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景观格局变化分析是评价区域生态环境及其发展趋势的重要手段之一，对于揭示景观演替的机制和规律，探寻人类活动与生态环境演变间的关系具有重要意义。洞庭湖流域是我国南方重要的农产品生产基地，也是我国生物多样性的关键地带之一，具有典型的地域代表性。由于历史上对自然资源的不合理开发利用，该流域水土流失现象普遍，加之受异常气象因素影响，洪涝灾害频繁，损失逐年加剧。
流域的本质问题是水的问题，而洞庭湖流域水的问题则主要体现在洪水和泥沙上。本研究选择洞庭湖中上游流域景观格局变化及其水文响应作为研究对象，就是希望从流域生态学和生态水文学思想出发，按照流域的上下游关系，客观把握流域景观格局变化对湖区水文现象变化的驱动机制，为该流域洪涝的减灾防灾和生态治理提供指导，并进一步改进大尺度景观格局-过程-功能变化的量化分析方法。论文主要内容如下：
1、根据大尺度研究对象尺度转换困难、研究过程存在诸多不确定性等问题，采取“化大为小”的思路，将研究区划分为20个次级研究单元，实现了研究对象从大尺度区域到中小尺度区域的有效转换，并使常规景观格局分析方法的应用成为了可能。研究结果表明：1980-2000年间，研究区内各景观要素间面积变化的大小差异显著，变化主要体现在有林地、山地水田和疏林地景观上，其中林地>水田>旱地；变化强度由东往西大体呈下降趋势，且变化主要集中在山地和丘陵类型区。格局指数变化不平衡，斑块数先减后增变化最大。农村人口对自然生态系统的压力、流域发展对自然资源的依赖度、为维持自然生态系统功能进行的投入、农业产业政策调整是景观格局变化最主要的驱动因力。
2、考虑到景观格局变化对水文过程的影响极其复杂、具有典型的灰色特征，以及景观数据在时间序列上样本量不足等具体情况，本研究综合运用经典统计学分析方法、灰色分析方法、最大似然估计法和Panel data模型等，实现了对研究过程科学性的进一步提高。研究结果表明：
最高洪峰水位变化受各景观格局变化影响最大，最大瞬时流量和入湖泥沙量受景观格局变化影响相对较小。澧水流域水文现象受景观格局变化影响最大，湘水和沅水流域次之，而资水流域最小。影响最高洪峰水位变化最主要的原因是山地水田、水库坑塘、灌木林地疏林地、水田(山地水田除外)景观面积的变化，影响指数分别达-48.5、-48.1、45.2和39.8；影响最大瞬时流量变化最主要的因素是水库坑塘、水田、疏林地灌木林地、旱地景观面积的变化，影响指数分别达-41.9、41.2、41.2和32.8；影响入湖泥沙量变化最主要的是水库坑塘、疏林地灌木林地和山地水田景观面积的变化，影响指数分别达-42.0、40.2和34.3。水库坑塘景观占研究区总面积的比很小，但它对水沙变化的影响最大。水田景观对径流的调蓄能力有限，有林地景观因为林分差，林种结构单一，对水文现象变化的影响指数仅在10-14.5之间。
景观格局变化对径流总量变化的影响不大，但它改变了径流在时间上的分布；最大入湖流量自上世纪90年代后逐渐减少，四水尾闾部分湖区的最高洪峰水位普遍升高1～3.67 m；湖区大洪水年同水位下的洪峰流量减少，同流量下洪峰的水位有所升高。入湖泥沙量总体呈减少趋势，入湖泥沙量和湖区泥沙沉积速率下降的速度加快。1981-1990年间由四水入湖的泥沙2.28亿t，较上世纪50年代减少1,66亿t，相当于少减少2000年洞庭湖湖容的0.76％；1991-2000年间四水入湖泥沙2.04亿t，较上世纪50年代减少1.90亿t，相当于少减少2000年洞庭湖湖容的0.87％。
3、洞庭湖流域生态安全状况评价结果表明，目前，该流域的生态安全度处于稳步上升阶段。流域的生态治理和景观生态建设策略，就是要顺应自然生态系统的结构特点与自然规律，协调好社会经济发展与环境保护以及资源利用间的关系。首先是要继续做好对流域人口增长尤其是农村人口增长速度的控制，大力发展非农业经济，促进农业人口的非农业就业转移。加大宣传和教育力度，提高政府和民众的生态安全意识，严格执行生态建设和保护的法律、法规与政策，分类分步实施生态治理措施。其次是要增加投入，科学规划流域干支流水利工程建设。最后是要巩固小流域生态治理成果，创新小流域生态治理模式。
本文研究特色及创新：本研究引入了灰色分析、最大似然法和Panel data模型等定量分析方法，有效解决了当前研究中的尺度转换困难、不确定性因素多、数据样本量不足等诸多难题，科学分析了洞庭湖中上游流域景观格局变化对下游水文现象变化的驱动机制，实现了方法上的创新，同时，拓宽了流域生态学和景观生态学的研究思路及内容。由于2000年后的数据缺乏，本研究未能对该流域景观格局变化的趋势进行准确预测。因此，增加景观数据期数，进步一步优化分析技术，仍是未来洞庭湖流域景观格局变化-生态环境响应研究努力的方向。