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三峽庫區土地利用/覆被變化及其驅動力研究進展

2017-01-21 00:35:09張冠華張平倉張曉峰
中國水土保持 2017年5期
關鍵詞:耕地建設研究

張冠華,張平倉,張曉峰

(1.長江科學院 水土保持研究所,湖北 武漢 430010;2.水利部 山洪地質災害防治工程技術研究中心,湖北 武漢 430010;3.宜賓市翠屏區水務局,四川 宜賓 644000)

三峽庫區土地利用/覆被變化及其驅動力研究進展

張冠華1,2,張平倉1,2,張曉峰3

(1.長江科學院 水土保持研究所,湖北 武漢 430010;2.水利部 山洪地質災害防治工程技術研究中心,湖北 武漢 430010;3.宜賓市翠屏區水務局,四川 宜賓 644000)

土地利用/覆被變化;驅動力;三峽庫區

土地利用/覆被變化(LUCC)研究是區域生態環境變化研究的基礎,隨著三峽工程的建成及投入使用,三峽庫區土地利用/覆被和生態環境發生了較大變化。在以往研究的基礎上,從土地利用/覆被變化特征、轉變方向及其驅動力方面對三峽庫區LUCC研究進行了總結和梳理,發現三峽庫區LUCC的主要特征是建設用地和水域面積增加,主導方向是耕地、林地和草地相互轉化及向建設用地轉化,主要驅動力是三峽工程建設、人口增長、社會經濟發展和國家宏觀政策。已有研究對土地利用/覆被格局演變及其空間變異性認識不足,今后還需加強三峽水庫成庫不同階段整個庫區土地利用/覆被格局演變過程研究,移民安置區土地利用/覆被格局變化過程研究,以及庫區未來土地利用/覆被格局與變化的模擬研究,以實現對庫區土地利用/覆被未來發展趨勢的預測和調控。

1995年,國際地圈與生物圈計劃(International Geosphere-Biosphere Programme,IGBP)和全球環境變化人文因素計劃(International Human Dimensions Programme,IHDP)首次將土地利用/覆被變化(Land Use/Cover Change,LUCC)列為其關鍵研究課題[1-3],自此LUCC成為全球變化研究的前沿和熱點[1,4-9]。LUCC驅動機制是LUCC研究的首要問題,而驅動力研究則是探索LUCC驅動機制的核心內容和難點[7,9-10],已引起國際社會的普遍關注[9-16]。

人類活動是區域土地利用和景觀格局變化的重要驅動力之一[7,12],水庫工程建設是施予區域環境的劇烈人類活動。三峽工程作為治理和開發長江的關鍵性工程,在發揮巨大防洪、發電和航運等效益的同時,也將面臨生態環境保護、庫區移民安置和經濟社會可持續發展等方面的挑戰和壓力。多年來,隨著三峽大壩的建成及投入使用,區域人口的快速增長、不合理的經濟行為,以及庫區淹沒、移民遷建及其配套基礎設施建設等給區域土地利用和生態環境造成巨大影響,致使土地利用結構不合理、水土流失嚴重、人地關系緊張。三峽庫區土地利用/覆被變化不僅范圍廣、速度快,而且隨意性強,成為該區生態環境變化研究的基礎[8,17-19]。本文旨在對當前三峽庫區LUCC研究進行總結和梳理,以深入了解該區土地利用/覆被變化的主要特征、轉變方向,以及引起這些變化的驅動因素,為庫區土地利用和后續發展規劃、土地資源的合理利用及生態環境的改善提供參考。

1 研究區概況

三峽庫區位于105°50′~110°50′E、28°30′~31°50′N,東起湖北省宜昌市夷陵區,西至重慶市江津區,涉及湖北的夷陵區、興山縣、秭歸縣、巴東縣和重慶的巫山縣、巫溪縣、奉節縣、云陽縣、開州區、萬州區、忠縣、豐都縣、石柱縣、涪陵區、武隆縣、長壽區、渝北區、巴南區、江津區及重慶市核心城區,總面積5.8萬km2,《長江三峽工程生態與環境監測公報(2015)》顯示,2014年末庫區總人口1 457.09萬人。庫區地處四川盆地與長江中下游平原的結合部,跨越鄂中山區峽谷及川東嶺谷地帶,北屏大巴山,南依川鄂高原。庫區以山地為主,山地約占總面積的74%,丘陵約占22%,平原或壩地僅占4%。三峽庫區主要土壤類型有黃壤、黃棕壤、紫色土、黃色石灰土、棕色石灰土、水稻土、沖積土和粗骨土等,在海拔較高的中山還有棕壤、暗棕壤和山地草甸土。在土壤類型中,紫色土類占土地總面積的47.8%,石灰土類占34.1%,花崗巖和砂頁巖發育的黃壤、黃棕壤等占16.3%。耕地多分布在長江干、支流兩岸,大部分為坡耕地和梯田。

三峽庫區位于亞熱帶北緣,屬中亞熱帶濕潤季風氣候區,形成了溫暖濕潤、雨量適中、四季分明的氣候特征。年降水量1 000~1 200 mm,季節分配不均,4—10月降水量占全年降水量的80%以上;降雨區域分異也較明顯,外圍山地降雨多,沿江河谷地降雨少。年平均氣溫邊緣山地為1~14 ℃,河谷區為17~19 ℃,無霜期300~340 d[20]。

2 三峽庫區LUCC研究

(1)不同時間尺度上對整個三峽庫區LUCC的研究。江曉波等[21]對20世紀最后10年三峽庫區LUCC在數量、結構、類型和空間分布上的特點進行了研究,結果表明10年間建設用地和草地面積總體增加,且二者分別源自耕地和林地的變化,其他土地利用類型都呈現出不同程度的衰減。余瑞林等[22]則認為,1990—1995年,耕地、水域和未利用地面積逐漸減少,而林地、草地和建設用地面積不斷增加;1995—2000年,林地、草地面積減少,而建設用地、耕地、水域面積則增加。張磊等[17]對三峽水庫建設前后1992—2002年的土地覆蓋變化進行了分析,發現這10年間庫區建設用地、林地、草地面積絕對增加,旱地、水田面積絕對減少;整個庫區的整體趨勢是耕地不斷減少,而林地、草地逐漸增加,建設用地迅速擴展。許其功等[12]研究表明,1980—2004年的24年間庫區建設用地、旱耕地和水域面積均不同程度增加,而水田、草地和林地面積均有所減少,未利用地面積沒有變化。曹銀貴等[18]通過分析三峽庫區5期(1975、1987、1995、2000和2005年)遙感影像,發現30年庫區耕地、林地和草地面積持續減少,建設用地和水面面積明顯增加,特別是2000—2005年,二者分別增加了4.45%和2.79%[23]。邵懷勇等[8]定量分析了三峽庫區1955—2000年的土地利用/覆被動態變化過程,發現林地、水域和未利用地面積減少,耕地、草地和建設用地面積增加。宋述軍等[19]研究表明,1995—2008年間庫區建設用地、林地、旱地、水域面積增加,耕地、草地、水田面積減少。綜合動態度最大的時期為1995年以后的10年[24],其中1996—2004年間庫區腹地的耕地面積年變化量是最大的[25]。

(2)不同時間尺度上對三峽庫區局部區域LUCC的研究。彭月[3]研究發現20世紀80年代中期以來,三峽庫區(重慶段)耕地面積先增后減,林地面積先減后增,草地和未利用地的面積持續減少,水體與建設用地面積則持續增加。楊國清[26]則認為1980—2005年,三峽庫區(重慶段)耕地和草地面積一直在減少,林地、水域與建設用地面積一直保持增加,未利用地的面積基本不變。崔曉偉[27]對2002—2010年間三峽庫區蓄水前后開縣土地利用景觀格局變化的研究表明,建設用地面積顯著增加,森林面積略有增加,水庫、坑塘面積大幅增加,其他類型變化不大;土地利用結構轉變主要以耕地向建設用地、水域、果園等轉移和森林、灌木和草地之間的轉移為主。黃云[28]的研究結果顯示,萬州區1997—2004年建設用地面積增加,耕地和未利用地面積減少。2000—2012年萬州區土地利用流向總體表現為耕地和林地流向建設用地和水域,未利用地轉出比例最大,其他地類變化相對較小[29]。

通過以上分析可知,建設用地和水域面積增加是三峽庫區LUCC的核心[22,30],耕地與林草地相互轉化及向建設用地轉化和被水體淹沒是三峽工程建設后土地利用轉換的主要方式[31];其土地利用/覆被的空間格局分為耕地-城鎮型、林灌-耕地型和復合型三種類型[21];綜合土地利用變化動態度達0.13%,區域土地利用斑塊數由50 858增加為50 998個,平均斑塊面積由1.103 km2/個減小到1.100 km2/個[12]。對1992年和2002年開縣土地利用格局變化的分形結構研究表明,10年間該區旱地、建設用地和未利用地斑塊形態變得愈加不規則,形態穩定性變弱;草地、灌木林、森林和水田的斑塊形狀變得愈加規則,形態穩定性增強[32]。由于受2002—2010年間水庫蓄水影響,開縣土地覆被與景觀格局均有劇烈變化,景觀優勢類型是森林、灌木林、旱地、草地和水田;從景觀類型水平上看,旱地、水田、草地景觀面積減少且破碎度增加,但森林、水體、建設用地面積增加,同時連通性增加;從景觀格局水平上看,景觀總體破碎度增加,景觀優勢度降低[27]。三峽庫區腹心地帶云陽縣1992—2004年的景觀格局變化研究表明,城鎮、農村居民點和道路是變化最大的類型,說明期間該地區的城鎮及道路建設速度明顯加快[33]。三峽水庫蓄水后,河道水環境格局發生較大變化,在萬州以下河段,干流河道受蓄水影響不大,主要表現為峽谷;而長江北岸支流受到較大影響,尤以開縣小江流域最為顯著,形成湖泊型水體[34]。此外,由于蓄水水位的季節變化,形成新的水庫消落區,三峽庫區重慶涪陵以下8個區縣(除巫溪)消落區面積較大,其中開縣、涪陵、云陽位居前三[35]。

3 三峽庫區LUCC驅動力研究

驅動力是導致土地利用方式和目的發生變化的主要因素。一般認為,土地利用/覆被變化是自然驅動力(氣候、地質、地貌、土壤、水文等)和社會經濟驅動力(人口變化、經濟發展、技術進步、貧富狀況、價值取向、制度政策等)共同作用的結果[9],是一個相當復雜的過程,其社會經濟驅動因子與自然驅動因子在不同時間、空間尺度上的復雜關系,使這種變化又具有較大的不確定性[36]。在多數情況下,自然驅動力主要引起土地覆被的變化,而不直接引起土地利用的變化,即使有影響也是間接地起作用;反之,社會經濟驅動力可通過影響人們在土地利用上的決策對土地利用的變化直接產生影響[37]。

前人大量研究認為,三峽庫區LUCC的驅動力主要體現在三峽工程建設、人口增長、社會經濟發展和國家宏觀經濟政策四個方面[8,17,21-22,26,36,38-40]。從社會推動及人類的強化與調控來看,三峽庫區土地利用變化的最直接因素即三峽工程的興建直接改變了庫區土地利用格局,致使經濟、城市化水平迅速提高[38]。

三峽庫區以山地、丘陵為主,其地形地貌條件是限制土地利用數量、結構、方式和強度的關鍵因子[41]。庫區人多地少,水土資源破壞嚴重,以水土流失為主要表征的生態環境極其脆弱。三峽工程的建設,特別是由此帶來的大規模移民安置,必然對庫區生態環境造成巨大影響,致使區域土地利用/覆被發生變化。

人口增長與土地利用變化的關系一直是LUCC研究的重要內容[42],幾乎所有關于LUCC的研究都會探討人口增長對土地利用變化的影響[43]。一種觀點認為,人口的增長增加了糧食的需求,由此導致耕地的生態環境質量、土地利用程度和土地利用轉換方向發生相應改變[44]。雖然區域人口增加不是造成耕地減少的主要原因,但人口增加,將會對居住、工作、生活場所產生影響,進而導致建筑用地的擴張,由此說明人口增加是建設用地增長的一個因素[44-46]。三峽庫區人口密度高,人均耕地少,人口增長一直是該區可持續發展面臨的主要壓力[12]。20世紀50—70年代,庫區人口和糧食需求俱增,但耕地不足以維持生活,便以砍伐、墾荒來擴大耕地面積,造成該時期耕地面積增加[8];70—80年代中期,可供開墾的土地數量減少致使陡坡開墾增加;至2000年,建設用地面積和耕地占用數量均不斷增加。研究顯示,1990—2000年,三峽庫區總人口由1 936.37萬人增長到2 040.16萬人,增長率5.36%;而由于特殊的地形地貌條件,耕地已無擴大空間,僅增加0.03%,但建設用地卻增長50.74%[22]。2002年三峽庫首區由于大量移民,居民、工礦和交通用地都大幅增加,人類活動在土地利用系統中的作用不斷加強,因而導致耕地、林地銳減,植被破壞,土地退化,水土流失加劇,環境質量降低,從而影響了土地利用格局[40]。

研究顯示,經濟發展是LUCC的主要驅動力之一[47-48],各種土地利用類型的調整是人類為滿足社會經濟發展需要而引起的[49]。自20世紀80年代起,三峽庫區經濟不斷發展,耕作技術也不斷提高,耕地的利用方式趨于多樣化[50-52],建設用地增加。20世紀80年代以后,特別是在1997年重慶直轄市設立后,三峽庫區大量優質耕地被占用為建設用地[53]。此外,經濟的快速發展,使GDP大量增長、城市建設投資不斷增加,城市擴展加速占用更多的周邊土地[42]。1990—2000年,三峽庫區GDP由440.14億元增長到1 359.96億元,建設用地擴張,并且三峽工程及其配套設施也產生了大量的建設用地[22]。

政策因素在我國的社會經濟發展中一直起著十分重要的作用,三峽庫區LUCC與國家重大宏觀政策密切相關[8,11,38-40]。三峽庫區是典型的生態環境脆弱區,早在20世紀80年代,水利部就將葛洲壩庫區列入國家水土保持重點建設工程(原稱“全國八片水土保持重點治理區工程”);1988年國務院又將長江中上游列為全國水土保持重點防治區,三峽庫區是其中的重點防治區域[22];國家相繼實施的長江上游天然林保護工程、長江上游水源涵養林工程和退耕還林還草工程,使三峽庫區的部分陡坡耕地被退耕為林地和草地,在此期間林地和草地被毀的現象得到了一定程度的遏制;90年代中期,國家又加大退耕還林還草的力度,湖北省、重慶市還分別實施了“青山綠水工程”;2000年以來,國家對三峽庫區生態環境特別重視,生態防護林、庫周造林綠化等生態工程相繼實施,同時大力推進義務植樹造林活動,加強群眾環境保護意識,大量非林地轉為林地,使得土地利用結構發生較大變化[54]。這些宏觀經濟政策和措施在使三峽庫區建設用地大幅度增長的同時,也最大限度地保護了耕地和林地,起到了積極的作用。《長江三峽工程生態與環境監測公報(2015)》顯示,2014年三峽庫區森林面積275.31萬hm2,森林覆蓋率為47.74%。

4 不足與展望

綜上所述,過去幾十年里,因三峽工程的興建及社會經濟發展、人口增長和國家宏觀政策等主要驅動因素的影響,三峽庫區土地利用/覆被發生了不同程度的改變,前人也進行了卓有成效的研究,為庫區土地資源的可持續利用及生態環境的恢復與重建奠定了重要基礎,但該項工作仍存在很多問題值得進一步探索,主要體現在以下幾點:一是已有研究多以行政單元為對象,集中在易于量化的地類間轉換,對整個庫區的LUCC研究及三峽水庫蓄水前后LUCC的對比研究相對薄弱,未來應加強對三峽水庫成庫不同階段整個庫區土地利用/覆被格局演變過程的研究,實現土地利用/覆被研究時間變化向空間變化的轉移,并進行這種變化與局地/區域生態環境空間變異的關系的研究;二是缺乏對移民安置區土地利用變化的對比與土地生態安全評價的研究,而土地生態安全問題對移民安置區的社會經濟發展,乃至整個三峽工程的成敗具有重要影響[55],移民安置區將來的環境與景觀變化決定于移民的預期反應[56],因此在微觀尺度上,應加強移民對局部景觀格局變化影響的研究[12],定量分析在庫區移民這種特定自然環境下LUCC的過程與結果;三是已有研究多為靜態的,所得結論相對一致,即“建設用地和水域面積增加,耕地與其他地類相互轉化”,對整個庫區未來景觀格局與變化的模擬研究涉及甚少,難以全面揭示在水庫工程脅迫下,庫區土地利用/覆被格局是朝好的方向演化還是相反,其演化強度也不能明確,因此今后的研究應考慮三峽庫區LUCC時空異質性與景觀格局變化驅動力的差異,特別是LUCC和景觀生態過程的相互關系,在此基礎上明確庫區LUCC與土壤侵蝕、土地利用生態安全、水環境及三峽水庫可持續利用等的關系。

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(責任編輯 徐素霞)

國家自然科學基金項目(41301298);國務院三峽工程建設委員會辦公室項目(JJ2015-055,JJ2016-020);水利部技術示范項目(SF-201601)

F301.24

A

1000-0941(2017)05-0047-05

張冠華(1983—),女,內蒙古赤峰市人,高級工程師,博士,主要從事土壤侵蝕與水土保持研究。

2016-09-09

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