3S支持下区域土地利用变化及其生态效应分析 ——以太原市城区及近郊区为例

论文摘要

土地利用/土地覆被变化（Land use and Land cover change,LUCC）是全球环境变化的重要组成部分和主要原因之一,自1995年“国际地圈——生物圈计划”（IGBP）和“全球环境变化人文计划”（IHDP）联合提出LUCC研究计划以来,LUCC研究在国内外普遍展开,也已成为地理学综合研究的国际性前沿课题。太原市作为山西省的省会,近年来经济快速发展,城市化、工业化水平不断提高,随着高度城市化的发展,城市的土地利用/覆被也发生着巨大的变化,由此出现了一系列的生态环境问题。因此,本研究对太原市城区及近郊区土地利用进行定量化综合研究,特别是准确地提取土地利用土地覆被变化信息,并在此基础上,对区域不同时段的土地利用结构产生的生态服务功能价值的空间格局变化进行定量评价,对于研究区土地资源可持续利用,了解区域土地利用导致的生态环境在不同时间的空间格局变化,促进区域经济与环境的协调发展具有重大的理论和实践意义。本研究在地学信息图谱、生态学和可持续发展等理论的指导下,以太原市城区及近郊区为例,基于两期遥感影像、DEM数据和部分调查数据,在野外实地调查验证的基础上,利用地理信息系统（GIS）和遥感（RS）技术,主要开展了以下四个方面的研究内容:（1）基于GIS平台,建立了太原市城区及近郊区1990年-2002年土地利用/覆被变化数据库,分析了这一时间段内研究区的土地利用变化趋势以及主要用地类型的变化特征;（2）在GIS以及RS支持下,利用地学信息图谱的理论与方法,生成了太原市城区及近郊区1990年-2002年土地利用变化图谱,并从空间格局对研究区土地利用变化进行进一步分析;（3）应用生态学的理论与方法,在GIS支持下,建立了太原市城区及近郊区1990年和2002年生态系统服务价值数据库,并对1990年-2002年研究区土地利用变化引起的生态系统服务价值的变化进行了时间上的定量分析;（4）在GIS以及RS支持下,利用地学信息图谱的理论与方法,以土地利用变化图谱为基础生成了研究区1990年-2002年生态系统服务价值变化图谱以及研究区1990年-2002年生态系统服务价值变化量图谱,从而对研究区土地利用变化导致的生态系统服务价值变化做进一步的空间格局的分析。通过以上几方面的综合研究得到以下重要的结论:（1）通过对土地利用变化数据库的构建以及统计分析表明:1990-2002年12年中太原市城区及近郊区土地利用变化的总体趋势为:耕地、草地、水域面积相对减少;园地、未利用地、林地、建设用地不断增加,其中林地面积净增加了8535.74hm2,是增加面积最大的一种土地利用类型,同时,耕地面积显著减少,12年中共减少了16456.47hm2。（2）12年中研究区土地利用类型的变化以耕地变未利用地、耕地变城镇、农村居民点与工矿用地为特征。变化面积最大的为耕地向未利用地的转化,共有9772.80hm2的耕地转化为未利用地,这主要发生在研究区的北部,即尖草坪区,大学扩建以及一些能源化工产业占用耕地但还未建成再加上一部分耕地退化成盐碱地是这一区域未利用地增加的主要原因。（3）在研究区土地利用类型扩张区域中,未利用地和林地的增加是主要趋势,研究区土地利用类型面积的10.68%表现为未利用地面积的扩大,从研究区扩张图谱可以看出,这主要表现在研究区北部的尖草坪区;在所有收缩的面积中,耕地收缩的面积最大,占研究区总面积的16.81%。（4）研究区土地利用变化引起的生态系统服务价值在12年中呈增加的趋势,但增加的幅度不是很大,这说明研究区的生态环境整体在向良性方向发展。林地的生态服务价值对研究区总的生态系统服务价值贡献最大,这主要得益于退耕还林以及植树造林的政策使得林地的面积增加。（5）从研究区生态系统服务价值变化图谱以及生态系统服务价值变化量图谱中可以看出尖草坪区的生态服务价值在明显的减少,这主要是由于该区未利用地增加导致的。本论文在RS及GIS支持下,利用地学信息图谱理论,生成了太原市城区及近郊区土地利用变化图谱,土地利用变化扩张图谱以及收缩图谱,生态系统服务价值变化图谱以及生态系统服务价值变化量图谱,对于了解研究区土地利用变化以及生态系统服务价值的空间格局与空间变化规律具有重要意义。这也是本文的创新之处。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 研究概况
• 1.2.1 土地利用/覆盖变化研究概况
• 1.2.2 土地利用变化的研究方法
• 1.2.3 地学信息图谱研究概况
• 1.2.4 生态系统服务功能价值的研究概况
• 1.2.5 生态系统服务功能价值的研究方法
• 1.3 研究内容及技术路线
• 第2章 研究区概况
• 2.1 研究区自然环境概况
• 2.1.1 气候
• 2.1.2 地貌
• 2.1.3 土壤
• 2.1.4 植被
• 2.1.5 矿产资源
• 2.2 研究区社会经济概况
• 第3章 研究区土地利用变化图谱分析
• 3.1 地学信息图谱的理论与方法
• 3.1.1 地学信息图谱的概念
• 3.1.2 地学信息图谱的类型与特征
• 3.1.3 土地利用变化图谱分析方法
• 3.2 数据的收集
• 3.2.1 基础资料收集
• 3.2.2 分类体系的确定
• 3.3 数据处理
• 3.3.1 坐标变换处理
• 3.3.2 遥感数据的融合
• 3.3.3 研究区域的裁剪
• 3.3.4 最佳波段的选择
• 3.3.5 遥感影像的分类
• 3.4 研究区土地利用变化图谱的生成与分析
• 3.4.1 研究区土地利用变化图谱的生成
• 3.4.2 研究区土地利用变化的基本特点
• 3.4.3 研究区土地利用变化图谱的分析
• 3.5 研究区土地利用涨落势图谱的生成与分析
• 3.5.1 研究区土地利用涨落势图谱的生成
• 3.5.2 研究区土地利用涨落势图谱的分析
• 3.6 研究区主要土地利用类型变化特征
• 3.6.1 耕地
• 3.6.2 林地
• 3.6.3 未利用地
• 第4章 研究区生态系统服务功能的价值测评
• 4.1 生态系统有机物生产功能价值测算模型
• 4.1.1 林地净第一性生产力测算模型
• 4.1.2 耕地净第一性生产力测算模型
• 4.1.3 草地净第一性生产力测评模型
• 4.1.4 园地净第一性生产力测算模型
• 4.1.5 生态系统净一性生产力价值量测算模型
• 4.1.6 生态系统净一性生产力价值量结果分析
• 4.2 生态系统固定CO2和释放O2功能价值测评方法
• 4.3 生态系统土壤保持功能价值测评
• 4.3.1 生态系统土壤保持物质量测算模型
• 4.3.2 土壤保持量中各因子值的确定
• 4.3.3 生态系统土壤保持价值量测算模型
• 4.3.4 生态系统土壤保持价值量结果分析
• 4.4 生态系统其他功能的价值测评
• 4.4.1 生态系统涵养水源功能价值测算方法与结果分析
• 4.4.2 生态系统涵养水源功能价值测算结果
• 4.4.3 生态系统废物处理价值结果分析
• 4.4.4 生态系统生物多样性保护价值结果分析
• 4.4.5 生态系统娱乐文化价值结果分析
• 第5章 研究区生态服务功能价值变化的综合评价
• 5.1 研究区生态服务功能价值的时间变化
• 5.2 研究区生态服务功能价值的空间分布
• 5.2.1 研究区生态服务价值空间分布图的生成与分析
• 5.2.2 研究区生态服务功能价值变化图谱的生成与分析
• 第6章 结论与讨论
• 6.1 研究的结论
• 6.2 建议
• 6.3 创新
• 6.4 讨论
• 参考文献
• 附图
• 攻读硕士学位期间科研成果
• 致谢