;库伦旗的旱地面积及平均斑块面积略有减小,而各类林地和草地的面积均呈增大趋势,沙地面积及平均斑块面积显著减小。表5反映了科尔沁沙地各旗县2000~2005年5年间景观水平上景观特征指数的变化状况。经过5年的退耕还草工程建设,各旗县的景观多样性指数、优势度指数和破碎化指数的变化状况有很大的差异性,主要表现为:沙漠化危害比较严重的阿鲁科尔沁旗的各景观斑块类型分布的均匀性和复杂性略有提高,而景观结构组成中草地支配景观的重要性略有降低;巴林右旗的各景观斑块类型分布的均匀性明显提高,而景观结构组成中草地和沙地支配景观的重要性略有降低;翁牛特旗和奈曼旗的各景观斑块类型分布的均匀性和复杂性略有提高,而景观结构组成中沙地支配景观的重要性略有降低;科尔沁左翼后旗的各景观斑块类型分布的均匀性略有降低,景观结构组成中草地、林地支配景观的重要性有所提高,而耕地和沙地支配景观的重要性有所降低,整体景观明显趋向于复杂异质;开鲁县的各景观斑块类型分布的均匀性略有提高,景观结构组成中耕地和草地支配景观的重要性有所提高,而沙地支配景观的重要性有所降低,整体景观明显趋向于单一均质;库伦旗的各景观斑块类型分布的均匀性略有提高,景观结构组成中耕地和沙地支配景观的重要性有所降低,而林地和草地支配景观的重要性有所提高,整体景观明显趋向于复杂异质。3.3景观面积和生态环境质量的总体状况不同整个研究区及各旗县2000~2005年5年间生态环境指数的变化状况如表6所示。综合表3、表6数据可以看出,科尔沁沙地实施退耕还草工程5年间,凡是境内旱地景观面积明显增大、草地景观面积基本呈减少趋势的旗县,其生态环境质量的总体状况变差。相反,凡是境内旱地景观面积明显减少、而草地或林地景观面积基本呈增大趋势的旗县,其生态环境质量的总体状况变好。相关分析结果进一步显示,研究区旱地景观斑块类型的面积变化率与生态环境指数变化率间呈显著负相关(P=0.008,r=0.674,n=14),而高覆盖度草地景观斑块类型的面积变化率与生态环境指数变化率间呈显著正相关(P<0.001,r=0.876,n=14),由此表明,科尔沁沙地的旱地及高覆盖度草地景观斑块类型的面积增减变化对该区域生态环境质量的影响尤为突出。4土地利用景观格局的良性演化近几十年来,由于人类经济活动的驱动,科尔沁沙地土地利用景观结构由原有的、简单的半干旱温带疏林草原景观逐渐演变为现代的、复杂的耕地与草地和沙地镶嵌分布的景观格局,该过程实质上也是区域性土地沙漠化不断扩展、生态环境不断退化的过程。自2000年以来,由于我国退耕还林(草)政策的驱动,科尔沁沙地的土地利用景观格局相应发生了一定的良性演化,例如在2000~2005年退耕还草5年间,科尔沁沙地的水田、旱地、有林地、灌木林地、疏林地和高覆盖度草地景观的面积及空间分布的连续