基于遙感的土地利用-覆蓋變化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究——以重慶市“一小時經(jīng)濟(jì)圈”為例.pdf

1、土地利用/覆蓋變化(LUCC)是國際地圈生物圈計劃(IGBP)與全球環(huán)境變化的人文因素計劃(IHDP)的核心研究計劃之一，是全球環(huán)境研究的熱點(diǎn)和前沿問題，無論是從生態(tài)環(huán)境的角度還是從社會經(jīng)濟(jì)的角度均具有重要的意義。中國作為世界文明古國，長久以來人類對土地的開發(fā)利用，導(dǎo)致土地覆蓋發(fā)生了巨大的變化。隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人口數(shù)量的增加，中國土地利用與土地覆蓋格局變化的深度、廣度和速度呈現(xiàn)急劇增加的趨勢，經(jīng)濟(jì)發(fā)展同生態(tài)環(huán)境之間的矛盾越來越突

2、出，因此開展典型地區(qū)土地利用/覆蓋變化及其環(huán)境效應(yīng)研究是認(rèn)識全球變化的重要途徑之一。 本文以重慶市經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為迅速、人類活動最為頻繁的“一小時經(jīng)濟(jì)圈”為研究對象，基于TM/ETM影像分析了1994年、2000年和2006年重慶“一小時經(jīng)濟(jì)圈”的土地利用/覆蓋變化及其驅(qū)動因子、氣候及城市熱島變化情況，并對研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行定量評價，以期為實(shí)現(xiàn)“一小時經(jīng)濟(jì)圈”的土地可持續(xù)利用、生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長提供參考依據(jù)。

3、 1、基于TM/ETM遙感影像土地利用/覆蓋變化分類 在系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)外的土地利用/覆蓋分類系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，考慮到重慶市的“二調(diào)”工程尚未啟動，結(jié)合重慶市特殊的地形地貌，參照“二調(diào)”工程的土地分類方式，建立以下的土地利用/覆蓋分類體系，共分為七個類型，分別為：水田、旱地、林地、草地、居民點(diǎn)及工礦用地、水域和未利用地。 2、基于景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)和土地利用/覆蓋變化指數(shù)的LUCC分析 通過景觀空間格局指數(shù)、土地利用變

4、化矩陣以及一系列的土地利用指數(shù)模型，分析了研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化以及不同土地利用類型間的相互轉(zhuǎn)化，得出以下結(jié)論： (1)在人類活動的干擾作用下，研究區(qū)域的景觀格局發(fā)生了快速的變化，景觀異質(zhì)性程度增加。耕地景觀面積迅速減少，居民點(diǎn)及工礦用地的面積快速擴(kuò)展，林地草地略有增加，未利用地的面積急劇減少，各土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)變異常頻繁，尤其是水田與旱地之間的變化，這一特征與平原地區(qū)存在著較大的差別。研究區(qū)域三個研究時間段內(nèi)，最大斑塊

5、面積比例LPI逐漸減小，斑塊密度PD和邊緣密度ED持續(xù)增強(qiáng)，總體分維數(shù)持續(xù)增長，斑塊破碎化程度持續(xù)增強(qiáng)，人為因素對景觀要素影響加大。在斑塊類型級別指數(shù)中，水田與旱地基本上表現(xiàn)出與景觀水平指數(shù)相近的變化狀態(tài)，即在研究時間段中，分維數(shù)持續(xù)增加，景觀破碎化程度持續(xù)增強(qiáng)，斑塊集合形狀趨于復(fù)雜。居民點(diǎn)及工礦用地由于受地形和交通的限制，其形狀向不規(guī)則方向發(fā)展，平均斑塊面積增長迅速而斑塊形狀趨于復(fù)雜，斑塊分離度逐漸減小，最大斑塊指數(shù)呈持續(xù)上升狀態(tài)，但

6、景觀分維數(shù)卻呈少許上升狀態(tài)。景觀格局盼變化會引起多種生態(tài)效應(yīng)，總體上說，區(qū)域自然生態(tài)價值的降低，對糧食產(chǎn)量、水質(zhì)、土壤和生物多樣性的保護(hù)等諸方面產(chǎn)生負(fù)面影響。 (2)研究耕地面積以及各土地利用類型空間變化情況發(fā)現(xiàn)，近12年來，耕地資源流失明顯，水田轉(zhuǎn)換為居民點(diǎn)及工礦用地的分布區(qū)域存在顯著地域差異，主要分布于城市化進(jìn)程明顯的九龍坡、沙坪壩、江北和渝北，這幾個區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，屬于重慶市都市區(qū)的“形成層”；早地的轉(zhuǎn)移模式主要以旱地-林

7、地、旱地-水田兩個模式為主，同樣，旱地-居民點(diǎn)及工礦用地的轉(zhuǎn)移模式存在明顯地域差異，主要分布于長壽、渝北部份地區(qū)以及渝西的銅梁、合川等地，這些區(qū)縣發(fā)展相對緩慢，屬于重慶市都市區(qū)的“中間層”，而其它諸如萬盛、南川、大足、潼南等區(qū)縣主要是以水田和旱地的相互轉(zhuǎn)移為主，這些區(qū)縣屬于重慶市都市區(qū)的“外圍層”?？傮w來說，1994年至2000年耕地資源流失程度相對較小，2000年至2006年耕地資源流失程度相對較大。 (3)土地利用/覆蓋變化

8、的相關(guān)指標(biāo)值也存在明顯的時空差異性。從土地利用動態(tài)度指標(biāo)來看，整個研究期間，增長最快是居民點(diǎn)及工礦用地，其次是草地、林地、旱地、水田、水域、未利用地。綜合土地利用動態(tài)度以2000年至2006年最大，說明在研究后期研究區(qū)域的各土地利用類型變化劇烈程度要人于研究前期。土地利用程度變化情況具有明顯的空間差異性，1994年至2000年，潼南、大足、合川、銅粱四個區(qū)縣土地利用程度相對較高，北碚、渝北、長壽等區(qū)縣次之；而主城區(qū)僅有江北和南岸土地利用

9、處于發(fā)展期，其他地方的土地利用程度都處于一個相對的衰弱期。2000年至2006年的七地利用程度變化與1994年至2000年有明顯不同，主城區(qū)的沙坪壩、南岸、渝中、江北、渝北等區(qū)縣的土地利用程度進(jìn)入一個衰退期，而永川、江津、涪陵、南川等原本處于衰退期的區(qū)縣進(jìn)入了一個發(fā)展階段。 3、土地利用/覆蓋變化的驅(qū)動力分析土地利用/覆蓋變化 受自然因子和社會經(jīng)濟(jì)因子共同驅(qū)動，研究區(qū)域?qū)儆诘湫偷牡蜕角鹆甑孛玻匀或?qū)動因子主要是地形因素，

10、海拔高程對各土地利用類型分布變化影響顯著。由于800m以上區(qū)域基本為林地利用類型，因此，分析800m以下區(qū)域各土地類型的分布規(guī)律顯得尤其重要。 1994年，400m以下區(qū)域面積比例最大的是水域，其次是居民點(diǎn)及工礦用地、旱地、水田、未利用地、林地和草地；水域和居民點(diǎn)及工礦用地，400m以下面積百分比分別達(dá)到89.44％和85.49％：而草地相對面積百分比最大的是400m～800m區(qū)域，達(dá)到46.52％：耕地大部分分布在400m以下

11、區(qū)域，水田和旱地比例分別為61.90％和62.60％。在2000年，400m區(qū)域以下依然是水域和居民點(diǎn)及工礦用地，未利用地比例在400m以下有所上升而林地比例在400m～800m有所上升，表明在1994年至2000年間，低海拔地區(qū)許多林地轉(zhuǎn)化為其他土地利用類型，而在中低海拔地區(qū)大量的未利用地和其他土地利用類型轉(zhuǎn)化為林地，林地的變化有向中低海拔轉(zhuǎn)移的趨勢。2006年居民點(diǎn)及工礦用地在400m至800m區(qū)域面積比例增加，林地類型分布區(qū)域整體

12、呈上升的趨勢，草地分布區(qū)域呈下降的趨勢。 結(jié)果表明研究區(qū)城市建設(shè)整體呈立體式的發(fā)展，城市綠化工程有所改善，退耕還林工程效果顯著。對于耕地來說，其變化特征受到社會經(jīng)濟(jì)因子驅(qū)動，經(jīng)濟(jì)因素是影響研究區(qū)域耕地面積變化的最主要的因素。耕地數(shù)量隨著生產(chǎn)總值、全社會固定資產(chǎn)投資總額和工業(yè)生產(chǎn)總值呈線性關(guān)系減少，相對于耕地的占用，固定資產(chǎn)投資額和GDP增長有一定的滯后效應(yīng)。 4、基于經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)方法的氣候和熱島效應(yīng)變化特征研究 采

13、用滑動T檢驗(yàn)的方法，分析了研究區(qū)域從1980年至2006年近30年間的氣溫年變化和季節(jié)交化及其城市熱島效應(yīng)的年變化及季節(jié)變化。得出以下結(jié)論： (1)研究區(qū)域氣溫變化特征與全球變化背景下的氣候變化特征類似，從20世紀(jì)80年代以來整體呈上升的趨勢，1997年以前以負(fù)距平為主，1997年以后以正距平為主，存在著明顯的躍交點(diǎn)，躍變后比躍變前氣溫增加了0.56℃，相當(dāng)于增溫率為0.33℃/10年。對各站數(shù)據(jù)進(jìn)行同樣的5年滑動檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，

14、各站躍變后的氣溫都比躍變前增加，主城區(qū)如沙坪壩、北碚、渝北等站，總體增溫幅度較大，增幅最大的是銅梁站，達(dá)0.96℃，增溫最小的是大足站，只有0.38℃。季節(jié)溫度變化以春季最為明顯，躍變年為1997年，前后溫差為0.89℃，相當(dāng)于0.53℃/10年；夏季氣溫呈現(xiàn)周期性的變化，并沒有明顯的氣溫躍交點(diǎn)；秋季氣溫躍變年為1995年，前后溫差為0.72℃，相當(dāng)于0.47℃/10年；冬季氣溫與年代氣溫變化比較接近，躍變年是1996年，前后溫差為0.

15、59℃，相當(dāng)于0.37℃/10年。 (2)在近30年的時間尺度上，以北碚、沙坪壩等站為代表的市區(qū)高溫中心明顯并沿著郊區(qū)如大足、榮昌、南川等站逐漸降低。研究區(qū)域城區(qū)局地氣溫1980～2006年平均為0.54℃，郊區(qū)局地氣溫27年平均值為-0.22℃，研究區(qū)熱島強(qiáng)度平均為0.76℃。城區(qū)的局地氣溫整體呈明顯上升的趨勢，而郊區(qū)的局地氣溫整體呈微微下降的趨勢，而熱島強(qiáng)度在近30年的研究年限中，也基本呈上升的趨勢，熱島強(qiáng)度變化并無明顯躍交

16、點(diǎn)。 5、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量定量評價及其變化特征分析 利用層次分析法建立了區(qū)域生態(tài)質(zhì)量綜合評價模型，選取了年均溫、熱島強(qiáng)度、降雨量、生物豐度指數(shù)、水網(wǎng)密度以及NDVI等一系列的生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)對研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行定量評價。得出以下結(jié)論： (1)2000年和2006年，整體上渝西地區(qū)的潼南、銅梁、大足、壁山、永川以及榮昌等區(qū)縣生態(tài)環(huán)境都處于一個較差的水平，而長壽均處于較高的水平。對生態(tài)質(zhì)量評價結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理以

17、后，2000年和2006年研究區(qū)域生態(tài)質(zhì)量均以優(yōu)、良為主，優(yōu)良總面積所占面積比例分別為60.96％和62.56％，但從2000年至2006年優(yōu)質(zhì)區(qū)域面積比例減少了3個百分點(diǎn)：2000年一般地區(qū)占到39％，而2006年迅速降至17.36％。總體而言，渝西南地區(qū)普遍存在生態(tài)質(zhì)量下降的現(xiàn)象。 (2)從2000年到2006年，研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體呈明顯下降的趨勢，顯著變差的面積比例達(dá)到31.7％，而顯著變好的區(qū)域面積比例僅僅有5.2％