基于InVEST模型的土地利用变化对南四湖流域授粉服务功能的影响研究

论文摘要

流域授粉服务功能的空间化和定量化评估,对提高流域授粉服务价值、加强农业生产管理和生物多样性保护具有重要意义。以南四湖流域作为研究区,基于1980-2015年土地利用、土壤属性、气温、地形等基础地理数据,以InVEST模型为基础,模拟评价35a南四湖流域授粉服务功能的动态变化和空间分布,并探讨湿度、降水、地形等自然地理要素以及人口、土地利用强度、国民生产总值（GDP）等社会经济因素与授粉服务功能空间格局动态变化之间的关系,并在此基础上识别出相对授粉潜力较高的区域,为进一步提高流域授粉服务价值提供科学依据。研究结果表明:（1）1980–2015年南四湖流域的土地利用变化以城市扩张和耕地（水田和旱地）减少为主要特征。其中,建设用地和水体面积分别增加40.24%（1546.44 km2）、11.46%（172.33 km2）,旱地、水田、林地、草地、未利用地面积分别减少4.11%（801.77 km2）、9.61%（189.31 km2）、23.54%（200.98 km2）、22.67%（347.62 km2）、72.85%（174.86 km2）。流域内土地利用变化,特别是建设用地扩张、旱地、林地、草地面积的减少,导致野生授粉昆虫巢穴被大范围毁坏、可用生境面积减少及其生境破碎,使授粉昆虫的生物多样性受到威胁。（2）2015年传粉昆虫丰度指数（IOA,Index of Abundance）高的县域是集中分布于东部低山丘陵区的山亭区、市中区和费县;传粉昆虫丰度指数处于中上水平的县域主要分布于流域东部;传粉昆虫丰度指数处于中下水平的县域主要分布于湖西平原区和南四湖的南部及北部区域;传粉昆虫丰度指数处于低水平的县域是微山县和九里区。1980–2015年南四湖流域平均传粉昆虫丰度指数由0.1492下降至0.1387。35a流域内传粉昆虫丰度指数处于高水平（0.25–1.0）的县域由4个减少至3个,而处于中下水平（0.08–0.16）的县域增加1个。南四湖流域草地的传粉昆虫丰度指数最高,为0.497;其次是林地,为0.457。传粉昆虫丰度指数高低水平的县域分布与土地利用的类型密切相关,东部低山丘陵区受农业生产等人类活动干扰强度增加,需要优先考虑保护。（3）南四湖流域的相对授粉潜力表现为东部低山丘陵区高、西部平原区居中、湖区和建成区最低的空间分布格局。相对授粉潜力呈现出随高程的降低由东向西递减的变化趋势,不同土地利用类型之间表现为草地、林地、山间林草地边缘一定范围内的旱地、未利用地>零星分布的农村居民点、郊区以及河流沿岸>平原区的旱地>水田和建成区>水体。授粉赤字区主要分布于湖区、水库坑塘和建成区。南四湖流域草地的相对授粉潜力最高,为0.3577,林地次之,为0.3260。南四湖流域（不包含南四湖湖区）20个子流域中相对授粉潜力发现处于中下水平（0.07–0.15）的有11个,包括湖西平原的所有子流域以及湖东地区的洸府河流域和韩庄流域,而湖东地区的其他7个子流域相对授粉潜力全部处于中上水平（0.15–0.30）。35a相对授粉潜力处于高水平的县域只有山亭区,处于中下水平的县域个数维持在29个。曲阜市的相对授粉潜力从中上水平下降至中下水平导致处于中上水平相对授粉潜力的县域减少至11个;而东平县的相对授粉潜力从中下水平下降至低水平导致处于低水平的县域个数增加至2个。针对野生蜜蜂数量明显下降这一问题,可根据相对授粉潜力空间分布特征,选取授粉潜力较大区域,适当增设野生昆虫授粉自然保护区,以增加其适宜生境的方式来扩大野生蜜蜂的种群数量,从而达到提高流域授粉服务功能的目的。（4）土地利用变化是影响授粉服务功能的主要因素。传粉昆虫丰度指数、相对授粉潜力与草地、林地和旱地呈显著正相关,与建设用地呈显著负相关,而与水田、水体和未利用地之间无显著相关性。传粉昆虫丰度指数和相对授粉潜力的空间分布与流域内的地形、地貌人类活动强度等密切相关。传粉昆虫丰度指数和相对授粉潜力与DEM、Slope呈显著正相关,与湿度和土地利用强度呈显著负相关,而与气温、降水、平均风速、日照时数、NDVI、tPOP、GDP之间无显著相关性。研究结果可以为南四湖流域的农业生产规划和社会经济发展等宏观决策提供科学支撑,为决策者和利益相关者规避投资风险。

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第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展及发展趋势

1.2.1 基于InVEST-Pollination模型的研究现状

1.2.2 发展趋势

1.3 研究方案

1.3.1 数据来源

1.3.2 研究内容

1.3.3 研究方法

1.3.4 技术路线

第2章研究区概况

2.1 研究区范围及概况

2.2 自然环境概况

2.2.1 地形、地貌和植被

2.2.2 气候和水文条件

2.2.3 土壤状况

2.3 社会经济概况

2.3.1 农业状况

2.3.2 旅游资源

2.3.3 土地利用

2.4 传粉蜜蜂物种资源概况

2.5 蜜粉源植物概况

2.5.1 蜜粉源植物资源组成

2.5.2 蜜粉源植物资源空间分布

2.5.3 影响蜜粉源植物开花和泌蜜的主要因素

2.6 小结

第3章南四湖流域InVEST-Pollination模型的构建

3.1 数据准备

3.1.1 传粉物种属性数据

3.1.2 土地利用栅格

3.1.3 土地利用属性数据

3.2 结果分析

3.2.1 1980 –2015 年南四湖流域土地利用变化分析

3.2.2 传粉昆虫丰度指数时空分布特征

3.3 小结

第4章南四湖流域相对授粉潜力时空变化分析

4.1 相对授粉潜力空间分布

4.2 相对授粉潜力时间变化

4.3 授粉服务功能时空变化驱动因素

4.3.1 授粉服务功能时间变化驱动因素

4.3.2 授粉服务功能空间分布驱动因素

4.4 小结

第5章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

附录

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蒋斋

导师: 孙小银

关键词: 土地利用变化,授粉服务功能,空间格局,南四湖流域,模型

来源: 曲阜师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 曲阜师范大学

分类号: Q968

总页数: 56

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