东海区大陆海岸带景观格局演化及生态环境效应研究

摘要

海岸带区域承载了快速发展的海洋经济，已成为经济发展最活跃地区。海岸带自然岸线资源不断被人为修筑得到的岸线所替代，开发利用过程及其对资源环境的影响使海岸带环境面临着空前压力，因此成为了国内外学者和政府管理者关注的焦点。东海区作为中国四大海域的重要组成部分，是中国促进海洋及海岸带科学开发的重要基地，对沿海地区扩大开放和海洋经济加快发展具有重要作用。东海区海岸带作为中国境内海上丝绸之路重要的区域，也是实现海洋经济与资源环境相互协调发展的重要区域，尤其是泉州港和宁波港作为海上丝绸之路三大主港中的两港，得到国际社会高度关注，为此需要良好的生态环境质量为其保障。加快推进中国（上海）自由贸易试验区建设，支持福建建设21世纪海上丝绸之路核心区，并推进浙江海洋经济发展示范区、福建海峡蓝色经济试验区和舟山群岛新区建设是推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的重要举措。 本文以东海区海岸带为研究区域，选取了1990-2015年六个时期的Landsat TM/OLI遥感影像，以及不同时期海图、地形图及DEM数据等资料，结合实地野外调查，借助GIS分析手段，利用ENVI、ArcGIS和Fragstats3.4等软件，对东海区大陆岸线及其开发利用格局变化进行了分析，尝试对基于地貌类型的大陆海岸带景观进行动态分析，并以东海区海岸带景观演化格局分析为基础，探讨其变化所产生的生态环境效应。据此得到如下主要结论： （1）东海区大陆岸线时空演化特征明显，总体不断向海推进，长度不断缩减 东海区海岸带经济快速发展，围海造地、港口建设等开发活动作为“第三营力”，成为该地区拓展生产和生活空间的重要手段，但同时也对大陆岸线资源的开发利用产生了深刻影响。研究期间，海岸线的变化强度为-0.38%，自然岸线逐渐转变为人工岸线，各类岸线结构变化显著，岸线多样性指数不断上升。东海区海岸线平均分形维数为1.1826，呈现波动下降趋势。各省市海岸线开发利用结构呈现多样化特征，岸线综合利用指数也不断上升，由1990年的167.73上升至2015年的222.12。 （2）海岸带景观以林地为主，类型转变剧烈，主要发生在平原和丘陵地貌区 研究期间，在高速城市化等人为干扰下，研究区景观转化剧烈。其主要特征为，整个研究区内景观以林地（42.47%）为主，上海市各景观类型中耕地（60.23%）所占比例最大，浙江省和福建省海岸带景观类型均以耕地和林地为主。耕地呈现出逐渐减少的趋势，减少速度达到144.80km2/a。林地所占面积最广，主要分布在山区，故其变化相对不大。建设用地呈现出快速增长趋势，面积平均年增长178.56km2。未利用地所占比例较小，且面积整体变化不大，而海域由于被大量开发利用为其他人工景观，面积减少幅度较大。从地貌角度来分析，东海区海岸带景观类型的转化主要分布在两个较活跃的地段，分别是平原地貌区和丘陵地貌区，景观类型的转化主要发生在低海拔地区。其中，浙江省海岸带景观转化面积在研究区中占比最大，达到了82.87%。各地貌类型区，耕地转建设用地这种转化类型所占的面积最多，体现出东海区海岸带的快速城镇化进程。 （3）景观空间格局变化较大，景观破碎度不断上升，人类活动使斑块趋于复杂化 东海区海岸带景观格局变化巨大。海岸带各类景观的斑块总数有着明显的增加，25年间增加近7.8%，水域和耕地的斑块数量增加最多，增加量均大于20%。同时，斑块密度由1995年的0.7035个/hm2提高到2015年的0.75个/hm2，主要表现在耕地、水域和未利用地等景观类型上。最大斑块指数的增大也正好验证了这一点。斑块形状随着景观的破碎化而不断向着复杂化的方向转变，景观边界密度则不断增加，其中耕地和建设用地的边界密度增加最明显，各斑块的几何形状也变得越来越复杂，说明人类活动使得斑块趋于复杂化，斑块形态有变曲折的趋向。25年间，景观的多样性水平和均匀度指数也在不断提高。 （4）海岸带生态系统服务价值总量下降，其中林地对ESV的贡献量最大，各单项服务功能均下降，水文调节、气候调节和维持生物多样性为主要服务功能 东海区海岸带ESV总量从3071.64亿元降至2858.53亿元，降幅为6.94%。林地对ESV总量贡献最大，其贡献率在64%~66%之间；除建设用地外，未利用地对ESV总量贡献率最小，约为0.005%左右。各单项生态系统服务功能价值均处于下降趋势，其中食物生产和废物处理服务价值变化较大，变幅均高于10.00%。气体调节和气候调节生产服务价值变化最为缓慢，变化率约为5%。水文调节、气候调节和维持生物多样性是研究区最主要的生态系统服务功能，占比均较高。东海区海岸带各研究小区ESV不断由高值区转为较低值区，景观类型的演化对ESV影响显著。文章所采用的价值系数较为合适，各景观类型的价值系数敏感性指数均小于1.00。 （5）东海区海岸带整体上、省域和地级市尺度的海岸带生态风险时空演化差异显著，且不同风险区之间的转化复杂。 研究区内，生态风险区以中生态风险区为主。研究期间，区域内生态风险呈加深趋势，较高和高生态风险区面积均大幅上升，后期较高生态风险区面积超过中生态风险区占主导地位。空间上，生态风险呈现出向沿海地区加深的趋势，高生态风险区主要有四个极值中心，上海区、宁波杭州湾、宁波石浦港、福建厦门区域。后期高值生态风险区向沿海区域推进，沿海城市的生态风险大幅上升。其中福建省区域低、较低、中生态风险区减少，较高、高生态风险区面积增加。上海市区域生态风险区以较高生态风险区为主导类型，生态风险呈下降趋势。浙江省区域以中生态风险区为主，后期转变为以较高生态风险区为主，海岸带生态风险在增加。各地级市中，宁德市生态风险值变化最大，其次是温州市和福州市，除上海市外，其他地级市生态风险值都呈上升趋势。生态风险区的转移方向主要由低、较低、中、较高生态风险区向较低、中、较高、高生态风险区转移。生态风险区之间转换方向共达19种，生态风险区各等级之间转换速率较快，但主要以低-高等级方向转移为主。

目录

声明

1引言

1.1选题背景及意义

1.1.1选题背景

1.1.2选题意义

1.1.3选题依据

1.1.4课题支撑

1.2国内外研究进展

1.2.1 岸线格局国内外研究动态

1.2.2 景观演化国内外研究动态

1.3本文研究思路

1.3.1研究内容

1.3.2技术路线

1.3.3实施方案

2研究区概况与数据处理

2.1东海区海岸带自然地理环境与资源概况

2.1.1地理位置

2.1.2地质地貌

2.1.3水文

2.1.4气候

2.1.5资源

2.2 数据来源及其预处理

2.2.1数据来源

2.2.2遥感影像基本特征

2.2.3 遥感数据预处理

3东海区大陆岸线及其开发利用时空演变分析

3.1东海区岸线专题信息

3.1.1岸线分类体系

3.1.2岸线解译标志和提取原则

3.2东海区大陆岸线时空变化的基本特征

3.2.1大陆岸线的长度演化

3.2.2大陆岸线类型结构及多样性变化

3.2.3东海区大陆岸线分形时空变化特征

3.2.4东海区海陆格局的时空变化特征

3.3岸线开发利用程度时空变化特征

3.3.1人工化指数评价

3.3.2岸线开发利用主体度评价

3.3.3岸线综合利用指数评价

4基于地貌类型的大陆海岸带景观动态分析

4.1海岸带地貌信息提取

4.1.1研究数据及处理

4.1.2地形起伏度计算方法

4.1.3最佳统计窗口分析

4.1.3地貌类型分类原则

4.2海岸带景观信息提取

4.2.1海岸带景观分类系统

4.2.2海岸带景观提取方法

4.3地貌特征及海岸带景观动态分析

4.3.1东海区海岸带地貌特征分析

4.3.2海岸带景观现状及动态特征分析

4.3.3地貌特征对景观类型动态变化的影响

5东海区海岸带景观格局演化分析

5.1景观格局演化分析方法及指标选取

5.2景观水平的空间格局变化分析

5.2.1 海岸带景观类型斑块数量分析

5.2.2 海岸带景观空间格局分析

5.3类型水平的景观空间格局变化分析

5.3.1斑块密度

5.3.2最大斑块指数

5.3.3边界密度

5.3.4形态指数

6东海区海岸带景观格局变化对生态系统服务价值的影响

6.1海岸带生系统服务价值估算方法

6.1.1数据选取与处理

6.1.2生态系统服务价值估算模型

6.1.3生态系统敏感性分析

6.2海岸带生态系统服务价值时空变化分析

6.2.1生态系统服务总价值变化

6.2.2生态系统单项生态系统服务功能价值变化

6.2.3生态系统服务价值的空间分布变化

6.2.4敏感性分析

7东海区海岸带景观生态风险评价

7.1景观生态学生态风险评价方法

7.1.1景观指数法

7.1.2景观生态风险指数

7.1.3空间分析方法

7.2东海区海岸带景观生态风险评价

7.2.1景观格局指数分析

7.2.2景观生态风险时空分异

7.2.3景观生态风险转移

7.3小结

8结论与展望

8.1结论

8.2创新点

8.3不足

参考文献

附录 攻读硕士学位期间的主要研究工作和研究成果

致谢