马尾松菌根化与非菌根化苗木根际土壤酶活性的变化Word格式.docx
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1.2、土壤质量的概念
土地质量是指土地的状态(土壤、水文和生物特性),及其满足人类需求(农林业生产、自然保护以及环境管理)的程度(孙波,1999)。
土地质量可以通过指标来判定,国际上按照压力-状态-响应框架,把土地质量指标分成压力指标,状态指标和响应指标。
土壤质量是一项最重要的状态指标,反映的关键问题一是土地利用管理是否提高了土壤功能;
二是能否保持了土壤的生物多样性和环境恢复力(张心昱,2006)。
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1.3、土壤质量的概念界定
土壤质量一词早在20世纪70年代初就出现在土壤学文献中,但是被频繁引用为国际土壤学研究热点则是20世纪末的事,国外在20世纪90年代初明确提出了土壤质量的概念,不同学科研究目的和关注角度不同,对土壤质量的解释也各有侧重,随着学者对土壤质量认识的逐渐深入,土壤质量的概念也在不断拓宽。
简要的说,土壤质量是土壤在生态系统界面内维持生产,保持环境质量,促进动物和人类健康行为的能力[1”]。
从农学的角度看,土壤质量一般指土壤生产力,特别是指土壤维持自然植物生长的能力;
从农作物产量角度看,土壤质量可以定义为”土壤维持作物生长而不引起土壤退化或损害环境能力”[“];
从生态系统角度,美国农业土壤学会定义为”同土壤特定功能相联系的能力,它维持植物和动物生产,保持并提高水和空气质量维持着人类健康和生活”[12]。
Arshad等把土壤质量表述为”以保持环境健康为前提,以作物生产的最佳水平为标准,土壤能接受、储存、利用水分和矿物质的能力”。
1992年美国召幵的土壤质量会议将土壤的主要功能概括为三个方面:
①生产力,指土壤提高植物、生物生产力的能力;
②动植物健康,指土壤质量影响动植物和人类健康的能力;
③环境质量,指土壤降低环境污染物和病菌损害的能力的综合量度。
中国土壤学会结合我国的科学实践,将土壤质量定义为:
土壤质量是指在一定的生态系统内提供生命必须养分和生产物质的能力;
容纳、降解、净化污染物和维持生态平衡的能力;
影响和促进植物、动物和人类生命安全和健康的能力之综合量度。
综合以上可以将土壤质量的定义概括为:
土壤质量是土壤肥力质量、土壤环境质量和土壤健康质量三个既相对独立又紧密联系的组分之综合集成,也可以说是在整个生态系统中,维持生物生产能力、保护环境质量、促进动植物健康的能力。
土壤质量是土壤支持生物生产能力、净化环境能力和促进动植物和人类健康能力的集中体现,是现代土壤学研究的核心[13]。
1.4、相关概念
1.4.1代际关系1.4.1代际关系代际关系是一个复杂的概念,通过对代际关系相关研究和文献资料的梳理,笔者认为,对代际关系的概念主要包括以下两种观点:
一是广义与狭义之分、二是宏观与微观之分。
广义上的代际关系是就宏观社会而言的,是指社会上因地缘、业缘和其他关系产生的不同代际之间的交往关系;
而狭义上的代际关系是就家庭内部而言的,是指家庭内的因血缘和姻缘产生的交往关系。
[13]8济南大学硕士学位论文从宏观角度上来讲,代际关系是社会财富和经济资源在代际之间的分配、交换、转移和传递的形式,以及承担义务与分享权利等方面。
从微观角度上来讲,是家庭内成员之间的关系。
它包括最基本的亲子关系,以及与夫妻关系、亲子关系密切相关的婆媳关系、或隔代的血缘关系——祖孙关系。
[14]国外学者Morioka还从生命进程的角度来考察代际关系。
他认为,年老的父母和他们的成年子女之间的关系通过三个连续阶段来改变的:
父母与转向成人期的子女,父母与处于家庭生命周期中早期阶段的已婚子女,以及处于晚年阶段的父母。
[15]张永杰、程远忠在关于《第四代人》的论述中提出,代具有两重属性,既有自然属性,又有其社会属性。
”代”不只是一个年龄的问题,不只具有自然的属性,也具有社会的属性;
是指一定社会中,由一定的年龄层的人构成的具有一定社会特质的人群。
因此,张、程学者将代际关系定义为”代际关系,简而言之就是共存于一定社会中相邻几代人的关系”。
1.5、土地利用变化与生态环境的概念及相互关系
在土地管理学中,土地利用是土地的利用方式、利用程度和利用效果的总称。
土地利用不是一成不变的,它是一个动态的过程。
土地的用途,土地资源的分配,土地利用效益是随着社会经济因素和自然因素的变化而不断变化的[。
4]本文探讨的生态环境是指影响人类生存与发展的水资源、土地资源、生物资源以及气候资源数量与质量的总称,是关系到社会和经济持续发展的复合生态系统。
土地利用变化对局地、区域、全球生态环境都产生广泛而深刻的影响,对土壤、大气循环、水循环和自然灾害的触发机制都产生重要影响(李秀彬,1996;
Benediktssonetal.,1997:
Dale,1997:
Kennethetal.,2001)?
LUCC、驱动因素分析以及生态环境效应的变化己经成为当前科技界关注[、研究的焦点。
3]1.2.2土地利用变化研究进展土地利用与土地覆被变化状况的研究是LUCC研究幵展较早的领域,它在反映时间变化序列的同时,与空间位置密不可分。
土地利用/覆被变化涉及因素繁多,过程错综复杂,因而以简化和抽象化为特征的各种模型在研宄中的作用越来越受重视。
罗湘华等(2000)在王秀兰等(1999)相关研宄的基础上归纳出了五种常用的描述土地利用动态变化的模型,对土地利用变化模拟和解释模型进行了具体的区分。
摆万齐(2000)采用系统动力学的方法,对深圳市的土地利用进行了定量分析,确定了其动态变化的趋势。
随着研宄的不断深入,LUCC研究逐步发展为从时间、空间立体角度对其进行研究。
郑海金认为对中国土地利用/土地覆盖的现状特点及时空分布规律进行分析,是深入研究其变化机制及驱动因子的必要条件和前提。
葛全胜等(2000)搜集、整理并校准了民国及1949年以后的各种资料,定量揭示了20世纪以来在中国土地上发生的变化史实。
王思远等(2002)基于RS与GIS,对中国20世纪80年代末到90年代末的土地利用格局进行了定量化研宄,并分析了其空间演变模式。
于兴修(2002)在研究中指-2-出,总的研宄中心应是数据的采集、分析,模型的构建以及基于数据、模型的结果分析预测,研究框架应围绕时间域和空间域构建。
刘湘南等(2001)通过对吉林省前郭县的土地利用变化进行分析,得出结论:
土地利用变化动态过程与自然地理单元要素综合特征之间具有显著相关性。
李天顺等(2003)对历史数据进行了信息化整理,构建了西安所辖区县的土地利用类型数据库,并对西安市10年间的土地利用变化特征进行了全面分析。
万军等(2003)得出地物光谱线性混合模型的线性光谱分离技术非常适合用于哈斯特地区的土地覆被变化的研究。
高小红等(2004)基于GIS和RS资料,分析了榆林地区1986年以来14年来的LUCC情况,并对该区域的沙地逆转恢复进行了研宄。
郑丙辉等(2004)在野外调查和资料收集的基础上,_利用RS和GIS技术对中国西部地区12个省(直辖市)1995年和2000年的6种土地利用/覆盖类型的遥感数据进行了制图及叠加分析,结果表明中国西部地区生态环境质量总体呈下降趋势。
黎夏(2004)以珠江三角洲发展走廊为研究区域,运用紧凑性指数和熵对其土地利用空间格局及演变进行定量分析。
张峰等(2006)、崔振洋等(2006)基于”3S”技术及相关软件,分别对内蒙古和山西省森林草原交错带的LUCC进行了研究,并进行了区域差异分析。
张澄等(2006)则基于RS与GIS技术、马尔柯夫一CA模型对位于塔里木盆地的于田县绿洲的土地利用状况进行了分析研究,模拟了土地利用的动态演变过程,概括了其演变的特点并定量化预测其未来的演变趋势。
杜自强等(2007)以甘肃省山丹县为例,从时空变化、质量变化等方面入手,以1985年和2000年TM系列遥感数据为主要数据源,再结合GIS技术定量分析了土地利用的时空变化状况;
再利用Markov模型预测了未来30年的演变趋势。
我国当前LUCC研宄的一个重要特征就是将土地利用变化模型与”3S”技术有机结合。
1.2.3生态环境效应研究进展区域土地利用及其变化对生态环境的影响已成为土地利用/覆被变化研宄热点之一,有关研宄主要集中在其对气候、水文的效应及对土壤养分和生物多样性等方面。
⑴随着社会文明的发展,土地利用形式结构渐趋复杂,变化范围不断扩大,由此造成的环境污染、环境破坏程度日益加深,逐渐引起生态系统结构和功能变化,深入研宄土地利用及其格局变化对生态环境的影响,对合理开发利用土地资源,改进种植制度,正确选择主导产业,维持环境与生态的动态平衡,促进生态安全建设以及可持续发展等均具有重要意义。
-3-各国学者在这方面开展了较多的研宄工作,进行了LUCC的生态环境影响研宄,例如植被、土壤、气候等方面的效应研究,同时也从整个生态系统来考虑其影响。
Carlson和Arthur(2000)基于RS相关数据及技术,对城市化进程中的土地利用变化会对区域小气候和区域水文方面产生的影响进行了研究。
Whitford等(2001)用四项简单的生态效应指数:
地表温度、生物多样性、碳源汇和水温,反映了英国默西塞德郡四个城市的城市化效应,结果表明:
城市化进程中,林地的生态环境效应变化最大。
Pauleit和Duhme(2000)对慕尼黑的遥感数据研宄后得出了与Whitford等一致的结论。
[6]王成等(1999)基于生态学、地貌学、水文学等学科的相关理论,研宄了河谷地带土地利用与洪水的相关性,从河道整治、河岸带开发、河谷内人工构造体与河流属性及洪水的关系出发,提出了要结合生态学原理来开展土地利用与洪水减灾等方面的研宄。
叶卓佳等(2000)选用中尺度生态气象模式与积云对流参数化方案相结合的研究方法,分析了在不同地形、不同天气背景下,中讳度半干早地区陆面变化对中尺度大气边界层结构和气候的影响。
付在毅等(2001)基于生态风险评价所涉及的风险源以及评价受体等都在区域内具有空间异质性与复杂性的理论,运用RS和GIS技术,对辽河三角洲湿地(盘锦市)进行了区域生态风险综合评价,主要针对洪漠、干旱、风暴潮灾害和油田污染事故的概率进行研宄。
柳长顺等(2001)认为不合理的土地利用加速了土壤侵性,文章中分别从土地利用的方式、数量、质量和空间结构等方面概述了国内外关于土地利用变化与土壤侵烛关系的研宄进展,重点介绍了与土地利用和经营有关的土壤侵她预报预测模型。
高俊峰等(2002)根据土地详查和土地利用总体规划资料,分析太湖流域近20年土地利用的现状特点和将来变化趋势,并以1991年降雨类型分别计算了1986、1996和2010年土地利用状况下流域的产水量,研宄表明太湖流域的土地利用变化对流域产水量影响较大。
史培军等(2002)对在荷兰阿姆斯特丹召幵的”全球变化开放科学会议”的主要学术成果进行了综述,在此基础上,阐明了我国在LUCC及其生态环境安全效应的研宄方向;
揭示了土地利用变化的驱动力、景观格局变化的生态效应、及其对生态环境安全产生影响的机理;
重构了我国生态环境安全条件下的土地利用/覆盖的空间宏观格局。
傅伯杰等(2002)在土壤侵蚀模型LSEM(LimburegSoilErosionModel)校正的基础上,以陕北黄土丘陵沟壑区大南沟小流域5种土地利用方案为例,探讨了土地利用变化对流域出口水土流失的影响。
崔海山,刘湘南等(2002)利用吉林省松原市沙区1988年、2000年的遥感图像数据,得出土地利用变化的时空特征及区域差异;
在此基础上研宄得出:
耕地向草地和林地的转移有-4-利于沙化的逆转,林地向草地和耕地转移会使沙化进一步发展。
罗为检等(2003)认为人类土地利用活动在时间和空间上不断塑造与改变地表不同尺度格局的形态,土地利用及其格局变化深刻影响环境各要素,进而阐述了人类土地利用及其格局变化对大气环境、水环境、土壤环境、土地覆盖以及生物多样性的影响[。
1]朱连奇等(2003)以福建省山区为例,探讨了土地利用/土地覆被变化对土壤侵烛的影响规律:
植被的覆盖度的变化直接影响着径流系数和土壤侵烛模数。
杨风亭,刘纪远等(2004)综述了红壤丘陵区土地利用的生态环境效应研宄的成果和发展,并指出研宄中存在的不足和今后的研究方向:
研究重点从土地退化及其恢复转向土地利用对碳循环及全球变化的影响;
应选择合理的生态农业开发模式,釆用持续性的土地利用管理措施;
应加强退化土壤环境定量遥感技术和信息系统及土地利用变化以及对全球变化定量评价等方面的研究。
周启星等(2005)应用Simpson生物多样性指数法,对浙江省绍兴县某镇进行研宄得出:
城镇发展过程中局部生态环境遭到了破坏。
张银辉等(2005)在内蒙古河套灌区进行了研究,表明该区土地变化、景观格局变化导致了恶劣的景观生态效应。
莫宏伟(2005),冉圣宏(2006),史永亮(2006),闲捷(2006),黄青(2007),张云红(2010)等都在对土地利用变化所引起的生态环境影响相关研究中使用了Costanza等提出生态价值估算方法与模式,并结合中国国情或研宄区域具体状况进行了估算参数修正,但在具体研宄中又各有不同。
而蔡邦成等(2006)对比了分别采用Costanza等提出的生态系统服务价值系数和刘纪元修正后的适用于中国的生态系统服务价值系数的昆山生态服务价值,结果表明:
采用不同价值系数评价的昆山生态服务价值变化特征相似,但是绝对值相差巨大,由此提出新的研宄方向——生态系统服务价值变化及其变化的驱动机制。
岳文泽等(2006)以上海市的RS图像为数据源,首先定量反演了每个像元内的陆地表面温度(LST)和植被指数(NDVI),然后利用GIS技术将由于城市土地利用/覆被变化所形成的生态环境效应综合到土地利用的图斑中来,对城市土地利用的生态环境效应进行研宄。
郝慧梅等(2007)在3S技术支撑下,利用生态经济学分析方法测算榆林市在消除了气候波动影响的生态资产时空分布,构造了土地利用变化生态效应指数和生态效应度等指标,测评出不同土地利用/覆盖情景下的生态服务价值。
1.2.4文献评述根据文献分析,我国在探讨生态环境对土地利用变化的响应方面,进行统计学上-5-研宄的较少。
本研究在总结前人经验和不足的基础上,在研宄案例的土地利用变化及其生态效应的基础上,尝试从统计学上确定区域生态环境与土地利用的变化存在相互关联性,进而具体的、有针对性的对不同的区域生态环境提出不同的土地利用方式,使土地利用与生态环境保护相适应,促使经济发展与环境保护协同进步。
1.3研究思路本文选取攀枝花市东区、西区、部分仁和区作为研宄区域,基于”3S”技术,运用ERDAS8.6软件、ARCGIS9.2软件、SPSS13.0软件,采用生物量系数法、多元回归分析,研宄土地利用状况与区域生态环境效应之间是否存在相互关联性。
本文涉及土地经济学、土壤学、土地管理学、生态学等多门学科知识,首先对研宄区域的土地利用状况及其动态变化进行分析,总结出研宄区域的土地利用变化特征,其次对研宄区域的土地利用变化的生态环境效应进行分析,再将其生态环境效应货币化进行计量统计分析、研宄,最后通过多元回归模型论证土地利用变化与研宄区域生态环境效应之间存在相互关联性,研宄区域的生态环境效应会随着土地利用状况的变化而发生改变。
1.4研究方法运用ERDAS8.6软件、ARCGIS9.2软件,采用的光谱特征分析、非监督分类与监督分类等相结合信息提取模型与计算方法、地统计模块来获取不同时期土地利用数据和转移矩阵,在此基础上应用数理统计方法与模型方法对研究区土地利用的时空演变、土地利用变化转移与生态环境效应进行分析,最后将研宄区域土地利用变化的生态环境效应货币化一一计算生态服务价值,并尝试构建了区域土地利用变化与生态环境效应之间的关联性模型。
具体采用的方法如下:
(1)结合”3S”技术,定量化描述土地利用时空变化;
(2)生物量系数法;
(3)多元回归分析。
-6-1.5技术路线i-7-7-7-1-7:
:
1-7:
7-7,1ii问题提出及选取研宄案例丨III1II丨i数据、资料准备丨1IjIII影像纠正、配准i,,jI丨?
IIT卫星图片丨丨地形图、行政区划图!
1丨相关统计数据丨I丨____‘____II丨图像融合、增强丨1:
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丨外业实地调查丨IIIji区域土地利用信息提取丨丨r1js0iI1I1r1I;
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_[]iii.i=图1-1技术路线图Fig.1-1Techniquecourse-7-2研究区域概况及土地资源利用状况2.1研究区域概况本文研宄的区域是攀枝花市行政管辖下完整的东、西两区以及部分仁和区。
2.1.1自然环境概况攀枝花市位于北炜26°
05’-27°
21’,东经101°
08’-102°
15’,以山地地貌为主的横断山脉区,金沙江和雅砻江在此交汇,具有山高谷深的特点,地貌以低中山和中山为主;
河流多,境内有大小河流95条,年过境径流量达1102亿立方米,分属金沙江水系、雅江水系。
气候属南亚热带一北温带的多种气候类型,具有春季干热、夏秋凉爽、冬季温暖、四季不分明的特点,年平均气温20.3r,是四川年热量值最高的地区,日照时数是四川盆地的2-3倍,无霜期达300天以上,被誉为天然的”大温室”,降雨量集中,昼夜温差大,日照长,太阳福射强,蒸发量大,气候干燥,垂直差异显著。
全市己探明的各种自然资源极其丰富,是我国重要的钢铁、能源、饥铁基地;
植物和野生动物种类繁多,达2500多种,森林覆盖率达59%;
水电资源开发潜力也很大,发展条件优越。
在现代冰川发育作用、重力作用、不合理的矿产开发以及不科学的城市建设共同作用下,攀枝花地区山洪、滑坡、泥石流灾害频发;
根据2001年中国地震局公布的数据来看,攀枝花地区是地震重点监视防御区。
2.1.2社会经济环境概况攀枝花市是一座始建于1965年的新兴工业城市,现己发展成为中国西部重要的钢铁、祝钦、能源基地和新兴工业城市,同时也是有名的旅游城市下辖东区、西区、仁和区、盐边县、米易县,居住着以汉族为主的42个民族,是典型的资源开发型城市、工业城市、移民城市、山地城市。
它是四川省重点打造的四座大城市之一,虽然是全省人口最少的地级市,全市城镇人口却多于农村人口,城镇化率60.1%,在省内范围仅次于成都。
工业经济一直处于城市经济的主导地位,以冶金、电力、煤炭、炼焦、化工机械、建材等行业为主;
农业经济以发展具南亚热带特色的效益农业为主;
除此,旅游资源丰富、类型多样,工业旅游资源、生态旅游资源、人文旅游资源等应有尽有。
-8-近年来攀枝花市的整体发展势头很猛,发展潜力巨大。
2.2研究区域土地资源及其利用状况研宄区域的土地利用总面积为1707812.63hm,用地结构具体见图2-1,其包含的仁和区部分面积为142077.16h2m。
研宄区域内各土地利用类型按面积大小依次排列为:
林地面积995932.94hm,占研究区域土地总面积58.32%;
牧草地面积30432.60h2m,占研究区域土地总面积17.82%;
建设用地面积16300.56h2m,占研宄区域土地总面积92.54%;
耕地面积15150.38hm,占研究区域土地总面积8.87%;
水域面积3764.82h2m,占研宄区域土地总面积2.20%;
未利用地面积3033.87h2m,占研宄区域土地总面积1.78%;
其他地类面积2505.45h2m,占研宄区域土地总面积1.47%。
1.78%11.47%遞_4咖17:
.820/oJ1P辦1:
_In,草地建设用地\水域illi_‘■”,:
iR‘r一賢□未利用地二:
丨’‘□其他地:
类,、58.32%图2-1研究区域各土地利用类型占总面积比例Fig.2-1Theproportionofthetotalareaofdifferentlandusetypesinstudyarea⑴耕地研宄区域地形地貌以中、低山为主,地势起伏较大,不利于耕种,故耕地面积仅占研宄总面积的8.87%,主要分布在仁和区,该区地势相对较平坦,配合攀枝花市独特的水、热气候资源,以发展亚热带立体农业,早熟蔬果等为主。
东区作为攀枝花市的政治、经济、文化中心,耕地面积最小,仅占该区土地总面积的2.07%;
西区则以发展钢铁等重工业为主,耕地面积也较小,仅为7972.69hm。
(2)林地研宄区域位于长江上游的金沙江段,是自1999年以来开展的长江防护林工程的重点施工地段,各种退耕还林、封山育林工程持续开展,并取得良好成效,截止2007年该区域森林覆盖率、绿地率、城市绿化覆盖率均己达到并超过了国家森林城市评定-9-标准。
因此林地面积是所有土地利用类型中最大的,占研究总面积的比例为58
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