發(fā)布時間：2020-09-03 09:30

　　 目前土地利用與土地覆蓋動態(tài)研究成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題,以土地利用/土地覆蓋變化(land use/land cover change,LUCC)為切入點(diǎn),利用歷史時期的土地利用狀況預(yù)測將來時期的土地利用情況,并按照因地制宜原則進(jìn)行土地類型數(shù)量和空間分布優(yōu)化成為土地科學(xué)的難點(diǎn)問題之一。黃土高原南部地區(qū)地形地貌較復(fù)雜,土地景觀類型豐富多樣,與黃土高原其余地區(qū)相比,南部區(qū)內(nèi)城市密集,人口稠密,產(chǎn)業(yè)集聚。不合理的土地利用方式使土地生態(tài)系統(tǒng)面臨巨大壓力,社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中土地利用程度不夠集約、還存在犧牲生態(tài)環(huán)境效益獲取經(jīng)濟(jì)效益的情況,使得區(qū)內(nèi)人地矛盾愈加突出。進(jìn)行土地景觀格局動態(tài)及優(yōu)化研究,對本區(qū)土地資源集約合理利用具有重要理論與實(shí)踐價(jià)值。 本文以黃土高原南部為研究區(qū),通過野外實(shí)地調(diào)查,利用遙感、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)手段,應(yīng)用數(shù)學(xué)模型、空間統(tǒng)計(jì)分析等方法,在LUCC理論、景觀生態(tài)學(xué)理論、土地優(yōu)化配置理論、空間分析理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等理論支持下,對黃土高原南部土地景觀進(jìn)行動態(tài)分析與優(yōu)化。 本文的主要研究內(nèi)容有：(1)遙感影像的預(yù)處理、分類與解譯、按照不同尺度進(jìn)行土地利用變化時空動態(tài)分析；(2)利用GIS空間分析技術(shù)開展尺度響應(yīng)及尺度選擇研究,按照最佳尺度進(jìn)行景觀格局時空動態(tài)分析；(3)利用矢量柵格一體化數(shù)據(jù)模型構(gòu)建土地景觀格局與影響因素?cái)?shù)據(jù)庫,確定土地景觀格局與影響因素間的定量關(guān)系；(4)進(jìn)行土地景觀格局預(yù)測；(5)構(gòu)建土地景觀格局優(yōu)化模型(LSOM, landscape optimization model),通過編程在MATLAB中實(shí)現(xiàn)LOSM模型,得到黃土高原南部土地景觀格局的數(shù)量優(yōu)化方案及空間優(yōu)化分布圖。 通過研究得到以下主要結(jié)論： (1)1980-2005年間黃土高原南部地區(qū)建設(shè)用地面積由3555.99 Km2增加到4794.28 Km2,耕地面積由1980年的100004.79 Km2減少至2005年的98561.57 Km2；土地利用結(jié)構(gòu)基本保持穩(wěn)定,耕地、草地、林地是黃土高原南部地區(qū)主要的土地景觀類型；不同的省域單元和土地利用區(qū)劃單元內(nèi),土地利用類型變化重要值各不相同,說明各地由于不同的自然因素和人文因素影響,土地利用類型轉(zhuǎn)化存在明顯的區(qū)域差異。 (2)通過對類型水平上與景觀水平上的粒度響應(yīng)研究發(fā)現(xiàn),類型水平上的景觀指數(shù)粒度響應(yīng)比景觀水平上強(qiáng)烈；表征斑塊破碎度、斑塊形狀、斑塊聚集程度、斑塊連接程度的指數(shù)的粒度響應(yīng)較明顯；且表現(xiàn)出明顯的“臨界閡值”粒度現(xiàn)象,150米與600米是多種景觀指數(shù)隨粒度變化發(fā)生明顯變化的粒度,選取150米與600米為黃土高原南部地區(qū)景觀格局特征的“臨界閡值”粒度。選取臨界閾值粒度及以下的任一粒度時,不會對研究結(jié)果產(chǎn)生質(zhì)的影響,本文一并考慮粒度對研究精度和數(shù)據(jù)處理量的影響,決定選擇150米為幅度響應(yīng)分析、景觀格局動態(tài)的最佳粒度,這樣既能保證數(shù)據(jù)分析質(zhì)量,又不至于使粒度太小而增加空間分析中的數(shù)據(jù)量與工作量,并且這樣做也很好的規(guī)避了粒度響應(yīng)對景觀格局分析結(jié)果的影響。 (3)類型水平上景觀格局時空動態(tài)結(jié)果顯示,1980-2005年間林地、建設(shè)用地和水域斑塊密度指數(shù)逐年上升,未利用地斑塊密度指數(shù)逐年降低,草地與耕地的斑塊密度指數(shù)先降低后升高。林地、草地、建設(shè)用地和水域斑塊面積百分比逐年上升,未利用地和耕地斑塊面積百分比逐年降低。水域、未利用地、林地、草地平均分維數(shù)較高,建設(shè)用地與耕地平均分維數(shù)較低。林地、建設(shè)用地、未利用地平均分維數(shù)逐年上升,耕地平均分維數(shù)先降低后升高。耕地、林地、草地凝聚度指數(shù)較高,建設(shè)用地的凝聚度指數(shù)最低,水域和未利用地凝聚度指數(shù)也較高。景觀水平上景觀格局時空動態(tài)結(jié)果顯示,斑塊密度指數(shù)從0.3049增加到0.31,說明黃土高原南部土地景觀的破碎度增大；平均分維數(shù)指數(shù)從1.0695降低到1.0693,說明黃土高原南部土地景觀的形狀趨于簡單化,證明人類活動對黃土高原南部的擾動增多；凝聚度指數(shù)99.8004降低到99.7036,說明黃土高原南部土地景觀的物理連接性降低；辛農(nóng)多樣性指數(shù)增大,說明黃土高原南部土地景觀的破碎度增大,各土地景觀類型趨于均衡化分布。 (4)利用矢量柵格一體化數(shù)據(jù)模型構(gòu)建黃土高原南部土地景觀格局與影響數(shù)據(jù)庫后發(fā)現(xiàn),采用矢柵一體化數(shù)據(jù)模型可以實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合,人口數(shù)據(jù)、GDP數(shù)據(jù)、其他社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)可以與空間數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)較滿意的融合。 (5)景觀格局空間自相關(guān)顯示,黃土高原南部地區(qū)土地景觀格局間存在空間相關(guān)性,各土地景觀格局的空間相關(guān)性隨著距離權(quán)重的變化而變化。 (6)采用經(jīng)典回歸模型和空間回歸模型進(jìn)行土地景觀格局與影響因素關(guān)系定量分析結(jié)果表明,在考慮了空間相關(guān)性基礎(chǔ)上建立的空間回歸模型模擬精度優(yōu)于經(jīng)典回歸模型,影響因素中與土地景觀格局相關(guān)性較低的因子被剔除；各土地景觀的影響因素互不相同。 (7)土地景觀格局預(yù)測模擬結(jié)果顯示,在將來的20年中,黃土高原南部地區(qū)土地景觀格局仍會發(fā)生較大變化,建設(shè)用地面積在原有的位置上繼續(xù)擴(kuò)張,仍主要分布在關(guān)中盆地、汾河谷地等平原地區(qū),擴(kuò)張形式是原有的斑塊狀分布進(jìn)一步連接成片狀、面狀的分布。 (8) LOSM模型在土地適宜性、土地景觀空間分布相容性,自然因素與社會因素對土地資源的數(shù)量約束、生態(tài)優(yōu)先規(guī)則約束下,確保土地景觀在數(shù)量結(jié)構(gòu)上和空間布局上達(dá)到優(yōu)化。經(jīng)LOSM模型優(yōu)化調(diào)控后,黃土高原南部地區(qū)林地、草地、水域和建設(shè)用地的面積有不同程度的增加,耕地和未利用地的面積有所減少。建設(shè)用地面積增加了11095.98KM2,林地面積增加了14261.21KM2,草地面積增加了10673.27KM2,水域面積增加了1492.35KM2,耕地面積減少了37503.57KM2。 本文在以下方面有所創(chuàng)新和改進(jìn)： (1)在不同時空尺度上對黃土高原南部地區(qū)進(jìn)行土地利用與景觀格局時空動態(tài)分析。(2)利用GIS空間分析技術(shù)開展黃土高原南部地區(qū)尺度響應(yīng)分析與最佳尺度選擇研究。(3)采用矢量柵格一體化模型構(gòu)建黃土高原南部地區(qū)景觀格局與影響因素?cái)?shù)據(jù)庫,嘗試性的探索黃土高原南部社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的融合,在此基礎(chǔ)上嘗試性的進(jìn)行景觀格局與影響因素的定量關(guān)系研究。(4)構(gòu)建LOSM模型,初步實(shí)現(xiàn)黃土高原南部土地景觀格局?jǐn)?shù)量結(jié)構(gòu)優(yōu)化與空間分布優(yōu)化。
【學(xué)位單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：P208;P901

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號：2811258