（土地资源管理专业论文）武汉城市圈土地利用覆被变化及其生态健康响应研究.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 中文摘要 武汉城市圈是国务院新批准的“资源节约型和环境友好型 综合配套改革试 验区，对区域生态健康及其变化进行调查、评估，具有很重要的现实意义。 本文以武汉城市圈为研究区域，以1 9 9 5 - 2 0 0 0 年与2 0 0 0 - 2 0 0 5 年土地利用 覆被变化信息为基础数据，对区域生态健康及其变化进行了评价。主要研究内容 有：( 1 ) 以1 9 9 5 年l a n d s a tt m 遥感图像为主要信息源，在e r d a s 和a r c i n f o 平台的支持下，提取1 9 9 5 年土地利用覆被信息，以此为背景数据，叠置2 0 0 0 年和2 0 0 5 年l a n d s a tt m 遥感图像，提取19 9 5 - 2 0 0 0 年与2 0 0 0 2 0 0 5 年土地利用 覆被状况和变化信息。( 2 ) 以联合国经济合作开发署( o e c d ) 提出的压力一状态一 响应概念模型为基础，结合专家经验和当地的实际情况，设计了武汉市城市圈生 态健康评价指标体系，并采用层次分析法确定了各个指标权重，然后采用综合指 数法构建了生态健康评价综合模型。( 3 ) 对武汉城市圈的九个区域1 9 9 5 年和2 0 0 5 年的生态健康综合指数进行了计算，结果表明：1 9 9 5 年和2 0 0 5 年区域的生态健 康状况，以很健康、健康和亚健康三个等级为主，两个时期均没有病态( 即：第 五个等级) 的区域；两个时期九个区域虽然生态健康值有所变化，但是健康等级 均没有发生变化。只有孝感生态健康值下降，其他城市均有所改善。( 4 ) 通过对 土地利用覆被类型变化与生态健康变化相关性分析，发现建设用地和草地的变 化是引起区域生态健康值变化的主要因素。 关键词：武汉城市圈； 土地利用覆被变化；生态健康综合指数 念 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s a b s t r a o t r e c e n t l yt h es t a t ec o u n c i lo fp e o p l e sr e p b u l i co fc h i n aa p p r o v e dt h e w u h a n c i t y c i r c l ea sa “r e s o u r c e e f f i c i e n ta n d e n v i r o n m e n t - f r i e n d l y ” e x p e r i m e n t a lc o m p r e h e n s i v er e f o r mz o n e s o ，i tb e c o m e sv e r yp r a c t i c a lt om a k e a l li n v e s t i g a t i o na n de v a l u a t i o no ft h ee c o l o g i c a lh e a l t ho fw u h a n c i t yc i r c l e t h er e 西o n a le c o s y s t e mh e a l t ha n di t sc h a n g eo fw u h a nc i t yc i r c l eo ft h e t w op e r i o d so f1 9 9 5 - 2 0 0 0a n d2 0 0 0 - 2 0 0 5a r ee v a l u a t e db a s e do nl a n du s ea n d l a n dc o v e rc h a n g e ( l u c c ) i n f o r m a t i o n t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n ti sa s f o l l o w s ：( 1 ) t h el u c ci n f o r m a t i o nw a sc a p t u r e db a s e do nl a n d s a tt mi m a g e u n d e rt h ee r d a sa n da r c g i sp l a t f o r m a n dt h el u c ci n f o r m a t i o no f2 0 0 0a n d 2 0 0 5w a s a c q u i r e dr e s p e c t i v e l yt h r o u g ht h eo v e r l a ya n l y s i so ft h el u c c i n f o r m a t i o nl a y e ra n dt h et mi m a g eo ft h ey e a ro f2 0 0 0a n d2 0 0 5 ( 2 ) t h e i n d e x e ss y s t e mo fe c o l o g i c a lh e a l t h f i eb u i l tb a s e do nt h ep r e s s u r e - s t a t e - - r e s p o n s e ( p - r s ) m o d e l o ft h eu n i t e dn a t i o n s d e p a r t m e n t f o re c o n o m i c c o o p e r a t i o nd e v e l o p m e n t ( o e c d ) a g e n c y , c o m b i n i n go fe x p e r tk n o w l e d g ea n d t h el o c a le n v i r o n m e n t a ls t a t u s t h ei n t e g r a t e dm o d e lo fe c o l o g i c a lh e a l t hi sb u i l t a p p l y i n gt h o s ei n d e x e s ，w h o s ew e i g h t sw e r eg i v e na c c o r d i n gt oa h e ( 3 ) t h e e c o l o g i c a li n t e g r a t e di n d e xo fn i n er e g i o n so fw u h a nc i t yc i r c l ew a sc a l c u l a t e d r e s p e c t i v e l y t h er e s u l t ss h o wt h a tt h es t a t u so fe x ：, o l o g i c a lh e a l t ho fw u h a nc i t y c i r c l ei sq u i t eg o o d t h ev a l u e so fe c o l o g i c a li n t e g r a t e di n d e xl o c a t em a i n l yo n t h et h e r es u p e r i o rh e a l t h yg r a d e sd u r i n gt h et w op e r i o d s ，t h o u g ht h ev a l u e so f e c o l o g i c a li n t e g r a t e di n d e xo fv e r yr e g i o ns h o wal i t t l ed i f f e r e n c e t h e r ei sn o u n h e a l t h yr e g i o no ft h ef i f t hg r a d ea c c o r d i n gt ot h ev a l u e a n dt h er e s e a r c hs h o w s t h a tt h ee c o l o g i c a lh e a l t h yd e g r e eo ft h ew u h a nc i t yc i r c l eh a si m p r o v e de x c e p t t h er e g i o no fx i a o g a n ( 4 ) t h ec h a n g e so ft h ea r e ao fc o n s t r u c t i o nl a n da n d g r a s s l a n da r em a i nf a c t o r st oc a u s et h er e g i o n a lc o l o g i c a lh e a l t hv a l u ec h a n g e a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i sb e t w e e nl u c ca n dt h ei n t e g r a t e de c o l o g i c a lh e a l t h i n d e x k e yw o r d s ：w u h a nc i t yc i r c l e ；l a n du s ea n dl a n dc o v e rc h a n g e ( l u c c ) ； i n t e g r a t e dm o d e lo fe c o l o g i c a lh e a l t h i i 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的 成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作 品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律结果由本人承担。 论文作者签名：到杰纽 日期：& i 唧年厂月芗i e l 学位论文版权使用授权说明 本人完全了解华中师范大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，e p ：学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中师 范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密论文在解密后遵守此规定。 论文作者签名：及1 j 逮纪 日期：参呷年r 月乡1 日 导师签名： 日期：沁7 年j ，月多日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的学位论文 提交“c a l l s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中规定享受相关权益。 回童迨塞握銮后溢唇! 旦生玺；旦= 生；旦三生筮查。 论文作者签名：弱j 速缸 日期：工呷年，月? j 日 导师签名： 日期：岬 年r 月多j 日 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 1 1 研究意义 第1 章引言 ( 1 ) 理论意义 2 0 世纪9 0 年代以来，土地利用土地覆被变化( l a n du s e l a n dc o v e rc h a n g e 简称l u c c ) 成为国内外全球环境变化研究的核心领域与热点之一n 唰。1 9 9 3 年国 际科学联合会( i c s u ) 和国际社会科学联合会( i s s c ) 联合成立了土地利用土 地覆被变化核心项目计划委员会。1 9 9 5 年，具有全球影响的国际地圈生物圈计划 ( i g b p ) 和国际全球环境变化的人文研究计划( i h d p ) 共同拟定并发表了土地利用 土地覆被变化科学研究计划，将土地利用土地覆被变化列为全球环境变化的 核心领域口1 。美国全球变化研究委员会( u s s g c r ) 将土地覆被变化与气候变化、臭 氧层的损耗联系在一起，列为全球变化研究的主要领域之一( u s s g c r ，1 9 9 6 ) ；日 本国立科学院全球环境研究中心也提出了“为全球环境保护的土地利用研究 计 划h 1 ；i g b p ，i h d p 等全球变化研究国际组织提出的d i s 计划，使全球规模的土地 利用土地覆被变化研究进一步推进到变化动力学、机理以及全球和区域模型的 研究嘲。 而现实是2 0 世纪以来可持续发展、生态健康受到了环境急剧恶化、人口过 剩、能源短缺、环境污染、生物多样性减少、土地退化和气候变化等一系列生态 环境问题的挑战。很多学者专家致力于生态健康的研究，并且在研究方法、模型 上有了较大的成就。特别是在森林、河流、湿地、河滩等领域取得了较大的成果。 区域生态健康也逐渐成为人们关注的焦点，生态健康问题研究成为生态研究的热 点问题之一。 区域土地利用会对生态系统健康有着非常重大的影响。从理论上研究清楚土 地利用覆被变化与生态健康的响应机制是非常迫切的而有意义的。 ( 2 ) 现实意义 武汉城市圈国务院正式批准的“资源节约型和环境友好型综合改革试验区， 是继西部大开发、东北老工业基地改造之后国家实施区域发展战略的又一重大举 措。及时准确的调查清楚区域的土地利用覆被变化的状况，明确土地利用变化 对生态健康的影响机制，具有很大的现实意义，也是把武汉城市圈建设成为“资 源节约型和环境友好型 改革试验区的题中之意。而武汉城市圈的土地资源利用 和覆被状况一直缺乏系统的研究，其变化对生态健康的影响研究尚无人问津，特 别是历史时期的生态健康问题无人涉足。这使得“资源节约型和环境友好型 综 硕士学位论交 m a s t e r st h e s i s 合改革缺乏应有的基础家底资料。 理论的发展和现实的需要，是本研究选题立论的根本，本文也就是立足于此， 以武汉城市圈为研究对象，探讨土地利用覆被变化及其生态健康响应的问题。 1 2 生态健康评价的研究进展 1 2 1 研究进展 ( 1 ) 国外的研究进展 1 7 8 8 年苏格兰生态学家j a m e sh u t t o n 1 在给爱丁堡皇家协会的一篇文章中首 次提到地球是一个大的具有自我维持能力的超有机体。这也是最早提出“自然健 康 的概念口1 。直到1 9 4 1 年a l d ol e p o l d 陋1 提出“土地健康( 1 a n dh e a l t h ) 的概 念当时并没有引起学术界的重视。直至2 0 世纪9 0 年代这一全新的研究领域才 全面兴起，并且逐渐由土地健康的概念引入到生态健康的领域。1 9 8 8 年，s c h a e f f e r 凹3 等首次探讨了有关生态系统健康度量的问题，但是他没有对生态 健康的概念阐述；1 9 8 9 年r a p p o r t n 们论述了生态系统健康的内涵，从组织、结 构和功能三个方面描述生态健康的特征。1 9 9 1 年2 月，在美国科学促进联合会年 会上，国际环境学会召开了“从科学、经济学和伦理学定义生态系统健康 讨论 会。1 9 9 2 年，美国国会通过了保护森林的“森林生态系统健康和恢复法 ，同年 水生生态系统杂志也诞生。1 9 9 4 年，在加拿大的渥太华召开了第一届国际生 态系统健康与医学研讨会，就生态健康评价、人与生态系统的关系和生态系统健 康政策等其他方面开展广泛的讨论，并宣告国际生态系统健康学会成立。从此迎 来了生态健康研究的全新时期。到2 0 0 1 年，联合国“千年生态系统评估一项目 正式启动，标志着生态系统健康的认识和研究进入了新的阶段n 。 ( 2 ) 国内的研究进展 国内生态健康方面的研究相对而言起步比较晚，目前尚处于起步阶段。主要 是以介绍国外的先进的理论研究成果为主，具体的实践操作还处于起步阶段，且 主要是从生态恢复的角度去探讨生态系统健康的问题n 羽。主要研究归结为两个方 面： 关于生态健康的理论研究 学者主要是从生态系统的概念构建生态系统指标体系n h 钔、生态系统的评价 方法n 7 1 、生态系统健康评价的研究方法n 引、数学模型的应用n 们等，另外还有从 生态服务价值的角度对生态健康进行了研究啪1 ，以及生态健康与可持续发展的关 系研究乜。其中，代表性成果有任海、邬建国的“生态系统健康的评估 乜副，任 海、彭少麟的“恢复生态学导论”晗3 1 。 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 关于生态健康的实践研究 生态健康的实践研究可以说深入到各个方面。如，陈高、肖风劲瞳钔对森林生 态系统的评估途径、指标的探讨；很多学者对湿地乜1 、河流、流域嚣删生态系 统健康的理论、方法与案例进行了详细的研究；还有少数学者把这一理论应用于 干旱区的生态研究3 ；另外，农业生态系统船州1 的健康与管理研究比较成熟。 除此之外，区域生态系统、矿区生态系统、城市生态系统的研究也逐步展开，取 得了丰硕的成果口别。 1 2 2 生态健康评价的标准 生态系统是否健康，我们必须有个评判的标准，这个标准需要根据生态系统 的概念来制定，从而派生出各个等级的健康状态。绝对健康的生态系统是不存在 的，健康是一种相对的状态，因为相对评价标准被越来越多的人所接受。目前我 们普遍认为评价标准制定的过程中最重要的应该包括最重要的是活力、恢复力、 组织及生态系统服务功能的维持等几个方面。 除此之外，生态系统是否健康很大程度上取决于社会利益，因为，面对各种 各样的生态系统，要制定一个统一的标准很困难，只要针对不同的生态系统制定 不同的标准。 1 2 3 生态健康的评价方法 生态系统的健康评价是新兴的一门交叉性质的科学，它包括系统综合水平、 群落水平、种群及个体水平等多尺度的生态指标来体现生态系统的复杂性，同时 还有物理、化学方面的指标，和社会经济的、人类健康的指标，反映生态系统为 人类社会提供生态系统服务的质量与可持续性。 目前，生态系统评价的方法主要有两大方法应用比较广泛，第一种是指示物 种法，指示物种法简便易行，主要依据生态系统的关键种、特有种、指示种、濒 危种等的数量、生产力、结构功能指标等来描述生态系统的健康状况。口5 1 第二种 是指标体系法则根据生态系统的特征及其服务功能建立指标体系进行定量评价， 选取的指标既包括生态系统的结构、功能和过程指标，也可以是社会经济和景观 格局、土地利用指标。评价的模型主要是综合评价法，模糊综合评价法，人工神 经网络、物元分析法等，其中前两种的应用范围最广，并且取得了很大的实际效 应矧。 当前，生态系统健康评价的最前沿的研究集中在把生态健康和生态学理论想 结合，应用g i g 、r s 定量的监测生态健康状况5 1 。 3 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 2 4 土地利用覆被变化与生态健康的关系 土地利用和生态健康的关系可以说是源与流的关系，首先，从生态健康的产 生上我们就可以知道，生态健康最新起源于土地健康；另外，我可以从生态系统 的结构和土地的利用方式结构相比较，也可以明确的知道他们之间的关系。生态 系统包括森林系统、水域系统、草地系统、人工生态系统等，这些分别和土地利 用方式的林地、水域、草地、耕地和建设用地相互对应。从这里也可以很明确的 知道，土地利用方式的变化、利用强度的改变必然对生态健康有很大的影响，同 时，生态系统会对人类的这种活动的做出响应。 另外，土地利用覆被是人与自然、环境交互作用的集中表现，是非常典型 的环境一经济一社会复合系统。在这个系统中，每一个因子的变动，都会对着整个 生态系统造成很大的影响。 1 3 研究方案 1 3 1 研究目标 第一，从区域和地方的尺度上为土地利用覆被变化的综合研究提供丰富的 区域信息，全面、及时地掌握土地资源利用的动态和现状。 第二，对研究区域生态环境状况进行评价，明确研究区域内九大城市各自的 生态问题的根源，为未来正确发展提供指导。 第三，从土地利用覆被变化角度研究生态环境问题和可持续发展的生态健 康模式。 第四，为国家和区域有关部门提供及时、可靠的资源环境信息服务以及辅助 决策依据，为武汉城市圈土地资源的合理利用和生态环境建设提供科学基础。 1 3 2 研究内容 第一，三个时期土地利用覆被变化数据库的建立、信息的提取和制图。 第二，土地利用的结构变化分析。1 9 9 5 、2 0 0 0 、2 0 0 5 年研究区域土地利用格 局的总体特征，分析土地利用变化的速度，空间结构的变化、利用程度的变化， 以及土地利用的区域差异。 第三，生态健康分析。建立生态健康评价指标体系，对三个时期武汉城市圈 及其内部不同城市的生态状况进行定量的研究，计算各自的生态健康值，指出其 生态状况所处的阶段，同时，把各区域生态健康值变化与土地利用变化进行相关 性分析。 4 1 3 3 研究方法和技术 本研究主要的研究方法主要有：文献资料查阅、实地调查、定量分析方法、 数学模型分析方法、系统分析法、对比研究法等。具体的研究技术路线如图所示： 图1 - 1 ：研究技术路线图 5 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第2 章土地利用覆被基础数据库的建立 2 1 土地利用分类系统的建立 2 1 1 概念及分类原则 土地利用分类是根据土地本身的组成、所处的位置和环境不同，因而其生产 力和利用方式有区别，而人类自身对其的经济目的不同，各种行为对土地进行人 为干预，从而形成各种各样的土地利用类型。根据土地利用的差异性和相似性划 分不同的类别。将这种分类按一定规律建立起有规则的排列顺序就是土地分类系 统嘲。 以我国土地资源特点和调查目的为依据，本文在土地分类系统划分中考虑以 下原则嘲1 ： ( 1 ) 不受常规制图的惯例约束，以国家土地资源宏观调查和今后的土地资 源动态监测为根本目的，分类系统力求实用和简洁，符合本文研究的需要。 ( 2 ) 按土地资源性质与特点，划分若干类型，以确切的反映土地资源特征 与本质差异，其中特别考虑土地资源属性，不管其利用与否， ( 3 ) 土地分类系统尽量和国家决策部分保持一致性，在分类中做到归并相 似性，区别差异性，由大到小，由高级到低级划分，最终建成一个上下联系、逻 辑分明的科学分类系统。 ( 4 ) 土地资源的利用方式是处于不断地动态的状态，因而不需考虑反映土 地资源动态变化，再分类系统的建立时反映土地资源动态状况的因素，作为划分 某些类型的主要标志。 2 1 2 分类系统 根据以上原则和本研究所属的项目技术总体组编发的国家级基本资源遥感 动态信息系统本底数据库建设技术规程，以及对本研究区域的分析，本区采用 的是二级分类系统，一级分为：耕地、林地、草地、水域、城乡工矿居民用地和 未利用地，二级分为1 9 类m 1 。 2 2 信息源的选取和影像预处理 2 2 1 信息源的选取 本研究中采用的主要的信息源包括两个方面的，第一是遥感信息源，第二是 非遥感信息源。 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 当前，遥感信息源主要是航空和航天数据两种，其中航空遥感数据精度高， 空间分辨率高，定位准确，但是因为其费用高，覆盖面积要比较小，不适合大面 积的研究范围的使用，；航天遥感空间分辨率、定位精度一般比航空遥感低，但 是相对于中小比例尺土地利用变化的研究来说，各项指标都能满足要求。 本研究中采用的主要的遥感信息源主要是美国资源卫星l a n d s a t t m 影像， 数据获取时间大部分是当年的五月份，影像图幅以行政县域为单位，一个县一张 影像，获取的全部影像可以覆盖全部的研究区域。我们所用影像主要有三个时期： 1 9 9 5 年、2 0 0 0 年和2 0 0 5 年，空间分辨率高，达到3 0 米3 0 米。此图像的优点 在于波段多，共有七个波段，因而可提供图像判读的最佳波段和多种彩色合成方 案。 非遥感信息源主要是包括研究中需要的一些当地的土壤分布图、草地分布 图、规划图以及已经存在的研究报告等文本资料。 2 2 2 遥感图像的预处理 图像预处理主要是考虑到由于遥感器本身精度、轨道、姿态和地球大气、地 球自转、地球曲率、环境背景等影响，遥感图像会产生各种各样的辐射误差和几 何误差等问题。图像处理主要是在e r d a s 9 0 的技术平台下，采用二项多项式纠 正方法，在控制点选取时，必须做到这些点在整幅图像中均匀分布，同名点应能 清楚辨认，选取控制点数量一般应超过多项式系数的个数即6 个。另外，在需要 的情况下，可以根据影像解译的需要，利用直方图均衡等方法，对影像作一定的 增强，使影像更清楚，颜色和色调符合解译人员的判读习惯。 2 2 图像解译判读标志的建立 图像解译标志的建立是一项非常重要的工作，它直接关系到整个图像解译的 质量。图像解译的主要原理是不同的地物波谱反射和辐射特征，表现在影像上为 色调、形状、大小、阴影、纹理等信息的差异，遥感图像上这些差异特征共同构 成能反映地理相关关系的影像结构，构成图像的判读标志。一般而言，建立判读 标志，一是要求各类地物的影像标志具有最清晰的特征以及地类之间具有最大差 异；二是对各类地物应尽量建立多种标志，包括直接和间接的标志，不要仅按单 项标志作为判读标志；三是建立的标志要便于判读人员掌握和应用m 1 。 最后，还要对建立的进行验证，主要的方法是是参考一些非遥感信息源就 行修正，二是进行野外实地验证，对解译标志进行现场确认，确立最终的判读标 志。 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 3 图像判读和制图 本区首先以1 9 9 5 年的l a n d s a t t m 图像，对区域土地利用状况进行了判读制 图依据解译标志，在a r c m a p 环境下利用精纠正后的遥感影像进行人机交互屏幕 判读，逐类勾绘图斑。最小上图图斑是6 * 6 个像元，小于这个6 * 6 个像元面积的 舍去，归入临近图斑。 在1 9 9 5 年数据库的基上，获取2 0 0 0 年和2 0 0 5 年的现状数据和1 9 9 5 2 0 0 0 年和2 0 0 0 - 2 0 0 5 年的动态数据。方法是以1 9 9 5 年的为本地数据库，套合2 0 0 0 年 的图像，发生动态的地方用六位数字编码，钱三位是动态变化前的地类，后三位 变化后的地类，逐一图斑勾绘，图斑勾绘的定位误差不超过卜2 个像元最终获取 1 9 9 5 - 2 0 0 0 年的动态数据，同时也可以在动态数据里面提取出2 0 0 0 年的现状数据。 2 0 0 5 年和2 0 0 0 2 0 0 5 年的动态数据获取方法相同。 最后，经项目质量检查组野外实地验证和室内质量检查，图斑勾绘的定位误 差必须小于1 个像元，定性精度大于8 5 以上，其中耕地大于9 5 ，基本上可以 满足本项调查的技术质量要求和规范。 2 4 矢量图形的编辑处理 矢量图形的编辑处理是在a r c i n f o 技术平台下进行，主要应用的是a r c e d i t 模块，主要的工作是先进行属性编辑，经差错修改无误后，要进行县域之间的接 边处理，把九个区域的的数据分别处理，方便后续使用。最后是投影的变换，地 图投影的选择的是：正轴等面积双标准纬线圆锥投影( a l b e r s ) ，该投影的参数 如下： 中央经线：东经1 0 5 。 坐标原点：东经o 。与北纬0 。交点 南标准纬线：北纬2 5 。 被标准纬线：北纬4 7 。 椭球体：克拉索夫斯基 大地水准面：北京1 9 5 4 8 第3 章土地利用结构变化分析 3 1 研究区域概况 31 1 地理位i 武汉城市圈地处湖北省中部。以武汉为中心，l o o 千米左右为半径，呈放射状 分布，包括武汉、黄石、鄂州、孝感、黄冈、碱宁、仙桃、天门、潜江等九城市， 面积是5 7 9 7 2k 2 ( 图31 ) ，是湖北乃至长江中游最大、虽密集的城市群。 3 12 自髂条件 处 图3 - 1 ：武汉城市圈位置示意图 ，：乒 武汉城市圈地形地势起伏小，地貌类型多样。平原面积最大，占土地总面积 的5 0 。其次丘陵占3 0 山地占2 0 。平原、岗地、丘陵和山地的分布大致是南 北对称，山地呈马蹄形分布。其中北部和东北分属桐柏山和大别山脉，南部有幕 阜山脉，西部和中部为开阔的江汉平原和鄂东沿江平原长江、汉江贯穿全境， 形成“一水、两山、三丘、四原”的总体格局。区内最高峰为大别山的天堂寨， 海拔1 7 2 9 m 。相对平坦的地势，为武汉城市圈农业和工业与城镇的发展以及建设 水乡田园特色的生态城市圈奠定了良好的地形地貌基础”1 。 武汉城市嘲属于北亚热带季风性湿润气候，四季分明，光照充足，雨量充沛， 热量丰富，冬冷夏热，春季冷暖多变，梅雨明显，伏早秋旱频繁气候受我国东 亚季风环流支配。城市圈年均闩照时数1 9 5 0 - 2 2 1 0 小时年平均气温1 6 1 8 ， 无霜期2 5 03 0 0 天l o 积温4 7 0 0 - 5 4 0 0 ，年降水量1 0 0 0 1 6 0 0 t a m ，这为武 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 汉城市圈农业资源的综合开发利用，以及建设具有特色的优质农副产品生产基地 提供了极为有利的条件侧。 全区土壤肥沃、代表性土壤有红黄壤、黄棕壤、水稻土、潮土和山地土壤等， 是我国重要的商品农业和渔业基地。由于自然条件相对较好，本区成为主要以粮、 棉、油、麻、猪、禽、水产品为主的农业经济资源的区域优势，经济比较发达。啪1 本区域自然资源资源具有种类多，数量多的特点。武汉城市圈客水资源充足， 水资源保障程度较高。城市圈地处长江中游，位于素称“千湖之省湖北省的中 东部，属长江水系，区内水系发育，水域广阔，河渠纵横，大小湖泊星罗棋布， 天然河流、湖泊等水体约占总面积的9 6 。啪1 虽然自产水资源量只有9 8 1 亿立方 米，但客水资源丰富，多年平均水资源量7 1 6 9 亿立方米。人均水资源量2 3 3 5 0 立方米，约为全国人均水资源量的1 0 倍，其中武汉市人均地表水资源量居世界 大城市前列。武汉城市圈土地总面积为5 7 8 2 2 1 a n 2 ，占全省国土面积的3 1 1 。武 汉城市圈矿种齐全，化工、建材、部分冶金及地热资源丰富。探明资源储量的矿 产有6 3 种；盐矿、芒硝、石膏、水泥用石灰岩、地热等为圈内优势矿产；铁、 铜等资源较为丰富；石油、地热资源储量占全省查明储量9 0 9 6 以上。啪1 3 1 3 社会经济条件 武汉城市圈是我国中部最具有发展潜力的区域之一，行政区划包括9 个城市。 截止2 0 0 7 年，区域总人口2 9 8 7 6 5 万人，其中武汉市人口最多，为8 9 1 万人， 占城市圈总人口的2 9 8 ，其次为黄冈市，人口6 6 6 9 6 万人，占总人口的2 2 3 ， 2 城市人口数占城市圈人口总数的5 0 以上；城市圈人口密度比较大，达到为5 1 6 人k m 2 ，其中武汉市人口密度最大，为1 0 4 2 2 人k m 2 ，为鄂州市次之，6 4 6 8 人 k m 2 。蚓 社会经济统计年鉴数据显示，2 0 0 7 年，武汉城市经济圈完成地区生产总值 5 5 5 7 2 4 亿元，在全省工业的比值中占到6 0 7 ，比2 0 0 6 年增长1 5 3 。其中武 汉市为3 1 4 2 亿元，占武汉城市圈地区生产总值的5 6 5 ，孝感市次之，达到4 8 0 7 9 亿元，占城市圈地区生产总值的8 7 ；城市圈人均g d p 为1 8 6 万元人，其中武 汉市为3 5 2 6 万元人，为城市圈平均值的1 9 倍，其次为鄂州市，达2 0 2 4 万 元人。城市圈三次产业的比例为1 1 7 ：4 4 5 ：4 3 8 ，与2 0 0 6 年基本持平，其中 武汉市为4 2 ：4 5 8 ：5 0 0 。其经济总量占湖北省的6 0 。这整个经济圈财政 收入的6 5 3 ，吸纳6 3 4 的投资，承载6 2 5 的社会商品零售总额，是湖北省经 济实力最强的核心区域。城市圈三次产业的比例为1 1 7 ：4 4 5 ：4 3 8 ，与2 0 0 6 年基本持平，其中武汉市为4 2 ：4 5 8 ：5 0 0 。 1 0 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 2 土地利用变化的总体特征 通过1 9 9 5 年、2 0 0 0 年和2 0 0 5 年武汉城市圈土地利用覆被数据库，提取土 地利用覆被数据，得出三期土地利用类型结构总体特征。( 表3 - 1 ) 表3 1 ：三期土地利用类型结构对比单位：k m 2 地类面积和所占比例面积和所占比例面积和所占比例 1 9 9 52 0 0 0 2 0 0 5 耕地 3 0 0 5 1 8 45 1 8 4 2 9 8 8 9 0 05 1 5 62 9 3 2 0 6 05 0 6 0 林地1 7 7 4 3 2 13 0 6 11 7 7 0 1 8 73 0 5 31 7 5 5 1 6 13 0 3 0 草地1 4 9 4 8 72 5 81 4 3 3 9 52 4 71 4 1 2 5 02 4 0 水域5 5 0 2 5 59 4 95 5 7 3 1 99 6 15 7 3 1 3 09 9 0 建设用地 2 9 9 1 3 25 1 63 1 3 5 4 05 4 l3 7 4 6 o o6 4 6 未利用地 1 8 8 2 10 3 22 3 2 1 00 4 02 0 9 8 20 3 6 ( 1 ) 耕地面积在1 9 9 5 年- 2 0 0 5 年问呈现逐年减少的趋势，总面积下降了 7 3 1 2 4 k m 2 ，减少的面积占土地总面积的1 2 6 0 ，其中前五年减少1 6 2 8 4k m 2 。主 要是建设用地侵占引起的。 ( 2 ) 1 9 9 5 年- 2 0 0 5 年林地的面积总体也是减少，十年内共减少1 9 1 6k m 2 减少的面积占总面积的1 0 8 ，其中前五年减少较少，面积为5 7 6k m 2 。 ( 3 ) 草地面积在1 9 9 5 年一2 0 0 5 年减少了8 2 3 7k m 2 ，占1 9 9 5 年草地面积的 5 5 1 。 ( 4 ) 水域面积2 0 0 5 年比1 9 9 5 增加2 2 8 7 5k m 2 ，其中前五年增加7 0 6 4k m 2 ， 后五年增加的面积是总增加面积的2 3 。其中水库坑塘增加的面积基本上涵盖了 所有的水域增加的面积。主要原因是圩田现象的减少，以及在经济利益的驱动下， 农民大范围的改水田为坑塘。 ( 5 ) 2 0 0 5 年比1 9 9 5 年建设用地的面积增加幅度居各地类之首，增加面积为 7 7 2 6 8k m 2 ，增加的数量集中在2 0 0 0 年到2 0 0 5 年。主要是城区面积扩张和工交 建设用地的增加导致的。 ( 6 ) 未利用地的面积在1 9 9 5 年到2 0 0 5 年稍微有所增加，主要是沼泽地面 积增加引起的，增加的面积为2 1 6 1k m 2 。 从总体上来看，该研究区域耕地、水域和建设用地的变化幅度较大，林地、 草地和未利用地地类的变化幅度较小。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 3 土地利用动态程度 该研究区域土地利用面临的环境比较严峻。一方面我们要保护环境和生态， 所以要对林地和草地、水域湿地加以控制和保护，另外一方面，人口的不断增加， 客观上建设用的面积不断地增加，对土地的需求不断地增加，因而，必须对土地 利用进行动态的监测和管制，分析动态变化过程。 本文该研究区域1 9 9 5 年- 2 0 0 5 年土地利用动态变化的定量研究，主要从土地 资源的数量变化、土地利用空间变化、土地利用区域差异和土地利用程度变化模 型四个方面来深刻认识本区域近十年的土地变化规律和变化进程。 3 3 1 土地利用变化的速度 土地资源数量变化我们可以用土地利用动态度来表示。土地利用动态度对预 测未来土地利用变化趋势有重要作用。一土地利用类型动态度表达的是某研究区 一定时间范围内某类土地利用类型的数量变化情况，其表达式为： k = 丝垒二丝璺一1 u口t 式中k 为研究时段内某一土地利用类型动态度，u 。，u 。分别为研究期初及研 究期末某一种土地利用类型的数量，t 为研究时段长，当t 的时段设定为年时，k 的值就是该研究区某种土地利用类型年变化率。根据以上公式计算本区单一土地 利用类型动态度( 表3 - 2 ) 和研究区域各个市的土地利用类型动态度。( 表3 3 ) 表3 2 ：土地利用年变化率 地类 1 9 9 5 2 0 0 02 0 0 0 2 0 0 51 9 9 5 2 0 0 5 耕地 一o 1 10 3 8旬2 4 林地 m 0 5m 1 7一o 1 1 草地 m 8 20 3 0m 5 5 水域 0 2 60 5 70 4 2 建设用地 0 9 63 8 92 5 2 未利用地 4 6 61 9 2l 。1 5 由表3 - 2 可以得出从1 9 9 5 年到2 0 0 5 年这十年内建设用地的年变化率最大， 高达2 5 2 ，远远的大于其他的地类，其次依次为草地、水域和耕地。 1 9 9 5 年- 2 0 0 0 年五年之中动态度最大的是未利用地，其次是建设用地。建设 用地2 0 0 0 - 2 0 0 5 年的动态度比1 9 9 5 年一2 0 0 5 年的动态度大了1 3 7 ，这说明这十 年内，建设用地的增加幅度主要集中在后五年。1 9 9 5 年- 2 0 0 0 年问其他地类的动 1 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 态度依次为草地、水域、耕地和林地等。 2 0 0 0 年到2 0 0 5 年期间也是建设用地的动态度最大，达到3 8 9 ，也表明在这 个区间建设用地在这个期间的转入和转出的现象比较多。其他地类的动态度依次 为未利用地、水域、耕地、草地和林地等。 表3 3 ：各个市1 9 9 5 2 0 0 5 年的土地利用类型动态 送型 区域耕地林地草地水域建设用地未利用地 鄂州 旬4 10 9 3 m 4 9 _ 0 4 l3 2 2 2 8 5 黄冈o 0 1旬1 3m 3 5 一o 1 7 1 1 72 6 8 黄石 m 3 30 0 8七1 10 4 62 1 57 4 8 潜江 _ o 1 8 m 0 30 1 0 50 4 9 8 0 8 天门 加1 0旬1 40 0 00 3 50 5 12 0 1 武汉 _ 0 6 0 旬1 93 6 2o 1 36 0 62 4 3 孝感 一0 1 7旬1 5加5 80 7 82 0 62 0 7 咸宁 m 0 3旬0 9- o 0 2o 2 22 9 41 1 6 仙桃 _ o 8 8旬5 31 0 o o4 2 62 1 96 8 0 由表3 - 3 可以看到九大区域的两大共性。其一就是未利用地的动态度整体较 大，主要是因为在这十年内，特别是前五年该研究区域在生态保护的政策的指引 下，湿地保护的效益出现，沼泽地面积增加，由1 9 9 5 年1 6 8 1 4k m 2 增加到2 0 0 5 年的2 3 7 1 9 k m 2 。其二是建设用地的动态度较大，这和整个区域的趋势是相同的。 除了这两大共性之外，各个区域有自己的特点。鄂州的林地动态度较大； 武汉市建设用地动态度最大，其次是草地，草地的面积下降速度很快，耕地面积 的减少速度在九个区域中居前；潜江的水域的动态度很高，高达1 0 5 ，仙桃整体 的动态度比较大，最大的是草地，主要是仙桃1 9 9 5 年的2 0 2 9k m 2 草地到2 0 0 5 年基本上都转化为其他地类。 3 3 2 土地利用空间结构变化 1 9 9 5 年- 2 0 0 5 年，该研究区域土地利用结构存在明显的地域差异。耕地、草 地的比例减少较多，林地减少幅度很小，而建设用地和水域的比例呈上升趋势。 未利用地的总数虽然略有增加，但是在这十年内经历了先升后减的过程。而这个 整体的趋势在九大研究分区域内的具体情况又有所差异。 ( 1 ) 1 9 9 5 年- n2 0 0 5 年该研究区域九大城市的耕地面积都呈减少的趋势，。 其中幅度较大的是仙桃、武汉和鄂州，分别为6 7 3 、3 7 和2 3 4 。其他几个 区域的变化幅度都不是很大，其中咸宁的耕地面积2 0 0 0 年比1 9 9 5 年稍微上升， 1 3 ： 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 到2 0 0 5 年又下降一点。( 图3 - 2 ) 图3 2 ：1 9 9 5 、2 0 0 0 和2 0 0 5 年九个市耕地变化图 ( 2 ) 该研究区域的林地主要分布在该区东北和西南的黄冈、黄石、孝感和 咸宁四个区域，以有林地和疏林地为主，增加的林地主要是其他林地( 未成林造 林地、迹地、苗圃及各类原地) 。从图3 3 可以看出，除鄂州之外，其他区域的 林地面积总数都略有减少，主要原因有：第一，退耕还林开始于2 0 0 0 年，树林 幼小，且退耕还林地的图斑小，散布在丘坡沟头以及陡坡地，分布零星，影像上 不易看出；第二，建设用地占用了林地。十年内一共有5 4 0 1 k m 2 林地转化为建设 用地。 图3 3 - 1 9 9 5 、2 0 0 0 和2 0 0 5 年九个市林地变化图 ( 3 ) 1 9 9 5 年到2 0 0 5 年的草地全区呈减少的趋势，草地主要是在黄冈、黄石 和咸宁，下降幅度都比较小。( 图3 4 ) 1 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 图3 4 ：1 9 9 5 、2 0 0 0 和2 0 0 5 年九个市草地变化图 ( 4 ) 1