基于GIS和景观格局的城市土地生态风险的研究——以武汉市为例

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:juezhan2010
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随着经济的发展,社会的进步,我国已经步入工业化和城乡一体化的快速发展阶段,城市的扩展在很大程度上改变了自然/半自然景观生态系统的空间结构与功能。城市的扩展、人类活动的强烈干扰导致了城市周围林地、草地、水域等自然景观向耕地、农村居民点、城镇、工矿用地等人文景观的转变。这样就打破了整个自然/半自然生态系统的景观格局构成,造成自然生态系统结构和功能上的改变和生物多样性的损失,影响区域生态安全。   基于景观生态风险的研究是今年来逐渐兴起的热点研究领域。它旨在通过景观格局指数法建立研究区域的生态风险评价模型,进而探讨区域内景观格局的空间演变规律以及景观格局与生态风险的相互联系,对于理解城市及边缘地区自然——经济——社会复合生态系统的演变趋势,建立可持续发展的城市化发展模式、加强区域生态风险管理具有重要理论和现实意义。   本文首先阐述了选题背景、研究意义以及景观格局和生态风险评价的国内外研究进展,并且介绍了研究的理论基础和技术方法;最后以武汉市为例,进行了城市土地生态风险评价。本文先基于LandsatTM(1991,2005年)两期遥感影像,应用GIS和RS技术提取了武汉市景观类型信息,再利用景观指数法分析了其景观格局特征,并选取景观破碎度、景观分离度、景观干扰度、脆弱性指数作为研究区域生态风险评价指标,构建生态风险评价体系,得出研究区域的生态风险值,最后利用地统计学的空间分析方法对生态风险指数进行空间化,并对生态风险指数采样结果进行半变异函数分析和空间插值,研究生态风险空间分布特征。最终得到以下结论:   (1)人为活动干扰是影响武汉市景观格局变化的主要因素。社会经济的发展对武汉市景观格局的压力逐年增大。从1991年到2005年是城市迅速发展的时期,城市建设急剧膨胀,中心城区逐渐向外扩张,占据了大量的耕地和一些林地。研究期间林地面积略有减少。耕地面积比重明显下降,城乡交错带周围的大量闲置的耕地,逐步转变为城镇建设用地。研究期间水域面积锐减,并且变得破碎化,受人类活动的强烈干扰,自然属性逐渐丧失。   (2)1991-2005年期间,武汉市景观多样性指数呈逐渐小幅减少的趋势,在持续的土地利用变化背景下使得武汉市景观异质性不断降低。同一时期,武汉市最大斑块优势度指数逐渐上升,占优势地位的水域景观逐步被建设用地景观所代替,城市建设用地逐渐成为占主导地位的优势景观,且规模效应正逐步显现,而均匀度指数在逐渐下降。研究期内武汉市中心城区蔓延度指数和最大斑块指数增加,空间连接性增强,土地利用率提高,以建设用地为主的优势景观在中心城区内占据主导地位。   (3)研究期间黄陂区的木兰天池、梅店水库和林场一带、江夏区的梁子湖周围生态风险值一直较高,随着旅游用地的开发,该区正处于由自然景观向半自然景观的过渡阶段,人类活动干扰性大,生态脆弱性较高,生态系统不稳定。1991年整个研究区域内生态风险强度呈不均匀状态分布,高生态风险区大部分分布于长江流域沿岸的城区,这部分地区为自然——经济——社会复合生态系统,随着城市建成区面积迅速扩大,使系统内自然生态景观逐步被人文景观所侵占,自然属性逐渐丧失。2005年,该地区大部分已经形成人工景观,它们是人为管理的产物,由于大量人为管理负熵的输入,使这些生态系统相当稳定。   综上,人类活动对于景观结构的干扰程度越来越深,各种地类之间的转变及边界变更越来越复杂,生态风险等级转变速率呈加快的趋势。因此,在该区域快速城市化进程中,应将自然资源、生态环境和社会经济的发展进行耦合研究和综合评价。兼顾区域经济与生态环境的协调发展,优化土地利用结构,提高土地的集约利用水平;合理调整该区的产业结构,优先发展绿色环保的高新技术产业,因地制宜发展工业及农业生产。对生态环境采取防治结合的措施,改善人类的生活环境。   通过本文研究结构表明,利用多时相的景观结构信息,借助景观指数分析方法和空间统计学可定量化地描述不同区域内的相对生态风险程度,揭示生态风险的空间分布特征和动态变化规律以及人为对景观格局的干扰活动与区域生态风险之间的有机联系。为城市土地利用规划、区域环境整治、生态风险管理提供依据。
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