汾河中下游流域土地利用变化生态效应动态测评

发布时间：2017-04-09 06:13

  本文关键词：汾河中下游流域土地利用变化生态效应动态测评，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：土地利用/覆被变化(LUCC)以及区域生态效应测评是目前全球环境变化研究的热点问题。本文以GIS和RS技术手段为依托,对汾河中下游流域的土地利用变化及生态效应进行测评分析。本研究基于Landsat TM遥感影像、SPOT-NDVI数据、气象数据及植被土壤等数据源,合理利用一系列土地利用变化模型,例如动态度模型、程度指数变化模型、Markov转移矩阵以及栅格叠加的方法对研究区2000-2010年的土地利用动态变化进行研究；并利用光能利用率CASA模型、美国通用水土流失方程(USLE)、蓄水能力等模型对NPP、固碳释氧、土壤保持、水源涵养的物质量及价值量进行了测算。本研究揭示了研究区十年来土地利用特征,并对其产生的生态环境效应进行初步的测算及评价,为更好地发挥出该区域土地生态环境产生的生态效应,以及为促进区域的经济社会发展、工农业发展及生态环境建设提供一定的数据支持和理论依据。研究结论如下：(1)20002010年汾河中下游流域土地利用的数量结构变化区域差异大。其中,耕地面积占总面积的比重最大,但10年间在数量上呈减少趋势,其他土地利用类型的面积均呈增加趋势。变化率的结果表明研究期间耕地面积在不断缩减,建设用地增加趋势十分显著,城市及市郊地区在向外扩展。从土地利用程度变化率来看,该区处于调整期或者衰退期。在转移动态变化中,流域东西两侧的土地利用类型转移主要表现在林地和草地的转移；在北部晋中盆地和南部临汾盆地及运城盆地,土地利用类型的转移主要表现在建设用地。各土地利用类型的相对变化率存在明显的差异,变化较为剧烈。例如耕地变化率最大的是交口县,最小的是浮山县；林地变化率最大的是万荣县,最小是侯马市；草地变化率最大的是浮山县,最小的是孝义市；水域变化率最大的是襄汾县；建设用地变化率最大的是浮山县,最小的是古县。(2)土地景观斑块密度指数呈上升趋势。耕地景观占到拼块类型的一半左右,水域景观在整个拼块类型中十分稀少；斑块密度指数的上升趋势表明景观的破碎化程度提高；平均斑块分维数的结果表明耕地景观变得越来越不平整,向复杂化发展,而其他用地形状趋于简单化,规则化；凝聚度指数的结果表明耕地、林地、草地之间的物理连接性降低；景观多样性指数显示景观斑块更加均衡化分布。(3)2000-2010年汾河中下游流域的生态效应价值量在时空分布上差异较大。总价值量主要从NPP价值量、固碳释氧价值量、水土保持价值量、水源涵养价值量这四个部分进行测算。2000-2010年的NPP价值总量由1274万元提高到了1507万元,各土地利用类型单位面积的NPP价值量均有所提高。空间分布上价值量较高的地区基本都分布在汾河下游地区的临汾盆地和运城盆地,价值量最低的地区基本都分布在城市建设用地较为密集的地区以及煤矿聚集区。县域统计中,NPP最高值和最低值的县市分别是万荣县和介休市,2010年价值量分别为365.62元/(hm2·a)和846.95元/(hm2·a)。2000-2010年汾河中下游流域固碳释氧价值量由2000年的4666万增长到5519万。其空间分布特征与NPP空间分布特征相似。县域统计的最高值与最低值与NPP的县域分布一致。2000-2010年各土地利用类型的土壤保持价值量均有所提升,其中林地的土壤保持价值量最高,草地的增长率最快。空间分布上看,价值量较高的地区基本上分布在汾河中下游流域东西两侧的黄土高原丘陵沟壑区,由于植被覆盖度较高,土壤保持量较大。土壤保持总价值量最高的为寿阳县,10年间价值量变化最大,增加了176.82亿元。2000-2010年涵养水源的总价值量由2000年的3096.97万元上升为2010年的3337.93万元。不同土地利用类型对涵养水源的总价值量贡献率差异也较大。其贡献率排序由大到小为林地、耕地、草地、其他类型用地(水域、建设用地)。(4)汾河中下游流域生态效应总价值量由2000年的153.74亿上升到2010年的232.30亿,大部分县市单位面积的生态效应价值量都是上升的。位于汾河中下游流域东西两侧的部分县市由于近几年来退耕还林政策的有力实施,使价值量大幅度上升。不同土地利用类型的生态效应价值量贡献率差异较大,林地的生态服务总价值量贡献率最高,其次为草地、耕地、其他用地。(5)生态效应的变化除了受生态环境例如水热条件和NDVI变化的影响以外,主要受到人类活动例如土地利用变化的影响,主要包括退耕还林政策的有力实施以及城市建设用地的快速扩张等等。植被覆盖较为丰富的地区,大多分布在土地类型变化的稳定区域及林地、草地转移频繁的地区。地类变化稳定的区域由于受到人类活动干扰的因素较少,植被的净生产能力及固碳释氧能力得到更有效的发挥。土壤保持量高的地区主要分布在流域东西两侧的丘陵山区,这一带又是人类活动对植被覆盖影响较大的地区和林地和草地转移率最高的地区。水源涵养价值量分布较高的地区主要也分布在东北部、东西两侧的植被覆盖较丰富的地区,价值量较低的地区分布在人类活动影响较小的南北两侧平原,及土地变化的稳定区域及建设用地。人类活动引起土地利用的变化直接影响到各项生态服务价值的变化,表现最为明显的就是林地和草地。本文的创新点：(1)本研究运用残差分析来估算人类活动对土地利用变化产生的影响。从人类活动对林地、草地的空间影响与土地利用转移中林地、草地的空间转移来看,两者计算结果十分吻合,因此该方法具有一定的可行性。进而结合生态环境特征的变化和研究区的各项生态效应测评,可以初步探讨得出土地利用变化影响生态效应时空变化的原因。(2)本研究根据研究区的实际情况对土地利用变化动态模型进行一定的修正,使其计算结果更加精确。(3)本研究在计算生态效应的时间尺度上采用连续年份数据进行分析,从而使时间与空间尺度保持较高的精确度。
【关键词】：汾河中下游流域 土地利用变化 生态效应 时空变化差异
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：F301.24
【目录】：

• 摘要3-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究进展14-16
• 1.2.1 土地利用变化研究进展14-15
• 1.2.2 生态环境效应研究进展15-16
• 1.3 目前研究中存在的问题16-17
• 1.4 本研究拟解决的问题17-19
• 第二章 研究内容与方法19-21
• 2.1 研究内容19
• 2.2 数据来源19
• 2.3 方法与技术路线19-21
• 第三章 研究区概况21-27
• 3.1 自然环境概况22-26
• 3.1.1 气候特征22-23
• 3.1.2 地貌特征23-24
• 3.1.3 水文特征24
• 3.1.4 土壤特征24-25
• 3.1.5 植被特征25
• 3.1.6 矿产资源25-26
• 3.2 社会经济概况26-27
• 第四章 汾河中下游流域LUCC过程时空动态分析27-41
• 4.1 汾河中下游流域LUCC时空动态变化27-37
• 4.1.1 不同土地利用类型的数量变化27-28
• 4.1.2 土地利用动态度变化28-29
• 4.1.3 土地利用程度指数变化29-31
• 4.1.4 土地利用转移动态变化31-34
• 4.1.5 土地利用变化的区域差异34-37
• 4.2 景观格局指数时空动态分析37-41
• 4.2.1 斑块面积百分比(PLAND)37
• 4.2.2 斑块密度指数(PD)37-38
• 4.2.3 平均斑块分维数(FRAC_MN)38-39
• 4.2.4 凝聚度指数(COHESION)39
• 4.2.5 景观多样性指数(SHDI)39-41
• 第五章 汾河中下游流域土地利用变化生态效应测评与分析41-73
• 5.1 植被净第一性生产力价值功能测评41-48
• 5.1.1 植被NPP测评模型41-43
• 5.1.2 植被NPP物质量测评结果43-45
• 5.1.3 植被NPP价值量测评结果45-48
• 5.2 固碳释氧价值功能测评48-54
• 5.2.1 固碳释氧测评模型48-49
• 5.2.2 固碳释氧物质量测评结果49-51
• 5.2.3 固碳释氧价值量测评结果51-54
• 5.3 土壤保持价值功能测评54-65
• 5.3.1 土壤保持量测评模型54-56
• 5.3.2 土壤保持物质量测评结果56-59
• 5.3.3 土壤保持价值量的测评59-60
• 5.3.4 土壤保持价值量测评结果60-65
• 5.4 水源涵养价值功能测评65-68
• 5.4.1 水源涵养物质量测评模型65
• 5.4.2 涵养水源物质量测评结果65-66
• 5.4.3 涵养水源价值量测评模型66-67
• 5.4.4 涵养水源价值量测评结果67-68
• 5.5 区域生态环境效应综合测评68-73
• 5.5.1 区域生态环境效应汇总模型68
• 5.5.2 区域生态环境效应综合测评结果68-73
• 第六章 土地利用变化及生态效应时空变化影响因素分析73-79
• 6.1 自然环境因素与人文环境因素特征的变化73-75
• 6.2 人类活动对土地利用变化特征影响分析75-77
• 6.3 土地利用变化对生态效应变化影响因素分析77-79
• 第七章 结论与讨论79-83
• 7.1 结论79-82
• 7.1.1 主要结论79-81
• 7.1.2 研究特色81-82
• 7.2 讨论82-83
• 参考文献83-89
• 致谢89-91
• 攻读硕士期间的研究成果91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 朱会义,李秀彬;关于区域土地利用变化指数模型方法的讨论[J];地理学报;2003年05期

2 唐华俊;吴文斌;杨鹏;陈佑启;Peter H.Verburg;;土地利用/土地覆被变化(LUCC)模型研究进展[J];地理学报;2009年04期

3 刘宪锋;任志远;林志慧;;青藏高原生态系统固碳释氧价值动态测评[J];地理研究;2013年04期

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本文编号：294629