Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| DOI | 10.27625/d.cnki.gzlky.2020.000092 |
| 磴口黄灌区绿洲土地利用变化及其生态效应研究 | |
| 葛根巴图 | |
| 出版年 | 2020 |
| 学位类型 | 博士 |
| 学位授予单位 | 中国林业科学研究院 |
| 中文摘要 | 土地利用变化作为全球变化在地球表层系统最突出的景观标志,会在不同尺度上对生态系统的过程、结构和功能产生巨大影响,已成为全球变化研究的核心内容和重点领域。深入研究土地利用时空演变规律及其生态效应对区域水土资源的合理开发利用和生态环境治理保护具有重要意义。黄河灌溉绿洲不仅是西北干旱区贫困人口实现生态移民、脱贫致富的重要载体,也是防治风沙入黄的第一道生态屏障。近几十年来,随着人口数量的迅速增长和水土资源开发程度的不断加剧,土地荒漠化、灌溉用水短缺,生物多样性锐减等生态环境问题不仅威胁着荒漠绿洲的生存也限制了其生态保护作用的发挥,引发了社会各界的高度关注。本文以典型的黄灌区绿洲-内蒙古磴口为研究区,通过对比K-最近邻(KNN)、人工神经网络(ANN)、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)等四种机器学习算法的分类性能,筛选出适合磴口绿洲土地利用分类方法,并以此获得1988-2018年7期土地利用数据;采用统计分析和格网分析研究了土地利用数量特征、动态度、综合程度和转移特征的时空变化规律,并以此为基础利用空间自回归分析测算了自然环境和社会经济等8个影响因子的贡献,明确了土地利用变化的驱动因素;将最大斑块指数(LPI)、有效粒度尺寸(MESH)、蔓延度(CONTAG)、香农多样指数(SHDI)作为反映景观破碎化的指标,采用缓冲区分析研究黄河沿岸到绿洲内部景观破碎化的空间梯度变化特征,基于半变异函数和移动窗口相结合的方法确定景观破碎化的特征尺度,并以此尺度分析其空间演变过程;利用景观生态风险指数模型、空间自相关分析、半方差分析、普通克里格插值获得了7期磴口绿洲生态风险分布图,从时序变化、空间变化和转移特征等方面研究了生态风险时空变化规律和土地利用对其影响;利用修正后的磴口绿洲单位面积生态系统服务价值系数,结合格网分析、冷热点分析、重心转移分析以及价值流向分析探究了生态服务价值的时空演变特征并定量研究了土地利用变化对其影响;最后,基于上述研究内容得出近30年磴口绿洲土地利用时空变化规律及其生态效应,以期为磴口绿洲生态文明建设和经济的可持续发展提供理论依据和科学参考。研究所得主要结果和结论如下:(1)四种机器学习算法中,RF在参数调优过程中稳定性、易用性和处理效率方面的表现均优于其他三种算法,只是分类精度略低于ANN但不存在显著性差异,因此可作为磴口绿洲土地利用分类信息提取的首选方法。高程、短波红外波段以及一些光谱指数对个别用地类型分类的重要性较高,应作为特征变量来构建分类数据集以提高分类的总体精度。(2)1988-2018年磴口绿洲各用地类型数量特征变化显著,具体表现为沙地大面积减少,耕地和城乡居民地大幅增长,林地、草地和水域等生态用地面积不同程度的小幅增长。土地利用程度和动态度均呈波动升高趋势但总体处于较低水平,在空间上分别呈现“东中部高、西部低”和“西高东低”的分布特征。土地利用转移具有阶段性特征,2010年为明显的转折点,此前主要转移类型为沙地、草地和耕地间的互相转化且转化面积较小,集中分布于绿洲中部和东部地区;2010年之后的主要转移类型为大面积的沙地转向耕地,同时伴随林地、水域、城乡居民地的剧烈转化,发生区域转向绿洲西部、西南部和南部地区。人类活动、降水和海拔是磴口绿洲土地利用变化的驱动因素,其中人类活动占主导地位。(3)1988-2018年磴口绿洲景观格局发生了显著的变化,LPI、MESH和CONTAG持续降低、SHDI持续升高,景观破碎化程度逐步加剧。除黄河沿岸外,所有缓冲带景观破碎化均呈增加趋势但不同区域差异明显,以距黄河5-20 km范围的缓冲带破碎化加剧程度最为显著。基于移动窗口分析磴口绿洲景观破碎化空间演变的特征尺度为1800 m,在该尺度下,景观破碎化空间分布特征总体表现为由城镇中心和黄河沿岸向外辐射增强。(4)1988-2018年整个磴口绿洲高生态风险区面积急剧缩减,低、较低和中等生态风险区大面积增加,生态风险呈波动下降趋势,但在沙漠和绿洲过渡带明显升高。生态风险的空间分布存在阶段性特征,2015年为明显的转折点,此前绿洲东北部、中部和黄河沿岸区域为低生态风险区,高生态风险分布于绿洲西北部和整个南部地区,2015年之后绿洲南部高生态风险区面积出现急剧下降,空间分布格局出现显著变化。生态风险存在明显的空间正自相关性,局部区域上1988-2015年期间各时期生态风险空间集聚格局较为明显,2015年之后逐渐转向均匀分布。沙地和其他用地转化为耕地和城乡居民地是致使生态风险变化的主导因素。(5)1988-2018年磴口绿洲生态系统服务总价值呈波动上升趋势,主要由耕地的生态服务价值增加所贡献。耕地、水域和草地的生态系统服务价值在不同时期均超过76%,是整个绿洲生态系统服务价值的主体。生态系统的调节和支持服务功能远大于生产与文化功能,其中土壤保持、食物生产、气候调节和气体调节增值最多。生态服务价值呈现明显的“东南高,西北低”空间分布特征,其中1988-2010年空间分布差异较小,2015年和2018年在局部地区出现显著变化。生态服务价值变化的增值热点重心从绿洲中东部地区向西南地区移动,而损失冷点重心则是先由黄河沿岸向绿洲内部转移后又回到绿洲东南部地区,致使生态服务价值变化的主要原因可归结于耕地、水域和其余各用地类型间的相互转化。 |
| 中文关键词 | 土地利用变化 ; 荒漠绿洲 ; 生态效应 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | X321 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/373101 |
| 作者单位 | 中国林业科学研究院 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 葛根巴图. 磴口黄灌区绿洲土地利用变化及其生态效应研究[D]. 中国林业科学研究院,2020. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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