基于土地利用/覆盖变化的生境质量演变研究

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城镇化是经济发展的必由之路,也给自然环境和生态系统造成了不可逆转的影响,严重影响了生态环境和区域可持续发展。深入研究土地利用/覆盖变化对生境质量的影响,对分析区域生态环境和促进区域可持续发展具有重要的意义。本文以国家级生态文明建设示范区——贵阳市观山湖区为研究对象,以2010年、2015年和2020年Landsat卫星遥感影像为基础数据,对观山湖区土地利用/覆盖变化进行研究和分析,在此基础上研究并给出观山湖区生境质量演化特征。主要工作及取得的成果如下:(1)针对传统CA-Markov模型难以综合顾及多种因素对土地利用和覆盖的影响致使模拟和预测精度不高的问题,提出引入多准则评价(Multi Criteria Evaluation,MCE)和地理探测器(Geo Detector,GD)对CA-Markov进行优化和改进的MCE-GD-CA-Markov耦合模型。对贵阳市观山湖区土地利用和覆盖变化的模拟结果表明:利用CA-Markov模拟得到的2020年土地利用数据与遥感影像解译的实际土地利用数据的一致性(Kappa系数)为0.7763,而引入MCE和GD后Kappa系数提高至0.9394。说明本文对CA-Markov提出的优化和改进方案取得了明显成效。(2)利用本文提出的MCE-GD-CA-Markov模型对观山湖区2010-2020年期间土地利用/覆盖变化进行分析,模拟预测了自然发展、生态保护、耕地保护和综合发展四种不同情景下观山湖区2025年的土地利用/覆盖的空间格局。研究中将土地分为水域、建设用地、林地、耕地、草地及其他用地6大类型,将高程、坡度、坡向、人口密度、财政收入、夜间灯光数据、距道路、铁路、居民点、省市级行政单位、水域、地灾点的距离等12个指标作为多准则评价中的影响准则指标,基本农田和自然保护地作为限制性准则指标,并引入地理探测器中的因子探测器探测影响准则的空间分异性,将探测结果作为多准则评价函数中的效用系数,并据此制作土地利用适宜性图集,确定地类转移概率矩阵。研究结果表明,观山湖区耕地大幅度减少,建设用地大幅度增加,体现了观山湖区城市发展占用了大量耕地,人地矛盾日益突出的现状。(3)采用多种方法研究了观山湖区土地利用/覆盖的时空演化特征并分析了可能的驱动原因。利用土地的面积转移矩阵研究了土地流向特征和城市扩张速度和动态扩张特征;利用标准差椭圆法和空间洛伦茨曲线分析法研究了观山湖区土地利用的空间结构演化特征;利用香农熵原理和分维数法分别研究了观山湖区城市蔓延和空间形态特征。研究结果表明:观山湖区建设用地的重心正在由东部向西南方向移动,城市蔓延程主要集中在东北部和东南部,整个区域的城市空间紧凑度低,边界轮廓非线性特质增强。(4)基于(1)~(2)方法获取的土地利用/覆盖变化模拟结果,利用In Vest模型,对2010年、2015年和2020年观山湖区生境质量进行了研究。研究表明2010年、2015年和2020年观山湖区退化程度平均值分别为0.0274、0.0267和0.0253,生境质量指数平均值分别为0.2839、0.2675和0.2682。2010-2015期间,观山湖区整体生境退化程度和生境质量指数呈下降趋势;2015-2020年期间生境退化程度呈下降趋势,生境质量指数呈上升趋势。(5)基于前期对研究区域的土地利用/覆盖变化研究结果,模拟和预测了自然发展、生态保护、耕地保护和综合发展四种情景下2025年观山湖区土地利用和覆盖变化,并给出了相应情景下研究区生境退化程度和生境质量指数的变化。模拟结果显示,在单一土地利用情景模拟中加入限制数据的方法下,由于不能统筹安排各类用地,模拟结果不符合实际情况,有一定的局限性。而综合发展情景,由于考虑生态效益、经济效益和社会效益等多方面综合因素,模拟结果更符合观山湖区实际情况,表明采用综合发展情景方式进行生境质量评价研究更具合理性和科学性。
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