基于LUCC的福清市生态系统服务价值及功能变化研究

摘要

LUCC即Land Useand Land Cover Change（土地利用/覆被变化）作为全球环境变化的主要驱动力及其研究的核心领域之一，近年来备受专家学者的广泛关注。在我国，随着城镇化、工业化进程的不断加快，人口数量的持续增加，致使城市土地利用/覆被类型发生了巨大变化，人类需求与资源环境之间的矛盾与日俱增，并产生了一系列的生态环境问题。因此，探究城市土地利用/覆被类型变化的时空演变规律，并在此基础上评估量化生态系统的服务功能与价值，有助于深化人们对土地、人口、环境与发展之间相互关系的认识。
　　本文选取福建省福清市作为研究对象。通过对研究区2006及2012年两个时期的TM遥感影像进行解译、分析，建立了福清市土地利用/覆被类型数据库。据此从数量、结构、动态度及转移矩阵等方面开展了对福清市LUCC的全面分析，得到了研究区2006-2012年间各用地类型的转化规律；除此之外还从地形坡度、河流水域、道路交通及行政中心等方面深入探讨了各自然和人为因素对福清市LUCC的影响，为接下来 CA-Markov模型中适宜性图像集的制定提供了动力学依据。基于上述研究成果，结合CA-Markov模型的预测结果，借鉴谢高地等学者的相关研究理论，对福清市2006-2018年间的生态系统服务价值进行了定量化分析，并借助InVEST模型对其生态系统服务功能的时空变化特征进行了评估。研究结果表明：
　　⑴、林地、水域和耕地是福清市的主要基质类型，三者面积之和约占研究区土地总面积的80％。在研究期间福清市的耕地、林地、园地、水域及未利用地均呈不断下降的趋势，而交通用地和建设用地则呈逐年增加的趋势。研究区土地利用/覆被变化动态度分析结果表明，2006-2012年间，福清市的交通用地和建设用地增加迅猛，二者的单一土地利用类型动态度分别为8.10%和1.08%。从研究区2006-2012年各用地类型转移矩阵的分析结果可以看出，福清市大量增加的交通用地和建设用地主要是从地质条件较好、土壤较为肥沃的耕地及水域转换而来的。
　　⑵、福清市LUCC驱动因子分析结果表明：耕地、交通用地及建设用地适宜分布在坡度为0-15°的低丘缓坡地带，水域适宜分布在坡度≤2°的滨海平原地带，园地适宜分布在坡度＞2°的地区，林地及未利用地则适宜分布在坡度＞6°的低山丘陵带。且随着时间的推移，福清市河流水域对建设用地、交通用地的空间吸引作用不断增强，对耕地与未利用地的空间吸引作用不断减弱，对林地、园地、水域的空间排斥作用则不断增强；福清市道路交通对建设用地及交通用地的空间吸引作用不断增强，对耕地的空间吸引作用不断减弱，对林地、园地、水域及未利用地的空间排斥作用则不断增强；福清市行政中心对建设用地及交通用地的空间吸引作用不断增强，对耕地和园地的空间吸引作用不断减弱， 对林地、水域及未利用地的空间排斥作用则不断增强。
　　⑶、CA-Markov模型预测结果表明，福清市2012-2018年各用地类型的变化趋势与其在2006-2012年间的变化趋势保持一致，即耕地、林地、园地、水域及未利用地仍保持着不断减少的趋势；而交通用地和建设用地则保持着较高的增长趋势，尤其是交通用地的增长速度最为迅速；福清市用地类型发生变化的区域主要集中在市域中东部，并以耕地、水域向交通用地与建设用地的转移为主。
　　⑷、生态系统服务价值的定量化分析结果表明：福清市生态系统服务价值主要来自于水域和林地。2006-2012及2012-2018年间，受LUCC的影响，福清市的生态系统服务价值总量分别减少了0.8525与2.1517亿元。此外，福清市在2006、2012及CA-Markov模型预测的2018年各单项生态服务项目的生态价值由大到小依次为水源涵养＞废物处理＞生物多样性保护＞土壤形成与保护＞娱乐文化＞气体调节＞气候调节＞原材料＞食物生产；且福清市各生态系统服务项目的服务价值都呈不断下降的趋势，其中以水源涵养的服务价值下降幅度最大，废物处理次之，2006-2018年间分别下降了1.1635与1.0604亿元。这表明福清市生态系统提供各项生态服务的功能在持续退化，从宏观角度说明了研究区土地利用/覆被类型的格局有待优化。
　　⑸、采用InVEST模型中的Biodiversity模块对福清市2006、2012及2018年的生态系统服务功能进行评估，结果表明：①福清市的生境退化程度总体水平偏高，且有不断加剧的趋势，生境退化较为严重的区域主要分布在中心城区及市域中东部地势较为平坦的平原地带；②福清市生境质量得分呈两极分化现象，且有不断下降的趋势，其中有接近一半的区域生态脆弱性及生境斑块破碎度较高，对人为干扰的敏感性较强；③福清市生境稀缺性得分整体偏低，2012年与2018年的最高得分分别为0.0225与0.0808，这表明福清市生态系统总体的结构与功能比较稳定，即生态平衡稳定性较好。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究综述

1.3 研究内容

1.4技术路线

第二章 研究区域概况与基础数据处理

2.1 研究区域概况

2.2 基础数据的来源与处理

第三章 研究区LUCC现状分析

3.1 福清市土地利用/覆被类型数量变化分析

3.2 福清市土地利用/覆被动态度分析

3.3 福清市土地利用/覆被类型转移矩阵分析

3.4 福清市LUCC驱动因子分析

第四章 研究区LUCC建模分析

4.1模型原理介绍

4.2 数据预处理

4.3构建CA-Markov模型

4.4 福清市土地利用/覆被类型预测结果分析

第五章 福清市生态系统服务价值变化与功能评估

5.1 福清市生态系统服务价值的变化

5.2 福清市生态系统服务功能的评估

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2主要创新点

6.3展望

参考文献

致谢