水源保护地土地利用景观格局及生态安全演变研究——以柏条河流域为例

摘要

土地利用变化是全球环境变化研究的重要组成部分之一，也被认为是可持续发展的核心问题，关系到人类与环境的协同发展。本研究以景观生态学理论为基础，以GIS、GS+等地理信息软件为研究平台，收集1999年、2005年和2012年的土地利用图件数据和相关统计资料，通过土地信息解析法和景观结构分析法，从斑块尺度和景观类型尺度综合研究柏条河流域土地利用景观格局时空变化特征，评价三个时期的土地利用生态安全，分析土地利用生态安全格局的演变特征，针对不同土地利用生态安全情况，探讨水源地土地持续利用与保护的措施与对策，以期为水源地保护和土地利用结构优化提供科学依据和理论参考。研究主要结论如下:
　　(1)在整个研究期内，柏条河流域的土地利用类型变化剧烈，从数量变化上来看，耕地面积大幅减少，1999-2012年共减少7066.44 hm2，总体年变化率为-2.32％;建设用地、林地、水域等土地利用类型面积增加，其中建设用地面积增长最明显，13年间共计增加了7442.61hm2，涨幅达138.21％，2005-2012年间的年均变化率高于1999-2005年。从结构转变上看，1999-2005年，耕地和建设用地总变化量分别占到研究区域总面积的40.35％和34.60％，净变化量分别为-10.51％和8.12％，总交换量分别为29.84％和26.48％。2005-2012年，耕地和建设用地总变化量分别占到研究区域总面积的13.62％和17.05％，净变化量分别为-12.58％和16.53％，总交换量分别为1.04％和0.52％。土地类型变化区域以郫筒、犀浦和团结等城市规划区范围内和建制镇等人类活动频繁区域周边减少尤为明显。
　　(2)景观格局变化从斑块尺度水平看，耕地的最大斑块指数(LPI)呈现出不断下降的趋势，从1999年到2012年，下降了30.29％，建设用地LPI在13年间显著增加了21.21％;耕地景观的周长-面积分维数(PAFRAC)高于其他景观;在景观尺度水平下，柏条河流域斑块总数NP和斑块密度PD分别由1999年的3178个和10.39个/hm2，增加到2005年的3882个和12.76个/hm2，再骤减到2012年的3086个和10.14个/hm2，呈现先增加后减少的趋势表明研究流域景观破碎化程度逐渐增大，斑块分布更为均匀，斑块间离散程度加大，但流通性减弱;最大斑块指数LPI在研究期内减少了41％;聚集度指数AI整个研究期内也呈现减小的趋势，但周长-面积分维数PAFRAC不断增加，表明人类对景观的干扰越来越明显，斑块形状复杂化程度加大;相似邻接比PLADJ降低，表明柏条河流域同种类景观类型斑块间的相邻频度下降，分布更为零散，破碎程度变大;香浓多样性指数SHDI和香浓均匀度指数SHEI呈现增加的趋势，表明优势景观控制力下降，景观的异质化程度增高，景观类型的变化趋势呈现多样化和均匀化。
　　(3)1999年研究区内处于较高生态安全和中生态安全等级区域的面积分别占研究区总面积的10.09％和85.69％，2005年研究区内中度生态安全区面积大幅减少，而低生态安全区和较低生态安全区面积都有所增加，空间位置变动主要表现为较低生态安全区由西北部往东南部延伸扩散，2012年，低生态安全等级的区域范围显著扩大。柏条河流域景观生态安全等级主要以中度生态安全为主。流域内局部地区的生态安全值虽然有一定的上升，但在整体上是呈现显著下降趋势的;1999-2005年期间流域内生态安全等级呈下降趋势的面积在约为17104.74hm，是2005-2012年期间下降面积的5倍;生态安全等级呈上升趋势的面积从1999-2005年的1308.61hm2增加为2005-2012年的13628.69hm2。中生态安全等级转换为较低生态安全等级、较高生态安全等级转换为中生态安全等级的转换速率，1999-2005年时期高于2005-2012年时期;较低生态安全转换为低生态安全、中度生态安全转换为低生态安全、中度生态安全转换为较高生态安全等级的速率，1999-2005年时期低于2005-2012年时期。
　　(4)以景观生态安全指数为基础，进行柏条河流域生态功能区划，低生态安全区和较低生态安全区划分为生态安全控制区，中度生态安全区划分为生态综合开发区，较高生态安全区和高生态安全区划分为生态城市优化区，并分别提出了水源保护地土地持续利用与生态格局优化建设的措施与建议。

目录

声明

摘要

1 研究目的及意义

2 国内外现状研究

2．1 土地利用／覆被变化研究进展

2．2 景观格局时空变化与生态安全评价研究进展

2．3 流域相关研究进展

2．4 文献小结

3 研究方案

3．1 研究区概况

3．1．1 地理位置

3．1．2 气候条件

3．1．3 地形地貌

3．1．4 社会经济条件

3．1．5 土地利用方式

3．2 研究目标

3．3 研究内容

3．4 研究方法及技术路线

3．4．1 数据来源

3．4．2 研究方法

3．4．3 技术路线

4 土地利用景观格局时空变化特征分析

4．1 土地利用景观类型数量及结构变化

4．1．1 土地利用景观类型数量变化特征

4．1．2 土地利用景观类型结构变化特征

4．2 土地利用景观格局时空变化分析

4．2．1 斑块类型尺度水平下的景观格局变化分析

4．2．2 景观尺度水平下的景观格局变化分析

4．3 土地利用景观格局动态变化影响因素分析

4．3．1 主成分分析原理

4．3．2 主成分分析过程

4．3．3 影响因素分析

4．4 小结

5 土地利用景观生态安全评价及演变分析

5．1 流域景观生态安全指数分析

5．2 流域景观生态安全空间分异

5．3 流域景观生态安全区演变分析

5．4 小结

6 柏条河流域土地利用生态安全功能区建设措施

6．1 生态安全控制区

6．2 生态综合开发区

6．3 生态城市优化区

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢