典型农牧交错区土地利用安全格局及农业产业结构优化研究

博士学位论文答辩报告典型农牧交错区土地利用安全格局及农业产业结构优化研究——以内蒙古翁牛特旗为例导师：张新时院士李波副教授博士生：谢花林专业：生态学2006/5/29汇报提纲1绪论2研究区概况3基于景观结构的生态风险分析4研究区土地利用安全格局5研究区农业产业结构优化6研究区生态——生产范式说明7主要结论与不足之处1绪论◆研究的背景◆研究目的及意义◆技术路线◆研究思路研究的背景◆1953年赵松乔“农牧交错带”季风气候大陆性气候湿润区干旱区农区牧区研究的背景新华社报道（2000）：◆农牧交错带57.47万km2的草地中，八成以上出现不同程度的退化；◆荒漠化土地面积已占全国荒漠化土地总量的45%；◆已成为我国自然植被破坏最严重的区域；◆农牧交错带的生产、生活条件十分恶劣，农牧业生产水平低而不稳；◆中段的75个旗（县）：61个为贫困县，其中国家重点扶持贫困县为16个。研究的背景不合理的土地利用（滥垦、滥牧、滥伐）草地的退化生态环境恶化水土流失、沙化生活水平低生产条件差生产力下降产业结构的问题恶性循环示意图研究的背景人工草地种植一方面可以提高草地生产力，解决冬季家畜的饲草紧缺问题，减轻天然草地的承载压力，使天然草地植被得以恢复；另一方面土壤可以积累有机质，改善土地肥力，使土壤有机质提高50%以上引草入田，既能稳产高产，又可保持水土，减轻风蚀沙化危害，同时作为畜牧业的基础会成为系统耦合的机遇。研究的背景人工草地等替代天然草原生产功能生态环境改善生活水平提高生产条件改善经济生产力生态生产力植被恢复产业结构调整良性循环示意图研究的背景生态学理论问题的提出：（2）如何进行农业产业结构调整优化研究，论证在农牧交错带大力发展人工草地和饲料地在生态和经济上的优越性？（1）如何从区域的生态不安全因素出发，构建土地利用安全格局？研究的目的与意义◆探索农牧交错带典型生态脆弱区的土地利用安全格局和农业产业结构优化的理论和方法；◆提出该类型区的优化生态—生产范式，为地处这一相同类型区生态环境建设和产业结构调整起指导作用。技术路线图研究的思路◆土地利用生态安全评价◆土地利用安全格局的构建◆农业产业结构优化◆优化生态——生产范式基于景观结构的生态风险分析2研究区概况◆研究区位置◆地质地貌◆气候特征◆植被概况◆土壤特征◆土地利用特征◆社会经济概况◆主要的生态环境问题研究区位置地质地貌◆地质地貌多层次性内蒙古高原东北平原燕山山脉松辽平原浑善达克沙地科尔沁沙地地质地貌2025m286m西部东部西部中山台地区中部低山丘陵区东部平原沙丘区气候属于中温带半干旱大陆性季风气候西部东部温寒半湿润区温凉半干旱区温和半干旱区温暖半干旱区主要气候要素空间特征植被植被类型分布区域主要建群种森林植被西部中山山地阴坡，松树山山杨、白桦、蒙古栎、油松、兴安落叶松草甸草原植被中山台地及平缓台地苔草、唐松草、地榆、大针茅、萎陵菜草甸植被沿河流域草甸地、丘间洼地波菠菜、苔原、小糠草、碱蓬、稗子沙生植被东部区坨沼沙地小叶锦鸡儿、沙柳、黄柳、沙蒿、狗尾草沼泽植被草甸区低地及丘间洼地芦苇、香蒲、苔原、稗子、水沙草人工植被农作物、人工林、人工草地农作物：水稻、小麦、玉米、大豆等，人工林◆主要有7土类，22个亚类，44个土属；◆以沙土、栗钙土为主，分别占45.6%、37.5%；◆大部分属于全国土壤养分含量分级的4级和5级；土壤土地利用特征◆天然草地和沙地是研究区主要的土地利用类型；◆1985-2000年，研究区水田面积、水田斑块平均面积和斑块平均周长变化最为剧烈；◆景观类型趋于聚集，景观稳定性在不断增加。社会经济概况0102030405060701991199319951997199920012003年份产业比例(%)第一产业比例第二产业比例第三产业比例国内生产总值构成变化图主要的生态环境问题◆土地沙化强烈沙化面积占幅员总面积的49%；◆水土流失严重水土流失面积占幅员总面积的47％；◆土壤肥力下降有机质极缺（有机质0.6%）至较缺（有机质1%-2%）的耕地面积占耕地总面积的94.1%◆土地盐渍化3基于景观结构的生态风险分析◆不同土地利用方式和强度产生的生态影响具有区域性和累积性的特征，并且可以直观地反映在生态系统的结构和组成上；◆景观生态学的重要假设是强调景观格局影响生态学过程；◆基于景观格局进行生态风险分析，可以综合评估各种潜在生态影响类型及其累积性后果；◆景观格局中沿某一方向的高度自相关可能预示某种生态学过程在起着重要作用。3基于景观结构的生态风险分析（1）景观生态风险指数的构建：◆景观干扰度指数和景观脆弱度指数，构建景观生态风险度；ERI为景观生态风险度;N为景观类型的数量;Ei为景观类型i的干扰度指数；Fi为景观类型i的脆弱度指数；Ski为第k个风险小区i类景观组分的面积,Sk为第k个风险小区的总面积。3.1研究方法iiNikkiFESSERI13基于景观结构的生态风险分析（2）采样方法◆采用5km×5km的正方形样地对景观综合指数进行空间化；◆采样方式为等间距系统采样法，共有样区473个；◆计算每一样地内各类景观的生态风险度，以此作为样地中心点的生态风险水平。3.1研究方法3基于景观结构的生态风险分析（3）空间统计学方法◆局部空间自相关指标（LASI）可以反映在整个区域中，一个局部小区域单元上的生态风险度与相邻局部小区域单元上生态风险度的相关程度◆半方差分析一是描述和识别格局的空间结构，二是用于空间局部最优化插值3.1研究方法3基于景观结构的生态风险分析（1）区域生态风险度的局部空间自相关分析3.2结果与分析图4-10翁牛特旗1985年生态风险度局部空间自相关图图4-11翁牛特旗2000年生态风险度局部空间自相关图3基于景观结构的生态风险分析（1）区域生态风险度的局部空间自相关分析3.2结果与分析图4-12翁牛特旗1985-2000年期间生态风险度变化局部空间自相关图3基于景观结构的生态风险分析（2）区域生态风险度的时序变化3.2结果与分析0%20%40%60%80%100%1985a2000a年份比例0.80.6～0.80.4～0.60.2～0.40.2图4-131985和2000年翁牛特旗生态风险指数对比◆1985年和2000年的生态风险指数0.8的面积占全区面积在20%左右；◆1985年的生态风险指数0.2的比例为3.5%，2000年减少为1.7%。3基于景观结构的生态风险分析（3）区域生态风险度的变异函数曲线3.2结果与分析◆块金值与基台值的比例在1985年和2000年分别为26.38%和27.34%。说明在所选择的5km采样间距以内，还存在一些小尺度的非结构性因素影响着该区生态环境的质量，但结构性因素仍是该区生态风险指数空间分异的主导因素。3基于景观结构的生态风险分析（3）区域生态风险度的空间分异3.2结果与分析图4-15翁牛特旗1985年生态风险指数的kriging插值图图4-16翁牛特旗2000年生态风险指数的kriging插值图3基于景观结构的生态风险分析◆基于景观干扰度指数和景观脆弱度指数，构建的生态风险指数，能较好地反映研究区的生态安全状况；◆研究区1985年和2000年生态风险度的高值区明显地聚集在中东部的沙地坨甸区，这些区域的生态风险度高，相邻地区的生态风险度也较高。◆验证了景观生态学中景观格局影响生态学过程的假设。3.3结论4研究区土地利用安全格局构建区域土地利用生态安全格局是指：◆在区域的自然和社会经济背景下，◆针对区域存在的生态环境问题，进行土地利用格局的合理优化，◆使土地资源充分发挥其生态和生产功能，◆从而使系统处于一种不受威胁、健康的、平衡的状态时的区域性空间格局。4研究区土地利用安全格局构建土地利用安全格局建立的流程图目标确定生态不安全因素土地利用的生态安全评价多目标规划与GIS结合农业生态经济分区土地利用安全格局各区土地利用的最大分布面积4.1土地利用生态安全评价（1）评价指标体系的选取原则◆体现出研究区主要的生态环境问题；◆要为土地利用格局优化服务；◆指标体系应具有层次性。4.1土地利用生态安全评价（2）研究区评价指标体系生态安全综合指数土地沙化安全系数土壤侵蚀安全系数土壤有机质含量湿润指数土壤质地植被覆盖度降雨侵蚀力土壤质地地形起伏度土地利用类型4.1土地利用生态安全评价（3）指标的分级标准◆各单因子安全等级按安全、较安全、欠安全、不安全和极不安全分别赋值为9、7、5、3和1。（4）综合方法式中，ESIj为第j个生态安全问题的生态安全指数；Cij为第j个生态安全问题中的第i个因子的生态安全等级值，n为因子数。nniijjCESI14.1土地利用生态安全评价（5）综合评价jESIMinESSI生态安全等级安全较安全欠安全不安全极不安全ESIj86-86-44-22生态安全指数的分级标准图5-4翁牛特旗1985年土地沙化安全评价结果土地沙化安全评价结果图5-5翁牛特旗2000年土地沙化安全评价结果土地沙化安全评价结果1985年2000年现状面积km2百分比(%)面积km2百分比(%)生态安全区916.817.73869.567.33生态较安全区3940.2233.234299.8336.26生态欠安全区3166.5626.703198.6426.97生态不安全区1595.9413.461237.9110.44生态极不安全区2239.0018.882252.5919.00图5-31985-2000年翁牛特旗土地沙安全等级构成对比0%20%40%60%80%100%1985年2000年比例极不安全区不安全区欠安全区较安全区安全区土壤侵蚀安全评价结果图5-7翁牛特旗1985年土壤侵蚀安全评价结果图5-8翁牛特旗2000年土壤侵蚀安全评价结果土壤侵蚀安全评价结果图5-61985-2000年翁牛特旗土壤侵蚀安全等级构成对比0%20%40%60%80%100%1985年2000年比例安全较安全欠安全不安全极不安全1985年2000年面积（km2）百分比(%)面积（km2）百分比(%)生态安全区4140.3834.844129.9434.76生态较安全区1994.3816.784058.1934.15生态欠安全区3548.6929.871800.7515.15生态不安全区2067.0017.401226.3110.32生态极不安全区131.881.11667.135.62综合生态安全评价结果图5-10翁牛特旗1985年生态安全综合评价结果图5-11翁牛特旗2000年生态安全综合评价结果综合生态安全评价结果◆1985年和2000年研究区整体生态安全都处在生态不安全等级；◆1985年和2000年各等级分布面积排序为：生态欠安全区生态极不安全区生态较安全区生态不安全区生态安全区1985年2000年现状面积（km2）百分比(%)面积（km2）百分比(%)生态安全区71.203.7433.541.77生态较安全区339.8217.89339.4917.87生态欠安全区805.0942.38876.8346.15生态不安全区305.0816.06256.7713.52生态极不安全区378.6019.93393.1620.69全旗平均生态安全指数2.702.66与基于景观结构的生态风险分析结果相吻合4.2农业生态经济分区◆环境自然本底的一致性原则；◆农业生产结构和发展方向的相对一致性；◆生态环境问题及其关键措施和主要途径的相似性原则；◆保证乡镇苏木行政区域的完整性和地域的连续性原则。（1）分区原则4.2农业生态经济分区（2）分区指标农业自然背景特征指标农业经济社会特征指标农业生产特征指标1年均温度（℃）12农牧民人均纯收入（元/人）19粮食单产（kg/hm2）2年降雨量（mm）13畜牧业产值占农业总产值比例（%）20耕地面积占幅员面积比例（%）3年蒸发量（mm）14林业产值占农业总产值比例（%）21山坡耕地占耕地面积比例4≥10℃积温（℃）15种植业产值占农业总产值比例（%）22林地面积占幅员面积比例（%）5无霜期（d）1