基于GIS的山區(qū)縣域土地生態(tài)安全評價(jià)與土地利用優(yōu)化調(diào)控研究.pdf

1、土地生態(tài)安全研究是土地科學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)新的主題,已成為國家安全和區(qū)域安全研究的重要組成部分。安全的土地生態(tài)系統(tǒng)是土地生產(chǎn)最優(yōu)化的保障,也是社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基石,而在地形多變、資源分布差異顯著、經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后的山區(qū),開展土地生態(tài)安全研究對區(qū)域生態(tài)安全建設(shè)和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整又顯得尤為重要。土地生態(tài)安全研究主要包括土地生態(tài)安全評價(jià)和土地利用優(yōu)化設(shè)計(jì),前者是揭示區(qū)域生態(tài)安全狀況及空間變異的有效手段,后者則為解決土地生態(tài)問題提供理論支持和科學(xué)

2、依據(jù)。 山區(qū)土地生態(tài)安全是由自然條件和人為影響等多種因素相互作用所產(chǎn)生的一定區(qū)域生態(tài)狀況的綜合反映。當(dāng)前山區(qū)主要的生態(tài)問題是水土流失和人類各種生產(chǎn)活動造成的土地污染。本文在GIS和遙感支持下,以膠東半島典型山區(qū)棲霞市為例,在建立該市地學(xué)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,首先對該市土壤侵蝕變化和土壤重金屬污染程度進(jìn)行初步研究,并分別對其變化機(jī)理和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析,明確了該市土地生態(tài)狀況的自然本底和人為影響特征：在此基礎(chǔ)上,綜合地形、年降水量、土壤質(zhì)

3、地、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土層厚度、土壤重金屬污染度、土地利用強(qiáng)度、植被覆蓋度道路影響度和城鎮(zhèn)影響度等9項(xiàng)指標(biāo),運(yùn)用地形位主導(dǎo)因子空間評價(jià)模型,進(jìn)行了棲霞市縣域的土地生態(tài)安全綜合評價(jià)。最后,結(jié)合評價(jià)結(jié)果和研究區(qū)土地利用特征,以“整體生態(tài)安全-局部生態(tài)恢復(fù)”為切入點(diǎn),以土地利用優(yōu)化調(diào)控為途徑,分別從宏觀和微觀尺度,進(jìn)行了土地利用優(yōu)化模式和土地利用格局調(diào)控的探討。通過本研究得出主要結(jié)論如下： (1) 1987-2003年間,棲霞市土壤侵蝕

4、量共計(jì)減少369.55×104t,水土流失治理效果明顯；空間分布上,由東部牙山和西北部艾山為主干形成的東南—西北分水嶺向西南和東北方向土壤侵蝕強(qiáng)度逐漸降低。120-300m高程范圍和8-25°坡度范圍是土壤侵蝕強(qiáng)度減輕或增強(qiáng)的主要地段,林地和園地是棲霞市減少水土流失的有效類型,草坡地限制土壤侵蝕的效果也比較明顯,而坡耕地和未利用地則是土壤侵蝕綜合治理的關(guān)鍵。土壤侵蝕變化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)呈“整體安全,局部警戒”狀態(tài),安全與較安全級占全市面積的9

5、0％,警戒級占10％。山地中上部的森林砍伐和撫育的失衡是生態(tài)惡化的主要原因。 (2) 棲霞市表層土壤中Cu、Zn、Cd、Cr、Pb和Ni六種重金屬含量均未超過國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的二級標(biāo)準(zhǔn),空間分布均屬于中等變異。區(qū)域性的地質(zhì)巖性和土壤質(zhì)地及非區(qū)域性的施肥和噴灑農(nóng)藥等因素是影響棲霞市土壤重金屬含量空間分異的主要因素,由于不同元素空間變異的主導(dǎo)因素各異,形成了其不同的空間變異特征。土壤Pb、Cr和Ni含量空間分布較相似,中東部

6、山地區(qū)域高于中西部的丘陵和傾斜平地,表明地質(zhì)巖性和成土母質(zhì)與三者含量空間吻合較好。土壤Cu含量較高區(qū)域主要分布在西南部和東北部的豐產(chǎn)果園,主要與藍(lán)礬和波爾多液等含Cu藥劑的使用有關(guān)；土壤Zn含量高的樣點(diǎn)主要分布在南部的果園,主要與富Zn復(fù)合肥的使用有關(guān)；土壤Cd含量高的樣點(diǎn)主要分布在中部園區(qū),主要源于磷肥和地膜的使用。土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析表明,棲霞市土壤環(huán)境整體上處于安全狀態(tài),北部和中部小范圍區(qū)域處于預(yù)警狀態(tài),而Cu和Cd是影響土壤生

7、態(tài)安全的主要元素。 (3) 棲霞市土地生態(tài)系統(tǒng)劃分為安全、較安全、預(yù)警和中警四個(gè)狀態(tài)級,72％的面積處于土地生態(tài)安全和較安全狀態(tài),廣泛分布在西南和東北部的傾斜平地、山間泊地及低山丘陵區(qū)；而西北和東南部的山地區(qū)域處于土地生態(tài)警戒狀態(tài),土地生態(tài)狀況整體上良好。單因子分析和多因子綜合評價(jià)表明,建設(shè)用地開發(fā)與耕地保護(hù)、農(nóng)業(yè)污染、土壤保水保肥性能低、水土流失等問題是制約當(dāng)?shù)赝恋厣鷳B(tài)安全的主要因素；而加強(qiáng)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化和果園集約化管理,提

8、高土壤肥力,減少水土流失,是保證土地生態(tài)系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。 (4) 宏觀尺度上,對棲霞市地形、氣候、土壤和植被的垂直分異特征進(jìn)行了規(guī)律性分析,并以高程為主要參數(shù),將棲霞市全縣域劃分為三類土地生態(tài)區(qū),即東南.東北部平地糧田生產(chǎn)區(qū)、西部丘陵糧-果-林綜合利用區(qū)和西北-中部中低山林木保護(hù)區(qū),結(jié)合各區(qū)土地生態(tài)安全等級和資源特征,設(shè)計(jì)了具有可操作性的九種土地利用優(yōu)化模式,以期為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。 (5)

9、 微觀尺度上,以具有典型生態(tài)特征的牙山小流域?yàn)槔?以景觀生態(tài)學(xué)和運(yùn)籌學(xué)為理論基礎(chǔ),建立了生態(tài)恢復(fù)最小耗費(fèi)表面模型,并以林地作為生態(tài)恢復(fù)的保護(hù)地類,在進(jìn)行植被演替和生態(tài)過程分析的基礎(chǔ)上,勾畫了牙山小流域的土地利用安全格局,同時(shí)對土地利用類型提出了有效技術(shù)措施,以保障流域生態(tài)穩(wěn)定和土地持續(xù)利用。 土地生態(tài)安全評價(jià)是一項(xiàng)探索性很強(qiáng)的工作,本文從影響土地生態(tài)系統(tǒng)安全穩(wěn)定的根本性要素中選取指標(biāo),并結(jié)合山區(qū)特征,以地形為主導(dǎo)因子,將數(shù)理模型

10、與GIS技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)建了土地生態(tài)安全空間評價(jià)模型,應(yīng)用表明效果良好,為山區(qū)土地生態(tài)安全評價(jià)研究敦實(shí)了理論基礎(chǔ)和應(yīng)用案例。同時(shí)以25m×25m柵格為評價(jià)單元,較以前基于行政單元為數(shù)據(jù)載體的研究,提高了研究精度,能夠?qū)h域土地生態(tài)系統(tǒng)各生態(tài)因子的空間變化和功能分異進(jìn)行深入的分析,能夠更微觀的指導(dǎo)實(shí)踐；所建立的地學(xué)數(shù)據(jù)庫,為山區(qū)生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等研究提供了參數(shù)支持。最后,從宏觀--微觀尺度進(jìn)行土地利用優(yōu)化與調(diào)控,使本研究做到“點(diǎn)--面