基于LUCC的胶东半岛生物多样性评估及时空特征分析

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随着社会与经济的进一步发展,社会各界已经认识到维持和提升生态安全对于可持续发展的重要性,维护生物多样性是其中一项核心工作。21世纪以来,胶东半岛地区进入快速发展阶段,城镇化水平与人口数量的显著提高,人类活动的范围与强度随之增加,对胶东半岛地区的自然生态环境与生物多样性造成巨大干扰。土地利用的变化被认为是生态空间变化的直接驱动因素之一,是导致一系列的生态与环境问题的重要原因,该变化加剧了人类社会与生态环境之间的矛盾。因此,本文在分析胶东半岛土地利用时空特征的基础上,开展生物多样性评估与影响因素分析,可以为生态环境的保护与开发提供科学依据,对维护地区生态安全与稳定和促进地区经济与社会可持续发展具有积极意义。本文以胶东半岛地区为研究对象,基于2000、2005、2010和2015年土地利用数据集,运用模型方法对胶东半岛景观层面的生物多样性进行综合评估与影响因素分析。首先,从数量特征、空间分布、变化速率、转移特征等对胶东半岛土地利用时空格局演变进行定量和定性的描述;其次,采用生境质量指数和景观状态指数对胶东半岛生物多样性进行动态评估,对生境质量指数和景观状态指数进行时空分布特征描述,对生物多样性指数从时空变化角度进行特征描述;最后,从自然和社会因素的海拔、坡度、降水、气温、土地利用转移、人口数量和国民生产总值7个方面深入分析对胶东半岛生物多样性变化的影响。研究结果表明:(1)胶东半岛2000-2015年土地利用空间分布存在一定规律性,耕地一直是最主要的土地利用类型,面积占比超过39%,其次是滨海湿地和建设用地。15年间,耕地、林地、草地、滨海湿地呈连续减少的趋势,建设用地和内陆水体呈连续增长的趋势,其中,耕地和建设用地分别为减少和增加最多的地类,变化面积分别为1097.60km~2和1422.62km~2,土地利用结构因建设用地面积超过草地面积而发生改变。胶东半岛土地变化速率呈先上升后下降,峰值为2005-2010时段的0.82,建设用地、内陆水体、未利用地的变化速率较其他地类最为明显。2000-2015年间胶东半岛土地利用变化的面积总体上以耕地、草地转出和建设用地转入最多,具体来看,耕地转向建设用地的面积最多,为1070.76km~2。(2)胶东半岛2000-2015年生境质量指数平均值为0.536、0.531、0.524、0.519,呈现略微下降的趋势。生境质量等级为中等的面积分布最广,高、较高和中等等级面积在持续减少,中等等级共减少4.65%,低和较低等级的面积在持续增加,低等级共增加3.85%。生境等级为高的地区主要分布在海岸带区域和内陆的林地、草地、内陆水体区域;生境等级为低的地区主要分布在城镇驻地和人工湿地周围;较高和较低等级生境一般围绕高等级和低等级分布;中等等级生境分布范围与耕地大体相似。15年间,胶东半岛生境质量变化以-0.5-0区间为主,生境质量指数下降的区域主要分布于建设用地附近,总体上的变化速率也是先快后慢的趋势,与该地区土地利用变化趋势相吻合。(3)胶东半岛2000-2015年景观状态指数等级为高面积占比最高,维持在36%以上,低等级的景观状态指数面积占比最低,在7%左右。高、较高、低等级的景观状态指数面积都在减少,中等、较低等级的面积在上升,中等面积占比上升1.70%成为最大变化幅度,其面积上升为第二位,整体结构因此发生变化。高等级景观状态指数大多分布于斑块较大的地区,如建设用地、浅海水域,低等级的景观状态指数多分布破碎零散的林地、草地处,这与该区域斑块多呈的单一性、均质性和连续性存在密切关系。不同时期景观状态指数变化存在差异,整体上来看,沿海地区景观状态指数的变化多于内陆,并且以下降为主。(4)胶东半岛2000-2015年生物多样性指数总体呈现“中部高,东西低”的特点。分布面积最大的为高等级的生物多样性指数,占比在34%以上,但表现出连续下降的趋势,而低等级指数的面积则在连续增长,共增1436.76km~2,面积占比超过较高等级,造成生物多样性等级结构的变化。生物多样性水平高的地区大多分布在沿海和山地地区,生物多样性水平低的地区主要分布在建设用地周围和北部的沿海地区。15年间胶东半岛地区生物多样性指数变化的范围主要集中在-0.3-0之间,在此区间变化面积占胶东半岛区总面积的9.27%,生物多样性变化区域多分布与海岸带区域,在沿海城镇地区有聚集现象。从胶东半岛各行政区内的平均生物多样性指数来看,大部分城市的生物多样性指数都存在下滑情况,崂山区的生物多样性指数最高,多年保持在0.592以上,最低值为市南区,在0.306左右,龙口市、莱山区生物多样性等级下降明显。在大部分城市的生物多样性结构中,高和较高等级占比在持续下降,同时低和较低等级占比在持续上升。(5)胶东半岛生物多样性的变化与地形、气象、土地利用变化等自然因素影响有关,同时还受社会经济因素的影响。从地形因素来看,生物多样性指数变化集中发生在海拔较低、坡度较缓的地区,随海拔和坡度的上升,变化的面积减少。从气象因素来看,年降水量适中、温度较低的地区生物多样性指数变化最少,随温度的升高,变化面积占比在上升。从土地利用转移来看,对生物多样性指数下降的影响面积最广的是建设用地增加,而对生物多样性指数下降的影响程度最深的是滨海湿地面积的减少。从社会经济因素来看,在人口增加快速的区市,生物多样性水平下降明显,区市的GDP总量与生物多样性水平关系呈显著负相关。(6)根据胶东半岛生物多样性评估结果,提出胶东半岛生物多样性保护与提升建议:实行生物多样性分级保护;完善生物多样性保护制度体系;加强区市间协调。
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