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土地利用/覆被变化(LUCC)研究是全球环境变化研究的核心,是探究全球环境变化成因的重要途径。土地利用变化所引起的土地覆被变化,通过改变生态系统的结构和功能,改变了生态系统的服务价值,从而对区域生态安全状况产生影响。 本研究以郑州市为研究区域,研究了区域土地利用动态变化特征,主要从人文因素的角度分析了主要土地利用类型面积变化的驱动机制,计算了土地利用变化所引起的生态系统服务价值的变化。在 PSR(压力—状态—响应)框架下,建立了适合区域特点的生态安全评价指标体系,采用加法综合模型评价了区域生态安全状况。主要研究结论如下: (1)1992~2009年郑州市的土地利用数量变化主要特征:一方面人口增加、社会经济发展造成各类建设用地呈迅速增长的趋势,17年间共增加440.51km2,其中2001~2009年增长幅度较大,增加量为259.70km2。另一方面农业用地数量在近些年来减少的速度在加快,17年间农业用地共减少435.27km2,农业用地的减少量主要转化为各类建设用地,农地非农化的趋势较为明显。林地数量在稳步增长,但增长的幅度不大,17年间增加量为138.45km2。水域面积先增后减,17年间共减少117.4km2。未利用地在逐渐减少,减少量为26.19km2。 (2)从土地利用变化的区域差异性来看:郑州市城区范围(中原区、金水区、管城区、二七区、惠济区)建设用地和农业用地的变化更为明显;而五区之间的土地利用类型变化也存在着明显差异。1992~2009年间,郑州东部的管城区、金水区建设用地的相对变化率值较大,分别为2.53、1.33;这说明近些年来,郑州市城区范围内的经济发展重心往东偏移,主要体现是郑东新区的发展,从而造成建设用地的快速增长。对于林地来说,1992~2009年间,城区范围内二七区和惠济区的林地相对变化率值较大;从遥感解译过的土地利用分类图上可以看出,惠济区内林地的增加主要是北部沿黄防护林带,二七区内的林地的增加主要是尖岗水库周围林地面积增加。 (3)运用主成分分析方法,从人文因素的角度分析郑州市主要土地利用类型面积变化的驱动机制。结果表明:影响郑州市农业用地、建设用地面积变化的人文驱动力主要归结为经济发展和人口增长。 (4)1992~2009年郑州市总的生态服务价值呈先增后减的趋势。其中,1992~2001年,农业用地、林地、未利用地提供的生态服务价值呈现减少的趋势,水域提供的生态服务价值呈现增加趋势,最终的生态系统服务价值呈现增加的趋势。2001~2009年,由于水域中的滩涂部分转换为农业用地,其总的生态系统服务价值呈现大幅减少趋势。对于单项生态系统服务价值,1992~2009年间,前四位的单项生态服务类型排列顺序为:废物处理>水源涵养>土壤形成与保护>生物多样性保护。对于各区域来说,1992~2001年间,生态系统服务价值增加的区域有中原区、惠济区、金水区和中牟县,减少的区域有管城区、二七区、新郑市和荥阳市;2001~2009年间,生态系统服务价值增加的区域有二七区和荥阳市,减少的区域有管城区、中原区、金水区、惠济区、新郑市和中牟县。 (5)郑州市生态安全总体水平不高,以临界安全等级为主。从空间分布上看,区域之间生态安全水平状况存在一定差异。较为安全的区域主要是林地分布所在地,以及北部沿黄水域和滩涂;城区范围(5区)由于属于人口和第二、三产业集聚地,生态安全水平最低。 从生态安全水平统计特征来看,2009年生态安全水平最小值、最大值、平均值都比其余时相低,区域生态安全状况最差。对各区(县)来说,从平均值来看,金水区、中原区、惠济区和管城区的平均值曲线下降幅度较快,说明该区域城市化进程较快,生态问题较为突出;各县之间生态安全水平变化趋势也存在一定差异,新郑市的平均值要小于中牟县和荥阳市,说明该区域生态安全水平相对较低。 从生态安全水平空间分异来看,近17年来生态安全水平变化的空间差异十分明显。金水区、管城区、中原区、惠济区的周边,以及市区和中牟县北部沿黄滩涂区域生态安全水平以减少类型为主;而二七区、荥阳市西南部山区及其北部沿黄部分区域,生态安全水平以增加类型为主。在整个时间段内,郑州市生态安全水平增加类的面积小于减少类的面积,说明郑州市的生态安全水平在往不安全的趋势发展。 (6)基于PSR(压力—状态—响应)概念框架模型,通过遥感数据源获取能够反映生态环境状况的指标数据,结合部分统计数据,建立具有区域特色的生态安全综合评价指标体系,进行生态安全评价,并以专题图的形式来反映区域生态安全状况。该方法改进了传统的生态安全方法中对统计指标数据的依赖,评价指标尽量通过遥感影像来定量获取,并将统计数据获取的指标进行空间数值化,使评价的尺度可以精确到像元,能够实现像元、区域、整体的不同尺度的评价。