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四川盆周山地土地利用/覆盖景观空间格局演替研究

陈刚  
【摘要】:四川省地处中国西南腹地,自然和人文资源丰富,在西部大开发和社会经济的可持续发展中具有十分重要的战略地位。四川盆周山地地势崎岖,地形地貌和地质构造复杂,岩性多样,生态地质环境非常脆弱。随着资源开发的加剧和经济建设的发展,环境承载力的均衡状态被打破,面临的环境问题日益严峻。破解此难题的基本思路是充分认识环境变化的客观自然规律,实现资源开发和社会经济的可持续发展。土地利用/覆盖是地球表层系统最突出的景观特征,与环境有着密切的联系,其变化是环境变化研究的重要内容,揭示了生态环境演变的重要规律。本文以四川盆周山地为研究区域,围绕着土地利用/覆盖景观空间格局演替这一中心主题,利用生态、环境、系统科学的相关原理和方法,采用遥感和地理信息系统技术,以地理统计分析和动态模拟相结合,研究在复杂山地条件下,土地利用/覆盖景观的空间格局特征和演化规律。主要取得以下认识和成果: (1)通过对斑块和景观级别的土地利用景观进行分析,研究了耕地、草地、林地、水域、城乡建设用地和未利用土地的土地利用景观空间分布格局和变化特征。研究表明,土地利用类型受山地自然条件的约束,土地利用景观在不同的山地区域内具有明显不同的分布格局和变化趋势特征,其分布格局是自然环境(地形地貌、气温降水等)和人类活动共同作用的结果。在低海拔区域人类活动对土地利用的影响占主导,随海拔升高,地形的影响增强,逐渐从地形与人类活动共同影响,过渡到地形影响占主导,并通过影响土地利用景观的破碎度、均匀度、连通性以及复杂度改变其分布格局。 (2)研究了NDVI植被指数时间序列的空间特性,结果表明,NDVI指数受海拔高度的影响明显,不同海拔高度的年平均NDVI植被指数,具有独立的波动曲线。除高山外,四川盆周山地NDVI指数呈减少趋势。年均NDVI植被指数有明显的层次分布特征,层次分布顺序与海拔高度并不一致,月(旬)NDVI植被指数则具有明显的季节性周期变化趋势。土地利用方式对NDVI植被指数产生直接的影响,与NDVI植被指数有着重要的联系,。 (3)利用混沌理论和混沌时间序列预测方法,重构了NDVI植被指数时间序列的相空间,实现NDVI植被指数的短期预测,证明了NDVI时间序列是非线性确定系统,具有混沌特征。对预测得到时间序列曲线的线性拟合分析表明,研究区的NDVI植被指数仍有减少趋势,不同山地区域的NDVI指数,在不同趋势方向的变化程度有所区别,反映出非山地和高山区域内生态环境在短期内有继续恶化的趋势,而低山、中山和极高山区域的生态环境则有所改善 (4)土地利用格局的主导因素和驱动机制是研究的核心内容,通过建立关联规则数据挖掘模型,提取土地利用景观和环境要素之间的多维关联规则,解释分析土地利用景观格局的环境驱动力。对关联规则的分析结果表明:高程、坡度、气候、土壤、植被是影响土地利用景观格局的重要驱动因素,坡向与土地利用景观的相关性较弱。同时,地形地貌、植被土壤分布和气候之间存在复杂的多重关联关系,这些关联关系反映出在山地复杂自然环境下,土地利用景观的空间分布规律与环境因素之间的内在联系。 (5)在对土地利用与环境的关联关系研究的基础上,选取相关环境要素,建立土地利用景观空间分布格局动态演化模型,模拟预测土地利用景观的变化。模型以地理元胞自动机为核心,用神经网络建立状态转换规则,并通过遗传算法对神经网络进行优化。模拟结果表明,耕地日益减少,被转作其他土地利用类型较多,耕地保护面临日益严峻的形式;林地面积逐年增加,森林资源得到较好的保护,生态环境状况有所恢复,而土地资源的开发利用又导致城乡建设用地规模增涨迅速。土地利用类型变化是自然和人类多重因素共同作用的结果,在充分考虑多种相关因素后,模型能很好的预测土地利用的变化趋势,具有较好的可靠性和可信度。通过元胞自动机动态模拟,也能直观的展示出土地利用的演变过程。 通过本文的研究,分析土地利用/覆盖的时空变化特征,建立土地利用格局演化预测模拟体系和模型,透过土地利用格局变化的表象了解山地生态环境变化的客观规律,为土地利用管理和规划提供参考,有利于促进山地资源环境可持续发展。


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