3S支持下土地利用生態(tài)效益時(shí)空差異與生態(tài)安全評(píng)價(jià)——以陜北黃土高原為例.pdf

1、生態(tài)安全是建立和諧社會(huì)的一個(gè)重要組成部分，即實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與自然環(huán)境的和諧，它是指一個(gè)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展不因生存空間和生態(tài)環(huán)境遭受破壞而受到威脅的狀態(tài)。在諸多影響區(qū)域生態(tài)安全的因素中，土地利用/覆蓋及其格局的變化是最重要的方面。而土地利用/覆蓋變化過程對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能起著決定性的作用。因此，如何有效評(píng)價(jià)土地利用生態(tài)效益成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和前沿課題。當(dāng)前，有關(guān)定量測(cè)評(píng)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的方法和生態(tài)安全定量評(píng)價(jià)的方法等研究成為國(guó)內(nèi)外

2、學(xué)者研究的焦點(diǎn)、難點(diǎn)。 本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金研究項(xiàng)目，選擇我國(guó)陜北黃土高原作為研究對(duì)象，對(duì)研究區(qū)存在的實(shí)際生態(tài)問題，通過野外實(shí)地調(diào)查與測(cè)定，利用遙感和地理信息系統(tǒng)(GIS)手段與多元統(tǒng)計(jì)分析等方法，從分析區(qū)域現(xiàn)狀主要生態(tài)過程入手，研究了區(qū)域的土地利用/覆蓋及其格局變化，以及生態(tài)服務(wù)功能及價(jià)值的時(shí)空分布。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用GIS手段，并首次應(yīng)用馬氏距離方法，確定了陜北黃土高原的生態(tài)安全態(tài)勢(shì)。研究中借助景觀生態(tài)學(xué)理論，運(yùn)用多目標(biāo)規(guī)

3、劃方法和GIS手段；對(duì)土地利用的空間布局和比例結(jié)構(gòu)做出優(yōu)化調(diào)整，從而最終獲得可視化的陜北黃土高原土地利用安全格局。 本論文共分為七章，第一章綜述了土地利用/土地覆蓋變化、生態(tài)服務(wù)功能經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)安全研究進(jìn)展。第二章主要闡述了陜北黃土高原的自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)狀況。第三章是數(shù)據(jù)的收集、整理、處理以及考察路線。第四章根據(jù)陜北黃土高原不同的土地利用變化差異性，從不同時(shí)間尺度、空間尺度，從定性到定量，對(duì)土地利用變化的區(qū)域差異和動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行

4、系統(tǒng)地分析。第五章測(cè)算了陜北黃土高原土地利用的生態(tài)服務(wù)功能的物質(zhì)量與價(jià)值量，同時(shí)研究各種服務(wù)功能價(jià)值時(shí)空變化過程，并建立動(dòng)態(tài)綠色生態(tài)環(huán)境經(jīng)濟(jì)核算賬戶。第六章對(duì)陜北黃土高原進(jìn)行生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)，劃分生態(tài)安全等級(jí)體系，并進(jìn)行土地利用安全格局的優(yōu)化配置。第七章對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。 在研究中獲得的主要結(jié)論：①土地利用/土地覆蓋格局陜北黃土高原地區(qū)林地、草地和未利用地是研究區(qū)景觀類型主體。1978～2000年期間，研究區(qū)通過水土流失綜合治理

5、，使難利用地和沙地等土地利用類型轉(zhuǎn)化為有利于改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的林地和草地等。可見，陜北黃土高原水土流失綜合治理中種植沙棘等水土保持林地的造林措施效果顯著。但也存在一些不利于生態(tài)環(huán)境建設(shè)的因素，使得研究區(qū)內(nèi)體現(xiàn)出“整體轉(zhuǎn)好、局部惡化；邊治理邊破壞”的局面。景觀空間格局指數(shù)的分析結(jié)果表明，1978年至2000年期間，經(jīng)過高強(qiáng)度水土流失綜合治理，使陜北黃土高原土地利用景觀異質(zhì)性在不斷增加，干擾強(qiáng)度增強(qiáng)。同時(shí)，研究區(qū)景觀破碎化過程日益嚴(yán)重，景觀

6、趨向不穩(wěn)定，表明干擾促使景觀異質(zhì)性變大。 ②生態(tài)服務(wù)功能及價(jià)值變化本文利用3S技術(shù)，對(duì)陜北黃土高原土地利用的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行了時(shí)空動(dòng)態(tài)研究，其結(jié)果表明：1978年陜北黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為467.23億元，1990年陜北黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為577.03億元，2000年陜北黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為560.99億元。從1978年至1990年陜北黃土高原的生態(tài)價(jià)值增加了19.03％，而1990年至2000年陜北黃土高原

7、的生態(tài)價(jià)值減少了2.86％，但是在22年來陜北黃土高原的生態(tài)價(jià)值增加了16.71％。若按陜北黃土高原各土地生態(tài)系統(tǒng)的平均單位價(jià)值來計(jì)算，2004年陜北黃土高原生態(tài)服務(wù)價(jià)值為614.98億元。從2000年到2004年生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加了9.62％。 陜北黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值在空間分布上存在一定的差異：從大的區(qū)域來講，1978年到2000年陜北黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在增加，并且其增加主要在南部，北部變化不大。但是值得注意的是

8、雖然大趨勢(shì)是緩慢增加，但是局部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的減少卻很劇烈，而且，陜北黃土高原1990年至2000年生態(tài)服務(wù)價(jià)值總體上是在減少。生態(tài)環(huán)境改善的情況存在區(qū)域分布差異，南部改善面積較大但是北部地區(qū)改善緩慢。 ③生態(tài)安全態(tài)勢(shì)2000年陜北黃土高原生態(tài)安全狀況不容樂觀，生態(tài)不安全指數(shù)水平為0.68，該區(qū)整體上處于生態(tài)欠安全水平，故需要加強(qiáng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和恢復(fù)。從空間分布來看，陜北黃土高原的安全生態(tài)狀況存在著南北高、中部低的趨勢(shì)。

9、在各個(gè)縣中，生態(tài)不安全等級(jí)最低的是黃龍縣，生態(tài)安全狀況較好；而延川屬于整個(gè)研究區(qū)中最不安全地區(qū)，生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化。通過對(duì)研究區(qū)三類不同地貌類型區(qū)進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià)，其結(jié)果為：南部低山丘陵區(qū)＞北部風(fēng)沙過渡區(qū)＞中部黃土丘陵區(qū)。 陜北黃土高原土地利用優(yōu)化結(jié)構(gòu)中林地、草地、園地、耕地、沙地和未利用地所占的比例分別為32.35％、42.24％、12.02％、10.25％、1.89％和1.25％。優(yōu)化陜北黃土高原土地利用結(jié)構(gòu)后，區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)

10、值為892.56億元，與2000年現(xiàn)狀對(duì)比，增加了56.71％；與2004年對(duì)比，增加了45.14％，總體上，滿足了保障生態(tài)安全的需要；因此，若在土地利用優(yōu)化格局下，陜北黃土高原將處于生態(tài)較安全等級(jí)。各生態(tài)安全等級(jí)中，生態(tài)較安全等級(jí)的分布面積最大，其次是生態(tài)中度安全等級(jí)；生態(tài)欠安全等級(jí)僅占區(qū)域總面積的6.91％；另外，區(qū)域內(nèi)將沒有生態(tài)不安全區(qū)分布。 本論文在以下幾個(gè)方面有一定進(jìn)展和突破：①成功通過3S技術(shù)，對(duì)陜北黃土高原土地利用

11、的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值做時(shí)空動(dòng)態(tài)研究，揭示了其變化特點(diǎn)并分析了造成時(shí)空差異的原因。 ②嘗試性地提出了適合陜北黃土高原北部的風(fēng)沙區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的防風(fēng)固沙服務(wù)功能的價(jià)值模型，有效的彌補(bǔ)和改進(jìn)了傳統(tǒng)測(cè)算模型。 ③在生態(tài)服務(wù)價(jià)值研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)陜北黃土高原的特點(diǎn)，通過對(duì)人口壓力和生態(tài)服務(wù)價(jià)值做回歸分析，再計(jì)算生態(tài)服務(wù)價(jià)值隨人口壓力增長(zhǎng)的拐點(diǎn)，得到生態(tài)安全的閾值，判定生態(tài)不安全區(qū)，進(jìn)一步通過馬氏距離法，做相似性判定，而得到整個(gè)陜北黃土高