快速城市化时期土地利用景观格局演变研究——以济南市市辖区为例

摘要

随着全球范围内城市化、工业化进程的推进,资源、环境及生态问题不断显现,人类社会的可持续发展遭受到巨大威胁.土地利用/覆被变化(LUCC)作为自然界与人类社会交流最频繁、最明显的领域,引起了国际学术界极大的关注.在众多学者长期的共同努力下,土地利用/覆被变化研究逐渐成为全球变化研究的前沿课题,也成为公众和管理决策界的焦点.土地利用/覆被变化研究包含的内容复杂,涉及的学科广泛.目前,包括地理科学、环境科学、生态学等学科在内的多个学科,从不同角度,利用不同的方法对土地利用/覆被变化机理展开了密集的研究,在对其历史变化规律及现状分析上取得了一些积极的成果.特别是近20年以来,伴随3S技术的快速发展和研究方法的不断创新,土地利用/覆被变化研究在信息和数据的获取、整合、处理、分析等方面取得了许多重大的进展.与此同时,其研究视角也不再局限于对历史变化过程和现实状况的分析,开始逐渐向未来延伸,着眼于未来情景的模拟和预测.
　　济南市市辖区是济南市城市化进程中最为明显的区域,土地利用类型多样且土地利用变化比较强烈,故选其作为本文的研究区.本次研究主要在ArcGIS Desktop平台的支持下,以2003、2006和2010年3个时期的土地利用现状数据为基础数据,开展了以下工作:
　　在ArcGIS Desktop的空间分析功能的支持下,本文对研究区的土地利用结构、土地利用空间分布特征及土地利用类型转换机制进行了分析.从分析结果看,济南市市辖区土地利用变化在不同时间段、不同区域呈现出明显的差异性.2006年至2010年期间的土地利用变化状况明显要比2003年至2006年期间剧烈,各类土地变化相对于上一时期都更加明显.研究区土地利用呈现明显的城市化趋势,其中耕地、其他土地大面积减少,城镇用地等建设用地类型迅速增长.另外,2003年至2010年受退耕还林、还草政策的影响,耕地、其他土地中的自然保留地大量转化为林地,林地面积呈现出不断增长的态势.不同区域之间的土地利用变化也存在差异,如历下区、槐荫区以耕地向城镇用地的转化为主,而多山地丘陵的历城区、长清区则表现出农用地内部的互相转化.
　　研究中引入了景观指数分析方法,从景观水平、景观类型水平两个层次上,分别对研究区的斑块密度、平均斑块面积、分维数、蔓延度指数、聚集度指数、多样性指数、破碎度指数等指标进行了计算和分析.结果表明研究区景观在整体上呈现出破碎化态势,说明人类活动对景观的分割作用逐渐增强;分维数持续减小,表现在景观中各斑块空间构型趋于复杂,说明人类活动对景观的干扰增大;从景观中斑块的组合状态来看,其聚集度不断下降,说明优势斑块的聚集程度有所下降.在对研究区土地利用时空变化及景观格局演变分析的基础上,本文又进一步阐述了研究区土地利用的变化规律,探讨了研究区不同时段、不同区域土地利用变化的驱动力.
　　为探求济南市市辖区未来土地利用情景,本文依托IDRISI平台中CA-Markov模块的空间模拟与预测功能,在规划、政策、坡度等因素的限制下,以济南市市辖区2003年与2010年的土地利用现状数据为历史数据,模拟了济南市市辖区2020年的土地利用情景,并对模拟结果进行了分析.以此为基础,根据济南市市辖区的实际土地利用状况,对其未来土地可持续利用提出了相应的对策.通过本次模拟研究表明,CA-Markov模型可以综合考虑自然、规划、经济等因素的影响,修正马尔可夫模型在空间模拟方面的缺陷,实现较为准确的数量预测和合理的空间模拟.
　　最后,本文对研究中取得的主要成果和存在的不足进行了系统的总结,并对本研究领域的发展方向进行了展望.

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究主要内容和方法

1.4 技术路线

2 研究理论基础

2.1 LUCC相关理论

2.2 景观生态学原理

2.3 土地可持续利用理论

3 研究区概况及土地利用变化分析

3.1 研究区概况

3.2 数据源与数据处理

3.3 土地利用时空变化分析

3.4 土地利用景观格局演变分析

3.5 土地利用变化驱动力分析

4 未来土地利用情景模拟

4.1 CA-Markov模型介绍

4.2 数据准备

4.3 模型精度检验

4.4 土地利用景观模拟

4.5 模拟结果分析

5 土地可持续利用的建议

5.1 严格执行土地利用总体规划

5.2 强化耕地及生态用地保护

5.3 推进土地综合整治

5.4 加强土地动态监测和执法监察

6 研究结论与展望

6.1 研究结论

6.2 研究展望

附表及附图

参考文献

攻读学位期间参与的科研项目及发表的学术论文

致谢