黄河流域人口密集区城镇扩张的生境质量影响及空间优化

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黄河流域既是生态屏障保护区也是重要的经济发展带,流域内人口密集区人类活动最剧烈、“人-地”关系矛盾最突出。社会经济与城镇扩张的快速发展加剧了生态系统失调和自然栖息地的破坏,致使生态修复功能、生境承载能力大幅度下降。研究以黄河流域人口密集区为典型案例区,对于探索黄河流域未来城镇发展规划和生境质量保护具有重要意义。本文系统梳理了当前国内外研究进展,在相关研究理论的支撑下,借助多源遥感数据及土地利用变化数据综合评价城镇扩张强度。随后利用景观指数、土地转移矩阵、In VEST模型和FLUS模型等方法深入探索黄河流域地区城镇扩张时空变化特征与规律及其对生境质量影响,模拟预测2030年黄河流域地区城镇用地与生境变化的趋势,在此基础上探讨不同情景下人口密集区城镇扩展与生境质量保护间的冲突。最后,本文基于MCR模型对城镇发展格局和生境质量分布进行空间适宜性优化。研究结果如下:(1)1990-2018年黄河流域城镇扩张对生境质量的影响变化显著,城镇用地面积增幅了79.8%,生境斑块的总面积减少5.2%。流域内林地和草地所在的地区生境质量最好,城镇斑块用地生境质量最差,主要是由于建设用地及耕地对草地的大量占用,建设用地斑块面积与斑块聚合度上升使得城镇内部生境质量逐年递减。人口密集区内城镇扩张速率对生境质量影响尤为明显,呈现出“外高中低”的空间格局,西安-太原密集带城镇扩张速率最快,生境退化最严重,生境质量平均值下降了3.9%。密集区内高等级生境斑块易转为低一等级斑块,加剧了高等级生境面积的减少,生境质量等级极不稳定。(2)社会经济要素对生境质量的影响强于自然环境因素。其中,人口密度与距道路距离是导致生境破碎化的主导因子,GDP、坡度和降水能为生境质量提供有利的发展空间,促使优质生境斑块的发展。城镇扩张在未来不同环境特征下产生不同结果,设置多情景模式,结合FLUS和Markov模型模拟预测黄河流域城镇扩张对生境质量的影响,模拟2018年土地利用与实际对比,最终总体精度达89.23%,kappa系数为0.862,模拟精度和可靠性均满足要求。(3)无生境约束发展情景下,预测出的2030年黄河流域耕地、林地和建设用地的面积都明显增长,建设用地面积是2018年的1.13倍,扩张速率为11.8%。生境质量平均值较2018年生境质量均值降低了1.8%,生境质量较低等级斑块增加10.1%,生境质量中等级斑块减少9.4%,城镇扩张对较低等级的生境质量斑块影响最大。有生境约束发展情景下,各类土地利用类型收到生境发展条件的限制,使得自然栖息地斑块面积持续上升,建设用地扩张受到约束,但斑块面积也在缓慢增加。预测出的2030年黄河流域草地面积增长最为迅速,是2018年的1.01倍,建设用地面积是2018年的1.07倍。生境质量平均值为较2018年生境质量均值降低了0.6%,生境质量标准差下降了6.3%。(4)无生境约束下人口密集区不同生境等级斑块在不同区域各有不同程度的增减,兰西人口密集区生境质量中等级斑块增加最多,增长了18.2%,西安-太原人口密集带生境质量高和较高等级斑块减少4.7%。受情景设置限制条件的影响,生境质量中等级斑块增加14.3%,中等级生境斑块在持续上升。有限制条件下人口密集区的生境质量平均值整体的小幅度增高,生境质量标准差呈现出小幅度降低,在自然栖息地被保护的情况下,生境质量也随之回升。(5)黄河流域生态源地主要分布在流域西部和南部,且源地斑块面积较大,东部较为稀少,生态源地高值区生态最小累积阻力面呈簇状分布,低值区生态最小累积阻力面占据大面积。在无约束情景下建设源地最小累积阻力面低值区主要分布在人口密集区内,有约束情景下中农村居民点与其他建设用地对最小累计阻力面的贡献较小,以点状形态分散在城镇用地范围内,呈现出零星的空间集聚。
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