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密云水库流域土地利用时空变化及景观恢复保护区划

作　者: 王彦阁
导　师: 慈龙骏
学　校: 中国林业科学研究院
专　业: 水土保持与荒漠化防治
关键词: 密云水库流域土地利用/覆被变化 CA-Markov模型景观区划
分类号: F301.24
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

目前密云水库是北京惟一地表饮用水水源地,北京城镇地表水供水量50%以上来自密云水库。为了保护密云水库水质、水量及周边的生态环境,多年来国家和北京、河北两地政府在密云水库流域节水灌溉、治污、水源涵养、水土保持等方面做了大量工作,流域内的植被恢复和重建工作取得了很大的成绩,也导致了流域土地利用/覆被及景观格局发生了大幅度的变化。为此,在广泛收集密云水库流域现有资料的基础上,以TM和MSS遥感卫星影像为基础,采用遥感技术和地理信息系统技术建立了密云水库流域的1978、1988、1998年和2008年四期土地利用空间信息数据库,进行流域的土地利用/覆盖变化研究。建立基于CA、Markov的复合模型来模拟和预测流域土地利用的变化,进一步探索土地利用变化背后的驱动机制以及预测未来土地利用格局。将定性分析和定量计算相结合,采用模拟结果和现实状况相比较、DCCA模型等方法研究了政策因素对土地利用变化驱动作用,揭示人类社会影响下区域土地利用变化的过程、机理等,以期帮助土地管理者分析不同宏观政策驱动下的土地利用变化趋势,为合理利用土地规划和决策提供支持。同时,为了研究该区森林景观的结构与功能,诊断森林景观健康状况,平衡区域发展,保护脆弱生态环境,并使得生态补偿标准更加科学化和合理化,本文对密云水库流域土地利用现状进行了基于生计改善的森林景观恢复优先区以及基于生态效益的森林景观保护区进行了划分,以期为调整社会经济发展策略及该流域森林景观恢复和改善提供科学依据。本研究的主要成果如下:1、1978-2008年以来,耕地、草地、水域及未利用土地面积减少,而林地和城乡、工矿、居民用地面积增加。流域土地利用方式以耕地、林地和草地为主,但其所占比例有所变化。1978-2008年有林地面积共增加4 891.75km2,草地资源的大面积退化也是密云水库流域土地利用空间变化的显著特征之一,可能由于高覆盖度草地的大量退化,中、低覆盖草地在某些相应时段内呈增加趋势,总体看来,草地面积在大量缩减,同时草地质量在下降;耕地在1978-2008年间共减少1 350.04km2。2、从密云水库流域土地利用类型空间转移情况看,主要表现为旱地、有林地、灌木林地、疏林地以及高、中、低覆盖度草地的变化。1978-2008年间,旱地的减少面积为1 858.67km2,主要去向为有林地、灌木林地和高覆盖度草地;旱地的增加面积为521.04km2,主要来源是高覆盖度草地。有林地增加面积为4 893.55km2,主要来源于旱地、疏林地。灌木林地的减少面积为752.65km2,主要去向为有林地、高覆盖度草地、中覆盖度草地;灌木林地增加面积为1 689.21km2,主要来源于旱地、疏林地、高覆盖度草地。疏林地的减少面积为3 816.31km2,主要去向为有林地、灌木林地;疏林地增加的面积为383.81km2,主要来源于旱地、灌木林地、高覆盖度草地。高覆盖度草地的减少面积为1 394.31km2,主要去向为有林地、灌木林地;高覆盖度草地的增加面积为769.82km2,主要来源于旱地、低覆盖度草地。中覆盖度草地的减少面积为274.41km2,主要去向为旱地、有林地、高覆盖度草地;中覆盖度草地增加的面积为540.45km2,主要来源于旱地、高覆盖度草地。低覆盖度草地的减少面积为613.28km2,主要去向为有林地、高覆盖度草地。3、1978年到2008年间,水田、滩地、有林地的破碎化程度降低,疏林地、河渠的斑块边界总长度逐渐减少,表明其形状逐渐趋于规则、简单,受人类活动的干扰较强。从景观格局整体变化趋势看,斑块数、斑块密度和斑块平均面积的变化趋势说明密云水库流域北京部分的景观趋于完整化,而河北部分的景观趋于破碎化。也说明了1988年后由于河北部分景观破碎化程度的增加导致了整个密云水库流域的景观破碎化程度在增加。北京部分和河北部分的景观多样性指数和景观均匀度指数都呈逐渐降低的趋势,北京降低的速度快于河北部分。4、密云水库流域河北部分1988-1998年旱地、疏林地和高覆盖度草地减少的速度大于1978-1988年,而有林地、灌木林地和中覆盖度草地增加的速率大于1978-1988年;1998-2008年有林地、疏林地、中覆盖度草地增加的速度小于1988-1998年,而旱地、灌木林地、高覆盖度草地减少的速度小于1988-1998年。密云水库流域北京部分1988-1998年疏林地、高覆盖度草地减少的速度大于1978-1988年,而有林地、灌木林地增加的速度大于1978-1988年,2008年的模拟结果主要表现为疏林地的模拟结果比现实结果要大,而旱地、灌木林地的面积的模拟结果都比现实结果要小。这也说明政策的干扰加剧了1988-1998年间林地的增加以及耕地、草地的减少,而1998-2008年政策的干扰强度较前十年有所降低。DCCA排序结果显示国家生态建设政策引导和调控下的人类活动是导致密云水库流域土地利用变化的最主要原因,是林地面积大幅度增加的直接驱动力。5、2020年预测结果与2008年现状相比较显示,耕地、草地仍呈减少的趋势,林地、水域和建设用地较2008年有所增加,总体看来2020年土地利用的变化趋势和1978-2008这30年间每10年一个时间段的变化趋势大体相同,但变化幅度远远减小。6、基于生计改善的森林景观恢复优先区以及基于生态效益的森林景观保护区划分结果显示:密云水库社会经济发展潜力一级分区主要分布在赤城县、丰宁县和密云县,二级分区主要分布在密云县、延庆县、滦平县和丰宁县,三级分区主要分布在赤城县、丰宁县、怀柔县、延庆县、滦平县和兴隆县,四级分区主要分布在赤城县和丰宁县;属于森林景观恢复一级优先区的村数有7个,多分布在赤城县,属于二级优先区的有377个村,多分布在赤城、丰宁和沽源县,属于复三级优先区的有606个村,多分布在赤城、密云和丰宁县,属于四级优先区的有116个村,多分布在怀柔区、密云县和延庆县;密云水库流域森林碳汇功能第一和第二分区所占面积最大,分别为441 928.95 hm2和318 505.95hm2,占总面积的46.40%和33.44%,第五分区最小,仅占总面积的3.17%;森林生态系统水源涵养功能分区中第二分区和第三分区所占的比例较大,分别为55.45%和28.28%,第五分区所占的比例最小,仅2.34%;生态系统服务功能第二分区和第三分区的面积最大,分别为542 812.69hm2和256 413.25hm2,分别占总面积的56.99%和26.92%,第五分区面积最小,仅占0.30%。

全文目录

摘要  5-8
Abstract  8-19
第一章绪论  19-39
  1.1 引言  19-33
    1.1.1 研究背景  20-21
    1.1.2 国内外研究现状及评述  21-33
  1.2 研究目标和主要研究内容  33-37
    1.2.1 关键的科学问题与研究目标  34-35
    1.2.2 主要研究内容  35-37
  1.3 研究技术路线  37-39
第二章研究区概况  39-59
  2.1 密云水库流域自然地理概况  39-52
    2.1.1 地理位置及所覆盖的行政区域  39-40
    2.1.2 自然地理环境  40-52
  2.2 人口与社会经济概况  52
  2.3 主要生态环境问题  52-53
  2.4 生态环境问题成因探讨  53
  2.5 针对环境问题进行的政策干预  53-59
    2.5.1 国家尺度的生态补偿实践  53-56
    2.5.2 区域尺度的生态补偿实践  56-57
    2.5.3 区域内的生态补偿实践  57-59
第三章理论基础及研究方法  59-79
  3.1 遥感图像处理  59-61
    3.1.1 数据来源及技术平台  59-60
    3.1.2 数据预处理  60-61
  3.2 遥感信息解译  61-65
    3.2.1 土地利用的分类系统  61-62
    3.2.2 遥感影像解译标志的建立  62-63
    3.2.3 非监督分类－目视判读综合解译方法  63-64
    3.2.4 土地利用分类精度检验  64-65
  3.3 土地利用现状及动态变化分析  65
  3.4 土地利用空间转移规律分析  65-66
  3.5 土地利用景观格局分析  66-72
    3.5.1 景观格局分析软件FRAGSTATS 介绍  67-68
    3.5.2 论文使用的景观指数及其生态意义  68-72
  3.6 土地利用模型预测  72-73
    3.6.1 CA-Markov 模型具体模拟步骤  72
    3.6.2 适宜性图集的建立  72-73
  3.7 土地利用格局与政策驱动因子的多元分析  73-74
  3.8 密云水库流域景观恢复保护优先区划分  74-79
    3.8.1 以村为单元的密云水库社会经济发展潜力分区  74-75
    3.8.2 基于生计保护的森林景观恢复优先区划分及分布  75-77
    3.8.3 密云水库流域森林生态系统碳汇功能分区及分布  77
    3.8.4 密云水库流域森林生态系统水源涵养功能分区及分布  77-78
    3.8.5 密云水库流域森林生态系统功能分区及分布  78-79
第四章土地利用时空变化分析  79-112
  4.1 土地利用数量变化分析  81-93
  4.2 土地利用空间转移规律分析  93-108
  4.3 小结  108-112
第五章密云水库流域土地利用景观格局分析  112-120
  5.1 景观水平景观指数分析  112-114
  5.2 类型水平景观指数分析  114-118
  5.3 小结  118-120
第六章密云水库流域土地利用格局的变化趋势及主要政策驱动因子  120-147
  6.1 CA-Markov 模型模拟结果和现实的比较  121-132
    6.1.1 河北部分  121-127
    5.1.2 北京部分  127-132
  6.2 土地利用格局与政策驱动因子的多元分析  132-142
    6.2.1 河北部分  132-135
    6.2.2 北京部分  135-138
    6.2.3 密云水库流域  138-142
  6.3 2020 年密云水库流域土地利用预测研究  142-144
  6.4 小结  144-147
第七章基于生态效益和生计改善的森林景观保护恢复区划  147-161
  7.1 基于生计改善的森林景观恢复优先区划分  147-153
    7.1.1 以村为单元的密云水库社会经济发展潜力分区  147-149
    7.1.2 基于生计保护的森林景观恢复优先区划分及分布  149-153
  7.2 基于生态效益的森林景观保护区划分及分布  153-159
    7.2.1 密云水库流域森林生态系统碳汇功能分区及分布  153-155
    7.2.2 密云水库流域森林生态系统水源涵养功能分区及分布  155-157
    7.2.3 密云水库流域森林生态系统服务功能分区及分布  157-159
  7.3 小结  159-161
第八章结论与建议  161-165
  8.1 结论  161-164
  8.2 建议  164-165
参考文献  165-179
在读期间的学术研究  179-180
致谢  180

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