發(fā)布時(shí)間：2020-08-14 22:54

【摘要】：土地利用格局是分析和解釋區(qū)域土地利用空間現(xiàn)象、過程和機(jī)制的重要因素,它能夠影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境,是診斷區(qū)域土地利用合理與否的重要依據(jù)。鑒于已有研究對土地利用格局的內(nèi)涵理解,目前研究大多局限于短期土地利用某種社會經(jīng)濟(jì)屬性的數(shù)量變化分布以及對空間格局的靜態(tài)宏觀解釋,關(guān)于各種自然因素和社會經(jīng)濟(jì)因素對土地利用格局變化影響作用機(jī)理的研究停留在驅(qū)動力分析和選取指標(biāo)評價(jià)層面,成果的指導(dǎo)意義不強(qiáng),區(qū)域糧食生產(chǎn)、生態(tài)安全和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到威脅,區(qū)域土地利用格局變化特征和變化機(jī)理亟待深入解決。鑒于此,以糧食生產(chǎn)、生態(tài)安全和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展為區(qū)域土地利用格局優(yōu)化目標(biāo),明確各種土地利用主體的決策行為,優(yōu)化區(qū)域土地利用格局,設(shè)計(jì)并建構(gòu)區(qū)域土地利用格局優(yōu)化模式,提出區(qū)域土地利用格局優(yōu)化模式調(diào)控對策,以期為實(shí)現(xiàn)區(qū)域土地可持續(xù)利用及社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù),為土地利用規(guī)劃編制提供重要參考。本研究以松嫩高平原國家產(chǎn)糧大縣巴彥縣為研究區(qū),探尋研究區(qū)土地利用格局變化研究的最優(yōu)時(shí)空尺度;建立研究區(qū)不同時(shí)點(diǎn)(1979年、1991年、2003年和2015年)的土地利用類型數(shù)量特征數(shù)據(jù)庫,計(jì)算研究區(qū)不同時(shí)段(1979-1991年、1991-2003年、2003-2015年)土地利用類型的轉(zhuǎn)移矩陣,在此基礎(chǔ)上,測算和分析不同土地利用類型自然、社會經(jīng)濟(jì)屬性的數(shù)量變化特征,即單一土地利用動態(tài)度、綜合土地利用動態(tài)度、土地利用相對變化頻率、土地利用強(qiáng)度、土地利用多樣性程度和土地利用類型區(qū)位指數(shù),從土地利用格局的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系和鄰接關(guān)系兩個方面,分析和闡釋研究區(qū)不同土地利用類型變化空間組合及相互關(guān)系分布特征;運(yùn)用小波變換和交叉小波模型,篩選和甄別不同時(shí)期影響研究區(qū)土地利用格局時(shí)空分異的關(guān)鍵性影響因子,闡明在各因子綜合影響下研究區(qū)土地利用格局時(shí)空變化的作用機(jī)理;確定研究區(qū)土地利用格局安全閾值,并將其作為土地利用格局優(yōu)化的基礎(chǔ),運(yùn)用多智能體粒子群算法,提出土地利用格局優(yōu)化方案,設(shè)計(jì)并建構(gòu)土地利用格局優(yōu)化模式,提出保障該優(yōu)化模式運(yùn)行的調(diào)控對策。得出以下主要結(jié)論:(1)確定了研究區(qū)土地利用格局變化的最優(yōu)時(shí)空尺度。其一,土地利用格局變化的空間尺度可以作為獨(dú)立的地理單元分析土地利用格局變化的最小樣本單位,研究區(qū)土地利用格局在900m×900m尺度上具有明顯的分形特征,說明900m×900m是研究區(qū)土地利用格局最優(yōu)空間尺度。其二,在1979-2015年研究區(qū)土地利用格局變化的時(shí)間域上,土地利用格局變化研究的最優(yōu)時(shí)間分析尺度為36年,研究區(qū)土地利用格局在12.33年左右具有明顯的波動性變化特征,將研究區(qū)時(shí)間域劃分為3個發(fā)展階段:發(fā)展初期1979-1991年、發(fā)展中期1991-2003年、發(fā)展近期2003-2015年,研究區(qū)土地利用格局變化的全局化時(shí)間尺度和土地利用格局變化的局部化時(shí)間尺度具有較高的一致性。(2)測算了研究區(qū)土地利用類型自然、社會經(jīng)濟(jì)屬性的數(shù)量變化特征,闡釋了研究區(qū)不同土地利用類型變化空間組合及相互關(guān)系分布特征。其一,經(jīng)測算研究區(qū)不同時(shí)點(diǎn)的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣,旱地、林地和建設(shè)用地等主要土地利用類型在1979年、1991年、2003年和2015年4個重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)上的變化發(fā)生了明顯的趨勢性轉(zhuǎn)換,同時(shí)驗(yàn)證了建立的土地利用格局變化時(shí)空尺度識別方法可行并具有準(zhǔn)確性。其二,1979-2015年,研究區(qū)單一土地利用動態(tài)度、綜合土地利用動態(tài)度、土地利用相對變化頻率、土地利用強(qiáng)度、土地利用多樣性程度和土地利用類型區(qū)位指數(shù)等自然、社會經(jīng)濟(jì)要素的空間異質(zhì)性由結(jié)構(gòu)性因素、隨機(jī)性因素或由二者共同作用引起,其土地利用格局受自然因素和人類活動干擾的影響程度不同;在不同時(shí)段和不同時(shí)點(diǎn)各種自然、社會經(jīng)濟(jì)要素的所呈現(xiàn)的時(shí)空差異和變化趨勢各不相同。其三,研究區(qū)不同時(shí)點(diǎn)土地利用格局空間關(guān)聯(lián)關(guān)系表現(xiàn)為各土地利用類型之間空間作用力、分布均勻程度和內(nèi)部聯(lián)結(jié)性的大小不同,呈現(xiàn)出明顯的復(fù)雜性變化特征,表現(xiàn)為土地利用格局中競爭強(qiáng)度強(qiáng)弱的差異。研究區(qū)土地利用格局空間鄰接關(guān)系復(fù)雜,鄰域類型中出現(xiàn)頻率最高的土地利用類型以旱地、林地為主;研究區(qū)土地利用格局的集聚度逐年增高,在研究區(qū)范圍內(nèi)面積有優(yōu)勢的土地利用類型,中心柵格周圍出現(xiàn)該土地利用類型的頻率越高,與土地利用類型在空間上的分布極為相近。(3)篩選和甄別了影響研究區(qū)土地利用格局變化的關(guān)鍵性因子。1979-2015年,研究區(qū)土地利用格局時(shí)空變化的各種關(guān)鍵性因子對土地利用格局時(shí)空變化的影響顯著,該時(shí)段內(nèi),研究區(qū)土地利用格局時(shí)空變化的關(guān)鍵性影響因子有18個,分別是土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全氮、土壤速效磷、土壤速效鉀、土壤質(zhì)地、耕層厚度、高程、地形地貌、NDVI、DVI、年日照時(shí)數(shù)、年均氣溫、年均降水、重金屬污染、土地利用強(qiáng)度、GDP、人口和政策法規(guī);不同時(shí)點(diǎn)土地利用格局時(shí)空變化的關(guān)鍵性影響因子各不相同,且對不同土地利用類型的影響顯著程度不同,特別是對旱地、水田、林地和建設(shè)用地的影響最明顯,同時(shí),關(guān)鍵性因子對這4種土地利用類型的影響比對區(qū)域內(nèi)其他土地利用類型的影響更為顯著。(4)闡明了研究區(qū)影響土地利用格局變化自然因素和人文因素的作用機(jī)理。其一,各種影響土地利用格局時(shí)空變化的關(guān)鍵性因子與各種土地利用類型的關(guān)聯(lián)關(guān)系存在顯著差異,各種關(guān)鍵性影響因子對土地利用格局時(shí)空變化的樣線作用尺度大小分異顯著。1979年,各種關(guān)鍵性影響因子與旱地、林地之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系較強(qiáng);1991年和2003年,各種關(guān)鍵性影響因子與旱地、林地、建設(shè)用地之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系較強(qiáng);2015年,各種關(guān)鍵性影響因子與旱地、水田、林地和建設(shè)用地之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系較強(qiáng)。其二,1979-2015年,研究區(qū)各種關(guān)鍵性影響因子對土地利用格局時(shí)空變化的作用機(jī)理具有明顯差異,1979年研究區(qū)農(nóng)業(yè)種植占據(jù)主導(dǎo)地位,1991年、2003年和2015年研究區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展均占據(jù)主導(dǎo)地位。(5)優(yōu)化了研究區(qū)土地利用格局。其一,1979-2015年間,研究區(qū)不同空間區(qū)域上土地利用格局安全閾值所處狀態(tài)逐漸由安全狀態(tài)向危險(xiǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變,按照當(dāng)前的土地利用發(fā)展態(tài)勢,若不采取適當(dāng)?shù)拇胧?土地利用格局的安全狀態(tài)將逐漸向危險(xiǎn)狀態(tài)突變,土地利用格局調(diào)整十分迫切,并以此作為土地利用格局優(yōu)化的基礎(chǔ)。其二,本研究提出4種研究區(qū)土地利用格局優(yōu)化方案,不同優(yōu)化方案對土地利用格局優(yōu)化的糧食生產(chǎn)、生態(tài)安全、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展等目標(biāo)函數(shù)的決策偏好不同,對于糧食生產(chǎn)、土地生態(tài)承載力、土地生態(tài)相容性、土地利用經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和土地利用類型間轉(zhuǎn)變總成本等土地利用格局優(yōu)化子目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)利好不同,各種優(yōu)化方案對土地利用類型的數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間布局有明顯優(yōu)化。(6)設(shè)計(jì)并建構(gòu)了研究區(qū)土地利用格局優(yōu)化模式。結(jié)合土地規(guī)劃思想,設(shè)計(jì)研究區(qū)土地利用格局優(yōu)化模式以組團(tuán)式布局為主,以研究區(qū)未來的主要交通道路為發(fā)展軸,以研究區(qū)未來重點(diǎn)發(fā)展城鎮(zhèn)為發(fā)展節(jié)點(diǎn),形成以“4個發(fā)展節(jié)點(diǎn)、4條發(fā)展軸帶、5個功能分區(qū)”為主的空間結(jié)構(gòu),總結(jié)歸納出以“農(nóng)業(yè)種植區(qū)、高標(biāo)準(zhǔn)灌溉農(nóng)田區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū)、生態(tài)休閑區(qū)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展集中區(qū)”為主的土地利用空間分區(qū),建構(gòu)研究區(qū)“宜耕則耕、宜林則林、宜牧則牧、宜建則建”的土地利用格局優(yōu)化模式。(7)提出了保障研究區(qū)土地利用格局優(yōu)化模式運(yùn)行的調(diào)控對策。以糧食生產(chǎn)、生態(tài)安全和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展為土地利用格局優(yōu)化模式的調(diào)控目標(biāo),從政府Agent、部門Agent和個體Agent三個層面提出土地利用格局優(yōu)化模式的調(diào)控方式,從法律保障、行政保障、社會經(jīng)濟(jì)保障、技術(shù)保障和生態(tài)保障等五個方面提出研究區(qū)土地利用格局優(yōu)化模式調(diào)控的保障措施,從前饋調(diào)控和過程調(diào)控實(shí)現(xiàn)研究區(qū)土地利用格局優(yōu)化模式的調(diào)控,尋求糧食生產(chǎn)、生態(tài)安全和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的和諧統(tǒng)一,以保障研究區(qū)土地利用格局優(yōu)化模式的正常運(yùn)行。研究成果將為保障國家糧食安全和改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境構(gòu)建科學(xué)體系,為土地利用規(guī)劃編制提供依據(jù),對促進(jìn)區(qū)域土地可持續(xù)利用及社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值,研究區(qū)土地利用格局優(yōu)化模式及其調(diào)控對策的提出可為同類地區(qū)的相關(guān)研究提供參考。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：F205
【圖文】：

１２７°４２＇１６”Ｅ、４５°５４２８〃？４６°４（Ｖ１８〃Ｎ，南靠松花江與賓縣隔江相望，西依漂河與呼蘭縣逡逑為鄰，北枕泥河與綏化市、慶安縣交界，東接駱駝砬子山及黃泥河與木蘭縣劃疆而治，逡逑是松嫩高平原黑土區(qū)內(nèi)具有很強(qiáng)代表性的區(qū)域（圖３．１）。巴彥縣總土地總面積３１．３６萬逡逑ｈｍ２，縣境南北最大間距８５ｋｍ，東西跨度最寬７２．４ｋｍ，現(xiàn)轄１０個鎮(zhèn)（巴彥鎮(zhèn)、興隆鎮(zhèn)、逡逑西集鎮(zhèn)、洼興鎮(zhèn)、龍泉鎮(zhèn)、巴彥港鎮(zhèn)、萬發(fā)鎮(zhèn)、天增鎮(zhèn)、黑山鎮(zhèn)、龍廟鎮(zhèn)）８個鄉(xiāng)（紅逡逑光鄉(xiāng)、德祥鄉(xiāng)、豐樂鄉(xiāng)、松花江鄉(xiāng)、富江鄉(xiāng)、山后鄉(xiāng)、華山鄉(xiāng)、鎮(zhèn)東鄉(xiāng)），１１６個行政村。逡逑Ｃ＂Ｎ邐一逡逑陽例逡逑Ｃ邐ｖ…Ｉ邐／邐刪刪邐．逡逑Ｖ邋（邐／邐ｃ＝］ｖ＊邐ｊａｌ逡逑ｓ邐ｔ邐，邋Ｔｆｒ逡逑二例＾＾邐？夢逡逑■＿＜邐ｕ（邋■．逡逑ＫＷＡｆｔｆｅｌ＊邐Ｖｌ邐．，邐函＿＊邐一／逡逑松嫌低＼ｒ邐ｒ￣ｉ逡逑］［］歐叫堆逡逑圖３．１研究區(qū)示意圖逡逑Ｆｉｇ．３．１邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｖｉｅｗ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔｕｄｙ邋ａｒｅａ逡逑資料來源：作者自行整理。逡逑３．１．１自然條件概況逡逑３．１．１．１氣候及光照條件逡逑巴彥縣屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。春季風(fēng)大干燥，夏季溫暖多雨，秋季溫涼濕潤，逡逑冬季寒冷少雪，四季冷暖、干濕分明，溫差較大。全縣年平均氣溫；ＴＣ，最熱月７月平逡逑均氣溫２２．４°Ｃ

第４章研究區(qū)土地利用格局時(shí)空變化特征逡逑整后《值為１００，即《＝１，２，３．．．，１００。結(jié)果表明，研宄區(qū)不同土地利用格局的空間尺度Ｓ逡逑及其對應(yīng)的非空盒子數(shù)之間服從負(fù)冪律關(guān)系（圖４．２）。逡逑４．１．２．２研究區(qū)土地利用格局變化空間尺度的自動識別及計(jì)盒維數(shù)的確定逡逑針對Ｉｎｓ－Ｉｎ＂；＾）曲線上的尤－７個點(diǎn)，獲得Ｐ＝４＋５＋？＋尤－４＝尺ｘ邋（尤－７）邋／２個連續(xù)點(diǎn)序逡逑列，分別計(jì)算尤ｘ邋（火－７）邋／２個點(diǎn)列對應(yīng)的所有Ｓ值。當(dāng)ＡＭＯＯ時(shí)，ｌｉｗ－ｌｎ“Ｍ＞）曲線上共９３逡逑個點(diǎn)，運(yùn)用Ｍａｔｌａｂ編程，獲�。矗叮担皞�連續(xù)點(diǎn)列對應(yīng)的所有Ｓ值；設(shè)定閾值／＾０．５，則逡逑點(diǎn)列數(shù)最多的連續(xù)區(qū)域即為最優(yōu)空間尺度，最優(yōu)結(jié)果為《＝３０時(shí)，尸個點(diǎn)合圍；ｃ軸的面逡逑積Ｓ最小為０．０２４１邋（圖４．３），即土地利用格局最優(yōu)空間尺度為９００ｍｘ９００ｍ。逡逑５０００邋－邋，邐１５＾—－——一，一．邋邐■邐？逡逑４０００邋－邐ｅ邐－邐丨0．－邐？ＩｎＮ（ｓ）＾＾逡逑｜邐＼邐Ｉ逡逑６邋３０００邋ｈ邐＼邐

年尺度的變化，在１９８４年前和２００４年后表現(xiàn)的較為穩(wěn)定。從土地利用格局變化的能量逡逑密度在時(shí)頻域中分布集中程度來看，在４０－５０年的時(shí)間尺度上，該時(shí)間尺度變化較明顯，逡逑３０４０年時(shí)間尺度的變化次之，１０－２０年時(shí)間尺度的變化最�。▓D４．４）。逡逑研宄區(qū)土地利用格局年際變化的小波方差有５個較為明顯的峰值，依次對應(yīng)著３年、逡逑５年、８年、１３年和３６年的時(shí)間尺度；其中，最大峰值對應(yīng)著３６年的時(shí)間尺度，說明逡逑３６年的時(shí)間尺度波動性特征最強(qiáng)，是土地利用格局變化的第一主時(shí)間尺度，１３年時(shí)間逡逑尺度對應(yīng)著第二峰值，是土地利用格局變化的第二主時(shí)間尺度，８年、５年和３年的時(shí)逡逑間尺度對應(yīng)著第三、第四和第五峰值，是土地利用格局變化的第三、第四和第五主時(shí)間逡逑尺度。說明上述５個時(shí)間尺度的波動控制著土地利用格局在整個時(shí)間域內(nèi)的變化特征（圖逡逑４．５）。逡逑ｉｎ邐ｘ邋１0５逡逑２５ｂ？１０ｚ，邐、邐★邋ｙ邐３－邐／邐＼逡逑ａ邋錢邋５0邋、，邐ｒ；邐／逡逑ｒ邐－邐３５邋？邋＾邋ｔ：邋ｉ邋ｉ邐Ｉ邐／逡逑：n牛А鯪跺危常板危卞澹危苠危義希媯澹旱厘義希保梗福村危保梗福瑰危保梗梗村危保梗梗瑰危玻埃埃村危玻埃埃瑰危玻埃保村危板危靛危保板危保靛危玻板危玻靛危常板危常靛危矗板義鮮奔溆

本文編號：2793647