中国沿海地区土地利用时空演变及其对区域环境的影响

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土地利用是指人类有目的地开发利用土地资源的一切活动,既包括土地的自然属性,也包括潜在的利用目的。沿海地区是陆地和海洋交汇的过渡地带,也是自然过程和人类活动交互最为活跃的地带。随着人类社会经济需求不断扩大,人口不断向海岸地区迁移,沿海地区土地利用类型也发生了巨大变化,如城乡工矿居民用地的显著增加、耕地和草地的大量减少。沿海地区土地利用的快速变化必然会对区域环境(如植被、地表温度等)产生诸多影响,从而导致区域生态环境质量的改变。  土地利用变化是全球环境变化研究中的重要内容,鉴于沿海地区土地利用变化的重要性和沿海区域环境的脆弱性,本文以中国科学院1∶10万比例尺土地利用遥感监测数据库为依托,选择2000年和2010年中国沿海地区土地利用遥感数据,采用转移矩阵、土地利用动态变化空间分析模型和土地利用结构信息熵分别研究了2000年至2010年中国沿海地区土地利用动态转移规律、空间变化过程和土地利用系统结构稳定性;选取归一化植被指数(NDVI)、地表温度(LST)和生态环境质量指数作为环境指示因子,研究2000年至2010年沿海地区这些因子的空间分布规律,并利用Mann-Kendall趋势检验方法分析NDVI和LST的变化趋势;通过耦合沿海地区土地利用和环境指示因子的时空演变规律,揭示土地利用变化对NDVI、LST和生态环境质量的影响。  论文主要研究成果和创新点如下:  (1)从国家尺度基于长时间序列土地利用动态数据研究了中国沿海地区土地利用时空演变规律。  2000年至2010年中国沿海地区土地利用变化以耕地、草地的大量减少和城乡工矿居民用地的显著增加为主要特征。在北部沿海区(辽宁、河北、天津、山东沿海)、中部沿海区(江苏、上海、浙江沿海)和南部沿海区(福建、广东、广西沿海)三个沿海分区,草地面积减少均最多,北部和南部沿海区城乡工矿居民用地面积增加最多,而中部沿海区未利用土地面积增加最多。  结合土地利用动态度和土地利用动态变化空间分析模型,全面地刻画了中国沿海地区土地利用动态变化剧烈程度的空间差异。沿海地区土地利用动态变化最显著区域集中在城乡工矿居民用地增加速度最快的区域,如辽宁省、山东省、天津市、上海市和广东省等。  2000年至2010年中国沿海地区土地利用系统结构稳定性总体变低,这主要归因于耕地和草地面积的大量减少以及城乡工矿居民用地面积的显著增加。中部和南部沿海区土地利用系统结构稳定性变低,而北部沿海区则增加。  (2)基于Mann-Kendall趋势检验方法分析了中国沿海地区NDVI变化趋势,并利用动态转移矩阵方法揭示了沿海地区土地利用变化对NDVI的影响。  2000年至2010年中国沿海地区植被覆盖整体轻微改善,但在中部沿海区植被轻微退化面积相对较多。水域转变为其他土地利用类型(如林地、草地和未利用土地)以及城乡工矿居民用地转变为草地是沿海地区NDVI增加的主要原因。  (3)基于Mann-Kendall趋势检验方法分析了中国沿海地区LST变化趋势,并利用动态转移矩阵方法揭示了沿海地区土地利用变化对LST的影响。  2000年至2010年中国沿海地区LST变化以降温为主,但变化趋势不显著。中部沿海区LST变化以不显著增温为主。未利用土地转变为耕地和水域是沿海地区LST下降的主要原因。  (4)引入生态环境质量概念,依据中国环境保护行业标准对生态环境质量指数的定义,分析了中国沿海地区生态环境质量的变化及其受到土地利用动态的影响。  2000年至2010年中国沿海地区生态环境质量指数下降1.27,耕地和草地面积的减少是沿海地区生态环境质量下降的主要原因。在三个沿海分区,北部和中部沿海区生态环境质量有所下降,而南部沿海区生态环境质量有所上升。
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