城市近郊區(qū)景觀生態(tài)安全格局構(gòu)建研究——以成都市龍泉驛區(qū)為例.pdf

1、龍泉驛屬四川省會(huì)成都市轄區(qū)，是國家級成都經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)所在地和四川天府新區(qū)主要組成板塊，距成都市中心12km，系典型大城市近郊區(qū)。其生態(tài)安全不僅關(guān)系到成都經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，更關(guān)系到四川天府新區(qū)生態(tài)屏障的建設(shè)。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的加速推進(jìn)，該區(qū)人口快速聚集增加、經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展、城鎮(zhèn)無序蔓延、工業(yè)區(qū)大幅擴(kuò)張，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了較大負(fù)面影響，工業(yè)“三廢”污染、森林植被銳減、鄉(xiāng)村景觀破碎化、生物多樣性下降、水土資源短缺等生態(tài)安全問題較

2、為突出，對其進(jìn)行景觀生態(tài)安全格局構(gòu)建理論和方法研究，具有重要理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　鑒于此，本研究以成都市龍泉驛區(qū)為案例研究區(qū)，旨在以景觀格局優(yōu)化為視角，在景觀分類與景觀格局現(xiàn)狀分析、景觀格局變化特征與驅(qū)動(dòng)因子分析、景觀格局變化潛力與動(dòng)態(tài)模擬、區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)與變化趨勢預(yù)測研究基礎(chǔ)上，創(chuàng)新提出一種基于PSO算法原理的景觀格局空間優(yōu)化模型與算法，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)、統(tǒng)籌兼顧3種情景景觀空間布局進(jìn)行優(yōu)化，力圖構(gòu)建一種能有效平衡經(jīng)濟(jì)

3、發(fā)展與生態(tài)保護(hù)矛盾關(guān)系的景觀生態(tài)安全格局，為區(qū)域土地持續(xù)利用、城鎮(zhèn)合理擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)良性發(fā)展提供切實(shí)可行的空間管控依據(jù)，也為推進(jìn)地方落實(shí)國家生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略提供理論和技術(shù)支撐。主要研究結(jié)論為:
　　(1)以土地利用/土地覆被類型為依據(jù)，將研究區(qū)劃分為6種景觀類型，在此基礎(chǔ)上對整個(gè)區(qū)域景觀格局現(xiàn)狀進(jìn)行分析表明，各景觀類型空間分布不均，斑塊破碎化程度高，受人類活動(dòng)影響較大。
　　利用OLI遙感影像、ASTER GDEM等數(shù)據(jù)，應(yīng)用遙

4、感影像分類、ArcGIS空間分析和地圖編制等RS、GIS技術(shù)方法對景觀分類進(jìn)行探討，在此基礎(chǔ)上對研究區(qū)景觀格局現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。
　?、僖缘孛差愋?、土地利用/土地覆被類型為依據(jù)，構(gòu)建了“景觀類-景觀型”兩級景觀分類體系，并根據(jù)該分類體系將研究區(qū)劃分為18種景觀類型，其中主要景觀類型有山地果園景觀、平壩果園景觀、平壩城鄉(xiāng)人居及工礦景觀、平壩農(nóng)田景觀、山地森林景觀、丘陵果園景觀、平壩交通運(yùn)輸景觀和平壩水體景觀8種。
　?、谝酝恋乩?/p>

5、用/土地覆被類型為依據(jù)，參考相關(guān)土地利用/土地覆蓋分類體系將研究區(qū)劃分為6種景觀類型，果園、城鄉(xiāng)人居及工礦、農(nóng)田為優(yōu)勢景觀，其中果園景觀面積、斑塊數(shù)、多樣性指數(shù)、斑塊形狀指數(shù)分別為29864.16hm2、772塊、0.8614、1.6968，城鄉(xiāng)人居及工礦景觀分別為9356.20hm2、421塊、0.9987、1.5887，農(nóng)田景觀分別為8006.15hm2、931塊、0.9997、1.5709，整個(gè)區(qū)域景觀類型空間分布不均，景觀斑塊破

6、碎化程度高，受人類活動(dòng)影響較大。
　　(2)對1992～2014年景觀格局變化特征與驅(qū)動(dòng)因子的分析表明，研究區(qū)主要景觀類型均發(fā)生了頻繁轉(zhuǎn)化，變化的主要驅(qū)動(dòng)因子是人口狀況、科技水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等人文驅(qū)動(dòng)因子。
　　利用TM/OLI遙感影像、ASTER GDEM數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)和相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合研究區(qū)景觀格局變化特征、自然生態(tài)環(huán)境狀況和相關(guān)研究成果，構(gòu)建景觀格局變化驅(qū)動(dòng)因子指標(biāo)體系，并應(yīng)用空間回歸模型進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)因子分

7、析。
　　①1992～2014年，交通運(yùn)輸、果園、城鄉(xiāng)人居及工礦景觀增加顯著，分別增加329％、184％、125％，農(nóng)田、森林、水體景觀減少明顯，分別減少67.85％、59.94％、41.00％;主要景觀均發(fā)生頻繁轉(zhuǎn)化，其中農(nóng)田向果園、森林向果園、農(nóng)田向城鄉(xiāng)人居及工礦的轉(zhuǎn)化最明顯。
　　②景觀格局變化驅(qū)動(dòng)因子受時(shí)間尺度影響較大，同一景觀格局變化驅(qū)動(dòng)因子會(huì)隨時(shí)間推移而發(fā)生不同程度地變化，同一驅(qū)動(dòng)因子對景觀格局變化的影響力也會(huì)隨

8、時(shí)間變化而發(fā)生改變。
　　(3)對2014～2028年景觀變化的動(dòng)態(tài)模擬表明，研究區(qū)景觀變化劇烈程度將逐漸減弱，各景觀類型間均發(fā)生了不同程度的轉(zhuǎn)化，主要轉(zhuǎn)化方向?yàn)椤吧帧麍@、果園→城鄉(xiāng)人居及工礦、果園→農(nóng)田”。
　　利用TM/OLI遙感影像、ASTER GDEM數(shù)據(jù)以及降雨量、有機(jī)質(zhì)含量等景觀變化驅(qū)動(dòng)因子數(shù)據(jù)，在ArcGIS和IDRISI Selva軟件支持下，建立Ann-Markov-CA復(fù)合模型，對研究區(qū)1992～20

9、14年景觀格局變化潛力以及2021、2028年景觀變化趨勢進(jìn)行研究。
　?、倬坝^變化潛力預(yù)測組合驅(qū)動(dòng)因子個(gè)數(shù)越多其預(yù)測準(zhǔn)確率不一定就越高，需根據(jù)預(yù)測準(zhǔn)確率選擇恰當(dāng)驅(qū)動(dòng)因子組合進(jìn)行變化潛力模擬。
　?、贏nn-Markov-CA模型模擬效果總體上優(yōu)于已有研究中常用的MCE-Markov-CA、Markov-CA和Logistics-Markov-CA模型，其Kappa系數(shù)達(dá)到了0.41～0.60精度要求，具有一定可信度，能夠較

10、好地實(shí)現(xiàn)研究區(qū)景觀變化模擬。
　　③2014～2028年，大部分景觀保持2000～2014年間的變化趨勢，即城鄉(xiāng)人居及工礦、交通運(yùn)輸景觀面積持續(xù)增加，農(nóng)田、森林景觀面積總體上持續(xù)縮減，但其變化劇烈程度逐漸減弱，各景觀類型之間均發(fā)生了不同程度的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化類型以“森林→果園、果園→城鄉(xiāng)人居及工礦、果園→農(nóng)田”為主。
　　(4)研究區(qū)2000～2014年生態(tài)安全評價(jià)結(jié)果為東部山區(qū)生態(tài)安全狀況優(yōu)于西部壩區(qū)，在此基礎(chǔ)上預(yù)測得出2015

11、～2028年生態(tài)安全水平將緩慢提升，但大部分區(qū)域生態(tài)安全等級偏低，生態(tài)安全嚴(yán)峻形勢不會(huì)得到根本轉(zhuǎn)變。
　　基于P-S-R模型構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系，利用TM/ETM+/OLI遙感影像、ASTER GDEM數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)和相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)直接或間接獲取各評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，在GIS技術(shù)支持下應(yīng)用綜合評價(jià)法對2000～2011年、2013～2014年研究區(qū)生態(tài)安全空間狀況進(jìn)行評價(jià)，在此基礎(chǔ)上集成RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和GIS空間

12、分析方法對2015～2028年研究區(qū)生態(tài)安全變化趨勢進(jìn)行預(yù)測研究。
　?、?000～2014年，東部山區(qū)生態(tài)安全狀況優(yōu)于西部壩區(qū)，且東部山區(qū)、西部壩區(qū)生態(tài)安全指數(shù)均呈波動(dòng)下降趨勢，生態(tài)安全呈現(xiàn)惡化態(tài)勢;整個(gè)區(qū)域主要處于中警、預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)、敏感、臨界5種生態(tài)安全狀態(tài)，其中敏感安全等級以下區(qū)域多年占比均值為76.2％，大部分區(qū)域生態(tài)安全水平較低。
　?、赗BF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測平均絕對誤差和誤差均方根多年均值小于0.05，較好地實(shí)現(xiàn)了研

13、究區(qū)生態(tài)安全變化預(yù)測。
　　(5)應(yīng)用PSO景觀格局空間優(yōu)化模型與算法對研究區(qū)景觀生態(tài)安全格局的構(gòu)建結(jié)果表明，在3種情景中，經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景方案因追求經(jīng)濟(jì)效益最大化而使生態(tài)效益呈負(fù)增長，且不符合森林面積增大潛在可能性較大的實(shí)際;生態(tài)保護(hù)情景方案因強(qiáng)調(diào)生態(tài)效益最大化而使經(jīng)濟(jì)效益呈負(fù)增長，且不符合城鄉(xiāng)人居及工礦用地?cái)U(kuò)張潛在可能性較大的實(shí)際;統(tǒng)籌兼顧情景方案經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、綜合效益均得以提升，符合區(qū)域景觀變化潛在可能性和經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)建設(shè)實(shí)際，

14、是研究區(qū)最理想景觀生態(tài)安全格局。
　　基于景觀分類與景觀格局現(xiàn)狀分析、景觀格局變化特征與驅(qū)動(dòng)因子分析、景觀格局變化潛力與動(dòng)態(tài)模擬、區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)與變化趨勢預(yù)測研究成果以及OLI遙感影像、ASTER GDEM數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)和相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，在景觀適宜性評價(jià)、景觀數(shù)量優(yōu)化基礎(chǔ)上，構(gòu)建PSO景觀格局空間優(yōu)化模型與算法，并通過利用該模型和算法對經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)、統(tǒng)籌兼顧情景景觀空間布局的優(yōu)化來進(jìn)行景觀生態(tài)安全格局構(gòu)建研究。

15、
　　①基于PSO的景觀格局空間優(yōu)化模型與算法能夠利用粒子位置模擬景觀分布以及有效耦合約束最優(yōu)化模型景觀數(shù)量優(yōu)化結(jié)果和相關(guān)政策、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)因素進(jìn)行空間格局優(yōu)化，從理論上實(shí)現(xiàn)了基于高分辨率柵格圖像的景觀空間布局優(yōu)化，是景觀格局空間優(yōu)化的有效方法，可在區(qū)域?qū)用婢坝^生態(tài)安全格局構(gòu)建中推廣，但在應(yīng)用中要根據(jù)研究范圍和尺度選擇恰當(dāng)?shù)臇鸥駡D分辨率。
　　②目標(biāo)年（2021年和2028年），經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景優(yōu)勢景觀為城鄉(xiāng)人居及工礦、果園，景觀

16、格局呈現(xiàn)出西部壩區(qū)以城鄉(xiāng)人居及工礦、農(nóng)田為主，東部山區(qū)以果園為主的分布特征;生態(tài)保護(hù)情景優(yōu)勢景觀為森林、城鄉(xiāng)人居及工礦，景觀格局呈現(xiàn)出西部壩區(qū)以城鄉(xiāng)人居及工礦、果園、農(nóng)田為主，東部山區(qū)以森林為主的分布特征;統(tǒng)籌兼顧情景優(yōu)勢景觀為森林、城鄉(xiāng)人居及工礦和果園，景觀格局呈現(xiàn)出西部壩區(qū)以城鄉(xiāng)人居及工礦、農(nóng)田為主，東部山區(qū)以森林、果園為主的分布特征。
　　綜上所述，本研究基于TM/ETM+/OLI遙感影像、ASTER GDEM數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)

17、、土壤數(shù)據(jù)和相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，對景觀類型與景觀格局現(xiàn)狀、景觀格局變化特征與驅(qū)動(dòng)因子、景觀格局變化潛力與動(dòng)態(tài)變化趨勢、區(qū)域生態(tài)安全水平與變化趨勢等景觀生態(tài)安全格局構(gòu)建基礎(chǔ)理論與方法進(jìn)行系統(tǒng)研究，創(chuàng)新提出了一種基于PSO算法原理的景觀格局空間優(yōu)化模型與算法，實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)不同情景景觀空間布局的優(yōu)化，成功構(gòu)建了一種能有效平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)矛盾關(guān)系的景觀生態(tài)安全格局，進(jìn)一步增強(qiáng)了國內(nèi)景觀生態(tài)安全格局構(gòu)建基礎(chǔ)理論探討的系統(tǒng)性和方法應(yīng)用的創(chuàng)新性，