【摘要】：土地利用空間格局研究是LUCC理論和實(shí)踐的基礎(chǔ),土地利用空間格局刻畫是土地利用空間格局理論的具體實(shí)踐,其研究成果能進(jìn)一步完善土地利用空間格局的理論和研究方法,提升土地利用規(guī)劃和管理水平,為實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)奠定基礎(chǔ)。土地利用空間格局刻畫方法研究有利于準(zhǔn)確、全面和高效地刻畫我國不同土地利用類型和土地利用整體的空間格局,厘清其變化特征,為優(yōu)化我國國土資源空間格局、應(yīng)對(duì)全球變化提供科學(xué)參考。目前,由于土地利用空間格局的內(nèi)涵和研究范疇尚不明晰,土地利用空間格局研究未形成一個(gè)完整的理論體系,導(dǎo)致土地利用空間格局的刻畫不全面;又由于格局指標(biāo)繁多且存在較大的相關(guān)性,易造成土地利用空間格局刻畫的冗余。本研究在深刻理解土地利用空間格局內(nèi)涵的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了一個(gè)符合土地利用特點(diǎn)的土地利用空間格局刻畫概念模型和一套具有相對(duì)獨(dú)立性和全面性的格局指標(biāo)集,引入模糊C均值聚類(Fuzzy c-means algorithm,FCM)方法建立指標(biāo)與空間格局之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了中國土地利用單一類型及整體的空間格局和格局動(dòng)態(tài)的刻畫。本文主要的研究結(jié)果如下:(1)基于目前國內(nèi)外土地利用空間格局的理論和研究?jī)?nèi)容,深入分析了影響土地利用空間格局的要素、維度及其相互關(guān)系,定義土地利用空間格局的概念為在一定時(shí)空尺度下,某種土地利用類型或土地利用整體的斑塊空間配置。重點(diǎn)考察土地利用的幾何特征(面積、形狀和斑塊分布)和類型特征(結(jié)構(gòu)和多樣性),從時(shí)間-空間-類型三個(gè)維度,構(gòu)建了“幾何特征-類型特征”三維土地利用空間格局刻畫概念模型,能夠客觀和科學(xué)地反映影響土地利用空間格局的諸要素及其間的相互作用關(guān)系。(2)利用土地利用空間格局刻畫概念模型,建立了一套土地利用空間格局刻畫方法。首先,依據(jù)科學(xué)性、相對(duì)獨(dú)立性、時(shí)空尺度合理性、全面性與簡(jiǎn)明性等格局指標(biāo)選擇原則,針對(duì)類型維度進(jìn)行指標(biāo)選擇。利用相關(guān)分析法,得到土地利用單一類型空間格局的代表性指標(biāo)為:類型面積指標(biāo)、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)和面積加權(quán)平均斑塊最近距離,分別代表幾何特征中的面積、形狀和分布;得到土地利用整體空間格局的代表性指標(biāo)為:面積加權(quán)平均斑塊面積、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)、面積加權(quán)平均斑塊最近距離,分別代表幾何特征中面積、形狀和分布,以及結(jié)構(gòu)指標(biāo)和豐富度指標(biāo),分別代表類型特征中的結(jié)構(gòu)和多樣性。然后,利用格網(wǎng)面積填充法確定土地利用單一類型和整體的特征尺度。最后,引入FCM聚類分析法,利用分割系數(shù)法確定模糊權(quán)重為2、空間格局最佳分類數(shù)為5類;根據(jù)FCM聚類劃分土地利用幾何特征空間格局的方式,計(jì)算得到各指標(biāo)與幾何特征空間格局的定量關(guān)系。最終形成以指標(biāo)選擇、尺度確定和聚類劃分為主要步驟的土地利用空間格局刻畫方法。(3)對(duì)2010年中國土地利用單一類型的幾何特征空間格局進(jìn)行了刻畫。耕地、草地和未利用土地的空間格局劃分方式相似,林地空間格局劃分方式稍有不同,得到的空間格局類型分別命名為充盈型、分形型、復(fù)雜小面積型、簡(jiǎn)單小面積型和散布型;水體和建設(shè)用地的空間格局劃分相似,得到的空間格局分別命名為充盈型、分形小面積型、復(fù)雜小面積型、簡(jiǎn)單小面積型和散布型。參考劃分方程式,對(duì)每種土地利用類型空間格局的生產(chǎn)、生態(tài)特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。耕地充盈型主要分布在東北平原、華北平原和四川盆地,分形型主要分布在丘陵區(qū),這兩種空間格局類型是我國主要的耕作農(nóng)業(yè)區(qū)。中國林地的空間格局分布呈現(xiàn)由東南和東北向西北面積逐漸變小、形狀逐漸變簡(jiǎn)單的趨勢(shì)。草地空間格局類型具有明顯的空間聚集性,呈現(xiàn)出東北-西南方向的條帶狀分布,充盈型格局主要分布在內(nèi)蒙古牧區(qū)北部與西藏牧區(qū)西部。水體面積較小且分布零散,故其空間格局類型未呈現(xiàn)大面積的集聚現(xiàn)象。建設(shè)用地充盈型空間格局集中分布在京津冀地區(qū)、長(zhǎng)江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)等城市分布密集的區(qū)域;分形小面積型則主要表現(xiàn)為集聚分布的農(nóng)村居民點(diǎn)用地;建設(shè)用地空間格局類型從簡(jiǎn)單小面積型發(fā)展到分形小面積型反映了建設(shè)用地的擴(kuò)展過程中形狀趨于復(fù)雜的發(fā)展特征,分形型變?yōu)槌溆蛣t為建設(shè)用地發(fā)展較為成熟的階段。未利用土地的空間格局呈現(xiàn)出明顯的自東南(散布型)向西北(充盈型)的漸變特征。對(duì)比不同土地利用類型的空間格局,發(fā)現(xiàn)耕地和林地的空間格局具有一定的空間互補(bǔ)性,草地和未利用土地空間格局具有一定的空間相關(guān)性。(4)對(duì)2010年中國土地利用整體的空間格局從幾何特征、結(jié)構(gòu)和多樣性三個(gè)方面進(jìn)行了刻畫。第一,中國土地利用整體空間格局的幾何特征可劃分為五類,分別為簡(jiǎn)單大斑塊型、復(fù)雜大斑塊型、復(fù)雜小斑塊型、簡(jiǎn)單小斑塊型和散布型。簡(jiǎn)單大斑塊型在西北地區(qū)主要為草地和未利用土地,在藏南地區(qū)和東北長(zhǎng)白山和小興安嶺主要為林地;復(fù)雜大斑塊型空間格局則反映了以某土地利用類型為主的土地利用類型間的組合關(guān)系;復(fù)雜小斑塊型是幾何特征空間格局中最主要的類型,反映了多種土地利用類型較為均衡的組合關(guān)系,復(fù)雜形狀的成因主要為地形因素,在丘陵山地區(qū)出現(xiàn)明顯的聚集效應(yīng);簡(jiǎn)單小斑塊型的土地利用組成多樣,土地利用斑塊由于被山脈和流水等切割斑塊面積偏小,且形狀簡(jiǎn)單;散布型中存在某種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)被其他土地利用類型隔離的現(xiàn)象。第二,2010年中國土地利用共存在61種不同的結(jié)構(gòu),但累積占比達(dá)到90%的主要結(jié)構(gòu)類型僅有14種。其中,草地-未利用土地結(jié)構(gòu)的格網(wǎng)數(shù)量最多,其次是未利用土地結(jié)構(gòu)、耕地-林地結(jié)構(gòu)和草地結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特征的空間分布具有明顯的空間聚集性,受地形等自然因素影響顯著。第三,中國土地利用多樣性特征總體上呈現(xiàn)“東北、東南高,西北低”的態(tài)勢(shì),東北和東南地區(qū)由于氣候、地形、人類活動(dòng)等使得土地利用類型豐富,西北部由于地形、氣候限制,土地利用類型以草地和未利用土地為主,土地利用多樣性較低。(5)對(duì)1980s末至2010年中國土地利用空間格局的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了分析,包括耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地和未利用土地及土地利用整體的空間格局變化的主要?jiǎng)討B(tài)類型、數(shù)量特征與空間分布。結(jié)果表明,建設(shè)用地的動(dòng)態(tài)度最大,且呈快速上升趨勢(shì),其次為水體,而耕地、草地和未利用土地的動(dòng)態(tài)度均在20%左右,林地的動(dòng)態(tài)度最小,僅為11.69%,土地利用整體動(dòng)態(tài)度約為20%。研究期間,耕地、水體和建設(shè)用地發(fā)生了 30種空間格局動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換,而林地的格局動(dòng)態(tài)僅有10種,未利用土地的格局動(dòng)態(tài)類型僅有14種。幾何特征動(dòng)態(tài)中,平均斑塊面積變大的格局動(dòng)態(tài)主要分布在新疆地區(qū),平均斑塊面積變小的格局動(dòng)態(tài)主要分布在大興安嶺北部、長(zhǎng)江三角洲、華北平原等地;形狀變復(fù)雜的格局動(dòng)態(tài)主要分布在大興安嶺北部、小興安嶺、云南高原和新疆地區(qū);形狀變簡(jiǎn)單的格局動(dòng)態(tài)主要分布在大興安嶺南部、東北平原南部、珠江三角洲。結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)中最主要的為草地-未利用土地結(jié)構(gòu)與草地或未利用土地之間的相互轉(zhuǎn)換,主要發(fā)生在西北地區(qū)。結(jié)構(gòu)中增加的主要類型是未利用土地,集中分布在大興安嶺中北部和新疆;其次是建設(shè)用地,主要分布在華北平原、山東丘陵、長(zhǎng)江中下游平原和東南沿海地區(qū)。結(jié)構(gòu)中減少的主要類型是草地,主要分布在大興安嶺北部、山東丘陵和新疆地區(qū)。多樣性動(dòng)態(tài)幅度不大,以增加為主,多分布在東北地區(qū)、新疆、河北平原、東南丘陵北部和臺(tái)灣中央山地;多樣性減少的動(dòng)態(tài)變化主要分布在魯西北平原、山東丘陵、珠江三角洲、阿拉善高原和新疆。上述結(jié)果表明,我國土地利用空間格局演變過程中存在的問題包括中國東部和南部耕地的減少與破碎化、西北部新開墾耕地的質(zhì)量有待評(píng)估,西北地區(qū)的草地退化,以及建設(shè)用地蔓延式擴(kuò)張所引起的耕地流失與環(huán)境影響等問題。應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整,堅(jiān)持基本農(nóng)田保護(hù)政策,加大草原建設(shè)和保護(hù)力度、調(diào)整建設(shè)用地發(fā)展模式。本研究的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:(1)構(gòu)建了基于“幾何特征”和“類型特征”的時(shí)間-空間-類型三維土地利用空間格局刻畫概念模型,明確了土地利用空間格局的研究范疇及維度,既適用于刻畫土地利用單一類型的幾何特征,也能夠刻畫土地利用整體的幾何特征和類型特征,具有較高的普適性和可推廣性。(2)在概念模型的理論框架下,從指標(biāo)選擇、特征尺度確定和聚類分析等方面建立了一套適用于不同土地利用類型及整體的土地利用空間格局刻畫方法,能夠較好地定量劃分不同的空間格局類型并確定其特征。(3)全方位、多角度地對(duì)中國六種土地利用單一類型及整體空間格局進(jìn)行刻畫,并分析其空間格局的演化。中國土地利用空間格局的刻畫結(jié)果進(jìn)一步印證了土地利用空間格局幾何特征與類型特征各格局要素的獨(dú)立性與相關(guān)性、單一類型與整體的聯(lián)系與區(qū)別、時(shí)空維度相互作用的辯證統(tǒng)一關(guān)系。
【圖文】：

３．１數(shù)據(jù)源介紹逡逑本文采用的土地利用數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院構(gòu)建的中國１：１０萬比例尺土地利逡逑用時(shí)空數(shù)據(jù)庫（圖３．１），該數(shù)據(jù)庫是基于陸地衛(wèi)星（Ｌａｎｄｓａｔ）、中巴地球資源逡逑衛(wèi)星（ＣＢＥＲＳ）、北京一號(hào)（ＢＪ－１）和環(huán)境一號(hào)（ＨＪ－１）等遙感衛(wèi)星影像及相逡逑關(guān)輔助數(shù)據(jù)，采用人機(jī)交互解譯的方法獲得的。數(shù)據(jù)制作的基本流程和主要技逡逑術(shù)環(huán)節(jié)包括遙感數(shù)據(jù)的篩選、幾何糾正、分類信息提取、動(dòng)態(tài)信息提取、圖形逡逑編輯、質(zhì)量檢查、數(shù)據(jù)集成、面積匯總等，數(shù)據(jù)總體精度達(dá)到８５％以上，耕地、逡逑城鄉(xiāng)工礦居民用地等定性精度在９０％以上。分類系統(tǒng)為中國科學(xué)院土地利用遙逡逑感監(jiān)測(cè)分類系統(tǒng)，是在全國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會(huì)制定的土地利用分類系統(tǒng)基礎(chǔ)上，逡逑針對(duì)遙感技術(shù)特點(diǎn)和研究目的修改完成的，共包括６個(gè)一級(jí)類型和２５個(gè)二級(jí)類逡逑型（Ｚｈａｎｇ等．，２０１４）。本文對(duì)土地利用空間格局研究?jī)H針對(duì)一級(jí)類型展開逡逑（表３．１），研究的三個(gè)時(shí)期分別為１９８０ｓ末、２０００年和２０１０年，并將１：１０萬逡逑比例尺土地利用矢量數(shù)據(jù)重采樣為像元大小為１００ｍＸ邋１００ｍ的柵格數(shù)據(jù)。逡逑表３．１中國１：邋１０萬比例尺土地利用時(shí)空數(shù)據(jù)庫一級(jí)類型逡逑Ｔａｂｌｅ邋３．１邋Ｔｈｅ邋ｆｉｒｓｔ邋ｌｅｖｅｌ邋ｔｙｐｅｓ邋ｏｆ邋ｎａｔｉｏｎａｌ邋ｌａｎｄ邋ｕｓｅ邋ｄａｔａｂａｓｅ邋ｏｆ邋Ｃｈｉｎａ逡逑編碼邐名稱邐含義逡逑指種植農(nóng)作物的土地，包括熟耕地、新開荒地、休閑地、輪歇地、草逡逑１邐耕地邐田輪作地；以種植農(nóng)作物為主的農(nóng)果、農(nóng)桑、農(nóng)林用地；耕種三年以逡逑２邐林地邋指生長(zhǎng)喬木、＾木、竹類以及沿海紅樹林地等林業(yè)用地逡逑？邐指以生長(zhǎng)草本植物為主

ＥＮＮ的最小值為兩倍的像元分辨率大小，最大值受分析尺度的影響。逡逑量在分析范圍內(nèi)僅有一個(gè)斑塊時(shí)，ＥＮＮ值為空，為方便計(jì)算，，設(shè)僅有一個(gè)斑塊逡逑的情況下ＥＮＮ的值為０。ＳＰＬＩＴ指數(shù)的范圍為１到分析區(qū)域內(nèi)像元個(gè)數(shù)的平方。逡逑當(dāng)分析范圍內(nèi)全部為某一類型的斑塊時(shí)，ＳＰＬＩＴ指數(shù)為１；邋＿＿標(biāo)斑塊類型面積逡逑持續(xù)減小弁被分割為數(shù)小塊時(shí)，ＳＰＬＩＴ指數(shù)增大；當(dāng)研究區(qū)內(nèi)僅有一個(gè)由一個(gè)逡逑像元組成的斑塊時(shí)，ＳＰＬＩＴ指數(shù)達(dá)到最大。逡逑通過上述分析．，可以看．．出＿邋ＳＰＬＩＴ？面積具有一定的相關(guān)性，但Ｐｅａｒｓｏｎ．相關(guān)逡逑系數(shù)僅能反應(yīng)線性相關(guān)性，故分別做ＥＮＮ＿ＡＭ與ＣＡ和ＳＰＬＩＴ與ＣＡ的散點(diǎn)圖，逡逑以便進(jìn)一步明確各指標(biāo)之間的關(guān)系（圖３．２）。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，ＳＰＬＩＴ指數(shù)與ＣＡ指逡逑數(shù)之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系，但．非線性相關(guān)：當(dāng)ＣＡ太乎０時(shí)，ＳＰ１ＩＴ指數(shù)接近逡逑０，駕ＣＡ接近０時(shí)，ＳＰＬＩＴ指數(shù)既存在較小值，也存在較大值。因此，選擇逡逑ＥＮＮ＿ＡＭ作為分布指標(biāo)的代表性指標(biāo)。逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：F205

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊忍;劉彥隨;龍花樓;陳呈奕;;基于格網(wǎng)的農(nóng)村居民點(diǎn)用地時(shí)空特征及空間指向性的地理要素識(shí)別——以環(huán)渤海地區(qū)為例[J];地理研究;2015年06期

2 趙曉麗;張?jiān)鱿?汪瀟;左麗君;劉斌;易玲;徐進(jìn)勇;溫慶可;;中國近30a耕地變化時(shí)空特征及其主要原因分析[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2014年03期

3 劉紀(jì)遠(yuǎn);匡文慧;張?jiān)鱿?徐新良;秦元偉;寧佳;周萬村;張樹文;李仁東;顏長(zhǎng)珍;吳世新;史學(xué)正;江南;于東升;潘賢章;遲文峰;;20世紀(jì)80年代末以來中國土地利用變化的基本特征與空間格局[J];地理學(xué)報(bào);2014年01期

4 潘竟虎;韓文超;;近20a中國省會(huì)及以上城市空間形態(tài)演變[J];自然資源學(xué)報(bào);2013年03期

5 毛麗麗;于靜潔;張一馳;;模糊c均值聚類方法在黑河下游土壤屬性制圖中的初步應(yīng)用研究[J];干旱區(qū)資源與環(huán)境;2013年01期

6 毛小崗;宋金平;楊鴻雁;趙倩;;2000-2010年北京城市公園空間格局變化[J];地理科學(xué)進(jìn)展;2012年10期

7 牛振國;張海英;王顯威;姚文博;周德民;趙魁義;趙惠;李娜娜;黃華兵;李叢叢;楊軍;柳彩霞;劉爽;王琳;李展;楊鎮(zhèn)鐘;喬飛;鄭姚閩;陳炎磊;盛永偉;高小紅;朱衛(wèi)紅;王文卿;王紅;翁永玲;莊大方;劉紀(jì)遠(yuǎn);羅志才;程曉;郭子琪;宮鵬;;1978～2008年中國濕地類型變化[J];科學(xué)通報(bào);2012年16期

8 劉宇;呂一河;傅伯杰;;景觀格局-土壤侵蝕研究中景觀指數(shù)的意義解釋及局限性[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2011年01期

9 關(guān)興良;方創(chuàng)琳;魯莎莎;;中國耕地變化的空間格局與重心曲線動(dòng)態(tài)分析[J];自然資源學(xué)報(bào);2010年12期

10 劉前進(jìn);于興修;;北方土石山區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度垂直景觀格局——以沂蒙山區(qū)為例[J];地理研究;2010年08期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王亞楠;基于MODIS數(shù)據(jù)的松嫩平原西部生態(tài)功能類型識(shí)別研究[D];東北師范大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2661658