国土空间是国度政事、经济、文化行动的风光和载体[1], 但是由于区域当然和社会经济等条目的互异以及东说念主们对国土资源运用的目的和形状的不同, 国土开荒规律杂乱, 资源环境问题日益严重, 山水林田湖草生态系统遭到破损, 生态退化彰着。习近平总通知在党的十九大回报中建议了山水林田湖草系统解决[2], 构建“山水林田湖草人命共同体”的基本理念, 指出我国生态考究建设的地方。在这种配景下, 以山水林田湖草空间风光为基本单位极品成人故事, 开展区域山水林田湖草空间风光时空演变特征绝顶生态进程研究, 例必将为缓解国土资源开荒与生态环境保护间的矛盾提供科学参考。
咫尺, 以山水林田湖草空间风光为基本单位的研究相对较少, 不时研究多是从区域模范分析地盘运用类型窜改绝顶功能变化法例[3-5]。而我国不时研究聚会在近几年, 实质主淌若内涵特征、机制体制、照顾旅途和启示作用等方面, 举例学者巨匠结合山水林田湖草人命共同体, 对其当然资源用途管制试验旅途进行探索并建议建议[6-8]；又或聘用系统聚类分析方法对重庆三峡库区山水林田湖人命共同体的健康气象、风光进行会诊[9]。尽管我国已有部分以山水林田湖草生态系统为对象的研究后果, 但大部分仍停留在计谋层面, 落实到山水林田湖草空间风光的概念定量化分析还较为稀罕。因此, 本文将在现存研究基础上, 对妫水河流域山水林田湖草的空间风光绝顶演变特征进行定量化分析, 解说山水林田湖草空间风光的自不时关联, 揭示不同风光下的生态变化进程。这例必会为区域生态环境竖立, 构建“山水林田湖草人命共同体”提供蹙迫想路。
妫水河是官厅水库的入库水系, 亦然延庆区蹙迫的水域空间, 2019年世园会以及2022年冬奥会的举办对妫水河流域的生态环境和水源保险建议了更高的要求。但由于社会经济发展, 妫水河流域山水林田湖草各生态因素正在遇到不同进度的破损, 因此, 贯通流域内山水林田湖草空间风光演变特征和生态变化进程不仅对流域擢升生态环境质地具有蹙迫诱惑意旨, 亦然政府进行合理开荒, 同期鼓励生态竖立的主要依据之一。本文将对妫水河流域进行区域分散, 结合空间自不时分析, 系统地探究低山丘陵、山前台地和山区的山水林田湖草空间风光演变特征绝顶生态进程, 并建议相应生态竖立建议。
1 研究区大致妫水河流域(图 1)位于北京市西北部延庆区, 属于海河流域永定河水系, 是北京西北蹙迫的生态樊篱。流域总面积约926 km2, 地处115°40′48″—116°16′12″E, 40°13′12″—40°40′12″N。流域地势东北高, 西南低, 东、南、北三面环山, 西面为官厅水库。妫水河流域属大陆性季风征象区, 地处北温带, 是半干早与半湿润的过渡地带。多年平均气温为10 ℃, 多年平均降水量为390 mm, 降水多聚会在6—8月[10]。流域内以林地和灌溉作物为主, 林田主要沿研究区畛域散播, 灌溉作物则主要散播在中部地区。妫水河流量主要开首于降水和地下水补给, 由于近几年干旱少雨, 加之研究区内城市经济发展连忙, 生涯用水增多, 因此流量急剧下落, 面对着严重的水资源浮泛等生态问题。
2 数据与方法 2.1 研究数据(1) 地盘运用数据
本研究所聘用的地盘运用空间散播数据是基于购买的2008、2013和2017年3期空间分辨率为2.5 m的SPOT遥感影像数据, 聘用东说念主机交互解译法所得到, 解译精度达96.8%。地盘运用类型字据研究实质需要, 分为耕地、林地、园地、草地、水域、建设用地和裸地。
(2) 数字高程模子数据
数字高程模子(Digital Elevation Model，DEM)数据开首于国度基础地舆信息中心, 空间分辨率为30 m, 基于DEM数据进行地形分析处理, 索取实足高程以及坡度等地形因子。
(3) 遥感影像数据
字据遥感影像的可取得性和植被滋长的季相, 本研究所聘用的遥感数据为2008、2013以及2017年的3期Landsat遥感影像, 数据开首于中国科学院地舆空间数据云(), 空间分辨率为30 m。为了保证图像光谱值的原始性, 对图像进行辐照定标、大气改造等预处理, 并通过掩膜索取得到研究区畛域影像。
2.2 研究方法 2.2.1 平地区域分散高程和歪斜度是已矣平地区域分散的要津性概念[11]。本研究聘用实足高程和坡度当作描画高程和歪斜度特征的概念, 结合妫水河流域的地形地貌特征以及李炳元等对中国陆地基腹地貌类型的分散概念[12-13], 将妫水河流域地貌类型分散为低山丘陵、山前台地及山区(图 2)。具体分散概念如表 1所示。
2.2.2 空间自不时山水林田湖草空间风光演变当作地舆进程征象, 通过探究其空间自不时特征, 不错贯通某一位置的因素不雅测值与相邻位置上不雅测值的关联进度[14-15]。一般可分为全局空间自不时和局部空间自不时分析[16]。
(1) 全局空间自不时
全局空间自不时不错描画地舆因素属性值在通盘区域的空间特征, 一般聘用全局莫兰指数(Global Moran′s I)进行表征。Global Moran′s I取值畛域为[-1, 1], 指数为正暗示空间正不时性, 其值越大, 空间不时性越彰着；指数为负暗示空间负不时性, 其值越小, 空间互异越大；指数为零暗示空间散播呈随即性。打算公式如下：
式中, Zi是因素i的属性与其平均值(xi-x)的偏差, Zj是因素j的属性与其平均值(xj-x)的偏差, wi, j是因素i和j之间的空间权重, n等于因素总和, S0是扫数空间权重的团员。
(2) 局部空间自不时
为了真确展示地舆因素积聚或极度发生的具体空间位置, 平时聘用空间关联局域概念(Local Indicators of Spatial Association, LISA)进行进一步分析。LISA指数被界说为：
式中, S2是不雅测单位xq的方差；m为不雅测单位总和目；wpq是因素q和p的权重, 衔接取值为1, 不然为0。若Ip＞0, 暗示该区域单位周围相似值(高值或低值)在空间上的积聚；反之, Ip＜0, 暗示非相似值在空间上的积聚。
2.2.3 植被覆盖度跟着遥感技艺的发展, 基于遥感可已矣植被覆盖度大畛域永劫期序列动态变化监测, 进而形成了多汲引被覆盖度估算方法, 咫尺最常用的即是基于归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)的像元二分模子[17]。NDVI打算公式为：
式中, ρR为红光波段的反射率, ρNIR为近红外波段的反射率。
基于NDVI与植被覆盖度之间的可靠不时性, 设立基于NDVI的植被覆盖度估算模子：
其中, NDVIsoil为完全是裸土或无植被覆盖区域的NDVI值, NDVIveg地及山区的空间关联局部指则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值, 即纯植被像元的NDVI值。打算公式分别为：
3 罢休与分析
3.1 山水林田湖草空间风光时空演变特征
基于对平地区域分散的罢休, 聘用空间动态模子, 分析了2008年、2013年和2017年3期妫水河流域山水林田湖草空间风光特征(图 3)。2008—2017年低山丘陵内散播着大面积的山田, 但其面积存在彰着的捏续缩减, 减少面积约为26.6 km2, 一方面可能是城镇建设占用耕地所致, 另一方面可能是向山林的窜改。山林和山草面积变化趋势较为相似, 2008—2013年为面积急速增恒久, 2013—2017年是浮松增恒久, 其面积分别增多16.4、20.3 km2。同期, 山裸地的面积也有所增多, 这可能主淌若由于冬奥会、世园会诸多工程的修建, 短时代内在一定进度上破损了生态环境。山水面积呈现缩减态势。
2008—2017年山前台地区山田和山林的面积基数相对较大。山田主要散播在流域东北部以及南侧平地前缘, 研究时段内山田面积减少10.2 km2, 呈捏续减少态势。由于地势原因, 山前台地中的山林则多是与山区山林相间散播于流域南北两侧, 2008—2017年山林面积增多24.8 km2。山草风光面积变化趋势与山田一致, 减少9.72 km2, 山水面积经验了先减少后增多的进程, 举座减少0.4 km2。而山裸大地积则捏续增多, 这在一定进度上反馈出山前台地区域生态环境发生退化。
山区内成片散播着大齐山林, 但其面积在研究时段内减少3.2 km2, 原因可能在于连年来东说念主类在山区的行动日益常常, 对山林植被变成了破损, 使其发生退化。2008—2017年山区内的山草沿着北部山区底缘向南出动, 2013年以后山区山草主要出咫尺西庄科、张山营一带。除此之外, 2013年后流域西北部出现了彰着的山裸地。山田和山水年际间变化并不显赫, 可能在于其面积基数较小, 使得风光面历年际变化进度也较小。
3.2 山水林田湖草空间自不时特征 3.2.1 山水林田湖草空间风光的全局自不时本研究基于规范化后的山水林田湖草面积百分比数据, 运用全局莫兰指数分析妫水河流域低山丘陵、山前台地和山区内山水林田湖草空间风光自不时的演变特征(表 2)。关于举座而言, 除2008年低山丘陵中的山草和山裸地全局空间自不时未通过显赫性磨练之外, 其余山水林田湖草风光均通过P＜0.01的显赫性水平磨练, 且Moran′s I均为偶合, 标明不同风光的空间散播不是随即的, 均在空间上施展出显赫的积聚性特征, 呈现出空间正自不时关联。在低山丘陵区域, 山田的空间积聚进度呈捏续下落趋势, 2008—2017年Moran′s I减少0.07, 而山林的空间积聚进度却不竭飞腾, 研究时段内Moran′s I增多了0.27。2008—2017年山水风光的空间积聚进度经验了先急速下逾期趋于清闲的进程, 2013年后褂讪在0.22驾御。关于山前台地, 尽管2008—2013年山田空间积聚性不竭下落, 但2013年后其Moran′s I褂讪在0.59, 依旧施展出较强的空间积聚特征。而山林、山草的空间积聚性不竭飞腾, 2017年分别达到0.66、0.37。此外, 山水和山裸地的空间积聚性均施展出先减小后增大的特征。在地势较高的山区, 成片散播着大面积的山林, 因此山林施展出较强的空间积聚性, 但2008—2017年这种积聚进度却不竭下落, 原因可能在于连年来东说念主类行动对山区举座生态环境扰动加重, 使得山林受到破损, 竣工性不竭裁汰。2008—2017年山草的空间积聚性经验了先增大后减小的进程, 但举座波动幅度较小。而由于连年来山区的施工建设, 山裸地空间积聚进度有较猛进度的升高。除此之外, 山区的山田和山水风光面积基数较小, 空间积聚进度保管在相对较低的水平。
3.2.2 山水林田湖草空间风光的局部自不时为了进一步揭示山水林田湖草空间风光面积百分比的高值和低值空间积聚状态, 了解局部的空间互异性, 基于面积百分比数据和空间权重分别取得了低山丘陵、山前台地及山区的空间关联局部概念(LISA)空间散播图(图 4-图 6)。
低山丘陵区域内山田的面积相对较广, 呈现显赫的HH、LL积聚趋势, 分别主要散播在流域中西部和东北部, 2008—2017年山田HH积聚区数目减少15.6%, 而LL积聚区却增多了19.2%。2008年山林主要呈现LL积聚趋势, 散播在官厅水库周围及流域东北部, 中部有零散的HH积聚区和LH极度区散播。2013年以后HH和LL积聚区呈块状显赫增多, 可能是由于连年来田间造林所致。与山林相似, 2008年山草空间风光散播区域随即化, 2013年后官厅水库周围出现了HH积聚区域, 东桑园、马坊以及榆林堡南部的山草呈现较显赫的LL积聚趋势。2008—2017年山水风光HH、LL积聚区呈分散趋势, 这可能是由于连年来征象干旱、用水量增多, 使得部分河说念断流。除此之外, 流域内山裸地HL、LH极度区域较为显赫。
关于山前台地区域, 山田呈现显赫的HH、LL积聚趋势, HH积聚区主要散播在流域南部和东北部的山前平坦区, 地势较为低洼, 水源相对宽裕, 山田面积占比拟大且连片散播, 而LL积聚区则主要出咫尺流域的北部。2008—2013年LL积聚区面积呈收缩态势, 面积减少10.8%, 2013后LL积聚区面积基本保管不变；而2008—2017年尽管流域HH积聚区位置发生一定变化, 但举座数目基本保捏褂讪。山林与山田雷同, 呈HH、LL积聚趋势, 但其HH积聚区主要散播在流域南北两侧, 而LL积聚区则实在由西南向东北集合通盘流域。2008—2017年山林的HH积聚区面积增多8.2%, LL积聚区面积却减少4.5%。山草主要呈现LL积聚趋势, 2008—2017年其LL积聚区位置不竭向流域北侧边际推广覆盖, 标明2008年以后流域北侧平地出现了较多数目的低密度山草地。山水的HH积聚区与LH积聚区相间散播, 讲明山水风光的褂讪性较低。2008年以后流域北侧山裸大地积增多, LL积聚区呈条带状散播于流域北侧。
在山区, 山林呈现显赫的HH、LL集离合播, 流域北部的山区山林面积较大且呈块状散播, 而LL积聚区则主要散播在流域东南侧山区, 2008—2017年HH、LL积聚区面积均减少约11.8%。2008年山草主要在流域西北部呈现LL积聚趋势, 但2013年以后山草逐渐转为HH积聚, 但HH积聚面积相较于2008年的LL积聚区面积有彰着削弱, 聚会在西庄科、水峪及西五里营。2008年山裸田主要呈现LH极度散播, 而2013年以后出现呈块状的HH积聚区, 这可能在于连年来跟着2019年世园会和2022年冬奥会场馆及配套基础要领建设名目的施工, 不得不从山区开凿管说念, 导致山区地表植被破损。除此之外, 山田、山水的HH、LL积聚区域面积均相对较小, 这可能是由于在山区这3种风光的面积基数较小所致。
3.3 山水林田湖草生态变化进程 3.3.1 妫水河流域生态特征空间风光演变分析植被覆盖度是反馈生态系统和地表植被散播特征的蹙迫参数, 是权衡区域生态环境改变的蹙迫概念。本研究估算了2008年、2013年、2017年妫水河流域低山丘陵、山前台地、山区的植被覆盖度, 用以贯通其空间风光的生态进程, 从而为科学合理地打算生态环境保护决策奠定基础(图 7)。2008—2017年低山丘陵的生态环境质地退化情况彰着加重, 植被覆盖度指数裁汰了21.35%, 可见在妫水河流域低山丘陵的耕地和建设用地蚁合畛域内, 由于东说念主为滋扰进度的加重, 举座生态风光的的异质性下落、幻灭化增多, 以致生态风光的褂讪性和安全性相较于山区和山前台地彰着下落。关于占妫水河流域研究区面积62.74%的山前台地, 2008—2017年平均植被覆盖度呈现先减小后增多的趋势, 但举座上平均植被覆盖度飞腾了1.79%。其中高值区主要散播在研究区边际以及西北地区, 低值区主要散播在研究区中部及东北地区, 可见自妫水河流域的生态建设跟着经济社会和不雅念的发展而不竭深远, 生态竖立情况取得了一定生效, 但散播在妫水河流域山前台地的东桑园、小泥河、古城、下垙等一些州里的生态环境退化较为严重, 应引起政府的高度可爱。相较于山前台地和低山丘陵, 山区的生态环境质地相对较好, 其中2008年的植被覆盖度为0.86。但从2008—2013年生态环境质地也呈现了急剧退化趋势, 平均植被覆盖度减少了10.93%, 跟着时代的推移, 生态环境质地有所改善, 2017年山区的平均植被覆盖度为0.82。其中高值区域主要散播在南部的里炮地区和北部杨树河以及龙庆峡等地区, 低值区主要散播在陆家河和佛峪口左支的局部北部地区。因此, 在将来的妫水河小流域的山区解决进程中, 应充分讨论其地舆特质和发展打算, 有针对性的解决, 从而建设生态、联接并可捏续发展的小流域。
3.3.2 山水林田湖草空间风光的生态演变特征结合植被覆盖度, 本研究进一步定量分析了不同山水林田湖草空间风光的生态环境质地变化特征(图 8)。在低山丘陵, 山林、山草举座的植被覆盖度较高, 但2008—2017年均有不同进度的下落, 可见山林、山草空间风光的生态褂讪性较差, 生态退化较为严重, 极易受东说念主类行动和经济发展的影响。其中, 山林2008年植被覆盖度最高, 但跟着时代的变化, 植被覆盖度呈现彰着的下落趋势；而山草随时代呈先增多后减少的趋势, 2008和2017年植被覆盖度互异较小。妫水河流域水面深度较浅, 有大齐滋长的植物, 将部分水体心事, 因此, 山水中也存在一定的植被覆盖度, 但2008—2017年山水的植被覆盖度降幅彰着, 2017年山水的植被覆盖度仅为0.23, 其生态问题较为严峻。2008—2017年山田的植被覆盖度呈现稳步飞腾的趋势, 2017年植被覆盖度达0.40。
反差 匿名咸鱼就山前台地而言, 山林、山草的生态退化与改善趋势苟简疏通, 植被覆盖度呈现先裁汰后升高趋势, 从2008—2013年, 山林、山草植被覆盖度减少了11.63%、25.39%, 这是由于林地、草大地积的减少平直导致了其植被覆盖度的裁汰；跟着时代的推移, 其生态质地分别有所改善, 但由于此类景不雅类型处于东说念主类行动滋扰热烈的耕地和城镇建设用地之间, 生态归附进度较慢。山田空间风光下植被覆盖度呈现捏续飞腾趋势, 2008—2017年植被覆盖度增多了32.15%。山水的植被覆盖度呈现先增高后裁汰的趋势, 标明自2013年后山水空间风光下生态发生退化, 严重影响了流域附进坐蓐生涯行动。
相较山前台地和低山丘陵区域, 山区的平均植被覆盖度较高且不同庚份间不同组合类型的植被覆盖度互异较小, 可见山区的生态环境较为褂讪, 且退化进度较弱。其中, 山区风光中山林、山草、植被覆盖度互异较相似, 2008年的植被覆盖度较高, 分别达到了0.86、0.88, 但跟着时代的荏苒, 山林、山草风光的生态均有不同进度的退化。山田植被覆盖度从2008—2013年急速下落然后趋于浮松, 且有一定的归附。
4 论断与权衡本研究基于地盘运用数据和高程数据等, 分析了妫水河流域山水林田湖草空间风光, 聘用植被覆盖度, 贯通了不同空间风光下的生态变化进程。尽管低山丘陵和山前台地区域中的山田在2008—2017年间由于田间林地建设空间积聚进度下落, 但其植被覆盖度呈现彰着飞腾趋势。因此, 建议在妫水河流域内的不同田块之间间作林地, 形成植被过滤带。在林地植被的羁系作用下, 可有用进犯农田面源玷秽物遍地表径流的运移, 起到一定的玷秽物净化效果；同期, 相对肥大的林地植被也不错起到自然防风樊篱的作用, 减少沙尘暴。
基于本文对山林风光及植被覆盖度年际变化的分析可知, 妫水河流域山区山林、山草复合风光相对较少, 因此建议在对山区原始植被进行封禁的同期, 加强对东说念主为管护的山林地区草地植被保护, 形成“山林-山草”复合风光。在林下汲引一些具有经济效益的草本植物, 修养水源, 竖立泥土, 以期在擢升景不雅的同期也为当地住户带来一定的经济收益。另外, 在低山丘陵, 河流沿岸有较大数目的“山草”风光散播, 因此咱们建议可在该区域内汲引水生植物, 水位线以上汲引不雅赏乔灌木, 树下间作花草和药材, 相通可形成“山水-山林-山草”复合风光, 打造妫水河沿线生态河畔带[18]。
妫水河流域连年来由于地区经济开荒建设, 用水量增多[19], 导致河流断流征象严重, 在空间上施展为积聚进度逐渐裁汰, 同期, 延庆区旅游业的不竭发展也加重了城市绿化保育用水的负荷, 低山丘陵、山前台地以及山区的山水风光下的植被覆盖度均保管在相对较低的状态, 这在一定进度上标明山水风光的生态问题日益加重[20]极品成人故事, 因此, 山水风光的生态竖立使命还是山水林田湖草抽象解决的要津所在。本文针对刻下妫水河流域低山丘陵、山前台地及平地的山水风光绝顶生态近况建议以下生态竖立建议：以防治并重, 治管结合的原则对低山丘陵和山前台地区域进行解决, 开展农林、水利、水土保捏相结合的流域抽象解决工程, 加强河说念解决次第等, 增多生态基流, 归附断流河说念。针对山区畛域内的山水区域妥善处理大地径流, 防治风力侵蚀、水力侵蚀, 减少东说念主为滋扰, 保护山区水脉。
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