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基于遥感、GIS的陕北农牧交错带土地利用与生态环境效应研究

贾科利  
【摘要】: 本文选取陕北农牧交错带为研究对象,以1986、1993、2003年遥感影像为主要数据源,基于地物的光谱特征,采用分层提取和PCA与监督分类相结合的方法,提取了研究区1986~2003年土地利用/覆盖信息。在GIS的支持下,分析了近17年陕北农牧交错带土地利用/覆盖变化的时空特点、土地利用类型的转化过程,并结合景观生态学的基本理论与方法研究了土地利用景观格局空间特征,对未来30年土地利用变化的趋势进行了预测;运用主成分分析及回归分析等方法,探讨了导致土地利用格局变化的驱动机制,建立了陕北农牧交错带土地利用变化驱动因子指标体系;在此基础上,采用AHP分析方法,通过GIS制图,对区域土地利用生态环境效应进行了综合评价。结果表明: 1.基于地物的光谱特征,采用PCA与监督分类相结合的方法,建立的多级分层综合分类方法实现了对土地利用/覆盖类型的自动分类,分类总精度达到了84%以上,Kappa指数达到0.77以上,分类精度较高,是一种比较有效的信息提取方法。 2.陕北农牧交错带土地利用结构以农用地为主,面积占本区土地总面积的近3/4,居民点及工矿用地和未利用土地面积之和不及总面积的1/4;未利用土地中沙地面积最大,占未利用土地面积的4/5,达到本区总面积的近1/5。到2003年,耕地、林地、草地结构之比为1:1.1:0.9,表明研究区是以种植和轮牧为主的半农半牧交错区。 3. 1986~2003年,土地利用发生了较大变化。主要表现为林地平均以25 983.69 hm~2·a~(-1)的速度增加,主要由草地、未利用土地和耕地转化而来;居民及工矿用地增加的速度超过了2047 hm~2·a~(-1),增加的面积主要来自耕地;草地平均以0.41%的强度逐渐减少,减少的草地主要转化为林地和沙地;耕地、水域、未利用土地与沙地面积分别减少了105 206.36 hm~2、7 471.34 hm~2、109 231.35 hm~2、206 655.21 hm~2,在空间分布的广度逐渐减小。耕地减少的面积主要转化为林地和草地;水域减少的面积主要转化为耕地、林地和未利用土地;沙地面积减少显著,减少的沙地经过治理变主要转化为草地、林地和耕地。 4.陕北农牧交错带土地利用景观类型斑块总数呈现减少的趋势,呈集中性分布;但景观整体破碎化程度增大,景观格局正从单一景观向多样化景观过渡。在自然与人为因素的共同耦合作用下,导致了土地利用景观格局的空间动态变化过程。从1986~2003年耕地景观斑块重心向东北方向偏移了6 517.6 m;而林地景观重心向西南方向伸展了54 094.14 m;居民及建设用地向东北方向扩展了58 543.76 m;水域景观重心整体上向东北偏移了16 637.57 m;未利用土地景观类型重心向东北移动了51 312.03 m;沙地景观整体向东北偏移了11 843.43 m,沙漠化程度总体减轻,严重、重度沙漠化土地面积逐渐减少,稳步转化为中度和轻度沙漠化;中、轻度沙漠化面积已占到未变化沙地面积的50%以上,沙漠化的主导类型已由严重、重度沙漠化转变为中度、轻度沙漠化。 5.根据马尔科夫预测,陕北农牧交错带未来近30年耕地、草地、沙地面积将不断减少,到2033年,面积分别为740 614.75 hm~2、665 803.62 hm~2、556 752.73 hm~2;林地和未利用土地面积从2003~2023将不断增加,而后开始减少,到2033年,面积分别为1 217 768.66 hm~2、188 131.3 hm~2;居民及建设用地、交通用地和水域面积不断增加,到2003年面积分别为104 362.2 hm~2、35 670.71 hm~2、51 018.71 hm~2;各土地利用类型在2003~2013年间变化幅度最大,而后变化的幅度明显减弱。 6.陕北农牧交错带土地利用/覆盖变化是由自然、人文和社会经济因素共同影响所导致的。气候因素是驱动土地利用/覆盖变化的重要自然因素;政策制度的导向、人口压力及社会投资的增加,工、农业产业化的发展直接影响了土地利用/土地覆盖变化的时空分异,驱动了土地利用覆盖格局的变化。 7.陕北农牧交错带各县生态环境差异明显,整体生态环境指数由1986年的3.31上升到2003年的3.98,生态环境正逐渐好转,但处于较差状态,生态系统服务功能严重退化。土地利用景观中,耕地、林地、草地、沙地是影响生态环境的主要土地利用类型。


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