土地利用景观格局与生态系统服务价值的关联分析及优化研究——以杭州湾南岸区域为例

摘要

生态系统服务是人类赖以生存和发展的环境条件和效用，人类通过从生态系统获取收益以不断地满足和提高自身福祉。然而随着人口急剧增加，工业化和城市化加速，人类活动对自然生态系统造成了巨大损害，出现的一系列生态问题已成为人类在现代化进程中必须面对的世界性难题。改革开放以来，我国在社会经济方面取得了巨大成就，但同时面临着生态资源约束趋紧，环境污染严重，生态系统退化等一系列矛盾，已成为国家可持续发展的重大瓶颈。土地可持续利用的本质目的是实现生态系统与经济社会系统的可持续发展。因此，通过研究土地利用景观格局和生态系统服务价值，有助于理解两者之间的关联机制，并为促进社会、经济、生态的可持续发展提供科学的理论支撑，为政策制定者提供合理有效的决策依据。
　　本文以土地利用景观格局为研究切入点，采用景观格局指数法对所选研究区的土地利用景观格局进行分析;采用直接市场法与替代市场法对区域内的生态系统服务价值进行评估;采用相关分析，灰色关联分析和冗余分析(RDA)对两者之间的关联关系做定量分析;通过构建“土地利用景观格局——生态系统服务价值”综合分析框架，促进理解两者之间的传导和作用机制，并提出相应的优化策略。本文主要研究内容和结论如下:
　　(1)以遥感影像数据作为源数据，从土地利用景观类型的数量结构和景观格局的空间配置两方面对研究区内的景观格局演变进行分析。采用土地转移矩阵、土地利用动态度等方法分析土地利用景观要素的结构特征;采用景观格局指数法，选取景观水平和斑块类型水平上的两组指数对景观格局进行分析。研究表明:研究区在21年间内发生了较为剧烈的城市化现象，城市景观主要来自于农业景观的转入，同时有一定规模的建设景观和林业景观复垦为农业景观。景观水平上的景观格局呈现破碎度加剧、丰富度多元化、斑块形状复杂化、斑块团聚程度下降且分散化的趋势。农业和建设景观呈破碎化加剧，前者斑块形状区域规则，后者趋于不规则;建设和水体邻近度下降，农业邻近度稳中有升，林业邻近度处于波动状态;水体、林业和建设景观的斑块分散度上升，农业景观呈下降。
　　(2)对研究区内的生态系统服务进行分类，并对1993-2013年间的生态系统服务生产总值进行核算。首先核算生态系统产品和服务的功能量，其次采用直接市场法和替代市场法确定各类产品和服务的价格，最后对各类型的服务价值进行汇总。研究表明:供给服务和调节服务为研究区内的生态系统服务价值的主要贡献;区域内总价值、单位面积服务价值、供给服务价值和文化服务价值总体呈上升趋势，调节服务价值保持稳定;各类服务价值在空间上满足由中心城区向外围区县逐渐增加的特征。
　　(3)采用相关分析、灰色关联分析和冗余分析(RDA)对景观指数和生态系统服务价值进行分析。研究表明:景观指数间有着广泛而复杂的联系，存在着一定的相关性;各类生态系统服务之间存在着非线性复杂关系，且具有权衡/协同作用;景观丰富度、破碎度和分散度的提高有利于提升整体服务价值;林业景观分散度、农业和水体景观破碎度是关键性指标，林业、建设和水体斑块形状的复杂度也是重要指标，与多种类型生态系统服务价值有较大关联度;林业景观格局的不同指标对生态系统服务价值的变化起关键性作用;各景观指数对各类型服务价值的作用机制有较大差异，供给服务、气体调节、气候调节、废物处理、防护功能和文化服务价值这一组价值与水源涵养和土壤保持服务价值之间存在权衡作用。
　　(4)通过构建土地利用景观格局——生态系统服务价值综合分析框架，对两者的影响和反馈机制进行探讨。研究表明，土地利用景观格局与生态系统服务价值之间存在着非线性的复杂动态关联关系;土地利用系统对生态系统服务价值的空间异质性、多样性和稳定性产生影响;生态系统对土地利用景观格局的反馈表现在环境影响、经济影响、社会影响和服务价值供给/需求异质性影响。
　　(5)以生态系统服务价值提升为目标，提出土地利用工程优化和景观格局空间配置优化策略。土地利用工程优化通过改变土地利用结构和性状来提高并优化生态系统服务的供给和质量;对景观格局斑块、廊道和基质的调整可以促进景观格局的空间配置的优化，从而提升景观连通性，促进生态系统物质、能量和信息流的交换，提高相应的生态系统服务价值。

目录

声明

致谢

摘要

表索引

图索引

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 现实背景

1．1．2 理论背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 土地利用景观格局研究进展

1．2．2 生态系统服务及其价值研究进展

1．2．3 土地利用景观格局与生态系统服务价值关系研究进展

1．2．4 文献评述

1．3 研究的目的与意义

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究意义

1．4 研究内容

1．5 研究方法与技术路线

1．5．1 研究方法

1．5．2 技术路线

2 研究区概况与数据处理

2．1 研究范围及概况

2．1．1 研究区自然地理概况

2．1．2 研究区社会经济概况

2．2 研究数据来源与处理

2．2．1 数据来源

2．2．2 遥感影像处理

3 土地利用景观格局时空演变分析

3．1 土地利用景观类型的结构特征分析

3．1．1 土地利用景观类型的数量结构特征

3．1．2 土地利用景观类型的动态变化特征

3．2 土地利用景观格局变化分析

3．2．1 景观格局分析研究方法

3．2．2 景观格局指数选取

3．2．3 最佳景观分析粒度确定

3．2．4 土地利用景观格局分析

3．3 本章小结

4 生态系统服务价值评估与变化分析

4．1 生态系统服务价值分类及核算方法

4．1．1 生态系统服务价值分类

4．1．2 生态系统生产总值核算

4．2 研究区土地生态系统服务价值评估

4．2．1 供给服务价值评估

4．2．2 调节服务价值评估

4．2．3 文化服务价值评估

4．3 研究区生态系统服务价值时空演变

4．3．1 生态系统服务价值数量结构特征

4．3．2 生态系统服务价值时间变异分析

4．3．3 生态系统服务价值区域差异分析

4．4 本章小结

5 土地利用景观格局与生态系统服务价值关联的定量分析

5．1 基于相关分析的指数间关联分析

5．1．1 景观指数间相关性检验

5．1．2 不同类型生态系统服务价值之间的相关性检验

5．2 土地利用景观格局与生态系统服务价值灰色关联分析

5．2．1 景观水平指数与生态系统服务价值关联分析

5．2．2 斑块类型水平指数与生态系统服务价值关联分析

5．3 土地利用景观格局与生态系统服务价值排序分析

5．3．1 研究方法与数据处理

5．3．2 排序结果分析

5．4 本章小结

6 土地利用景观格局与生态系统服务价值的关联机制探讨

6．1 土地利用景观格局与生态系统服务价值综合分析框架

6．2 土地利用景观格局对生态系统服务价值的驱动机制

6．2．1 影响生态系统服务价值异质性

6．2．2 影响生态系统服务价值多样性

6．2．3 影响生态系统服务价值稳定性

6．3 生态系统服务价值对土地利用景观格局的反馈机制

6．3．1 生态系统服务价值的自然环境影响

6．3．2 生态系统服务价值的经济与社会影响

6．3．3 生态系统服务价值供给与需求的空间异质性

6．4 本章小结

7 基于生态系统服务价值提升的土地利用景观格局优化策略

7．1 土地利用景观格局优化的技术总体框架

7．2 土地利用优化工程策略

7．2．1 土地地类优化

7．2．2 地类结构优化

7．2．3 防护治理优化

7．3 景观格局空间配置优化策略

7．3．1 识别生态系统源地

7．3．2 构建景观累积阻力面

7．3．3 建立生态廊道和生态节点

7．3．4 研究区景观格局优化策略

7．4 本章小结

8 结论与展望

8．1 研究结论

8．2 可能的创新点

8．3 研究展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果