泰安市区土地利用变化及生态效应研究

【摘要】： 土地利用/覆被变化(简称LUCC)是当前全球环境变化研究领域的热点和前沿问题,随着我国经济的快速发展,人口数量不断增多,城市土地利用与土地覆被格局变化很大,经济发展与生态环境之间的矛盾越来越突出,开展典型地区土地利用/覆盖变化及其环境效应研究是认识全球变化的重要途径之一。 本文针对我国快速城市化的实际情况,以泰安市区为研究区,在遥感与地理信息系统技术的支持下,以1990年、2005年和2007年土地利用数据库为依据,系统分析了研究区城市土地利用时空演化特征和土地利用类型的转化过程;应用景观生态学原理与方法,研究了土地利用景观格局空间变化特征,并对未来土地利用变化的趋势进行了预测;应用主成分分析、线性回归模型及BP神经网络对土地利用变化驱动机制进行了研究;在此基础上评价了研究区LUCC的生态环境效应以及生态服务可持续性,本研究的主要结论和成果如下: 1、泰安市区2005年土地利用结构以农用地为主,耕地占41.94%,园地占15.58%,林地占20.21%,城镇建设用地占8.39%,农村居民点用地为7.38%,水域为3.68%,未利用地为2.82%。 2、从土地利用类型面积变化幅度来看,1990-2005年泰安市区土地利用类型变化表现为耕地、未利用地和水域面积减少,建设用地、林地、园地面积增加。在变化速度上,面积减少速度由快到慢依次为耕地、水域和未利用土地;面积增长速度由快到慢依次为城镇建设用地、园地和林地。其中城镇建设用地的变化属于快速变化型,其他各类型土地利用变化均属于极缓慢变化型。 3、泰安市区土地利用相对变化率存在明显的区域差异。研究时段内土地利用程度综合指数总体上逐渐增大,但均小于300。土地利用程度变化率R0,从整个市区来看,土地利用处于发展期。土地利用程度变化区域差异显著,各乡镇土地利用程度大多处于发展期,但个别乡镇土地利用程度处于衰退期或调整期。 4、从土地利用转移来看,研究期间,土地利用发生了较大变化。耕地主要转为园地、林地、城镇建设用地和农村居民点用地;城镇建设用地和农村居民点用地的增加主要来自耕地;林地增加的面积主要来自耕地和园地;园地面积的增加来自耕地,未利用地面积的减少主要是转为园地和林地。 5、应用数量分析和分形理论对研究区城市土地景观镶嵌结构进行了分析。结果表明:研究区域景观类型斑块形状趋于复杂和多样,景观的整体破碎化程度提高,稳定性变弱。人为活动对景观的干扰程度不断加大,景观形状趋于复杂,优势景观类型面积下降,优势度有所下降,多样性指数上升。研究期间,耕地景观受城市化的影响最为严重,已经大规模、连片消失;园地景观规模增大,人为干预对其斑块结构的影响不是非常明显;林地景观主要呈大面积斑块聚集分布,景观格局对人为干扰的响应不是很敏感;水体景观受人为活动的影响不明显。城市建设用地是变化规模最大、变化速度最快的景观类型,城市化过程对其结构产生了显著影响。 6、本文在土地利用转移矩阵的基础之上,计算土地利用转移概率矩阵,采用马尔科夫模型预测未来土地利用变化趋势。结果表明:泰安市区耕地面积在将来的30年内将持续减少,水域也有小幅度减少;与之对应的是城镇建设用地和农村居民点用地持续增加,另一个明显的趋势是园地和林地持续增加。用灰色GM(1,1)模型进行未来建设用地数量预测,结果表明以现在的变化趋势发展下去,泰安市城区建设用地面积将在10年内增加17.03%,平均每年增加107.86公顷。 7、将定性分析和定量计算相结合,采用主成分分析、线性回归模型和BP神经网络等方法对土地利用变化驱动力进行了系统的研究,结果表明:研究区土地利用变化的主要驱动力为人口和经济发展因子,各因子对泰安市区土地变化的影响作用大小存在差异。 8、采用区域生态风险指数模型,建立土地利用结构与区域生态风险的关系,计算了研究区域不同时空尺度生态风险指数。结果表明:研究期间泰安市区综合生态风险指数由1990年的0.1409上升到2005年的0.1414,生态风险略有增强。生态风险分布在空间上存在显著差异,1990-2005年泰安市区生态风险较高的地区主要是泰山区的岱庙办事处、财源办事处、省庄镇、邱家店镇、徐家楼街道办事处和上高街道办事处,岱岳区的范镇、角峪镇、北集坡镇、满庄镇、山口镇、天平办事处。距离中心城区较远的区域,特别是市区东北部泰山林地分布较多,工矿、居民点及交通用地比例较小,对生态环境的影响较小,生态风险指数值较低。从空间分布格局来看,指数值的分布基本沿着城区和主要交通干线呈线状或点状逐步向外减小。 9、采用Costanza等提出的各种土地利用类型生物量系数的方法,对1990-2005年泰安市区土地利用变化而引起的生态服务价值变化进行了初步研究,发现研究期间生态服务价值总量降低,空间分布差异明显,各镇对研究区生态服务价值总量贡献程度不一。15年间研究区生态服务价值损失了28116.37万元,平均1hm2土地年净损失生态服务价值为13.87元。最后提出了土地可持续利用的对策。

【关键词】：土地利用/覆被变化 景观格局 驱动机制 生态环境 泰安市区
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：F301
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