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黄土高原乡级尺度土地利用格局动态变化与生态功能区研究

作　者: 方炫
导　师: 李壁成
学　校: 中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）
专　业: 土壤学
关键词: 土地利用 景观格局 生态功能区划 GIS 河川乡
分类号: F301.24
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


黄土高原在我国区域经济发展中具有重要战略地位,而水土流失严重、生态环境恶劣、加之不合理的土地利用加剧了当地土地资源退化和人民生活贫困。宁南山区是黄土高原的典型代表,如何有效恢复生态环境和摆脱落后面貌,是宁南山区乃至整个黄土高原地区的重要课题。在宁南山区开展土地利用格局变化及其生态环境效应研究,提出土地生态功能区规划,是合理利用土地、改善生态环境和人们生活水平的重要途径。宁南山区土地利用相关研究多集中在小流域尺度,开展乡级尺度的土地利用变化研究对于推广验证小流域的土地利用优化成果,弥补小流域在空间尺度上的局限性,形成“村-乡-县”多尺度全面的土地利用动态变化规律,从根本上解决区域性土地合理利用问题有重要理论与现实意义。本文以宁夏自治区固原市河川乡为例,运用“3S”技术,利用早期1:1万地形图与SPOT5遥感影像,在土地资源学与景观生态学理论的指导下,较为全面的研究了乡级尺度的土地利用格局变化及其驱动机制、景观生态效应、土地资源适宜性,提出了生态功能区划方案。论文的主要结果与结论如下:（1）土地利用格局变化分析对河川乡近三十年包括退耕前1982-2002年和退耕后2002-2008年两个时段的土地利用变化进行研究。1982-2002年,土地利用变化以耕地增加与草地减少最明显,2002-2008年林地增加和耕地减少最显著。整个研究时段内,果园持续增加,体现了果园在河川乡农业发展中的重要地位;建设用地持续增加,但数量小速度慢,说明该地区的社会经济落后与发展缓慢;未利用地持续减少;水域面积变化很小。土地利用类型转化的最主要特征为,1982-2002年以草地向耕地转移为主,2002-2008年以耕地向林/草地转移最为显著。河川乡土地利用程度在退耕前由于盲目开垦草地而增加,在退耕后受到退耕还林草作用而有所下降。利用地学信息图谱方法建立了土地利用类型变化图谱、土地利用增减系列图谱,可以从中直观准确地得到不同土地利用的增减状况和转变方式以及它们的空间分布情况。（2）土地利用变化驱动力分析土地利用类型随着地形分布有一定的规律性:耕地多分布在中等海拔、坡度0°-15°的区域分布,灌林地在高海拔、15°-35°分布较多,果园和建设用地都选择在0°-8°地势地平区域分布,草地选择坡度大于25°地段分布。土地利用变化的社会经济驱动力呈现阶段性特征,1982-2002年,耕地增加与草地退化主要驱动力是经济,林地增加主要驱动力是科技与政策,果园增加驱动力是科技、政策与经济;2002-2008年,耕地锐减与灌林地大幅度增加的最主要驱动力是政策,果园增加主要驱动力是经济。（3）土地利用景观格局变化与生态效应评价1982-2008年,河川乡景观格局经历了耕地和草地占共同主导-耕地绝对主导-林地、草地、耕地协调共存的过程,总体上景观优势度下降、多样化提高;景观结构总体上是向可持续方向发展,生态服务价值由1928.43万元增加为3295.61万元。河川乡景观格局与生态服务功能存在地域性,如靠川地分布的骆驼河村、上黄村、明川村和寨洼村景观破碎度、多样性水平、生态服务价值较高。（4）不同土地利用方式下的土壤碳氮特征土地利用方式是土壤碳氮含量分布及碳密度分布的重要因素。不同的土地利用方式下土壤碳氮含量及有机碳密度均表现为:灌木林地与天然草地碳氮水平较高,耕地较低,人工草地与耕地水平相似。不同土地利用方式的平均有机碳密度分别为:灌木林地6.74 kg m-2,天然草地6.32 kg m-2,人工草地4.05 kg m-2,弃耕地5.69 kg m-2,耕地4.11 kg m-2,果园4.65 kg m-2。整个河川乡平均有机碳密度为5.67 kg m-2,略高于黄土高原平均水平,总碳储量为1148541.66吨。土地利用格局的合理变化对有机碳储量增加有重要意义,灌木林地和天然草地是增加碳汇与控制土壤侵蚀的最有效的土地利用方式,退耕还林对土壤碳储量的增加发挥重要作用。（5）土地资源适宜性评价选取海拔、坡度、坡向、土壤有机质、土壤侵蚀和水源条件六个指标作为土地适宜性评价因子。按照农、林、牧顺序优先选择,将研究区土地资源划分为五类,高度宜农地占总面积的4.86%,中度宜农地占16.73%,宜林地占3.98%,宜林牧地分布最广,占53.77%,宜牧地比例为20.67%。（6）生态功能区划在宁夏“六盘山生态经济圈规划”框架下,结合土地利用格局分析、生态系统服务功能评价和土地资源利用适宜性评价结果,将河川乡划分出北山水土保持生态保护区、川地高效生态农业区和南山旱作农业区三个功能区:北山水土保持生态保护区面积13820.53ha,占河川乡总面积的64.13%,地形破碎、土壤侵蚀严重,土地利用方向是恢复植被、保持水土、涵养水源;川地高效生态农业区面积为4627.91ha,占总面积的21.46%,土地较为平整,水肥条件较好,土地利用方向为高效生态农业;南山旱作农业区面积3110.45ha,占总面积的14.4%,土地发展方向为建设旱作基本农田,保障粮食生产。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-9
ABSTRACT  9-16
第一章 绪论  16-31
  1.1 土地利用/覆被研究综述  16-25
    1.1.1 土地利用/覆被变化概念与内涵  16-17
    1.1.2 土地利用/覆被变化研究内容与理论基础  17-18
    1.1.3 土地利用/覆盖变化研究进展  18-23
    1.1.4 土地利用/覆盖变化的研究方法  23-25
  1.2 选题背景、研究目的与意义  25-27
  1.3 研究内容与方法  27-29
    1.3.1 研究内容  27-28
    1.3.2 研究方法  28
    1.3.3 研究思路与技术路线  28-29
  1.4 研究特色  29-31
第二章 研究区概况  31-34
  2.1 地理位置  31-32
  2.2 自然环境  32-33
    2.2.1 地质地貌  32
    2.2.2 气候  32
    2.2.3 土壤  32
    2.2.4 植被  32-33
  2.3 社会经济  33-34
    2.3.1 人口社会  33
    2.3.2 经济发展  33-34
第三章 研究区土地利用动态变化分析  34-58
  3.1 引言  34-35
  3.2 研究方法  35-38
    3.2.1 土地利用数据获取  35-37
    3.2.2 土地利用动态变化模型  37-38
    3.2.3 土地利用变化图谱合成  38
  3.3 土地利用动态变化分析  38-55
    3.3.1 土地利用变化基本特征  38-40
    3.3.2 土地利用类型转移特征  40-42
    3.3.3 土地利用类型转移速率特征  42-44
    3.3.4 土地利用综合动态度  44-45
    3.3.5 土地利用程度变化  45-46
    3.3.6 土地利用变化图谱分析  46-55
  3.4 小结  55-58
第四章 研究区土地利用变化驱动力分析  58-74
  4.1 引言  58
  4.2 地形因子  58-69
    4.2.1 研究方法  58-60
    4.2.2 土地利用类型分布与地形因子的关系分析  60-66
    4.2.3 土地利用类型变化与地形因子的关系  66-69
  4.3 社会经济因素  69-72
    4.3.1 社会经济因素定性分析  69-70
    4.3.2 现阶段耕地变化的社会经济驱动力定量分析  70-72
  4.4 小结  72-74
第五章 研究区土地利用景观格局动态及生态效应评价  74-92
  5.1 引言  74
  5.2 数据来源与研究方法  74-78
    5.2.1 数据来源与处理  74-75
    5.2.2 景观格局指数方法  75-78
  5.3 景观格局变化特征分析  78-84
    5.3.1 总体景观格局变化特征分析  78-79
    5.3.2 景观类型水平的格局分析  79-83
    5.3.3 景观格局特征的区域差异性分析  83-84
  5.4 景观格局变化的生态效应综合评价  84-90
    5.4.1 景观格局变化的生态效应综合评价方法  84-86
    5.4.2 生态服务价值变化分析  86-88
    5.4.3 河川乡土地景观生态服务价值的地域差异分析  88-90
  5.5 小结  90-92
第六章 土地利用变化与土壤碳氮特征及碳库分析  92-104
  6.1 引言  92-93
  6.2 研究样地与研究方法  93-95
    6.2.1 样地概况  93
    6.2.2 数据来源  93-94
    6.2.3 土样采样与实验方法  94
    6.2.4 统计与地统计学方法  94
    6.2.5 有机碳储量计算方法  94-95
  6.3 结果与分析  95-103
    6.3.1 土壤碳氮的描述性分析  95-96
    6.3.2 不同土地利用方式下的土壤容重特征  96-97
    6.3.3 不同土地利用方式下的土壤有机碳特征  97-98
    6.3.4 不同土地利用方式下的土壤全氮特征  98-99
    6.3.5 不同土地利用方式下的土壤碳氮比  99-100
    6.3.6 不同土地利用方式下的土壤有机碳密度及其空间分布特征  100-101
    6.3.7 土地利用变化与土壤有机碳储量估算  101-103
  6.4 小结  103-104
第七章 河川乡土地资源适宜性评价  104-112
  7.1 引言  104
  7.2 研究方法  104-108
    7.2.1 数据获取与处理  104
    7.2.2 土地资源适宜性评价的原则  104-105
    7.2.3 土地适宜性评价指标建立与评价方法  105-108
  7.3 土地适宜性评价结果分析  108-111
  7.4 小结  111-112
第八章 研究区生态功能区划  112-119
  8.1 引言  112
  8.2 生态功能区的划分原则与方法  112-113
    8.2.1 生态功能区的划分原则  112-113
    8.2.2 生态功能区的划分方法  113
  8.3 河川乡生态功能分区结果与分析  113-117
  8.4 河川乡生态功能区的景观格局分析  117-118
  8.5 小结  118-119
第九章 结语  119-122
  9.1 主要结论  119-121
  9.2 研究展望  121-122
参考文献  122-133
作者简介  133

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中图分类: > 经济 > 农业经济 > 农业经济理论 > 土地经济学 > 土地管理、规划及利用 > 土地开发与利用
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