定量探讨影响因子对景观格局的驱动机理,有助于厘清山区景观格局演变过程以及发展方向.基于地貌差异的景观格局转型研究框架,从"全域-典型地貌区"的视角探究1990-2020年三峡库区腹地奉节县不同地貌下景观格局的时空演变规律,归纳其转型模式.利用二元Logistic回归模型探讨不同地貌区影响因子与景观格局的相关性,以阐释其驱动机理.结果表明:①近30年间耕地与草地缩减,林地、果园以及撂荒地增长,景观破碎度增加.其中,河谷丘陵区耕地大幅缩减,果园迅速扩张;低山区耕地缩减速度减缓,耕地撂荒现象明显;中山区林地恢复性增长.河谷丘陵区趋于经济导向性,而低山区与中山区趋于生态导向性.②研究区景观格局表现为传统农业型、农业主导型以及生态主导型Ⅰ向生态经济型、生态主导型Ⅱ以及生态型转变.根据不同地貌景观格局转型特点,归纳总结为"河谷丘陵-生态经济型"、"低山-生态主导型Ⅱ"、"中山-生态型"3种转型模式.③影响因子对研究区景观格局的解释作用具有差异性.从全域来看,农业型与生态型景观格局主要受人为干扰因素的影响,生态经济型景观格局主要受地形因素的影响,自然景观格局主要受水热条件的影响;从不同地貌区来看,地形是影响河谷丘陵区景观格局的主导因素,随着地貌梯度的增加,地形对低山区与中山区景观格局的解释作用减弱,人为干扰对其解释作用增强,山地景观格局受到人为干扰与地形的共同影响.研究结果揭示了基于地貌差异的景观格局演变的独特性规律,对三峡库区生态经济建设以及山区土地资源的合理规划具有重要意义.

探索山区植被覆盖转型,全面评估各驱动因素对其的影响,是理解全球气候变化和碳循环等生态系统过程的重要途径.三峡库区是长江流域生态环境的重要保护区,提供多种生态系统服务.基于植被覆盖(NDVI)数据提出山区植被覆盖转型理论,并运用地理探测器分析了潜在因素对1999—2020年三峡库区腹地植被覆盖的相对贡献.结果表明:(1)近30年三峡库区腹地植被覆盖整体呈良性发展趋势,增长率为0.006/a,空间特征为"东西低,南北高;中间低,四周高";(2)不同时段植被覆盖的空间演化呈现"整体改善,局部退化",空间转型总结为稳定型、波动型、退化型和恢复型4种模式,且以稳定型分布为主,时间上经历了减少、过渡和恢复3个阶段;(3)植被覆盖主要受土壤类型0.225>地貌0.200>土地利用程度0.181>海拔0.158>岩性0.152的驱动,人为和气候因素的作用较弱,表明自然因素是影响植被覆盖的主导因子.此外,双因子的交互作用在影响植被覆盖方面比每个因子单独作用更为重要.这些发现有利于更好的解析山区植被变化的复杂机制,为脆弱生态系统植被的管理和保护提供参考.

水位运行或调节模式是影响水库消落带植被组成与结构的关键因素,三峡水库独特的水位调节形成了具有明显不同出露-淹没特征的梯度性消落带.为了解水位调节对三峡库区消落带植物群落特征的影响,选择在三峡水库高水位运行5年后,在库区腹地3个受人为干扰较小且近自然状态的消落带,开展了不同高程(150 m、160 m和170 m)梯度的消落带植被物种组成、盖度、生物量、生物多样性和优势物种的比较研究.结果显示:消落带植被共有51种植物,多年生和一年生植物分别为25种和26种;随着高程增加,总物种数量越来越高,3个高程分别为8种、22种和45种分布;150 m高程盖度和生物量明显低于160 m和170 m两个高程,而后两者均没有显著差异;不同水位高程优势种明显不同,以白酒草为主的一年生植物多分布在消落带170 m高程,以狗牙根和马唐为主的多年生和一年生植物分布在消落带的160 m高程,以狗牙根为主的多年生植物分布在150 m高程;生物多样性指数随着高程的增加而变大,其中Shannon-Wiener多样性指数在150 m、160 m和170 m高程分别为0.877±0.298、2.137±0.186和3.097±0.407.综上表明,水位调节导致三峡水库消落带植被在30 m高程(145-175 m)范围内形成了不同组成与结构的群落,优势物种间差异可能是消落带植物对三峡水库水位调节模式的一种适应性策略体现;150 m高程出露时间相对较短,其土壤沉积物淤积严重,表层土壤种子库萌发受影响,物种数量、生物多样性、植被盖度和生物量明显低于其他高程,自然恢复能力较差.

目的 通过对三峡库区腹地万州段城市居民饮用水卫生监测,探讨水质不安全因素,为政府防控介水疾病及保护人群健康决策提供参考.方法 选择三峡库区腹地万州段11家市政供水水厂作为研究对象,于2014-2017年(4-6月)枯水期和(7-9月)丰水期对水质进行监测,其出厂水与末梢水检测指标34～ 38项.结果 共监测水样252件,合格136件,合格率53.97％.浑浊度、臭和味、铝、锰、硫酸盐、耗氧量、氨氮、三氯甲烷、二氯甲烷、菌落总数、耐热大肠菌群、大肠埃希菌的合格率为91.27％～99.60％,消毒剂、三氯乙醛、亚氯酸盐、总大肠菌群合格率相对较低,分别为84.92％、87.88％、88.89％、89.68％,氯酸盐合格率最低仅为49.28％.出厂水毒理学指标合格率63.51％低于末梢水的86.52％,差异有统计学意义(x2=17.134,P＜0.001);丰水期消毒及微生物指标合格率为75.40％和77.78％,低于枯水期的91.27％和88.10％,差异有统计学意义(x2=11.429,P＜0.01,x2=4.739,P＜0.05).结论 三峡库区腹地万州段城市居民饮用水合格情况虽逐年有所上升,但水质总体合格率低,存在氯酸盐、三氯乙醛、亚氯酸盐、总大肠菌群、三氯甲烷、二氯甲烷不安全因素,尤以氯酸盐突出.

研究高程-坡度-岩性组合形成的不同土地类型的土壤侵蚀时空演变有重要意义.选取大宁河流域和梅溪河流域,以1988年、2000年、2010年和2015年4期遥感影像为数据源,借助RS和GIS技术,通过计算土壤侵蚀强度综合指数和冷热点分析,探讨不同土地类型的土壤侵蚀分布及演变规律,揭示其现实与理论意义.结果表明:(1)流域土壤侵蚀正在发生转型,即两流域各土地类型的土壤侵蚀强度指数随着时间的变化而逐渐降低,土壤侵蚀量由增到减,土壤侵蚀状况呈现好转趋势;(2)就两流域土壤侵蚀空间数量变化而言,土壤侵蚀演变热点区多为中山陡坡石灰岩区,且大宁河流域土壤侵蚀状况优于梅溪河流域;(3)两流域土壤侵蚀演变主要分布于中山陡坡石灰岩和砂岩区,在坡度和岩性上具有相似性,在海拔上具有差异性;在同一土壤侵蚀强度下,两流域不同土地类型土壤侵蚀演变具有一定的相似性;(4)土地类型影响土壤侵蚀分布,探究人类活动下不同土地类型与土壤侵蚀响应耦合关系将是下一步研究的方向.

以三峡库区重庆段为研究对象,基于“基础-结构-效益-胁迫”框架构建了土地生态状况评估指标体系,利用变异函数理论模型对研究区2000年、2009年、2014年土地生态状况综合指数进行了拟合分析,通过空间自相关、冷热点分析及转移矩阵分析方法,分析了2000-2014年研究区域土地生态状况的时空演化规律.结果表明:①研究区土地生态质量呈现出库区腹地、库区中部、库区尾部依次降低的分布特征,且2000一2014年呈现出快速恶化-缓慢逆转的变化过程.②研究区2000-2014年Co/(C0+C)先减后增,呈中等空间自相关,表明结构性因素引起的空间异质性起主要作用;但随机性因素对土地生态状况的空间分异影响亦不可忽视,这与研究区14年来经济高速发展、人类对土地资源利用强度加剧以及区域自然灾害频发的实际情况相符.③从Moran'sI值判断,2000一2014三峡库区重庆段的土地生态状况在区域上一直处于较高的集聚状态,2000-2009年集聚增强,2009-2014年集聚减弱.④从冷热点分析结果来看,2000-2014年,热点区域、冷点区域范围总体上均呈现出逐渐增加的趋势,但在空间上表现出了一定的分异特征:库区尾部的热点区域不断拓展,而库区腹地的热点区域则表现出逐年减小的趋势;且研究区热点区域主要集中分布在库区尾部的主城区和库区腹地万州区的中心城区,冷点区域主要分布在库区腹地的巫山县、巫溪县、奉节县、开州区和库区中部的石柱县、丰都县、武隆区等土地利用程度相对较弱、植被覆盖相对较好地区.

三峡库区是典型的移民区和生态敏感区,探究其由于聚落变迁所引发的土地利用转移效应对于区域社会经济发展和生态恢复具有重要意义.以库区腹地草堂溪流域为研究对象,基于2000-2018年GOOGLEEARTH高分影像,结合当地自然地理环境和社会经济发展从微观尺度对山区聚落变迁的土地利用效应进行剖析.研究表明:(1)扩张型聚落周边以耕地转为果园为主;衰退型聚落周边土地利用转型主要表现为耕地向果园、有林地转变;自然增长型聚落周边以耕地和灌木林地向有林地,果园转化;消没型聚落周边以耕地,果园转为林草地,撂荒地为主,经济和生态效益均有所提高;且除消没型聚落外,另外3种聚落类型周边土地利用功能逐渐向生产生态功能转变,消没型周边土地利用功能逐渐侧重于生态功能.(2) 2000-2010年,聚落变迁劳动力转移是聚落周边用地类型变化的根本因素,政府政策是是造成土地利用转型的直接因素;2010-2018年社会经济发展是土地利用转型的直接驱动因素,而农户生计需求是引发用地类型变化的根本驱动力;(3)聚落的变迁,不仅驱动了土地利用转型而且促使流域内经营主体由农户个体经营向政府、企业为主的经营主体转变.研究结果对于库区生态建设,农户经济发展以及改善人居环境等方面具有一定的积级作用.

人类活动和景观格局是人地系统中两大要素的重要表征,探析人类活动强度与景观格局的耦合变化特征对揭示区域人地关系的演变意义重大.为弥补当前对人类活动强度与景观格局耦合响应研究的不足,构建了山区人类活动强度与景观格局耦合演变模型,提出了综合显性—隐性人类活动强度指数,定量评价了三峡库区腹地奉节县2000-2020年的人类活动强度,并通过双变量空间自相关模型探讨了综合人类活动强度与景观格局的空间耦合特征.研究表明:(1)奉节县的综合人类活动强度在时间上由2000年的11.59％增加为2020年的12.48％,在空间上表现为整体收缩,局部增强的特点,另外人类活动强度和景观格局的空间分布与奉节县的地形梯度密切相关;(2)奉节县的人类活动强度与景观格局空间耦合变化表现出协调型、拮抗型、逐渐协调型和逐渐拮抗型四种类型;(3)影响奉节县综合人类活动强度与景观格局的耦合变化的重要因子为距聚落距离、距县行政中心距离、高程等,社会经济因素逐渐成为区域社会生态系统演变主导因素;(4)三峡库区腹地人类活动强度与景观格局存在耦合响应,且其耦合响应具有一定的多样性和特殊性.三峡库区腹地通过沟谷土地集约化来换取山区的生态恢复,以局部的不协调换取整体的协调,整体达到了生态经济的双赢,这揭示了近年来中国山区景观格局对人类活动耦合响应的独特性.

为了预测三峡库区外来鱼类短颌鲚(Coilia nasus)在库区的种群发展趋势,评估其对库区水域生态系统的影响,基于碳氮稳定同位素技术,分析了三峡库区腹地,包括长江一级支流草堂河、大宁河,现有短颌鲚及杂食性和肉食性典型鱼类的营养级,在此基础上选择4种与短颌鲚营养级相近(包括太湖新银鱼Neosalanx taihuensis、翘嘴鲌Culter alburnus、鳡Elopichthys bambusa、大眼鳜Siniperca kneri),及1种食谱存在较大重叠的鱼类(即鳙Aristichthys nobilis),探讨了其营养生态位特征.结果显示,三峡库区短颌鲚δ15N值分布范围为12.112‰—14.497‰,营养级为3.762±0.196(Mean±SD),低于太湖新银鱼,并高于大眼鳜、翘嘴鲌、鳡及鳙;三峡库区短颌鲚δ13 C值分布范围为-27.236‰—-22.952‰,变幅低于鳙,高于太湖新银鱼、大眼鳜、翘嘴鲌及鳡,δ13 C值分布频率呈单峰型与太湖新银鱼高度接近,表明短颌鲚在该水域食性广泛,且与太湖新银鱼的摄食偏好趋近.据此推测三峡库区短颌鲚营养级较高的主要原因是短颌鲚在三峡库区食物来源广泛,决定其富集15 N途径可能更丰富.此外,营养生态位分析结果显示三峡库区短颌鲚营养生态位宽幅低于鳡、鳙,高于太湖新银鱼、翘嘴鲌、大眼鳜,据此推测三峡库区短颌鲚对饵料需求的特化程度可能不高,从营养角度对环境的适应性较强;且其与营养级相近鱼类的营养生态位重叠程度较低,存在明显的营养生态位分化,种间竞争不激烈.综上所述,从目前三峡库区现有短颌鲚营养生态位特征来看,其种群规模仍有进一步扩大的可能.上述研究结果可为全面了解三峡库区外来鱼类的适应对策提供研究思路和基础数据.

三峡库区是集农村和山区为一体的社会-生态系统,研究其系统内部的相互作用和系统间的耦合转型有利于推动库区高质量的可持续发展.通过构建社会-生态系统耦合转型研究框架,采用地形位指数、耦合协调度模型等方法,以库区腹地草堂溪流域为例,揭示其社会-生态系统转型与否、转型路径的多样性及其驱动机制.结果表明:(1)2000—2020年三峡库区社会-生态系统数量-结构-功能均发生了显著变化,表明库区社会-生态系统发生了转型;(2)库区低地形位社会-生态系统表现为由社会生态型向生态经济型转变,中地形位表现为由生态社会型向生态主导、生态经济为辅转变,高地形位则表现为由生态调节型愈加趋向于生态主导型;(3)农户和政府需求变化是驱动社会-生态系统由传统耕地种植系统向新型经果林种植系统转型的根本因素;(4)研究方法证实对山区具有普适性,构建的研究框架较适合刻画山区社会-生态系统转型路径,在其他地方也能同样适用.