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面对当前日益加剧的人口-资源-环境问题，土地利用变化与生态安全，已成为全球和区域环境变化研究中关键而迫切需要解决的问题。从不同区域和时空尺度进行研究，包括土地变化过程、变化模式、动力机制、环境效应及生态安全定量评价，是目前研究的重要内容。
本研究以1988、1996、2000和2004年TM影像为主要数据源，基于地物的光谱特征、纹理特征、分形特征以及高程信息，采用数据挖掘算法构建决策树分类器，自动提取了南京市1988-2004年土地利用分类信息。在GIS技术的支持下，分析了近16年来南京市土地利用在数量、程度和结构上的变化特点及其驱动因素。在此基础上，从生态系统能量流动的角度，运用能值分析的理论和方法对传统生态足迹模型进行改进，提出了区域生态承载力计算的新思路、新方法。并利用改进模型定量评价、分析了土地利用变化引起的区域生态安全性状；利用新构建的生态足迹压力指数，划分区域生态安全等级，进一步揭示区域生态环境的安全程度和等级差异。论文主要结论如下：
1.在综合提取地物光谱特征基础上，结合空间结构特征、非遥感数据，利用机器学习中的数据挖掘算法构建的决策树分层逐次提取方法实现了对土地利用类型的自动分类，具有快速与可重复性，分类总精度达到了84％以上，Kappa指数达到0.81.以上，分类精度较高，是一种比较高效的信息提取方法。
2.耕地是南京市土地利用结构的主体。16年间，耕地面积减少最多，主要流向建设用地和水域，属于高速衰减型。建设用地面积增加最多，总体增幅最大，新增速率是其转出速率的68.6倍，属高速扩展型。水域面积先缓慢减少，2000年后由于水产养殖大量占用耕地而呈快速增长。草地面积减幅最大，但总量很小。林地属缓慢衰减型，主要为建设占用。未利用地基本没有变化。总之。1988-2004年南京市土地利用年均变化率稳步增大，反映出人类对土地利用方式的干扰度在慢慢加大。
16年内土地利用转换变化的趋势显示，耕地转为建设用地的比重从98.36％降到了68.6％。建设用地转出量比重也从0.52％上升到了3.87％。这在一定程度上体现了土地复垦整理、农村居民点撤并、严格控制建设占用耕地等土地利用政策的成效。
南京市整体土地利用程度处在平稳发展时期，城区、城郊区土地利用程度则处于高速发展期；土地利用率最高的是鼓楼区，最低是溧水县，白下区土地利用程度发展速度最快；而郊县的高淳因土地利用程度变化率为负值，而处于调整期。
1988-2004年，南京市土地利用结构信息熵和均衡度均表现出单调递增趋势，反映出研究区土地利用系统在逐渐由有序向相对无序状态发展。信息熵存在明显的空间差异性，从市中心往外，依次出现主城低值区(以鼓楼、白下、秦淮为代表)、城郊高值区(包括雨花、玄武、栖霞、浦口、江宁、建邺)以及远郊县次高值区(高淳、溧水和六合)，形成类似火山口地形的低-高一次高的圈层结构。
各土地利用类型的空间结构形态存在明显的分形特征。不同土地利用类型空间结构复杂程度的大小排序为：耕地＞水域＞建设用地＞未利用地＞林地＞草地。可见耕地空间结构最复杂，破碎程度最大，受人类活动影响最深。
3.传统生态足迹模型与本文改进模型计算的南京市2004年生态足迹结果显示，两者结论一致，即生态足迹大于生态承载力。但传统模型计算的生态赤字绝对值(5.064)远远大于改进模型的结果(3.755)。利用本文构建的生态压力指数测算，传统模型揭示区域生态安全性等级已达很不安全状态(第6级)，改进模型则为中等不安全状态(第5级)。通过分析，生态足迹改进模型更能真实地描述生态足迹的情况，反映区域生态安全性状。
研究期内，南京市人均生态足迹始终大于人均可利用生态承载力，生态赤字不断变大，生态压力越来越大。生态安全等级划分结果显示，1988、1996年南京市生态环境处于稍不安全水平状态(4级)，2000年上升为中等不安全水平状态(5级)后，生态环境安全一直平稳处于该等级状态。