盐城海岸带土地利用及其生态安全评价与优化研究

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本文以盐城海岸带及各县市为研究对象,以1984年、1990年、1996年、2002年、2009年和2014年六期不同时相的遥感数据为主要的研究数据源,结合统计资料、实测数据、地形图等辅助资料,运用RS和GIS空间分析技术,全面研究了该区域在过去30年中的土地覆被(LUCC)的时空特征和生态功能的变化,运用CCA分析方法定量研究了盐城海岸带LUCC的驱动力和驱动机制。利用灾变理论与PSR模型相结合的方法,对盐城海岸带近十几年的土地利用生态安全状况进行了研究,利用Mann-Kendall’s检验方法研究盐城海岸带土地生态安全的变化趋势。基于GIS空间分析通过网格数据在更小空间尺度上探讨了土地生态安全的时空演变趋势,利用In VEST模型下的Biodiversity模块对盐城海岸带的生态环境质量进行综合评价,最后用约束条件和各种目标函数构建多目标线性规划模型,以经济效益、生态效益和综合效益为目标导向方案,对盐城海岸带及各县市的土地利用结构进行了数量优化,进行空间优化,最后提出该区域土地可持续利用的建议。通过以上的研究,本文得到如下主要结论:(1)研究表明盐城海岸带及各县市的LUCC的时空特征在过去30年间发生了较大的变化:以盐蒿、芦苇等为主的自然地物的比例不断下降,而以居民工矿用地和农田为主体的人工地物的比例持续上升,到了2014年人工地物占比高达79%,反映了人类活动对盐城海岸带土地利用的数量和结构的影响。(2)土地利用动态度方面,居民工矿用地是变化最剧烈的用地类型,其动态度高达29.59%/a,养殖池、农田与林地的土地利用动态度变化也较大,分别是13.25%/a、11.37%/a和8.70%/a,进一步反映了研究时段人类活动对本区域的影响,在各县市区尺度上,盐城海岸带南部的东台、大丰人工地物的土地利用动态度较大,而北部的响水、滨海和射阳自然地物的土地利用动态度较大;研究区域内各县市的土地利用程度综合指数也表现出同样的增长趋势;盐城海岸带及各县市的土地垦殖指数、土地利用开发指数和土地利用率在各研究时段均表现为不同程度的上升趋势。2014年土地垦殖指数按照从大到小排序为大丰>东台>滨海>响水>射阳,2014年土地利用开发指数按照从大到小排序为东台>滨海>大丰>射阳>响水,2014年土地利用率指数按照从大到小排序为响水>滨海>射阳>大丰>东台。(3)通过洛伦兹曲线图分析得出响水的土地利用集中程度在研究时段内都是最高的,滨海和东台的土地利用集中度也高于平均水平,大丰和射阳的土地利用集中度比平均水平要低。盐城海岸带围垦土地时空分析中,盐城海岸带在1984至2014年间共圈围土地61540ha,其中1996年至2002年围垦土地数量最多,为15940ha,数量最小的是在1984-1990年,仅为9330ha。从各县市看,大丰是研究区域内围垦比例最大的县市,占比为30.92%,共圈围土地19030ha,大丰在不同研究区间围垦土地的数量又有明显区别,射阳是盐城海岸带围垦比例第二大的县市,占比为30.52%,共圈围土地18780ha,其中1996年至2002年围垦土地数量最大,为5390ha,东台市2009年至2014年围垦土地数量最多,为6860ha;盐城海岸带围垦用地的主要流向是光滩为主的未利用地,养殖池、林地和农田占比例也比较大。(4)在土地利用生态安全评价方面,该研究区域各县市的土地生态安全压力-状态-响应及综合要素在研究时段内存在一定差异。其中研究起始年份2002年的压力-状态-响应及综合生态安全数值较小。在各要素中,极安全等级在研究时段内占比重较小,主要以中等安全和不安全等级为主,且随着时间的推移,安全等级有下降的趋势。在利用Mann-Kendall’s检验方法研究盐城海岸带土地生态安全的变化趋势和突变现象中发现,各海岸带的压力要素、响应值、状态值和土地生态安全综合值的发展趋势和出现突变点的时间都存在较大差异。利用网格分析,在研究时段内盐城海岸带的生态承载力指数有所增加,平均稳定指数由0.575增加至0.872,各网格的生态系统稳定度指数和平均生物多样性指数分别由0.8813、0.8180下降至0.5531、0.5832。1984年至2014年盐城海岸带区域各网格土地生态系统安全指数的平均值由0.6248下降至0.5671,高值集聚区主要分布在南部,低值集聚区主要分布在北部,表现出明显的空间差异性与集聚性。利用In VEST模型下的Biodiversity模块对盐城海岸带的生态环境质量进行综合评价,结果表明在研究时段内,整体生境质量取值从0.69降至0.43,生境质量下降,多样性变低。随着沿海开发战略的推进,生境质量等级高的滩涂大面积被围垦成养殖农田、人工表面等低等级用地类型,生境质量严重退化,生物多样性服务功能变差。同样,由于城镇化的扩张、围海港口建设、围海造田的力度加大,生境质量退化显著,沿海滩涂部分岸段的生境质量退化迅速。(5)在盐城海岸带的土地利用优化方案中,无论是经济导向还是生态效益导向,都只是注重了土地利用的经济发展或生态环境保护,不利于土地的科学利用,在综合效益下的土地优化方案是同时兼顾经济效益与生态效益的土地利用模式,在此模式下,盐城海岸带及各县市的社会经济得到较好的发展,研究区域的沿海湿地生态系统服务功能价值也可以得到很大的提高,海岸带的人口数量和空间分布也比较合理,沿海城镇、产业与港口联动的综合效益比较高,本文认为该方案可以作为盐城海岸带土地利用数量与结构优化方案。基于先前研究的土地生态安全评价结果进行土地利用空间优化,最后提出了盐城海岸带土地利用实现科学发展的措施。
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