长江水系湖泊型流域生态用地长时间序列时空变化分析

陈忠媛; 高永年

doi:10.7523/j.ucas.2021.0045

中国科学院大学学报 >

2022 , Vol. 39 >Issue 2: 172 - 184

DOI: https://doi.org/10.7523/j.ucas.2021.0045

环境科学与地理学

长江水系湖泊型流域生态用地长时间序列时空变化分析

陈忠媛 ,
高永年

展开

1 中国科学院南京地理与湖泊研究所流域地理学重点实验室, 南京 210008;
2 中国科学院大学, 北京 100049;
3 河海大学地球科学与工程学院, 南京 211100

收稿日期: 2021-03-08

修回日期: 2021-05-14

网络出版日期: 2021-05-14

基金资助

中央高校基本科研业务费专项资金（B210201035）和国家水体污染控制与治理科技重大专项（2017ZX07203002-02）资助

收起

Spatio-temporal change of ecological land in lake-basin of Yangtze River system

CHEN Zhongyuan ,
GAO Yongnian

Expand

1 Key Laboratory of Watershed Geographic Sciences, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China;
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3 School of Earth Sciences and Engineering, Hohai University, Nanjing 211100, China

Received date: 2021-03-08

Revised date: 2021-05-14

Online published: 2021-05-14

Fold

摘要

湖泊型流域在长江流域的面积占比超30%，其生态用地的变化对长江水生态环境具有重要的调节作用。基于长江水系229个湖泊型流域1980—2015年7期土地利用数据，采用生态用地面积及其占比、改进的综合动态度、转移矩阵和空间运算等方法，分析近几十年长江水系湖泊型流域生态用地的时空变化特征。结果表明：湖泊型流域生态用地变化呈现"先逐步上升—后波动稳定—再快速下降"3阶段趋势；林地和草地呈现下降趋势，湿地呈现上升趋势；湖泊型流域内生态用地综合动态度总体呈现"波浪式振动"状态。从湖泊大小等级分类角度来看，4个等级类型湖泊型流域生态用地的面积总量相差较大，小型湖泊对应的流域生态用地最少，其次是大型和中型，特大型湖泊数量少但对应的流域生态用地面积最大；且不同类型的湖泊型流域内生态用地变化趋势尽管都是先上升后下降，但对应的转折点年份不同。从长江水系不同分区的角度来看，相较于1980年，2015年源区、中游和下游湖泊型流域的生态用地增加，上游湖泊型流域的生态用地减少；生态用地内部的相互转移量最少，而生态用地和非生态用地之间的转移量及非生态用地内部的相互转移量各占总转移量的42 % 以上；生态用地在中游的转移最为剧烈和复杂，其次是下游，源区和上游则较为平缓与简单。2000年之前生态用地发生变化的原因主要为采伐树木、开发农牧业和围湖造田等，2000年之后的原因主要为退耕还林、修建水库等。对于大多数湖泊型流域来说，建设用地的增加，即城镇的扩张是2010—2015年期间生态用地减少的主要原因之一。

关键词： 生态用地; 湖泊型流域; 长江流域; 动态度; 转移矩阵

本文引用格式

陈忠媛 , 高永年 . 长江水系湖泊型流域生态用地长时间序列时空变化分析[J]. 中国科学院大学学报, 2022 , 39(2) : 172 -184 . DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0045

Abstract

The area of lake type watershed (LTW) accounts for more than 30% of the Yangtze River basin, and the change of its ecological land plays an important role in regulating the water ecological environment of the Yangtze River. Based on the land use data of 229 LTWs in the Yangtze River system from 1980 to 2015, the temporal and spatial change characteristic of ecological land in recent decades was analyzed by using the methods of ecological land area and its proportion, improved comprehensive dynamic degree, transfer matrix, and spatial operation. The results showed that the change of ecological land use in the LTWs presented a three-stage trend of "first gradually increasing, then fluctuating and stable, and finally rapidly decreasing"; Woodland and grassland showed a downward trend, while wetland showed an upward trend; The comprehensive dynamic degree of ecological land in the LTWs presented a state of "wave-like vibration". From the perspective of lake size classification, the total area of ecological land in the four types of LTW was quite different. The watershed ecological land corresponding to small lakes was the least, followed by large and medium-sized lakes, while the watershed ecological land area of super large lakes was the largest. Although the ecological land change trend in different types of LTWs was first rising and then declining, the corresponding turning points appeared in different years. From the perspective of different regions of the Yangtze River system, compared with 1980, the ecological land of the LTW in the source, middle, and lower regions increased in 2015, while the ecological land of the LTW in the upper regions decreased; The transfer amount within ecological land was the least, and the transfer amount between ecological land and non-ecological land and the transfer amount within nonecological land accounted for more than 42% of the total transfer amount. The transfer of ecological land was the most complex and intense in the middle region, followed by the lower region, the source region and the upper region were relatively gentle and simple. Before 2000, the main reasons for the change of ecological land were cutting trees, developing agriculture and animal husbandry and reclaiming land from lakes. After 2000, the main reasons were returning farmland to forests and building reservoirs. The increase of construction land, i. e., urban expansion, was one of the main reasons for the decrease of ecological land for most LTWs from 2010 to 2015.

Key words： ecological land; lake-basin; Yangtze River basin; dynamic degree; transfer matrix

参考文献

[1] 宋长青, 杨桂山, 冷疏影, 等. 湖泊及流域科学研究进展与展望[J]. 湖泊科学, 2002, 14(4): 289-300.
[2] Zhou T, Qi J L, Xu Z H, et al. Damage or recovery? assessing ecological land change and its driving factors: a case of the Yangtze River economic belt, China[J]. Journal of Resources and Ecology, 2021, 12(2): 175-191.DOI:10.5814/j.issn.1674-764X.2021.02.005.
[3] 张梦贤, 周勇, 曹隽隽, 等. 2000—2015年武汉市生态用地时空变化分析[J]. 中国农业资源与区划, 2021, 42(1): 168-177.DOI:10.7621/cjarrp.1005-9121.20210120.
[4] 安国强, 秦晓敏, 许霄霄, 等. 山东省生态用地变化及驱动因素影响评价[J]. 中国农业资源与区划, 2020, 41(9): 45-54.
[5] 尹娟, 资本飞, 阳利永, 等. 抚仙湖流域生态用地时空演变及其驱动因素[J]. 水土保持通报, 2020, 40(6): 228-235,331.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2020.06.033.
[6] 蒋好雨, 陈荣蓉, 杨朝现, 等. 西部平原区生态用地时空动态特征及环境效应[J]. 水土保持研究, 2021, 28(2): 203-209.DOI:10.13869/j.cnki.rswc.2021.02.029.
[7] Hu Y F, Zhang Y Z. Spatial–temporal dynamics and driving factor analysis of urban ecological land in Zhuhai City, China[J]. Scientific Reports, 2020, 10: 16174.DOI:10.1038/s41598-020-73167-0.
[8] Wei W, Gao Y N, Huang J C, et al. Exploring the effect of basin land degradation on lake and reservoir water quality in China[J]. Journal of Cleaner Production, 2020, 268: 122249.DOI:10.1016/j.clepro.2020.122249.
[9] 邓小文, 孙贻超, 韩士杰. 城市生态用地分类及其规划的一般原则[J]. 应用生态学报, 2005, 16(10): 2003-2006.
[10] 邓红兵, 陈春娣, 刘昕, 等. 区域生态用地的概念及分类[J]. 生态学报, 2009, 29(3): 1519-1524.DOI:10.3321/j.issn:1000-0933.2009.03.050.
[11] 喻锋, 李晓波, 张丽君, 等. 中国生态用地研究:内涵、分类与时空格局[J]. 生态学报, 2015, 35(14): 4931-4943.DOI:10.5846/stxb201311052672.
[12] 龙花楼, 刘永强, 李婷婷, 等. 生态用地分类初步研究[J]. 生态环境学报, 2015, 24(1): 1-7.DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.01.001.
[13] 王静, 王雯, 祁元, 等. 中国生态用地分类体系及其1996—2012年时空分布[J]. 地理研究, 2017, 36(3): 453-470.
[14] 刘沛, 段建南, 王伟, 等. 土地利用系统功能分类与评价体系研究[J]. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2010, 36(1): 113-118.
[15] 荣冰凌, 李栋, 谢映霞. 中小尺度生态用地规划方法[J]. 生态学报, 2011, 31(18): 5351-5357.
[16] 韩学敏, 濮励杰, 朱明, 等. 环太湖地区有效生态用地面积的测算分析[J]. 中国农学通报, 2010, 26(22): 301-305.
[17] Colding J.‘Ecological land-use complementation’ for building resilience in urban ecosystems[J]. Landscape and Urban Planning, 2007, 81(1/2): 46-55.DOI:10.1016/j.landurbplan.2006.10.016.
[18] Costanza R, d’Arge R, de Groot R, et al. The value of the world’s ecosystem services and natural capital[J]. Ecological Economics, 1998, 25(1): 3-15.DOI:10.1016/s0921-8009(98)00020-2.
[19] Hansen M C, Potapov P V, Moore R, et al. High-resolution global maps of 21st-century forest cover change[J]. Science, 2013, 342(6160): 850-853.DOI:10.1126/science.1244693.
[20] Curtis P G, Slay C M, Harris N L, et al. Classifying drivers of global forest loss[J]. Science, 2018, 361(6407): 1108-1111.DOI:10.1126/science.aau3445.
[21] 徐岚, 赵羿. 利用马尔柯夫过程预测东陵区土地利用格局的变化[J]. 应用生态学报, 1993, 4(3): 272-277.
[22] 刘光禹, 高敏华, 颜亮, 等. 基于RS与GIS的喀什地区绿洲近30年的变化研究[J]. 陕西科技大学学报(自然科学版), 2008, 26(3): 120-124.
[23] 赵锐锋, 姜朋辉, 陈亚宁, 等. 塔里木河干流区土地利用/覆被变化及其生态环境效应[J]. 地理科学, 2012, 32(2): 244-250.DOI:10.13249/j.cnki.sgs.2012.02.013.
[24] 骆成凤, 许长军, 游浩妍, 等. 2000—2010年青海湖流域草地退化状况时空分析[J]. 生态学报, 2013, 33(14): 4450-4459.DOI:10.5846/stxb201204090494.
[25] 樊宏, 张建平. 岷江上游半干旱河谷土地利用/土地覆盖研究[J]. 中国沙漠, 2002, 22(3): 273-278.DOI:10.3321/j.issn:1000-694X.2002.03.013.
[26] 杨桄, 卢珊, 王宗明, 等. 基于遥感和GIS的长岭县土地利用/覆被时空变化研究[J]. 吉林农业大学学报, 2006, 28(1): 63-67.DOI:10.13327/j.jjlau.2006.01.019.
[27] Lu M, Pebesma E, Sanchez A, et al. Spatio-temporal change detection from multidimensional arrays: detecting deforestation from MODIS time series[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2016, 117: 227-236.DOI:10.1016/j.isprsjprs.2016.03.007.
[28] Rounsevell M D A, Reginster I, Araújo M B, et al. A coherent set of future land use change scenarios for Europe[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2006, 114(1): 57-68.DOI:10.1016/j.agee.2005.11.027.
[29] Teixido A L, Quintanilla L G, Carreño F, et al. Impacts of changes in land use and fragmentation patterns on Atlantic coastal forests in northern Spain[J]. Journal of Environmental Management, 2010, 91(4): 879-886.DOI:10.1016/j.jenvman.2009.11.004.
[30] Mendoza S J E, Etter R A. Multitemporal analysis (1940-1996) of land cover changes in the southwestern Bogotá highplain (Colombia)[J]. Landscape and Urban Planning, 2002, 59(3): 147-158.DOI:10.1016/s0169-2046(02)00012-9.
[31] Zhou W Q, Huang G L, Pickett S T A, et al. 90 years of forest cover change in an urbanizing watershed: spatial and temporal dynamics[J]. Landscape Ecology, 2011, 26(5): 645-659.DOI:10.1007/s10980-011-9589-z.
[32] 韩会然, 杨成凤, 宋金平. 北京市土地利用变化特征及驱动机制[J]. 经济地理, 2015, 35(5): 148-154,197.DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2015.05.022.
[33] 韩蕊, 孙思琦, 郭泺, 等. 川东地区生态系统服务价值时空演变及其驱动力分析[J]. 生态与农村环境学报, 2019, 35(9): 1136-1143.DOI:10.19741/j.issn.1673-4831.2018.0596.
[34] 尼加提·伊米尔, 满苏尔·沙比提, 玉苏甫·买买提,等. 天山北坡精河绿洲土地利用/覆被时空变化及驱动力分析[J]. 中国农业大学学报, 2019, 24(10): 158-169.DOI:10.11841/j.issn.1007-4333.2019.10.18.
[35] 杜国明, 匡文慧, 孟凡浩, 等. 巴西土地利用/覆盖变化时空格局及驱动因素[J]. 地理科学进展, 2015, 34(1): 73-82.
[36] Başkent E Z, Kadio Ağullari A I. Spatial and temporal dynamics of land use pattern in Turkey: a case study in İnegöl[J]. Landscape and Urban Planning, 2007, 81(4): 316-327.DOI:10.1016/j.landurbplan.2007.01.007.
[37] Day J W, Britsch L D, Hawes S R, et al. Pattern and process of land loss in the Mississippi Delta: a spatial and temporal analysis of wetland habitat change[J]. Estuaries, 2000, 23(4): 425-438.DOI:10.2307/1353136.
[38] Patarasuk R, Binford M W. Longitudinal analysis of the road network development and land-cover change in Lop Buri Province, Thailand, 1989-2006[J]. Applied Geography, 2012, 32(2): 228-239.DOI:10.1016/j.apgeog.2011.05.009.
[39] Ning J, Liu J Y, Kuang W H, et al. Spatiotemporal patterns and characteristics of land-use change in China during 2010-2015[J]. Journal of Geographical Sciences, 2018, 28(5): 547-562.DOI:10.1007/s11442-018-1490-0.
[40] Liu J Y, Kuang W H, Zhang Z X, et al. Spatiotemporal characteristics, patterns, and causes of land-use changes in China since the late 1980s[J]. Journal of Geographical Sciences, 2014, 24(2): 195-210.DOI:10.1007/511442-014-1082-6.
[41] 朱会义, 李秀彬. 关于区域土地利用变化指数模型方法的讨论[J]. 地理学报, 2003, 58(5): 643-650.DOI:10.3321/j.issn:0375-5444.2003.05.001.
[42] 王苏民, 窦鸿身. 中国湖泊志[M]. 北京:科学出版社, 1998.
[43] Ma R H, Yang G S, Duan H T, et al. China’s lakes at present: Number, area and spatial distribution[J]. Science China Earth Sciences, 2011, 54(2): 283-289.DOI:10.1007/s11430-010-4052-6.
[44] 邢子强, 黄火键, 袁勇, 等. 湖泊分类体系及综合分区研究与展望[J]. 人民长江, 2019, 50(9): 13-19.DOI:10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.09.003.
[45] 湖北省质量技术监督局. 湖北省湖泊分类技术标准: DB42/T 1255—2017[S]. 武汉: 湖北省湖泊局, 2017.
[46] 徐新良, 刘纪远, 庄大方, 等. 中国林地资源时空动态特征及驱动力分析[J]. 北京林业大学学报, 2004, 26(1): 41-46.
[47] 张国平, 刘纪远, 张增祥. 基于遥感和GIS的中国20世纪90年代毁林开荒状况分析[J]. 地理研究, 2003, 22(2): 221-226,261-262.DOI:10.3321/j.issn:1000-0585.2003.02.011.
[48] Zhang P, Shao G, Zhao G, et al. China’s forest policy for the 21st century[J]. Science, 2000, 288(5474): 2135-2136.DOI:10.1126/science.288.5474.2135.
[49] 郭泺, 杜世宏, 薛达元, 等. 长江源区土地覆盖变化与草地退化格局的时空分异[J]. 应用生态学报, 2012, 23(5): 1219-1225.DOI:10.13287/j.1001-9332.2012.0167.
[50] 吴豪, 虞孝感, 许刚. 长江源头地区生态环境保护与农业可持续发展初探[J]. 农业环境与发展, 2002, 19(2): 14-15.DOI:10.3969/j.issn.1005-4944.2002.02.007.
[51] 徐苏, 张永勇, 窦明, 等. 长江流域土地利用时空变化特征及其径流效应[J]. 地理科学进展, 2017, 36(4): 426-436.
[52] 韩坤. 经济发展、环境变化与政策互动关系研究:以建国以来鄱阳湖围垦演变为例[D]. 南昌:江西师范大学, 2009.
[53] 高耶, 谢永宏, 邹冬生, 等. 近40年洞庭湖区内湖水面面积变化及其驱动因素[J]. 湖泊科学, 2019, 31(3): 755-765.DOI:10.18307/2019.0314.
[54] 刘诚. 中国退耕还林政策系统性评估研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2009.
[55] 孔忠东. 退耕还林工程效益与质量评价研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2009.
[56] 杨柳, 江丰, 谢正磊, 等. 鄱阳湖退田还湖圩区土地返耕利用的研究[J]. 中国土地科学, 2017, 31(3): 44-50.DOI:10.11994/zgtdkx.20170315.133322.
[57] Zhu J Y, Song C Q, Wang J D, et al. China’s inland water dynamics: the significance of water body types[J]. PNAS, 2020, 117(25): 13876-13878.DOI:10.1073/pnas.2005584117.
[58] Zhao J L, Liu M C, Feng S L, et al. Reply to Zhu et al.: holistic analysis of water body changes[J]. PNAS, 2020, 117(25): 13879-13880.DOI:10.1073/pnas.2007811117.

Options

文章导航

摘要

本文引用格式

Abstract

参考文献

访问统计

联系我们

模态框（Modal）标题

摘要

本文引用格式

Abstract

参考文献

访问统计

联系我们