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《江西农业大学》 2016年
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南昌市景观格局时空变化及其驱动力研究

赵丽红  
【摘要】:人类活动作为主导因素所导致的区域景观格局变化在全球环境变化中占据十分重要的地位。随着我国城市化进程的加快,由此引起的景观格局脆弱性已成为当前的研究热点之一。论文以南昌市为研究区,以景观生态学等理论为指导,以“3S”技术为手段,采用三期Landsat系列影像图并结合森林资源调查等数据,运用基于TAVI的像元二分模型进行植被覆盖度的估算,分析其地形梯度变异规律及对景观利用方式转变的响应;从景观结构变化、转移矩阵、景观格局指数变化、景观变化信息图谱四个维度分析景观格局的时空演变特征及景观变化信息图谱的地形梯度效应;运用空间统计方法分析最佳尺度下的景观格局脆弱性时空变化特征,并结合景观变化信息图谱和景观利用转变行为分析对脆弱度演变的影响;通过构建SD模型和GIS-Logistic耦合模型,模拟驱动因子对景观格局变化的非空间驱动和空间推动作用;最后对景观格局脆弱区提出生态调控措施。研究结果可为研究区生态恢复措施的制订提供科学依据,同时,在景观格局与生态脆弱性间的关联性及景观演变驱动力范式等方面丰富了景观格局理论与方法,因此,论文研究具有重要的理论与应用价值。论文主要研究结果及结论如下:(1)研究区2001年、2005年和2010年的植被覆盖度均值分别为0.54、0.45和0.42,植被覆盖度以高、中覆盖为主。2001-2010年高覆盖区占植被覆盖区面积比从76.82%下降到53.24%,中覆盖区面积百分比稳定在19%,中低覆盖和低覆盖区面积分别从13.17%、7.96%上升为21.20%和18.99%。林地中,2001年、2005年和2010年植被覆盖度均值分别为0.72、0.62、0.58,高覆盖区占林地总面积比从72.25%下降到40.07%,中覆盖区面积比由13.72%上升为16.65%,中低覆盖和低覆盖区面积比分别从7.02%、5.18%上升为15.05%和19.60%。结果表明:2001-2010年南昌市植被覆盖度和林地植被覆盖度呈现出由高覆盖向中低覆盖、低覆盖演变的特点,植被覆盖呈退化趋势,但2005年之后退化幅度有所降低;三期植被覆盖度与高程相关系数分别为0.94、0.97和0.95,与坡度的相关系数分别为0.97、0.98和0.98,表明植被覆盖度与高程、坡度呈高度的正相关性,呈明显的梯度变化特征;景观利用方式的转变对植被覆盖度变化影响较大,近40%的植被覆盖度变化区域的景观利用方式均发生了转变。(2)在景观结构上,研究区景观类型以耕地景观和林地景观为主,其中林地以针叶林为主。2001-2010年景观结构变化呈现耕地、草地持续减少,建设用地和林地持续增加,其它土地与水域反向波动变化的特征。景观类型转移矩阵表明景观流出以耕地、水域、其它土地和林地为主,景观流入以耕地、其它土地、建设用地和林地为主;2001-2010年研究区景观斑块由5584块增加到7773块,多样性指数从1.31增加到1.41,优势度由0.27降到0.21,分维数从1.33上升为1.36。景观格局指数变化反映出研究区景观呈现明显的破碎化趋势,人类主导的活动对景观格局变化具有重大作用。景观变化信息图谱分析显示2001-2010年景观类型变化模式以“稳定型”图谱为主,占总面积的56.47%,其中“耕地-耕地-耕地”图谱为其重要的图谱。景观变化信息图谱表现出明显的梯度效应,持续变化型、过渡型、前期变化型和后期变化型图谱的分布指数随地形梯度变化规律相似,分布优势集中在4-5级地形位,在6-8级分布指数呈下降趋势。稳定型与其它四种类型图谱呈反向变化,除4-6级外均为优势分布区域。(3)2.5km×2.5km采样尺度下的景观格局脆弱度的变异性显著,指数模型为最优变异函数拟合模型,三期景观格局脆弱度结构方差占总方差的比值分别为0.71、0.55和0.53,存在较强的空间相关性,是进行景观格局脆弱性分析的最佳空间尺度;景观格局脆弱性演变在2001-2005年和2005-2010年两个时段呈现相反特征,分别表现为由中低脆弱、中脆弱向中高脆弱、高脆弱演变和由高脆弱、中高脆弱向中脆弱、中低脆弱演变;三期景观格局脆弱性Moran's I指数分别为0.7687、0.8516和0.258,表明景观格局脆弱性空间分布存在很强的正相关性,呈聚类分布模式;两时段植被覆盖度变化值和景观格局脆弱变化值建立的回归模型的绝对系数R2分别为0.7265和0.7639,置信度达到99.99%,结果表明景观格局脆弱性变化与植被覆盖度变化具有高度的关联性,景观格局脆弱性变化能够反映区域生态系统的变化。(4)景观格局演变与生态系统的响应分析表明稳定型图谱对景观格局脆弱度降低及稳定有很大的贡献,贡献率分别为58.45%和56.19%,前期变化型图谱和过渡型图谱对脆弱度增加的贡献较大,分别为15.50%和13.57%,持续变化型由于所占的面积较小,对脆弱度变化的贡献影响也较小;稳定型图谱中以“耕地-耕地-耕地”景观图谱对脆弱度变化的贡献率最大;主要的景观利用转变行为中,“毁林开荒”、“围湖造田”等行为对脆弱度增加的贡献率较高,“退耕还林”、“撂荒”、“土地开发”、“退田还湖”、“建设占用”和“土地复垦”等行为对景观脆弱度减少的贡献率较高。结果表明景观格局的演变对生态系统变化的影响复杂,景观的合理利用与保护对维护景观生态系统稳定性具有重要意义。(5)从各景观类型的承载力出发,综合考虑粮食总供给、经济发展、生态环境建设分别对耕地、林地和建设用地的需求构建的SD模型有效准确的反映了各驱动因素间的因果关系和正负反馈。通过统计调查资料及模拟试验法确定拟合各因素的函数关系式,模型检验模型仿真值与实际值的相对误差均在5%之内,结果表明SD模型能准确模拟驱动因子对景观格局演变的非空间驱动,可模拟不同情景下对各景观类型的需求量。(6)基于GIS-Logistic耦合模型构建的各景观类型转化的空间模型拟合度较好,很好的分析了驱动因子在空间上对景观格局变化的解释能力。结果显示转变为耕地的主要解释变量为土地开发、年均降水量、地区生产总值、土壤养分以及距离居民点距离;转变为林地的主要解释变量为森林覆盖率、距离河流距离、坡度、退耕还林和坡度;转变为建设用地的主要解释变量为距离城镇距离、距离居民点距离、固定资产投资、海拔、总人口和距离道路距离。结果表明人为作用产生的社会经济因素和人为干扰因素对景观格局产生了短期而又显著的影响。
【学位授予单位】:江西农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P901

【参考文献】
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