基于GIS的黃土高原縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展研究——以山西省水文縣為例.pdf

1、黃土高原是我國(guó)種植業(yè)、林果業(yè)、畜牧業(yè)分布的重要區(qū)域，農(nóng)業(yè)發(fā)展的質(zhì)量不僅關(guān)系到人民生活水平的提高，而且與黃土高原的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的整體改善密不可分。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是人類與自然溝通的橋梁，農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展是人類社會(huì)賴以生存的基礎(chǔ)。黃土高原縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是整個(gè)黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基本單元和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。因此，建立縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式是黃土高原農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，對(duì)于實(shí)現(xiàn)黃土高原農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。
　　文水縣西

2、部為黃土高原典型山區(qū)，中偏西段為黃土丘陵區(qū)，東部及南部為洪積平原區(qū)，整體為黃土高原典型山區(qū)-洪擊平原的過(guò)渡區(qū)域，各個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展模式各不相同，可以比較完整的反映出黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的整體情況。因此，選擇位于黃土高原東部區(qū)域的山西省呂梁市文水縣縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象。
　　選用山西省文水縣1976年MSS數(shù)據(jù)，1990年、2000年、2005年、2009年陸地衛(wèi)星TM影像等5期數(shù)據(jù)，利用GIS空間分析功能，分析

3、了1976～2009年文水縣土地利用變化和景觀格局動(dòng)態(tài);利用2005～2010年陸地衛(wèi)星TM影像的5期數(shù)據(jù)，運(yùn)用馬爾柯夫鏈和灰色系統(tǒng)分別預(yù)測(cè)文水縣未來(lái)20a土地利用的變化趨勢(shì)，并進(jìn)行了對(duì)比。在此基礎(chǔ)上，利用中巴HR高分辨率影像數(shù)據(jù)，采用ARCGIS、TWINSPAN和DCA等方法，疊加呂梁市、文水縣生態(tài)功能區(qū)劃，進(jìn)行文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能區(qū)劃。采用理論分析法、頻度統(tǒng)計(jì)法、專家咨詢法、AHP等構(gòu)建文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)體系。對(duì)

4、文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)1990～2009年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。采用資源—發(fā)展綜合指數(shù)(R-D)和環(huán)境—發(fā)展綜合指數(shù)(E-D)表征資源子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)對(duì)整個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展水平的支持程度，應(yīng)用主成分分析確定各個(gè)子系統(tǒng)對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)大小。通過(guò)評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平，分析制約生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的限制因子;在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式，并提出相應(yīng)對(duì)策。
　　土地利用時(shí)空變化分析表明:19

5、76～2009年建設(shè)用地、水域增加，耕地、林地、草地和未利用地整體減少，耕地主要轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地;各地類變化速度由快到慢分別是建設(shè)用地、水域、耕地、未利用地、草地和林地;耕地?cái)?shù)量的持續(xù)減少，使農(nóng)業(yè)用地壓力增大。
　　土地利用動(dòng)態(tài)演變模擬和預(yù)測(cè)研究表明:在未來(lái)20a，文水縣土地利用變化預(yù)測(cè)結(jié)果為耕地和草地面積大量減少，林地和建設(shè)用地面積顯著增加，未利用地略有減少和水域面積稍微增加。土地利用格局的變化，尤其是耕地面積的大幅度減少將會(huì)對(duì)文

6、水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響并且?guī)?lái)顯著壓力。
　　景觀格局變化分析表明:1976～2009年文水縣景觀格局表現(xiàn)為景觀多樣性水平升高，景觀破碎化逐漸加強(qiáng)，人為干擾對(duì)景觀格局的影響越來(lái)越大。地形地貌、氣候等自然因素的變化一定程度上改變了文水縣的景觀格局，但社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口等人文因素對(duì)景觀格局變化的影響要遠(yuǎn)大于自然因素。耕地景觀的復(fù)雜化、不規(guī)則化與破碎化加劇，降低了農(nóng)業(yè)生態(tài)景觀的連通性，使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)破碎化加劇，集聚性減弱，系統(tǒng)的自我修

7、復(fù)、自我維持、自我發(fā)展能力降低。
　　以土地利用為基礎(chǔ)，采用ARCGIS、TWINSPAN和DCA相結(jié)合的方法將文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)劃分為3個(gè)區(qū)域:中部農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)、西部農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)、東部農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)。DCA排序圖第一軸反映了文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)類型隨海拔的變化情況，從左到右農(nóng)業(yè)生態(tài)類型所處的海拔逐漸升高，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)類型變化依次為東部農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)→中部農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)→西部農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū);第二軸反映了文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)林牧比例的關(guān)系，從下到上林業(yè)比

8、例逐漸減少，牧業(yè)的比例逐漸增多。綜合《文水縣生態(tài)功能區(qū)劃》、《文水縣生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)劃》的結(jié)果，最終將文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)劃分為:蒼爾會(huì)山地農(nóng)業(yè)生態(tài)類型、洪擊平原農(nóng)業(yè)生態(tài)類型、黃土丘陵區(qū)復(fù)合農(nóng)業(yè)生態(tài)類型。
　　農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)結(jié)果表明:1990～2009年人口子系統(tǒng)發(fā)展呈小幅波動(dòng)式上升狀態(tài);經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)總體呈“上升—平穩(wěn)—快速上升”的趨勢(shì);社會(huì)子系統(tǒng)發(fā)展總體呈快速上升的趨勢(shì)，對(duì)文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力的提高貢獻(xiàn)最大;資源子系統(tǒng)

9、的發(fā)展整體上呈平穩(wěn)態(tài)勢(shì);環(huán)境子系統(tǒng)略有起伏，近年來(lái)逐步提高。社會(huì)子系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展對(duì)文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)最大，而資源的貢獻(xiàn)量最小。資源—發(fā)展綜合指數(shù)和環(huán)境—發(fā)展綜合指數(shù)的分析說(shuō)明:文水縣農(nóng)業(yè)發(fā)展的資源狀況對(duì)人口、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)系統(tǒng)發(fā)展的壓力或阻力越來(lái)越大;環(huán)境可持續(xù)發(fā)展能力逐步下降，在一定程度制約了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展增長(zhǎng)。
　　文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平的PCA排序和人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源、環(huán)境等5個(gè)子系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)生態(tài)

10、系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平的回歸分析結(jié)果表明:對(duì)文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)率的大小依次為社會(huì)子系統(tǒng)＞經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)＞人口子系統(tǒng)＞環(huán)境子系統(tǒng)＞資源子系統(tǒng)。耕地面積持續(xù)減少、農(nóng)業(yè)科技發(fā)展水平低、農(nóng)業(yè)技術(shù)人員缺乏是文水縣農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)期限制因子;環(huán)境污染、水土流失是文水縣農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的中期限制因子;農(nóng)林牧比例失調(diào)和種植業(yè)結(jié)構(gòu)單一是文水縣農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的短期限制因子。
　　從縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)出發(fā)，以不同農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平評(píng)價(jià)為

11、基礎(chǔ)，以解決和突破各類區(qū)域的限制因子為出發(fā)點(diǎn)，制定了文水縣不同類型農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式:(1)洪積平原農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式。主要包括“糧—酒—畜—肥”模式及配套技術(shù)、“糧—禽—豬—沼—肥”模式及配套技術(shù)、“林果—糧經(jīng)”立體模式及配套技術(shù)、“農(nóng)田林網(wǎng)”模式、“綠色蔬菜”模式、復(fù)合生態(tài)養(yǎng)殖場(chǎng)模式。(2)黃土丘陵區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式。主要包括“圍山轉(zhuǎn)”模式、生態(tài)經(jīng)濟(jì)溝模式、生態(tài)果園模式。(3)蒼爾會(huì)山地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)