基于CA-Markov的农林交错区土地利用变化分析及预测

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中文摘要：土地利用/覆盖变化作为人地系统相互影响最直接的表现形式，近年来始终是可持续发展理论与全球环境动态变化等相关研究的重点和关注点。区域土地利用动态变化研究可揭示人类活动干扰下土地利用变化演替规律，是进行区域环境变化研究的必要手段，可助力未来土地利用结构的调整与优化、生态环境的良性循环以及地区经济稳步发展。东北地区处于东北亚腹地，是我国重要的农牧业区域和重要商品粮供应地，同时该区域又处于全球环境变化敏感区域，人类自身的生产、生活活动对于区域土地利用覆盖变化，甚至全球环境变化产生深远的影响。而农林交错区作为农业区与林业区之间所存在的过渡区，区域内种植业与林业在空间上交错分布，时间上相互重叠，恰恰是自然因子和人为干扰作用最为活跃的生态敏感脆弱区，这将会对区域内生态环境稳定造成一定的影响，如土壤理化性质、水土保持能力等。本文选取典型东北山地丘陵带农林交错区为研究区，首先运用RS与GIS等相关软件，完成1995、2000、2005和2015年土地利用类型解译，再以地学信息图谱理论为指导，分析研究区在退耕还林政策背景下土地利用类型时空转变特征。然后以高程、坡度、人口、GDP、距道路距离、距城镇距离为驱动因子，利用Logistic分析得到土地利用适宜性图集，并采用CA-Markov模型预测研究区2025年土地利用格局，希望可以借助研究结果为研究区区域内土地利用规划与社会经济可持续发展等相关问题提供决策依据。本文研究结果表明: (1)遥感解译结果显示在不同研究时段内，研究区的土地利用方式主要是林地和耕地，在四个时段内研究区的林地面积比例均达到65％以上，耕地面积比例也始终大于20％，同期草地、建设用地、水域和未利用地所占比例相对较小。土地利用转移矩阵表明:林地在1995-2015年整体呈现增加的态势，但期间其面积并未一直持续而是先减少后增加;旱地在1995年-2015年呈现面积不稳定变化，经历了先增加后减少再增加的过程;1995-2015年，水田面积持续稳定增加，且增速有所放缓，在研究的三个时段内，旱地都是其面积增加的最大贡献者;草地面积持续缩减，特别是中低覆盖度草地，1995-2000年草地缩减幅度小于2000-2005和2005-2015年，大部分转移至旱地与林地;建设用地在2000-2015年间面积只增不减，且主要依赖于对水田、旱地以及草地的侵占;水域面积在1995-2015年间整体呈现先减少后增加再减少的趋势，且缩减幅度有所减缓;未利用地面积持续缩减，且缩减幅度较为稳定。土地利用动态度分析表明:牡丹江市土地利用类型变化呈“有增有减”趋势，增加的类型是建设用地、水田、旱地和林地;减少的类型是草地、水域和未利用地。 (2)土地利用信息图谱表明:牡丹江地区在1995-2015年间，各类土地利用方式间的转化比较强烈，尤其是1995-2000-2005年退耕还林工程实施前后，主要以旱地、林地、草地与建设用地间的转换为主。反复变化型面积所占比重较大，且集中在研究区丘陵与山麓等坡度较大的地区，这与该地区在2000年前森林砍伐海拔高度增加，林缘不断后退有关;1995-2005-2015年间，“草地-草地-林地”类型所占面积较大，呈现带状连线式缩小，集中分布在林地和耕地的接缝地带，反映了退耕还林政策下土地利用演变特征，城市化建设占用大量耕地，故地方政府主要通过改造中低覆盖度草地为林地，以平衡生态环境保护、经济建设和粮食生产等多方面需求。 (3)以1995年、2005和2015年的土地利用分类数据为基础，分别选取100×100 m、300×300 m、500×500 m、800×800 m、1000×1000 m这5种规格的模拟尺度，以高程、坡度、人口、GDP、距道路距离、距城镇距离为驱动因子，分别得到5种尺度下土地利用类型和驱动因子的二元Logistic回归方程，并计算ROC曲线下围成的面积即ROC值，通过比较选出最佳模拟尺度是500×500 m，除未利用地外，其余各地类的ROC值均超过0.75，可以充分体现出牡丹江市土地利用空间格局与各驱动力之间的相关程度。 (4)在二元Logistic方程基础上，叠加研究区基本农田这一限制性因子，生成各个地类适宜性图图集。通过IDRISI17.0软件里的CA-Markov分析模块，以2005年相关数据为基期，模拟出2015年土地利用变化结果，并与2015年土地利用现状图进行对比分析，除未利用地外，各土地利用类型面积预测误差均在5％以下，总体Kappa系数为0.94，由此证实模型在研究区应用的可行性，基于此可预测2025土地利用类型的变化情况。 (5)研究表明2025年土地利用预测结果是水田、旱地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地面积分别占研究区总面积的3.31％、19.91％、72.12.％、1.32％、0.74％、2.46％和0.03％。同2015年相比，水田、早地、建设用地面积呈增长趋势，分别增加29.86 km2、35.02km2、349.84 km2，林地、草地、水域和未利用地面积呈现减少趋势，分别减少294.46 km2、86.65 km2、18.73 km2、15.47 km2。

作者：

韩文文

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关键词：

CA-Markov模型农林交错区地学信息图谱土地利用

授予学位：

硕士

学科专业：

公共管理学；土地资源管理

导师：

高凤杰

学位年度：

2018

学位授予单位：

东北农业大学

语种：

中文

中图分类号：