城市近郊區景觀生態安全格局構建研究——以成都市龍泉驛區為例.pdf

1、龍泉驛屬四川省會成都市轄區，是國家級成都經濟技術開發區所在地和四川天府新區主要組成板塊，距成都市中心12km，系典型大城市近郊區。其生態安全不僅關系到成都經濟技術開發區的可持續發展，更關系到四川天府新區生態屏障的建設。隨著工業化、城鎮化的加速推進，該區人口快速聚集增加、經濟飛速發展、城鎮無序蔓延、工業區大幅擴張，對區域生態環境產生了較大負面影響，工業“三廢”污染、森林植被銳減、鄉村景觀破碎化、生物多樣性下降、水土資源短缺等生態安全問題較

2、為突出，對其進行景觀生態安全格局構建理論和方法研究，具有重要理論價值和現實意義。
　　鑒于此，本研究以成都市龍泉驛區為案例研究區，旨在以景觀格局優化為視角，在景觀分類與景觀格局現狀分析、景觀格局變化特征與驅動因子分析、景觀格局變化潛力與動態模擬、區域生態安全評價與變化趨勢預測研究基礎上，創新提出一種基于PSO算法原理的景觀格局空間優化模型與算法，對經濟發展、生態保護、統籌兼顧3種情景景觀空間布局進行優化，力圖構建一種能有效平衡經濟

3、發展與生態保護矛盾關系的景觀生態安全格局，為區域土地持續利用、城鎮合理擴張、經濟良性發展提供切實可行的空間管控依據，也為推進地方落實國家生態文明建設戰略提供理論和技術支撐。主要研究結論為:
　　(1)以土地利用/土地覆被類型為依據，將研究區劃分為6種景觀類型，在此基礎上對整個區域景觀格局現狀進行分析表明，各景觀類型空間分布不均，斑塊破碎化程度高，受人類活動影響較大。
　　利用OLI遙感影像、ASTER GDEM等數據，應用遙

4、感影像分類、ArcGIS空間分析和地圖編制等RS、GIS技術方法對景觀分類進行探討，在此基礎上對研究區景觀格局現狀進行了分析。
　?、僖缘孛差愋?、土地利用/土地覆被類型為依據，構建了“景觀類-景觀型”兩級景觀分類體系，并根據該分類體系將研究區劃分為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、平壩城鄉人居及工礦景觀、平壩農田景觀、山地森林景觀、丘陵果園景觀、平壩交通運輸景觀和平壩水體景觀8種。
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5、用/土地覆被類型為依據，參考相關土地利用/土地覆蓋分類體系將研究區劃分為6種景觀類型，果園、城鄉人居及工礦、農田為優勢景觀，其中果園景觀面積、斑塊數、多樣性指數、斑塊形狀指數分別為29864.16hm2、772塊、0.8614、1.6968，城鄉人居及工礦景觀分別為9356.20hm2、421塊、0.9987、1.5887，農田景觀分別為8006.15hm2、931塊、0.9997、1.5709，整個區域景觀類型空間分布不均，景觀斑塊破

6、碎化程度高，受人類活動影響較大。
　　(2)對1992～2014年景觀格局變化特征與驅動因子的分析表明，研究區主要景觀類型均發生了頻繁轉化，變化的主要驅動因子是人口狀況、科技水平、經濟發展等人文驅動因子。
　　利用TM/OLI遙感影像、ASTER GDEM數據、氣象數據、土壤數據和相關社會經濟數據，結合研究區景觀格局變化特征、自然生態環境狀況和相關研究成果，構建景觀格局變化驅動因子指標體系，并應用空間回歸模型進行了驅動因子分

7、析。
　?、?992～2014年，交通運輸、果園、城鄉人居及工礦景觀增加顯著，分別增加329％、184％、125％，農田、森林、水體景觀減少明顯，分別減少67.85％、59.94％、41.00％;主要景觀均發生頻繁轉化，其中農田向果園、森林向果園、農田向城鄉人居及工礦的轉化最明顯。
　?、诰坝^格局變化驅動因子受時間尺度影響較大，同一景觀格局變化驅動因子會隨時間推移而發生不同程度地變化，同一驅動因子對景觀格局變化的影響力也會隨

8、時間變化而發生改變。
　　(3)對2014～2028年景觀變化的動態模擬表明，研究區景觀變化劇烈程度將逐漸減弱，各景觀類型間均發生了不同程度的轉化，主要轉化方向為“森林→果園、果園→城鄉人居及工礦、果園→農田”。
　　利用TM/OLI遙感影像、ASTER GDEM數據以及降雨量、有機質含量等景觀變化驅動因子數據，在ArcGIS和IDRISI Selva軟件支持下，建立Ann-Markov-CA復合模型，對研究區1992～20

9、14年景觀格局變化潛力以及2021、2028年景觀變化趨勢進行研究。
　?、倬坝^變化潛力預測組合驅動因子個數越多其預測準確率不一定就越高，需根據預測準確率選擇恰當驅動因子組合進行變化潛力模擬。
　?、贏nn-Markov-CA模型模擬效果總體上優于已有研究中常用的MCE-Markov-CA、Markov-CA和Logistics-Markov-CA模型，其Kappa系數達到了0.41～0.60精度要求，具有一定可信度，能夠較

10、好地實現研究區景觀變化模擬。
　?、?014～2028年，大部分景觀保持2000～2014年間的變化趨勢，即城鄉人居及工礦、交通運輸景觀面積持續增加，農田、森林景觀面積總體上持續縮減，但其變化劇烈程度逐漸減弱，各景觀類型之間均發生了不同程度的轉化，轉化類型以“森林→果園、果園→城鄉人居及工礦、果園→農田”為主。
　　(4)研究區2000～2014年生態安全評價結果為東部山區生態安全狀況優于西部壩區，在此基礎上預測得出2015

11、～2028年生態安全水平將緩慢提升，但大部分區域生態安全等級偏低，生態安全嚴峻形勢不會得到根本轉變。
　　基于P-S-R模型構建區域生態安全評價指標體系，利用TM/ETM+/OLI遙感影像、ASTER GDEM數據、氣象數據、土壤數據和相關社會經濟數據直接或間接獲取各評價指標數據，在GIS技術支持下應用綜合評價法對2000～2011年、2013～2014年研究區生態安全空間狀況進行評價，在此基礎上集成RBF神經網絡模型和GIS空間

12、分析方法對2015～2028年研究區生態安全變化趨勢進行預測研究。
　?、?000～2014年，東部山區生態安全狀況優于西部壩區，且東部山區、西部壩區生態安全指數均呈波動下降趨勢，生態安全呈現惡化態勢;整個區域主要處于中警、預警、風險、敏感、臨界5種生態安全狀態，其中敏感安全等級以下區域多年占比均值為76.2％，大部分區域生態安全水平較低。
　?、赗BF神經網絡預測平均絕對誤差和誤差均方根多年均值小于0.05，較好地實現了研

13、究區生態安全變化預測。
　　(5)應用PSO景觀格局空間優化模型與算法對研究區景觀生態安全格局的構建結果表明，在3種情景中，經濟發展情景方案因追求經濟效益最大化而使生態效益呈負增長，且不符合森林面積增大潛在可能性較大的實際;生態保護情景方案因強調生態效益最大化而使經濟效益呈負增長，且不符合城鄉人居及工礦用地擴張潛在可能性較大的實際;統籌兼顧情景方案經濟、生態、綜合效益均得以提升，符合區域景觀變化潛在可能性和經濟發展、生態建設實際，

14、是研究區最理想景觀生態安全格局。
　　基于景觀分類與景觀格局現狀分析、景觀格局變化特征與驅動因子分析、景觀格局變化潛力與動態模擬、區域生態安全評價與變化趨勢預測研究成果以及OLI遙感影像、ASTER GDEM數據、氣象數據、土壤數據和相關社會經濟數據，在景觀適宜性評價、景觀數量優化基礎上，構建PSO景觀格局空間優化模型與算法，并通過利用該模型和算法對經濟發展、生態保護、統籌兼顧情景景觀空間布局的優化來進行景觀生態安全格局構建研究。

15、
　?、倩赑SO的景觀格局空間優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化模型景觀數量優化結果和相關政策、經濟、社會因素進行空間格局優化，從理論上實現了基于高分辨率柵格圖像的景觀空間布局優化，是景觀格局空間優化的有效方法，可在區域層面景觀生態安全格局構建中推廣，但在應用中要根據研究范圍和尺度選擇恰當的柵格圖分辨率。
　?、谀繕四辏?021年和2028年），經濟發展情景優勢景觀為城鄉人居及工礦、果園，景觀

16、格局呈現出西部壩區以城鄉人居及工礦、農田為主，東部山區以果園為主的分布特征;生態保護情景優勢景觀為森林、城鄉人居及工礦，景觀格局呈現出西部壩區以城鄉人居及工礦、果園、農田為主，東部山區以森林為主的分布特征;統籌兼顧情景優勢景觀為森林、城鄉人居及工礦和果園，景觀格局呈現出西部壩區以城鄉人居及工礦、農田為主，東部山區以森林、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數據、氣象數據

17、、土壤數據和相關社會經濟數據，對景觀類型與景觀格局現狀、景觀格局變化特征與驅動因子、景觀格局變化潛力與動態變化趨勢、區域生態安全水平與變化趨勢等景觀生態安全格局構建基礎理論與方法進行系統研究，創新提出了一種基于PSO算法原理的景觀格局空間優化模型與算法，實現了研究區不同情景景觀空間布局的優化，成功構建了一種能有效平衡經濟發展與生態保護矛盾關系的景觀生態安全格局，進一步增強了國內景觀生態安全格局構建基礎理論探討的系統性和方法應用的創新性，