基于多图层感知神经网络模型的生态景观格局变化研究——以重庆市永川区为例

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土地利用景观格局是景观异质性的表现,是土地生态过程作用的结果,反映了研究区生态稳定性程度。土地利用景观格局的变化会改变不同土地利用景观地类间能量、物质的流动情况,进而引起生态系统结构和功能的变化。因此进行景观格局和景观格局变化潜力研究对研究区域生态过程变化具有重要意义,同时也为景观格局变化预测及景观优化奠定基础。   本研究是以景观生态学和神经网络理论为理论基础,选取永川区作为研究区域,采用RS和GIS技术,对永川区2000年、2005年、2010年三期TM卫星遥感影像进行解译,从而获得这三个时期的土地利用数据。在此基础上,采用土地利用数量变化模型、土地利用类型转移矩阵分析模型对研究区土地利用的时空变化进行分析,进而揭示研究区土地利用结构时空变化规律。利用最大图斑指数、蔓延度等景观指数对研究区景观格局时空变化进行分析,然后选取高程和可达性因子作为景观转移模型变量,在IDRISI平台下对景观格局转化潜力进行分析,得出2000-2005年和2005-2010年两个时期潜力分布图,在此基础上对2020年永川区土地利用布局进行模拟预测。   通过对三期土地利用变化情况分析,我们可以得到以下结论:2000-2010年间永川区土地利用结构发生明显变化,建设用地、有林地和水体面积有序增加,耕地和疏林地不断减少。建设用地增幅最大,达到159.58%,有林地次之,增幅达到114.37%,水体则表现为稳中有增,增幅为11.54%。疏林地减少最大,减少幅度为69.62%,耕地在研究期时段表现为波动状态,但总体趋势是减少的,减少幅度为1.55%。运用转移矩阵分析模型分析土地利用时空转化,结果表明:永川区各个景观地类在不同时期转化均比较复杂,2000-2005年,建设用地增加主要来自于耕地,贡献率分别为59.88%;有林地增加主要来源于疏林地,贡献率为78.73%;水体的增加主要来自疏林地,贡献率为73.62%;耕地增加主要来自于疏林地,贡献率为99.01%;疏林地是减少规模最大的景观地类,主要的转变方向为耕地和有林地,占到总转出量的73.99%和20.10%。2005-2010年,耕地就表现为减少趋势,主要转出方向为疏林地和建设用地,贡献率分别为61.02%和19.63%;建设用地增加主要来自于耕地、有林地,贡献率分别为57.14%、36.18%;有林地的增加主要来源于疏林地,贡献率为95.60%;疏林地依然表现为减少趋势,主要的转移方向为有林地,占总转出的量的99.40%。   选取斑块密度、最大图斑指数、蔓延度等景观格局指数对研究区景观格局时序变化进行定量分析,结果表明:2000-2010年,研究区生态多样性水平不断提高,但是景观地类团聚程度则呈现降低趋势,破碎化程度日趋升高;耕地一直保持最大斑块指数,其边界密度、最大图斑面积指数等指标变化情况则反映出耕地破碎化和复杂性程度增加,稳定性降低的趋势;建设用地景观面积急速增加,形状指数前期变化较快后期趋缓;有林地最大斑块指数较为稳定,其主体部分多年来未受到人类活动的较大干扰,且优势程度有所增加;疏林地景观形状指数变化表明其面积萎缩且破碎化程度降低;水体景观面积逐步增加,复杂化程度也随着增加。   运用IDRISI平台的LCM模块,采用高程和可达性等因子作为模型变量,分两个时期对部分景观地类转移潜力变化进行空间对比分析,结果表明:耕地转移为建设用地潜力由早期的0.74提高到后期的0.77,高潜力范围不断扩大;有林地转为建设用地潜力则不断降低,由0.87骤降为0.42;疏林地转为建设用地潜力有略微升高,且范围变化不大;疏林地转变为有林地潜力值一直处于高概率水平,范围主要集中在高海拔两种景观地类过渡带。结合2000-2010年土地利用变化数据获得的马尔科夫转移概率矩阵与转移潜力分布图,以2010年为起始年对2020年土地利用变化进行模拟,结果表明:2010-2020年期间耕地、有林地、疏林地面积呈现减少趋势,建设用地呈现快速增加趋势,增长比例为45.21%,水体呈现略微增加趋势,增长比例为6.55%。
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