山东省土地利用格局及其驱动因素

论文摘要

面对日益加剧的人口-资源-环境问题,全球变化研究成为近年来国际上最为活跃的研究领域之一。随着研究的深入,人们认识到由人类活动所导致的土地利用/土地覆被变化（LUCC）是引起生态环境和气候变化的主要驱动力,同时又对人类社会的可持续发展产生重大的影响。正因为LUCC在全球变化和社会可持续发展中的重要地位,自20世纪90年代以来,许多全球变化研究计划都将LUCC研究作为主要研究内容。山东省是一个经济大省,近年来经济发展与土地利用间的矛盾日见凸显,通过对山东省土地利用格局及其驱动因素的研究,可及时、准确地了解土地利用变化情况,监测土地利用变化趋势、布局及规模,掌握建设用地和耕地的使用情况,为城市建设提供基础数据,为国土资源调查、规划、管理、保护与合理利用服务。以中分辨率遥感数据源MODIS归一化植被指数（NDVI）年度序列数据为基础,叠加高程、夜间灯光数据,采用非监督分类与监督分类相结合的方法,对山东省土地利用进行分类。用典型相关、多元回归等方法对土地利用格局及空间决定要素、土地利用动态及驱动要素进行了研究。2001年土地利用分类总精度为84.8%,Kappa系数为0.83。城市建筑用地、林业用地、耕地分别占全省总面积的2.13%,23.37%,52.53%。分类结果与《山东植被》和统计数据基本吻合。在NDVI时间序列的基础上叠加夜间灯光强度,对于城市建筑用地的识别非常有效,其生产者精度、用户精度分别为87.01%、95.71%。一年两熟旱作和双季稻NDVI的季节动态曲线为双峰型,其余的土地利用类型NDVI的季节动态曲线为单峰型。单因素方差分析表明,夜间灯光强度在土地利用类型间的分布存在显著差异。夜间灯光强度以建筑用地最高,城乡交错带次之。各土地利用类型的分布高程均存在显著差异,其中以混交林分布平均海拔最高,芦苇沼泽、盐生草甸、水体分布平均海拔最低。以县域为单元提取8个土地利用指标和14个潜在空间决定要素进行典型相关分析。研究结果很好的揭示了该区土地利用格局的分异规律和成因。结果表明研究区土地利用格局是自然、人文要素综合作用的结果。在县域单元尺度上,耕地、草地、城市建筑用地、落叶阔叶林地、常绿针叶林/混交林地的分布受相应因素的影响均表现出一定的规律,反映土地综合利用状态的土地利用程度、斑块密度和辛普森多样性指数也呈现出一定的规律,同时不同土地利用类型之间的分布也相互影响。耕地、草地的分布、斑块密度、景观多样性与人口分布、气候、海陆位置有关;耕地与草地分布呈负相关;耕地分布较多的地区,景观整体的破碎度和多样性下降。城市建筑用地分布受区域经济发展水平和交通便利性的影响。落叶阔叶林分布到黄河和地级市中心的距离呈正相关。常绿针叶林/混交林的分布和土地开发利用程度受地形与气候的制约。多尺度水平多元逐步回归分析显示,影响土地利用格局的空间因素表现出尺度效应,以土地利用强度为例,到海岸线距离、到市中心距离、年均温、到黄河距离在三个尺度上持续起作用,其他的变量仅在特定尺度上起作用。所有的变量都没有表现出有规则的尺度依赖变化规律。线性回归模型的拟合效果总体较差。研究区土地利用变化的主要方向是城市扩展、植被增加和耕地丧失。转入城市建设用地的土地利用类型中,以城乡交错带、一年两熟旱作、一年一熟旱作、落叶阔叶林作为占较大比例;转入林地的土地利用类型中,以一年一熟粮作、郁闭灌丛、一年两熟粮作、城乡交错带占较大比例;耕地转出的土地利用类型中,以落叶阔叶林、城市建筑用地、城乡交错带、混交林、常绿针叶林占较大比例。临沂、潍坊、青岛、烟台是耕地丧失较多的四个市,临沂、烟台、泰安、潍坊、济宁是植被增加较多的五个市,青岛、潍坊、烟台、东营是城市扩展较快的四个市。研究区土地利用动态同样受自然人为因素综合作用驱动。县域尺度典型相关分析表明,城市扩展和耕地丧失的发生呈正相关,即两者相伴发生。在经济密度较高,距京杭运河和黄河较远,距海岸线较近,年均温、河网密度和人均地区生产总值变化率较低的地方,城市扩展和耕地丧失的发生率较大。土地利用程度的变化率和植被的增加率呈负相关,即植被增加率较高的地区,土地利用程度变化较小。植被增加率受气候因子如年降雨量、最冷月均温、年均温和地形因子如海拔的制约。人口密度、经济密度较高的地区植被增加率较高,表明经济发展对植被恢复的促进作用。单一要素分段频数统计表明,距海岸线和交通干线越近,海拔越低,耕地丧失、城市扩展、植被增加发生的频率越高;黄河、京杭运河对城市扩展的影响不明显,城市扩展发生频率随到中心市区距离的增加略微减小。黄河、京杭运河、中心市区对耕地丧失、植被增加的影响均表现为以某一距离为阈值,小于此阈值时发生频率随距离的增加而增加,超过此阈值之后发生频率随距离的增加而减小。多尺度水平多元回归分析表明土地利用变化的驱动因素及作用强度在不同尺度上均有变化,表现出明显的尺度效应。海拔和有机质在三个尺度上对植被增加持续作用。到海岸线距离、年降雨量、人口密度在三个尺度上对耕地丧失持续作用。到海岸线距离和到市中心距离在三个尺度上对城市扩展持续作用。海拔对植被增加、人口密度对耕地丧失、到海岸线距离对城市扩展的影响随尺度增加而增强。线性模型的拟合效果很差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 研究背景及进展
• 1.1 LUCC研究背景
• 1.2 LUCC监测及分类研究进展
• 1.3 LUCC驱动机制研究进展
• 2 研究区概况
• 2.1 基本情况
• 2.2 土地利用方面的突出问题
• 3 土地利用分类
• 3.1 数据
• 3.1.1 数据来源
• 3.1.2 数据预处理
• 3.2 分类方法
• 3.2.1 非监督分类辅助确定训练样点
• 3.2.2 监督分类
• 3.2.3 精度评价
• 3.3 结果
• 3.3.1 分类结果
• 3.3.2 精度
• 3.3.3 NDVI动态曲线
• 3.3.4 夜间灯光强度及高程差异比较
• 3.4 土地利用分类结论
• 4 土地利用格局及其驱动因素
• 4.1 土地利用格局指标及计算
• 4.2 空间要素生成
• 4.3 土地利用格局与空间要素间的关系
• 4.4 土地利用程度空间分异规律的尺度效应
• 4.5 土地利用格局分布规律
• 5 土地利用变化及其驱动因素
• 5.1 土地利用变化
• 5.1.1 分类前变化检测
• 5.1.2 分类后变化检测
• 5.2 土地利用变化的驱动因素
• 5.2.1 土地利用变化与自然人为影响因素间的关系
• 5.2.2 单一地理要素与土地利用变化的关系
• 5.2.3 土地利用变化与自然人为影响因素间关系的尺麦效应
• 5.2.4 土地利用变化与自然人为影响因素间的关系
• 6 讨论
• 附图
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表