喀斯特生态脆弱区土地利用/覆被变化研究 ——以贵州猫跳河流域为例

论文摘要

喀斯特地区是典型的生态环境脆弱区。我国西南地区是全球喀斯特集中分布的三大片区之一——东亚片区的中心,近几十年的土地利用变化衍生出一系列生态环境问题,直接威胁到区域社会经济的持续发展和相邻地区的生态安全。近年来,对此问题的研究尽管已经取得了一定成就,但远不能满足需求。本文以位于贵州中部的猫跳河喀斯特流域为对象,以1973年的MSS和1990年、2002年的TM等卫星影像为数据源,运用RS-GIS-GPS集成技术,研究了该地区在过去三十年间土地利用/覆被变化的过程、驱动机制,运用CLUE-S模型模拟、预测了该流域在不同目标情景模式下的土地利用/覆被变化,并运用景观生态学的方法对猫跳河流域过去三十年间的土地利用/覆被变化以及未来不同情景模式下的土地利用/覆被变化的生态效应进行了评价。研究表明:⑴在过去三十年间,猫跳河流域土地利用/覆被发生了比较剧烈的变化。从数量上来看,1973～1990年,变化幅度从大到小依次是旱地>灌木林>水田>裸岩地>其他林地>有林地>灌草地>农村居民点>交通工矿用地>水域>城镇用地;1990～2002年则为旱地>灌草地>有林地>水田>裸岩地>农村居民点>灌木林>水域>交通工矿用地>城镇用地>其他林地。⑵各地类的变化方向和强度存在较大差异。1973年至2002年,耕地总量经历了先增后减的变化。其中水田先减后增,旱地先增后减。有林地处于持续增加之中。灌木林和其他林地在70、80年代经历了较大幅度减少,1990年后,两者变动均不大。灌草地总量在1973～1990年间变化不大,但转入和转出比较频繁,进入90年代后,灌草地显著增加。有林地、水域和建设用地持续增加。裸岩地在70、80年代期间发生了显著的扩张,进入90年代后逐渐缩减。⑶猫跳河流域土地利用/覆被变化存在着较为明显的空间差异,这种差异表现在丘原区和峡谷区之间、丘原区和峡谷区内部不同人类干扰强度地区之间。代表不同自然、人文地域背景的红枫湖镇、羊昌乡、龙场镇以及谷堡乡在土地利用/覆被变化的方向和幅度方面互不相同,在猫跳河流域这样一个面积不大的区域,不同区域土地利用/覆被变化的异质性比较明显。⑷流域土地利用/覆被变化是多种因素交织在一起共同作用造成的,气候变化、人口变化、经济发展、农业技术进步、富裕程度、市场与物价、燃料结构、制度与体制、政策法规等因素的变化驱动着研究区土地利用/覆被的变化。⑸CLUE-S模型能对喀斯特山区土地利用/覆被变化进行较好的模拟和预测。单纯的生态安全目标下林地、灌草地等地类显著增加,裸岩地和耕地大幅减少。单纯的食物安全目标下灌草地会减少,石漠化土地出现明显扩张。经济发展目标下建设用地快速扩张,优质良田会被大量挤占。综合发展模式比较全面地考虑到了经济发展、生态保护以及粮食安全等需要,土地利用变化比较合理。⑹70、80年代,猫跳河流域的景观趋于破碎化,拼块的复杂程度和多样性降低,流域生态服务价值指数从3626.58降到3343.47,这一期间的土地利用具有明显的不可持续性。进

论文目录

• 第1章 选题背景与研究思路
• 1.1 选题依据
• 1.1.1 我国西南喀斯特地区生态建设的紧迫性
• 1.1.2 LUCC是全球变化研究的前沿领域
• 1.1.3 喀斯特地区LUCC研究的不足
• 1.1.4 LUCC区域案例研究的不足
• 1.1.5 LUCC驱动力深入研究的需要
• 1.1.6 猫跳河流域LUCC的典型性
• 1.2 研究内容、方法与技术路线
• 第2章 相关领域研究进展
• 2.1 LUCC的内涵
• 2.2 LUCC计划进展
• 2.2.1 LUCC格局与过程
• 2.2.2 LUCC驱动机制
• 2.2.2.1 自然驱动到人类驱动
• 2.2.2.2 人口与土地利用/覆被变化
• 2.2.2.3 经济发展与土地利用/覆被变化
• 2.2.3 LUCC模型与预测
• 2.3 喀斯特地区的LUCC研究
• 2.3.1 格局与过程
• 2.3.2 驱动力
• 2.3.3 资源、生态、环境效应
• 2.3.4 数学建模
• 第3章 猫跳河流域概况
• 3.1 地理位置
• 3.2 自然地理背景
• 3.2.1 气象气候
• 3.2.2 地质基础
• 3.2.3 地貌结构
• 3.2.4 河流水系
• 3.2.5 土壤植被
• 3.3 社会经济概况
• 3.3.1 人口增长
• 3.3.2 经济发展
• 3.4 空间分异
• 3.4.1 丘原区
• 3.4.2 峡谷区
• 第4章 猫跳河流域LUCC格局与过程
• 4.1 数据与方法
• 4.1.1 数据
• 4.1.2 方法
• 4.1.2.1 影像处理与土地覆被解译
• 4.1.2.2 土地利用/覆被转移矩阵
• 4.1.2.3 土地利用/覆被变化度量
• 4.1.3 技术流程
• 4.2 土地覆被分类
• 4.3 变化过程分析
• 4.3.1 1973～1990 年
• 4.3.2 1990～2002 年
• 4.4 空间差异
• 4.4.1 丘原区和峡谷区
• 4.4.2 丘原区内部差异
• 4.4.2.1 人类干扰强烈区——红枫湖镇
• 4.4.2.2 人类干扰薄弱区——羊昌乡
• 4.4.3 峡谷区内部差异
• 4.4.3.1 人类干扰强烈区——龙场镇
• 4.4.3.2 人类干扰薄弱区——谷堡乡
• 4.5 本章小结
• 第5章 猫跳河流域LUCC驱动机制
• 5.1 土地利用/覆被变化中的自然和社会经济因素
• 5.2 数据与方法
• 5.2.1 方法
• 5.2.2 数据
• 5.3 驱动因素诊断
• 5.3.1 因子诊断
• 5.3.2 结果分析
• 5.3.2.1 1973～1990 年的结果
• 5.3.2.2 1990～2002 年的结果
• 5.4 驱动因子分析
• 5.4.1 气象气候
• 5.4.2 人口变化
• 5.4.3 经济发展
• 5.4.4 农业技术进步
• 5.4.5 燃料结构
• 5.4.6 富裕程度
• 5.4.7 市场与物价
• 5.4.8 制度与体制
• 5.4.9 政策法规
• 5.4.9.1 土地政策
• 5.4.9.2 农业政策
• 5.4.9.3 林业、生态政策
• 5.5 本章小结
• 第6章 猫跳河流域LUCC情景模拟
• 6.1 模型选择
• 6.2 CLUE-S模型
• 6.2.1 模型简介
• 6.2.2 模型原理
• 6.2.3 数据
• 6.2.4 模拟步骤
• 6.3 模型验证
• 6.4 情景变化模拟
• 6.4.1 生态安全目标情景
• 6.4.2 食物安全目标情景
• 6.4.3 经济发展目标情景
• 6.4.4 综合发展目标情景
• 6.5 本章小结
• 第7章 猫跳河流域LUCC的生态效应评价
• 7.1 评价指标筛选
• 7.1.1 拼块类型级别指标
• 7.1.2 景观级别指标
• 7.2 1973-1990 年LUCC生态效应评价
• 7.3 1990-2002 年LUCC生态效应评价
• 7.4 2002-2012 年可能LUCC生态效应评价
• 7.4.1 生态安全目标情景
• 7.4.2 食物安全目标情景
• 7.4.3 经济发展目标情景
• 7.4.4 综合发展目标情景
• 7.5 本章小结
• 第8章 结论与讨论
• 8.1 主要结论
• 8.2 进展分析
• 8.3 问题讨论
• 参考文献
• 附录I 猫跳河流域典型土地覆被图片
• 附录II 攻读博士学位期间参与课题与学术成果