基于CLUE-S模型的哈尼梯田文化景观变化、驱动及情景模拟

摘要

元阳哈尼梯田是我国著名的农业文化景观遗产，其独特的森林、梯田、村寨、河流为一体的生态系统具有丰富的生态、经济和美学价值。然而随着人类活动对其景观格局的不断干扰，该地区的梯田面积不断减少，森林资源遭到破坏，独特民俗文化逐渐消失，生态系统的稳定性被削弱，哈尼梯田农业文化景观遗产的可持续发展面临严重威胁。
　　本文基于对元阳哈尼梯田景观格局特征和变化规律的分析，探讨研究区景观类型与各种驱动因子之间的关系，在此基础上对哈尼梯田景观格局的未来变化进行情景模拟。以云南省元阳县为研究区，利用该地区2005年和2013年的遥感影像为数据源，对哈尼梯田的景观格局和未来土地利用格局的变化进行研究。首先，利用Erdas Image9.2软件对遥感影像进行解译得到元阳县景观类型图，然后使用Fragstats3.3软件计算景观格局指数，分析研究区景观格局变化特征。之后使用Logistic回归模型探讨景观类型出现比率与各种自然和社会驱动因子之间的关系，并设定维持现状发展和规划保护两种情景计算土地需求状况。在此基础上利用CLUE-S模型对元阳县哈尼梯田2020年景观格局进行情景模拟，最后，根据对模拟结果的分析提出哈尼梯田农业文化景观遗产可持续管理的决策和建议。本文的主要研究成果有:
　　(1)2005年至2013年间元阳哈尼梯田景观类型面积变化显著。其中，耕地和林地景观遭到破坏，水田、旱地、林地、草地面积减小，建设用地面积迅速增加，水域景观面积变化最小。从总体上看，景观破碎化程度变大。
　　(2)利用Logistic回归模型对景观类型出现比率与各驱动因子之间的关系进行回归分析表明，水田景观出现的概率与到主要河流的距离、到主要公路的距离成正比;旱地与到河流的距离和高程成反比与人口密度成正比;园地受到公路的距离和高程因子的影响较大，与到城市和乡镇行政中心的距离成反比;林地景观多分布在远离城镇的山区，受坡度因子的影响较大;草地与坡度、坡向因子成正比，与到行政中心的距离成反比;建筑用地与距离县级、乡镇行政中心的距离、人口密度成正比。使用ROC曲线观察模拟精度:水田0.754、旱地0.816、园地0.635、林地0.743、草地0.835、建设用地0.722、水域0.886，均在0.6以上说明本文选取的驱动因子有效，所选驱动因子与土地利用景观类型间有较强的相关性。
　　(3)以2005年元阳县景观类型数据为基础，将回归方程和其他参数输入到CLUE-S模型中对2013年土地利用情况进行模拟。同时，以2013年实际景观类型数据为参考，利用Kappa系数对模拟精度进行检验，检验结果值为0.8645，说明CLUE-S模型在对元阳哈尼梯田景观格局变化的模拟中具有一定的适用性。
　　(4)设定维持现状发展情景和规划保护情景，对2020年元阳县土地利用情况进行模拟和分析。发现两种情景下的土地利用状况既有一定的共同特征也存在一些差异:旱地、建设用地和水域面积均增加，水田和林地景观变化相反。在维持现状发展情景下，研究区生态环境不断被破坏，水田和林地面积减少，在规划保护情景下，元阳县生态环境得到改善，城市建设有序扩展，哈尼梯田农业文化遗产得到保护。
　　(5)针对元阳哈尼梯田地区2020年的情景模拟结果，结合其在景观生态和传统文化保护方面面临的问题，提出了促进梯田文化景观的可持续发展的六点建议:加强对哈尼梯田农业文化景观的整体研究;制定发展规划，控制景观类型的变化;发展集生态、经济效益为一体的生态旅游;提高传统农耕生产方式的收入水平;提高居民的教育水平;加强宣传，鼓励当地居民参与保护工作。

目录

声明

致谢

摘要

表索引

图索引

1 绪论

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 研究综述

1．2．1 文化景观研究进展

1．2．2 景观格局变化及驱动分析

1．2．3 景观格局动态模拟

1．2．4 CLUE-S模型研究进展

1．3 研究内容、方法与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 技术路线

2 研究区概况与数据处理

2．1 研究区概况

2．1．1 自然条件状况

2．1．2 社会经济状况

2．1．3 文化景观的组成

2．2 资料来源和数据处理

2．2．1 资料来源

2．2．2 遥感影像预处理

2．2．3 遥感影像解译

3 哈尼梯田文化景观格局分析

3．1 景观格局指数的选取

3．2 哈尼梯田景观空间格局分析

3．2．1 2005年景观空间格局分析

3．2．2 2013年景观空间格局分析

3．3 景观类型变化过程分析

3．3．1 景观类型变化分析

3．3．2 景观类型转移矩阵

3．4 小结

4 哈尼梯田景观格局变化驱动因子分析

4．1 驱动因子的选取

4．1．1 驱动因子的选取原则

4．1．2 驱动因子的选取

4．2 驱动因子分析

4．3 Logistic回归分析

4．3．1 景观类型分析

4．3．2 回归分析

4．4 精度检验

5 基于CLUE-S模型的哈尼梯田文化景观情景模拟

5．1 CLUE-S模型概述

5．1．1 CLUE-S模型原理

5．1．2 Logistic二元回归分析

5．1．3 转换规则

5．1．4 空间分配过程

5．3 模型参数的设定

5．3．1 主要参数

5．3．2 回归方程参数

5．3．3 景观类型转移矩阵

5．3．4 区域约束文件

5．3．5 土地需求文件

5．3．6 起始年景观类型图

5．3．7 驱动因子文件

5．2 土地需求量的确定

5．2．1 2005年至2013年

5．2．2 2013年至2020年

5．4 基于CLUE-S模型的哈尼梯田文化景观情景模拟

5．4．1 模型精度评价

5．4．2 景观格局情景模拟

6 对哈尼梯田农业文化景观未来可持续发展的建议

6．1 哈尼梯田农业文化景观面临的问题

6．1．1 景观生态方面

6．1．2 文化传统方面

6．2 对文化景观遗产未来可持续发展的建议

6．2．1 加强对哈尼梯田农业文化景观的整体研究

6．2．2 制定发展规划，控制关键景观类型之间的转化

6．2．3 发展集生态、经济效益为一体的生态旅游

6．2．4 提高传统农耕生产的收入水平

6．2．5 保护哈尼族传统聚落

6．2．5 提高居民的教育水平

6．2．6 加强宣传，鼓励当地居民参与保护工作

7 结论与展望

7．1 研究结论

7．2 文章的创新之处

7．3 问题与展望

参考文献