江漢平原土地利用景觀格局演變及生態(tài)安全評價.pdf

1、土地是人類賴以生存的和繁衍的第一資源，土地資源具有生產和養(yǎng)育功能、承載功能和生態(tài)功能。土地覆被是指自然營造物和人工建筑物所覆蓋的地表諸要素的綜合體，偏重于土地的自然屬性；土地利用是人類根據(jù)土地的特點，按一定的經濟和社會目的，采取一系列生物和技術手段，對土地進行的長期性或周期性的經營活動。由于人類不斷加大對土地資源索取和改造的力度，水土流失、森林消失、土地退化、沙漠化、鹽漬化和各種環(huán)境污染現(xiàn)象愈發(fā)突出，人類越來越意識到土地利用及由此帶來的

2、土地變化不僅僅是簡單的資源問題，更是全球變化的重要組成部分和造成全球環(huán)境變化的重要原因。因此將土地利用/覆被變化和區(qū)域生態(tài)安全、社會保障等區(qū)域發(fā)展問題緊密結合，研究土地利用/覆被變化對人類社會生存和可持續(xù)發(fā)展帶來的反饋作用和以及人類的響應機制是地理學研究的重要課題。
　　 江漢平原位于湖北省中南部，是我國湖泊密集度最大的淡水湖群區(qū)。從區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略上來看，江漢平原位于東部屬于武漢城市圈的范圍，西部屬于“宜一荊一荊”城市群，是湖北省

3、東西兩大城市集群相接和交匯的重要區(qū)域，本身也是沿長江經濟帶的重要組成部分，區(qū)位優(yōu)勢十分明顯，發(fā)展?jié)摿薮?；江漢平原由于優(yōu)越的自然地理條件和悠久的農業(yè)開發(fā)歷史，自古以來物產豐富，是湖北省主要的農業(yè)生產區(qū)域和糧食主產區(qū)、我國重要的商品棉生產基地；同時，江漢平原以其獨特的湖群、濕地分布特點，是湖北省重要的湖泊濕地生態(tài)區(qū)和武漢城市圈的生態(tài)屏障，對維持區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量和生態(tài)安全具有重要作用。由于江漢平原自然、區(qū)位條件優(yōu)越，經濟基礎較好，是我省承接

4、東部發(fā)達地區(qū)產業(yè)轉移的重要區(qū)域，又承擔著糧、棉生產和區(qū)域生態(tài)維護等多種社會、生態(tài)功能，其土地生態(tài)系統(tǒng)經受著高強度的開發(fā)與利用以及各種外界壓力的干擾。多種角色的疊加使江漢平原成為我國較為特殊的地理區(qū)域，因此針對江漢平原區(qū)域開展土地利用/覆被變化研究，了解區(qū)域土地利用類型變化的趨勢和特點，分析區(qū)域土地覆被景觀格局演變的影響因素，并對區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量狀況進行評價，不僅是當前地理學研究的重要領域，也對促進區(qū)域人口、資源、環(huán)境與經濟協(xié)調發(fā)展有著重

5、要的實踐指導意義。
　　 本文的主要內容共分為8章：
　　 第一章為緒論。闡明了本研究的意義；通過對國內外大量研究資料的收集和整理，從土地利用/覆被時空演變規(guī)律、土地利用/覆被變化驅動力、土地利用/覆被變化環(huán)境效應研究和景觀格局演變與生態(tài)評價等方面梳理了土地利用/覆被變化及生態(tài)效應的研究進展；同時通過江漢平原區(qū)域相關研究實踐進行總結，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的研究多從某一側面對江漢平原區(qū)域的土地利用/覆被變化進行分析，21世紀以來江漢平

6、原土地利用/覆被變化和景觀格局時空演變的總體分析較少，也很少出現(xiàn)對江漢平原整體范圍生態(tài)安全狀況的定量分析。
　　 第二章為本文的研究方案。在第一章研究的基礎上，針對現(xiàn)有研究中暴露出來的問題，確定了本文的研究目標：完善國內對江漢平原20多年來土地資源和生態(tài)狀況演變過程的了解，增強對江漢平原景觀格局形成的影響因素和驅動機制的研究深度，為我國平原湖區(qū)土地資源合理利用、生態(tài)環(huán)境問題的治理和改善、生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)劃與管理以及社會經濟和生態(tài)環(huán)境

7、的協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展提供支持。同時介紹了本文的基本研究內容，包括江漢平原土地利用/覆被信息綜合數(shù)據(jù)庫的建立、1987年至2010年江漢平原土地利用/覆被時空變化分析；1987年至2010年江漢平原多尺度景觀格局演變分析；江漢平原景觀格局梯度與影響因子響應分析和江漢平原土地生態(tài)安全格局評價。并對研究中所使用的方法、技術路線和研究區(qū)范圍、整體情況進行了介紹。
　　 第三章為江漢平原土地利用/覆被信息綜合數(shù)據(jù)庫的建立。運用數(shù)據(jù)庫和地理信

8、息系統(tǒng)技術整合了江漢平原范圍內15個縣市共2823406公頃范圍內1987年、1995年、2000年、2005年、2010年5個時期各地類土地利用/覆被數(shù)量變化、空間變化情況；對應時空范圍的景觀格局變化情況；研究區(qū)范圍遙感影像數(shù)據(jù)、研究區(qū)的數(shù)字高程模型、坡度數(shù)據(jù)、坡向數(shù)據(jù)、土地質量數(shù)據(jù)；研究區(qū)歷年來的氣象統(tǒng)計數(shù)據(jù)和人口、經濟、社會發(fā)展數(shù)據(jù)等，并以該數(shù)據(jù)庫為后期各項研究的基礎平臺。
　　 第四章為1987年至2010年江漢平原土地

9、利用/覆被時空變化分析。通過1987年、1995年、2000年、2005年和2010年5個時相的土地利用情況為基礎，運用動態(tài)度模型、土地利用綜合程度模型、重心模型和土地利用轉移矩陣等方法對江漢平原土地利用時間變化與空間分異進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)江漢平原的土地利用特點以耕地為主導利用類型，耕地質量普遍較好，水域面積豐富，土地開發(fā)利用程度高。研究期間，各土地利用類型變化幅度差異大，區(qū)域分異明顯，1987年至2010年耕地是變化數(shù)量最大的地類，

10、共減少74589.51 hm2；水域是面積增長最大的用地類型，但湖泊水域面積呈下降趨勢；從土地利用變化的區(qū)域分異來看，東部地區(qū)土地類型變化的幅度高于西部地區(qū)。研究期內江漢平原土地利用類型之間的相互轉化模式以耕地和水域之間的相互轉化為主體，耕地轉換為水域的面積最大，但主要是轉換為坑塘水面；耕地、水域和自然保留地之間的相互轉化密切；建設用地主要為單向轉入趨勢，研究期間增加12995.62hm2，大部分來自于耕地。江漢平原土地利用變化過程中帶

11、來的主要問題有耕地數(shù)量減少幅度大，人均耕地面積減小，建設用地增長快，人地矛盾日漸突出；土地利用程度逐年提高，土地壓力增大；生態(tài)用地面積減小，特別是林地、湖泊、自然保留地面積持續(xù)縮減，區(qū)域環(huán)境壓力增大。
　　 第五章為江漢平原多尺度景觀格局演變分析。通過從江漢平原總體尺度和10×10km網格尺度兩個水平上對江漢平原范圍內各種景觀類型的斑塊個數(shù)、斑塊密度、平均斑塊面積、面積加權形狀指數(shù)和面積加權分維度指數(shù)進行了計算和分析，研究發(fā)現(xiàn)耕

12、地景觀斑塊個數(shù)增加，斑塊面積減小，帶來斑塊密度的上升，斑塊形狀日趨復雜，平原東部和東南部各指數(shù)的變化幅度大于平原西部地區(qū)；林地、草地、自然保留地景觀各指數(shù)在江漢平原整體尺度上表現(xiàn)為覆被面積減少，在平原上分布更不均勻，逐步向西部、西南部退縮，同時斑塊個數(shù)減小、斑塊平均面積增大，形狀變復雜；水域景觀斑塊個數(shù)增加、平均斑塊面積減小，破碎度上升，同時斑塊的形狀變得簡單，水域景觀的空間分布也變得更不均勻；建設用地景觀斑塊增多、平均斑塊面積增大、斑

13、塊密度增大，斑塊的復雜程度加大。
　　 在江漢平原整體景觀格局指數(shù)的演變上，江漢平原范圍內的香農多樣性指數(shù)由1.0139下降至0.9688，均勻度指數(shù)由0.5570下降至0.5407，蔓延度指數(shù)由61.8750下降至60.1943，散布與并列指數(shù)由55.9097下降至2010年的55.4050，以上數(shù)據(jù)反映出區(qū)域總體的多樣性和均勻水平下降，景觀異質性降低，各景觀類型之間的連接性減弱，不同類型景觀之間的接觸幾率減小。
　　

14、 第六章為江漢平原景觀格局梯度與環(huán)境因子響應分析。通過對江漢平原6種景觀的類型指數(shù)和整體景觀水平指數(shù)運用RDA方法進行梯度分析可以發(fā)現(xiàn)，地形地貌(平均高程、地形起伏度)、氣候(年均降水量、溫度季節(jié)性)、人口(人口密度)、經濟發(fā)展(地區(qū)生產總值密度)、區(qū)位條件(距中心城鎮(zhèn)距離、路網密度)等5個方面選取的8個影響因子對各景觀類型指數(shù)和整體景觀水平指數(shù)的解釋比例最低為79.4％，最高為96.7％，都具有較好的解釋效果。
　　 對于大部

15、分景觀類型，人口密度和地區(qū)生產總值強度對景觀格局變化的作用比較明顯，除建設用地景觀外，這兩個因子的增加使其他景觀類型普遍出現(xiàn)破碎化的趨勢；使建設用地景觀的面積增加，斑塊變大，形狀變復雜，也使整體景觀格局的多樣性減小，不均勻程度上升。年均降水量對水域景觀平均斑塊面積的影響作用非常明顯，并起正向作用，年均降水量增大，水域景觀的斑塊將變大，同時受人口密度和地區(qū)生產總值上升的影響，水域景觀斑塊個數(shù)增加，兩者疊加的結果使水域景觀面積上升。

16、　　 第七章為江漢平原土地生態(tài)安全格局演變與生態(tài)保護措施分析。以第四、五、六章的分析結論為基礎，對江漢平原區(qū)域1987年至2010年以來土地利用數(shù)量和結構的變化，土地景觀覆被格局的演變對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響進行了分析，在此基礎上對影響江漢平原區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況的因素進行了梳理，并構建了以生態(tài)承載力指數(shù)、生態(tài)穩(wěn)定指數(shù)和生態(tài)適應指數(shù)構成的土地生態(tài)系統(tǒng)安全指數(shù)評價體系，在10×10km網格尺度上對江漢平原1987年至2010年土地生態(tài)系

17、統(tǒng)的安全狀況進行了定量分析。研究發(fā)現(xiàn)江漢平原土地生態(tài)系統(tǒng)承載力總量減少了40.63×104ghm2，人均生態(tài)承載力也由1.17 ghm2下降至0.97 ghm2，反映了江漢平原區(qū)域范圍內用于生物生產的土地面積呈下降趨勢，生態(tài)承載力水平和人均生態(tài)承載力逐漸降低；同期，江漢平原南部的生態(tài)穩(wěn)定指數(shù)下降較大，各網格的平均穩(wěn)定指數(shù)由0.72下降至0.52；各網格的平均生態(tài)適應指數(shù)由0.56下降至0.41，中南部區(qū)域下降的范圍最大。1987年至20

18、10年江漢平原區(qū)域各網格土地生態(tài)系統(tǒng)安全指數(shù)的平均值由1.41下降至1.27，土地生態(tài)安全狀況下降明顯；土地生態(tài)安全指數(shù)的變異程度上升，變化幅度加大，空間關聯(lián)性下降，空間異質程度上升。
　　 在以上分析的基礎上將江漢平原范圍劃分為生態(tài)城市優(yōu)化區(qū)、生態(tài)綜合開發(fā)區(qū)、生態(tài)農業(yè)發(fā)展區(qū)和生態(tài)安全控制區(qū)四個功能分區(qū)，并設定了四個功能分區(qū)的主要發(fā)展策略，以完善資源配置與利用的方式。同時應大力改善河流、湖泊、濕地的生態(tài)狀況，積極開展江漢平原區(qū)域