基于地形的长治市土地利用及生态系统服务价值变化研究

发布时间：2020-08-15 18:02

【摘要】：生态系统在维持生物物质循环、保持水土、涵养水源等方面发挥着非常重要的作用。随着经济与科技的不断发展,人类不断地从自然环境中进行索取,导致对自然环境的开发程度远远超出其承受范围,产生了一系列环境问题。山西长治市作为典型资源型城市,长期以来,经济发展过分依赖煤炭资源,对其进行过度地开发,使得地区生态环境质量不断下降,生态安全受到严重威胁,生态系统为人类提供服务的能力越来越弱。通过对生态系统服务价值的研究可以直观地以数值的形式侧面反映地区生态环境变化情况,对政府进行资源开发与城市规划具有重要的参考价值。本文以长治市为研究对象,在了解国内外土地利用/覆被变化(LUCC)、生态环境敏感性以及生态系统服务价值核算与评估研究进展的基础上,基于遥感技术、地理信息技术以及网格技术,计算与分析2007、2013和2017年长治市土地利用和生态系统服务价值的变化情况,并在此基础上对长治市土地利用情况进行预测。主要研究成果如下:(1)分析长治市2007、2013和2017年土地利用情况得出,长治市主要的土地类型是耕地、草地和林地。2007年耕地分布最广,面积最多,为619911.5hm~2;2013年草地面积最多,为547136.7hm~2;2017年林地面积最多,为641005.9hm~2。从地形方面来看,土地主要分布在800-1700m高程范围和0-30°坡度范围,面积占比超过93%。(2)对长治市2007-2017年土地利用转移矩阵分析得出,发生转换的土地类型主要是耕地、林地和草地。2007-2017年间,草地面积增加了75.1%,建设用地增加了64.1%,林地面积增加了51%,耕地面积减少了72.5%,未利用地面积减少了52.5%,水体面积先略有增加后恢复到原来水平。(3)通过计算与分析土地利用单一和综合土地利用动态度、土地利用程度综合指数和变化率等得出,2007-2017年耕地和草地变化程度最大。总体上2007-2013年土地利用较活跃,变化最多的是草地;2013-2017年土地利用活跃度略有下降,主要是未利用地和耕地的减少导致。2007-2017十年间长治市土地利用综合程度呈下降趋势,整体土地利用程度从中等水平转为中等偏下。(4)通过对研究区生态系统服务价值的计算发现,2007-2017年长治市生态系统服务价值总体呈增加趋势。2007-2013年生态系统服务总价值增加了104914.6万元,2013-2017年生态系统服务总价值增加了173880.6万元。在不同地类中,林地的生态系统服务价值最大;地形方面,800-1100m高程梯度和0-15°坡度梯度上服务价值最大。(5)基于地形分析了长治市各类型土地以及单项生态系统服务价值分布与变化特点,发现2007-2017年各地类和单项生态系统服务价值在800-1100m高程梯度和0-15°坡度梯度上变化量最大。主要变化的地类是耕地、林地、草地,耕地价值逐渐减少,林地和草地价值不断增多。服务类型方面,除食物提供和废物处理价值逐年减少外,其他类型服务价值都呈增加趋势。(6)基于2007-2017年土地利用和生态系统服务价值数据,对这二者进行了敏感性分析,发现敏感性指数最大的是草地,其次是耕地,水体的敏感性指数最小。说明草地生态系统服务价值对于土地利用变化最敏感,水体生态系统服务价值对于土地利用变化最不敏感。通过计算生态与经济发展协调度发现,2007-2013年生态与经济发展协调度为0.05,说明经济发展给环境造成了一定压力;2013-2017年为1.07,说明生态与经济发展协调度较高。(7)利用马尔可夫(Markov)模型对2021年土地利用情况进行了预测。结果显示,到2021年耕地和未利用地的面积少量减少,林地、水体、草地和建设用地面积少量增加,并且林地面积一直占据绝对优势。这与长治市发展特色农业、保护基本农耕地、不断进行水利建设与保护、发展旅游产业以及严控新增建设用地的政策比较相符,预测基本可信。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X24;F301.2
【图文】：

研究技术路线图

图 2-1 ArcGIS 空间分析工具Fig.2-1 ArcGIS spatial analysis toolRS 技术S（Remote Sensing）技术即遥感技术，是指通过卫星接收来自地球表层各类物波信号并对这些信号进行摄影、传输以及处理，进而识别各类地物。RS 技术被识别、作物产量估测、害虫防治以及道路提取等方面。文用到的 RS 技术主要是用于对遥感数据的解译分析。常用的遥感数据主要有Landsat 系列数据和 MSS 数据，我国在 2013 年和 2014 年发射的高分一号（GF二号（GF-2）卫星遥感数据分辨率高，实用性好，主要为国土资源、林业等部用服务。使用 ArcGIS 处理影像数据之前需要用 RS 技术对遥感数据进行解译，包括数、监督/非监督分类、精度验证以及数据转换与导出等。常用的遥感应用软件主VI 和 ERDAS。本文使用 ENVI5.3 进行遥感解译，采用的数据为 2007、2013

图 3-1 长治市行政区划图Fig.3-1 Administrative division map of Changzhi city数据来源与预处理 数据来源（1）遥感数据：本文遥感数据来自地理空间数据云 Landsat 8 OLI_TIRS 和 LandsM 系列数据，空间分辨率分别为 15m 和 30m。选取三期影像，分别为 2007、20017 年遥感数据，选取的时间段为各年 5-9 月植被覆盖良好且云量较少的时期。（2）DEM 高程数据：高程数据同样来自于地理空间数据云，采用 GDEMV2 30率 DEM 数据。（3）行政区划图及其他文本资料：来自于长治市环保局、水利局等政府部门。 数据处理

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