基于地形梯度的怀来县土地利用景观格局变化及优化研究

摘要

土地利用景观格局剧烈的变化会对区域生态系统的结构和功能造成一定影响，地形是山区土地利用景观格局形成和变化的重要自然限制因子。以往的土地资源优化配置研究多以经济效益最大化为目标，关注土地数量结构分配问题，忽视了空间格局因素对生态过程产生的影响，格局的形成和发展是在自然和社会因子双重作用下从空间结构和数量结构所表现出来的。
　　本研究以地形与土地利用之间的关系为切入点，以典型冀西北间山盆地区怀来县为研究区，对研究区1993、2003、2013年三期遥感影像进行处理，利用土地动态度、信息图谱、景观格局指数等对怀来县1993-2013年期间的土地利用景观变化特征及格局进行系统的分析，并应用logistic回归模型分析了土地利用景观格局变化的驱动力;探讨了地形与土地利用景观格局之间的关系，划分了相应的景观主导类型梯度区;运用最小累积阻力模型构建了生态源地、生态廊道和生态节点等景观组分，并对生态节点重要性进行了评价，划分出相应的土地利用景观优化布局分区。通过研究，可以得出以下结论:
　　(1)1993-2013年间，怀来县土地利用景观格局变化呈现破碎化程度上升，连通性呈现下降的趋势，土地利用景观格局的稳定性在降低。六种地类的斑块密度呈现上升趋势，平均斑块面积呈现降低趋势，各地类的破碎化程度均升高。建设用地斑块面积不断扩大，造成耕地等竞争优势较弱的景观类型的斑块面积减少，景观整体的异质性和破碎化程度在上升，少数斑块类型对景观的控制作用日益凸显，景观生态连通度降低，制约了区域生态流的畅通。驱动力分析显示，经济发展是怀来县土地利用变化的主要原因，地形因素则是土地利用变化方向的主要限制因素。研究区六种地类的分布受到地均纯收入和人口密度的影响较大，社会经济因素是各地类分布的主要影响因素。
　　(2)研究区土地利用景观格局变化在地形因子的作用下呈现一定地形梯度性。在较低级别的高程、坡度及地形起伏度级别区域，与人类生产生活密切的城乡建设用地、采矿用地、耕地、园地、水域分布面积较大，且这5种地类分布指数的优势位均分布在较低的地形级别上，而林地、草地和其他土地则主要分布在较高地形级别的区域，较高的地形级别限制了人类的开发利用，加之生态保护的需要，使其起到了主要的生态屏障作用。土地利用景观格局的空间异质性与地形存在着典型相关性。水域和林地的景观格局指数相似，水域主要分布于河湖盆地地区，林地主要分布在山地地区，这两种地类集中连片，景观异质性较低;而主要分布在平原和丘陵过渡地区的城乡建设用地、采矿用地、耕地、园地等景观破碎化程度较高，异质性较高。CCA的分析结果显示地形因子第1排序轴与景观格局指数特征第1排序轴的相关系数达到0.671，表明土地利用景观格局与高程、坡度等地形因子存在着典型的相关性。
　　(3)构建了研究区土地利用景观生态网络，确定了土地利用景观优化布局分区。怀来县生态服务功能强度呈现明显的地形差异性，生态服务功能最强的区域分布于怀来县中部盆地，其中官厅水库是该区域景观生态功能的核心;其次是分布于怀来县南北两侧山地地区的林地景观，该区域植被资源丰富多样且集中连片，对于区域景观生态服务功能产生着重要影响作用;景观生态服务功能较弱的区域主要位于平原区人类活动活跃的地区及未利用地较多的山地丘陵地区。利用最小阻力模型，提取出研究区的生态廊道和生态节点，并利用dIIC和dPC评价了生态节点的重要程度，从而有效地构建了研究区的景观生态网络，并反映生态关键区对景观生态流的影响程度。针对构建的景观生态网络，在综合研究区地形地貌特征、景观生态服务功能强度分布等因素的基础上，确定了土地利用景观优化布局分区，可以为该地区土地利用生态优化配置提供指导借鉴。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 土地利用／覆被变化

1．2．2 土地利用变化驱动力研究

1．2．3 景观生态学研究

1．2．4 土地利用景观格局优化的研究

1．3 研究目标、内容和技术路线

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

2 基础资料和研究区概况

2．1 研究区概况

2．1．1 自然条件

2．1．2 社会经济概况

2．2 基础资料

2．2．1 数据来源

2．2．2 遥感数据解译

2．2．3 地形因于分级

3 土地利用景观变化及驱动力分析

3．1 土地利用景观变化分析

3．1．1 土地利用景观类型变化分析

3．1．2 土地利用景观动态度分析

3．1．3 土地利用景观变化信息图谱分析

3．2 土地利用景观格局动态变化

3．2．1 景观格局指数的选取

3．2．2 类型水平的景观格局动态变化分析

3．2．3 景观水平的景观格局动态变化分析

3．2．4 基于移动窗口法的景观格局分析

3．3 土地利用景观变化驱动力分析

3．3．1 土地利用景观变化驱动因素选取

3．3．2 二元Logistic回归分析模型检验

3．3．3 不同土地利用类型空间概率分布

3．4 小结

4 地形与土地利用景观格局关系研究

4．1 土地利用景观类型在不同地形梯度上的分布

4．1．1 土地利用景观类型在不同高程带上的分布

4．1．2 土地利用景观类型在不同坡度带上的分布

4．1．3 土地利用景观类型在不同地形起伏度带上的分布

4．1．4 土地利用景观类型在不同地形位上的分布

4．2 土地利用景观格局变化的地形梯度效应分析

4．3 土地利用景观格局指数与地形因子的相关性分析

4．4 土地利用景观类型梯度区划分

4．5 小结

5 怀来县土地利用景观格局优化设计

5．1 土地利用景观格局优化的目标和原则

5．1．1 土地利用景观格局优化的目标

5．1．2 土地利用景观格局优化的原则

5．2 土地利用景观格局优化的方法

5．3 怀来县土地利用景观格局优化

5．3．1 土地利用景观生态服务功能强度分析

5．3．2 生态源地的提取及耗费距离表面的构建

5．3．3 生态廊道和生态节点

5．3．4 生态节点重要性评价

5．3．5 土地利用景观优化布局分区

5．4 小结

6 结论

参考文献

在读硕士研究生期间发表的学术论文

作者简历

致谢