人类活动影响下村级景观和生物地球化学长期变化研究：以黄淮海平原高邑县为例
文献类型：学位论文
| 作者 | 彭奎 |
| 答辩日期 | 2005-02 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 欧阳华 |
| 关键词 | 景观格局 元素生物地球化学循环 工业化 全球变化 乡村景观 黄淮海平原 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 全球变化与人类活动影响下的两个相互作用的重要过程——景观格局变化和元素生物地球化学循环过程变化密不可分。全球乡村景观面积约8×106km2，乡村人口约1.8×109，广布的范围和密集的人口使乡村景观在全球生物地球化学循环和全球变化研究中占有重要地位。最近半个多世纪以来，我国乡村人口的急剧增长和工业化技术的广泛应用已经显著地改变了乡村景观土地利用和生态过程，使之成为研究我国全球变化中自然与人类相互作用过程的重要研究地区。本研究以中美合作研究项目"Long-term Biogeochemical Changesin China's Anthropogenic Landscapes"为依托，选择了黄淮海平原人口密集的典型乡村景观为研究对象。以我国工业化前后（1945年~2002年）作为时间段，运用高分辨率的遥感影像、GIS和GPS，在建立乡村景观分类系统的基础上进行了村级景观尺度的信息提取；运用景观格局数量指标和GIS空间分析模型，研究了村级景观空间格局特征及其长期变化；以农户调查与格局数据相结合，研究了乡村土地利用和资源管理的长期变化及其对C、N、P元素循环的影响；以农户调查、植被调查、土壤采样与历史资料结合，研究了景观格局变化和资源管理变化影响下景观C、N、P积累分布与长期变化。研究得出以下结论：（1）在地形地貌（FORM）、土地利用（USE）、景观覆盖（COVER）、景观组别（GROUP）和综合的生态立地（ECOTOPE）的各个特征层次，现实景观的类别数和斑块数均较工业化前增加，景观趋于多样化；人工景观的类型和面积增多，景观趋于破碎化；多数斑块分散度更高、形状更加复杂。乡村景观类型的空间转移变化主要发生在荒地景观大类（Cluster1）和聚落景观（Cluster3）大类中；荒地景观大类中主要是河床荒地与旱地和水浇地之间的转化，受到自然和人为因素的双重影响；聚落景观大类中主要是居民建筑在大田耕地中的扩张和大田耕地内部经营的小型化和多样化，均主要是人为作用的结果。景观格局的长期变化显示，工业化以来乡村景观体现了更高强度的人为干扰和管理特征。（2）与工业化前相比，现实乡村景观内总人口产生的C、N、P总量成倍增加；户均动物生产的C、N量减少，P量稍多；户均拥有总建设用地剧增76m2，但耕地斑块的数量明显减少，耕地面积下降了2/3。现实各耕地类型平均C、N、P输入总量均比1945年大幅增长，因而土地生产力迅速提高，籽粒和秸秆C、N、P的产出量也随之增加1倍多，主要作物秸秆还田率>99%；户均肥料N和P消费从1945年的55.04kg和11.98kg急增至现实的132.78kg和26.05kg，而现实C消费（201.8kg）却远低于1945年（983.45kg）；户均燃料和能源C的消费是工业化前的约3.4倍，而N的消费增也翻了一番；现实和1945年户均输入输出的N、P均达到基本平衡，但C的输出均大于输入。受物质交换、燃料和化肥利用变化的影响，现实乡村景观户均C、N、P元素输入总量和净通量均远高于工业化前时期（1945年）；主要作物耕地（FPIAac05）的平均营养元素通量从工业化前的亏缺（865kg·ha-1C和9kg·ha-1N）或少量盈余（41kg·ha-1P）转变为目前的大量盈余（1761kg·ha-1C、213kg·ha-1N和113kg·ha-1P），但蔬菜地平均C、N、P的亏缺更多；现实乡村景观总耕地面积比工业化前减少18.75%，但农田景观总体C、N、P平衡分别从1945年亏缺207Mg、4.7Mg和少量盈余8.6Mg转变为大量净盈余170Mg、27Mg和20Mg，主要受肥料投入、农田生产力和秸秆利用方式以及各耕地类型面积等变化的影响。（3）尽管现实景观内耕地总面积比1945年显著下降（约43ha），但由于主要耕地类型单位面积的籽粒生产量和秸秆生产量均比1945年显著提高，导致乡村耕地景观作物总生物量比1945年增加了3.3倍。现实乡村景观林木类型的总面积比1945年增加了约1.9ha·km-2，但其总生物量降低约48Mg·km-2，估算的不确定性高(概率约50%)。 （4）在景观格局和资源管理影响下，不同景观类型土壤C、N、P含量和密度差异较大。现实各乡村景观类型土壤0~30cm的C、N、P的总储量差异规律基本相同，即水浇耕地>>居民建筑>河床荒地>蔬菜地、道路和育苗地。在元素积累分布上，C主要集中在作为景观基质的大块耕地内且在几种景观大类内部分布相对均匀；N在耕地中积累最高且内部分布较均匀，村落景观中N密度明显高于河床；P主要分布在村落景观内，次为耕地。景观类型土壤C、N、P的积累不仅因人为的利用方式和管理活动不同而变化，还受其本身演变历史的影响。（5）家庭联产承包责任制改革以来（1983年~1990年~2004年），县域农田所有土壤类型耕层（0~20cm）的C、N的含量和总储量均持续上升，土壤肥力有较大提高；20年来县域耕地土壤的C、N积累年增长速率分别为8.19%和10.14%；在景观样本范围内，尽管耕地斑块的总面积下降了8.23%，但现实耕地总C、N、P的积累仍大幅度提高为工业化前18倍、11倍和15倍；在县域范围内，从工业化前到现代化农业的各个时期（1940s~1980s~1990s~2000s），耕地土壤总C、N的积累均持续增加，尤其是在1990s~2000s的10多年里增加更为明显，现实C、N总储量分别为工业化前的3.16倍和2.51倍。与我国工业化进程密切相关的气温的上升、洪涝灾害、地下水位的下降、人口的增加、农业的现代化以及社会经济的发展等，是驱动本区乡村景观C、N、P元素积累和分布以及景观结构等生态系统格局和过程长期变化的主要宏观因素。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-12-16 |
| 页码 | 225 |
| 源URL | [http://192.168.22.105/handle/311030/364]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 彭奎. 人类活动影响下村级景观和生物地球化学长期变化研究：以黄淮海平原高邑县为例[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院研究生院. 2005. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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