【摘要】：隨著土地利用空間分布特征、格局和變化過程研究的深入,土地景觀利用及空間優(yōu)化配置越來越重視,土地利用優(yōu)化不僅從數(shù)量、空間分布來進行布局,還要基于生態(tài)過程對土地利用單元進行配置。近年來隨著國家對祁連山生態(tài)問題的關注,生態(tài)治理和恢復工作成為各級政府最為重要的任務之一。石羊河流域作為河西走廊三大內陸河之一,且作為祁連山國家級自然保護區(qū)的核心區(qū)塊,對我國西北乃至全國的生態(tài)屏障建設具有十分重要的戰(zhàn)略意義。因此對其土地利用結構進行調整優(yōu)化,不僅對提高土地資源利用效率具有十分重要的意義,而且對集約節(jié)約用地、充分開發(fā)利用土地后備資源也具有現(xiàn)實意義。論文就如何調整、優(yōu)化現(xiàn)有土地利用空間結構,如何在生態(tài)安全格局背景下對土地利用空間布局進行調整等問題做了探索研究。首先在綜合分析評價石羊河流域自然環(huán)境和社會經(jīng)濟條件的基礎上,以Landsat TM/ETM/OLI影像為主要數(shù)據(jù)源,采用人機交互和現(xiàn)場驗證相結合的方法,提取得到1986、2000、2007和2015年土地利用數(shù)據(jù),每期影像獲得研究區(qū)14類土地景觀要素,并結合現(xiàn)場驗證在室內進行圖斑綜合、修正、拓撲檢查等過程,使其精度達到本次研究的需要;然后利用該數(shù)據(jù)分析評價了石羊河流域不同時期土地利用空間分布格局、時空演變特征及主要驅動因素,在此基礎上采用CLUE-S模型,結合多目標動態(tài)規(guī)劃模型(MODP)和土地利用變化驅動因子Binary Logistic回歸方法,預測和模擬了2020、2025和2030三個不同時期生態(tài)安全情景、耕地保護情景和社會經(jīng)濟快速發(fā)展情景下的土地利用空間布局和優(yōu)化配置結果;最后,針對干旱內陸河流域生態(tài)脆弱性的特點及國家推進生態(tài)文明建設的遠景目標,將最小累積阻力模型(MCR)引入到土地利用空間優(yōu)化配置中,并與CLUE-S模型模擬的生態(tài)安全情景相結合,最終生成了基于生態(tài)安全格局的石羊河流域土地利用優(yōu)化配置結果,并與耕地保護、社會經(jīng)濟快速發(fā)展共同構成了石羊河流域未來土地利用空間優(yōu)化配置的三種方案。研究結果可為石羊河流域未來土地利用規(guī)劃、土地資源科學高效利用提供參考依據(jù)。論文得到以下幾點結論:(1)石羊河流域各土地利用數(shù)量分布以未利用地、草地和耕地為主,各土地利用類型空間分布具有較為明顯的垂直地帶性規(guī)律。從四個研究時段數(shù)量占比來看,未利用地均占全流域總面積的47%左右,草地約占27%左右,其它土地利用類型依面積從多到少依次為耕地、林地、城鄉(xiāng)建設用地和水域。從土地利用變化來看,耕地整體上呈增加趨勢,從1986年的6507.42 km~2(16.03%)增加到2007年的7032.62 km~2(17.33%),增加的耕地主要集中在中下游地區(qū),以武威綠洲和民勤綠洲外圍,靠近河流和地勢較為平坦的地區(qū),耕地在1986至2015年間面積共增加了7.83%;而林地和草地呈緩慢減少趨勢,面積分別從1986年的2676.49 km~2(6.59%)和11280.10 km~2(27.80%)減少至2015年的2482.84 km~2(6.11%)和11023.89 km~2(27.17%),年均減少面積分別為6.46 km~2和8.54 km~2;而城鄉(xiāng)建設用地增加較為明顯,30年間增加面積176.7 km~2,與1986年相比增加了48.57%,水域從2007年開始有所增加,主要是水庫建設和城市人工景觀水面等為主,未利用地減少的區(qū)域主要集中在涼州區(qū)北部和民勤縣北部和東部。石羊河流域從上游至下游海拔差異十分明顯,因此其植被、氣候和土地利用變化具有明顯的垂直地帶性規(guī)律,從整體上看土地利用類型的分布從南部的祁連山地至最北部的荒漠區(qū),其分布規(guī)律大致為冰川與永久積雪→寒漠→沼澤→草地→林地→耕地→居民地→裸土地→沙地,從局部看流域內部土地利用類型間沒有明顯的界限,海拔2000米以下各類型重疊鑲嵌分布,分布規(guī)律表現(xiàn)不明顯。(2)通過CLUE-S模型結合多目標動態(tài)規(guī)劃模型(MODP)和土地利用變化驅動因子Binary Logistic回歸方法得到了三個不同情景下的土地利用空間優(yōu)化分布結果。結果表明:生態(tài)安全情景、耕地保護情景和社會經(jīng)濟快速發(fā)展情景下的土地利用優(yōu)化配置結果三者各有側重,生態(tài)安全情景下耕地有所減少,而林地、草地明顯增加,今后需要繼續(xù)大力植樹造林,防風固沙,保持水源涵養(yǎng)等措施,對現(xiàn)有耕地和建設用地布局進行重點優(yōu)化,提高土地資源利用率;耕地保護情景則以土地開發(fā)和整治及宅基地還耕為主要目標,控制建設用地規(guī)模,大力提高未利用地開發(fā)潛力,此外要下大力氣減少邊遠山區(qū)、交通落后區(qū)、居民點分散區(qū)的建設用地面積,部分不適宜居住的居民點應整體搬遷,適當壓縮農(nóng)村居民點用地規(guī)模,將騰空出的老舊宅基地復墾為耕地。另外,以土地整治項目為平臺,開展農(nóng)村土地綜合整治,提高耕地質量,大力整治“空心村”,通過整治村莊,增加耕地面積,緩解用地矛盾,改善流域人居環(huán)境;社會經(jīng)濟快速發(fā)展優(yōu)化配置情景則綜合考慮了政府宏觀政策指導情況下土地利用各類型的數(shù)量及空間結構基本情況。研究發(fā)現(xiàn)隨著城市化加快和城鄉(xiāng)融合發(fā)展的整體推進,城鄉(xiāng)建設面積明顯增加,各類建設用地更加趨向集約節(jié)約。盡管如此,隨著經(jīng)濟發(fā)展未來勢必需要占用部分耕地,因此如何在加快社會經(jīng)濟快速發(fā)展的同時兼顧糧食安全,是今后需思考的問題之一。(3)利用MCR模型構建了生態(tài)源和生活擴張源,通過阻力表面和耗費距離分析評價了石羊河流域生態(tài)流、能量流運行的阻力大小,據(jù)此將石羊河流域劃分為禁止開發(fā)區(qū)、限制開發(fā)區(qū)、重點開發(fā)區(qū)、優(yōu)化開發(fā)區(qū)和生態(tài)治理區(qū)五大分區(qū)。根據(jù)土地利用優(yōu)化配置分區(qū)結果,發(fā)現(xiàn)石羊河流域各類用地空間分布差異較大,其中禁止開發(fā)區(qū)主要分布在上游祁連山地區(qū)和高海拔地區(qū),是生態(tài)保護的核心區(qū),限制開發(fā)區(qū)主要分布在天�？h北部、涼州區(qū)南部和中部、古浪縣北部、金川區(qū)北部及民勤綠洲盆地,總面積為9473.63 km~2,占全流域總面積的23.35%,主要由灌木林、天然草地和農(nóng)業(yè)綠洲組成,是綠洲和水源涵養(yǎng)林的生態(tài)過渡區(qū);重點開發(fā)區(qū)主要分布在中游涼州區(qū)城鎮(zhèn)中心及周邊區(qū)域、金川區(qū)大部分地區(qū)及永昌縣北部地區(qū)、民勤縣城及周邊地區(qū),總面積達9864.03 km~2,占全流域總面積的24.31%,是今后作為城鄉(xiāng)建設用地重點開發(fā)建設的區(qū)域;優(yōu)化開發(fā)區(qū)分布在重點開發(fā)區(qū)和生態(tài)治理區(qū)的過度地帶,這些區(qū)域主要分布在各縣城、涼州區(qū)以及金川區(qū)的周邊,是今后進行土地整治、土地開發(fā)的重點區(qū)域,也是今后城鄉(xiāng)建設用地擴展和發(fā)展工業(yè)的后備用地;生態(tài)治理區(qū)主要分布在古浪縣北部、涼州區(qū)東北部及民勤北部廣大沙漠地帶,是未來進行生態(tài)恢復、生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點地區(qū),應加強治理力度,在人工參與治理的基礎上,積極探索自然生態(tài)恢復,并在此基礎上嘗試生態(tài)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。面積約6269.47 km~2,占全流域總面積的15.45%。(4)利用MCR和CLUE-S模型,將基于最小累積阻力模型的生態(tài)安全格局與土地利用優(yōu)化配置相結合,提出了一種基于生態(tài)安全格局的土地利用優(yōu)化配置方法。該方法能夠將定性分析、定量計算、模型模擬和土地利用變化過程、生態(tài)過程與空間格局的關系等內容相結合,在此基礎上綜合判別對這些過程的變化與安全具有關鍵意義的景觀元素、空間位置及空間聯(lián)系。該方法從不同視角對土地利用優(yōu)化配置進行了有益探索,是今后值得推廣和深入研究的方法。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：F301.24;P901;P237


本文編號：2720553