（水土保持与荒漠化防治专业论文）准格尔旗大路镇土地利用动态变化研究.pdf

摘要 本文以大路镇1 9 9 3 年土地利用现状图、2 0 0 3 年和2 0 0 6 年s p o t 卫星影像作为 主要信息数据源，采用遥感( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 相结合的技术方法，对大 路镇土地利用动态变化和景观格局变化进行分析。 l 土地利用动态变化 大路镇1 9 9 3 年到2 0 0 6 年1 3 年间，土地利用结构发生了明显变化。耕地、林地、 工矿仓储用地、住宅用地、交通运输用地水域及水利设施用地均有增加，草地和其 它用地呈减少的趋势。其中林地、草地和其它土地变化明显。 2 土地利用景观空间格局 大路镇的破碎化程度加剧，均匀度指数( s e i ) 上升。整体景观趋向集中分布， 同类型斑块分布零散；景观基质由1 9 9 3 年的草地变为2 0 0 6 年的林地。人为因素影 响突出。 3 定性分析了导致大路镇土地利用变化的原因，表明社会、经济技术等人为因 素是土地利用变化的主要因素。 s t u d yo nd y n a m i cc h a n g eo f l a n du s eo f d al ut o w ni nz h u n g e rc o u n t y a b s t r a c t t h ed y n a m i cc h a n g e so fl a n du s ea n dl a n d s c a p ep a r e r n sw e r ea n a l y z e d ， b a s e do n l a n du s ep h o t od a t ao f19 9 3 ，2 0 0 3a n d2 0 0 6s p o ts a t e l l i t ei m a g ea sam a j o rs o u r c eo f i n f o r m a t i o na n dd a t ao fd al ut o w ni nz h u n g e r ，u s i n gt h em e t h o d so fr s ，g i s ，a n d l a n d s c a p ee c o l o g y i nt h i sp a p e r 1l a n du s i n gd y n a m i cc h a n g e sa n a l y s i s l a n du s es t r u c t u r eh a sb e e nc h a n g e di nag r e a tm a n n e ri nd a l ut o w nf r o m19 9 3y e a r t o2 0 0 6y e a r a r a b l el a n d ，f o r e s t ，m i m n gw a r e h o u s el a n d ，r e s i d e n t i a ll a n d ，t r a n s p o r t a t i o n l a n da n dw a t e rc o n s e r v a n c yf a c i l i t i e sl a n dh a v ei n c r e a s e d ，g r a s s l a n da n do t h e rs i t e sh a v e d e c r e a s e d w o o d l a n d s ，g r a s s l a n d sa n d o t h e rk i n d so fl a n dc h a n g e ss i g n i f i c a n t l y ， 2l a n du s el a n d s c a p ep a t t e r na n a l y s i s t h ei n d e xo ff r a g m e n t a t i o na n de v e n n e s sw e r ei n c r e a s e di nd al ut o w n t h eo v e r a l l l a n d s c a p et e n dt oc o n c e n t r a t e dd i s t r i b u t i o n ，t h es a m et y p eo fp a t c h e ss c a t t e r e d a tt h e l a n d s c a p em a t r i x ，g r a s s l a n dw a sr e p l a c e db yf o r e s t t h ei n f l u e n c ed e g r e eo fh u m a n a c t i v i t yt ol a n d s c a p ew a sb e c o m i n go b v i o u s l y 3q u a l i t a t i v ea n a l y s i sr e a s o no fl a n du s ec h a n g ei nd al ut o w n ，s h o wt h a tc o n t r i v e d f a c t o r ( s o c i e t y ，e c o n o m ya n ds oo n ) i sd o m i n a n tf a c t o ro f l a n du s ec h a n g e k e yw o r d s ：d al ut o w n ；l a n du s e ；d y n a m i cc h a n g e d ir e c t e db y ：p r o f z h a n g 孙脚e n a p p li c a n tf o rd o c t o rd e g r e e ：x l a o i n g m e i ( s o i l a n d w a t e r c o n s e r v a t i o na n d d e s e r t i f i c a t i o n c o n t r 0 1 ) ( c o l l e g eo f e c o l o g ya n de n v i r o n m e n t ，i n n e rm o n g o l i a a g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t y ，h u h h o t0 1 0 0 1 9 ，c h i n a ) 插图和附表清单 1 图1 准格尔旗行政区划图8 2 图2s p o t 影像融合成图1 3 3 图3 技术路线图1 4 4 图4 大路镇斑块数目变化圜3 8 5 凰5 大路镇斑块面积变化嬲3 9 6 图6 大路镇斑块平均大小图3 9 7 图7 大路镇斑块占景观面积比例图4 0 8 图8 大路镇最大斑块占景观亟积比例图。4 0 9 图g 大路镇景观要素平均形状指数图：4 2 l o 圈1 0 大路镇景戏要素厦积加权平均形状因子图4 3 l l 。圈l l 大路镇景戏要素加权平均斑块分形指数豳4 3 1 2 。图1 2 大路镇景观要素斑块总边缘长图。4 4 1 3 。圈1 3 大路镇景戏要素斑块边缘密度图。4 5 1 4 。圈1 4 大路镇景溅要素平均邻近指数匿。媚 王s 。圈1 5 大路镇景观要素数鑫并列指数图。4 6 1 6 图1 6 大鼹镇斑块最近平均距离图4 7 1 7 。图王7 大鼹镇景戏要素斑块密度图4 8 1 8 附图l 大路镇1 9 9 3 年地剩耀矢量图。5 8 l 驸图2 大路镶2 0 0 3 年她剩耀遥感解译塑5 9 2 0 附图3 大路镇2 0 0 6 年土地拳j 阕遥感解译圈 2 l 表王 2 2 表2 2 3 表3 2 碡表毒 2 5 表s 2 6 表6 2 7 表7 大路镶土地利用类型分类和编码表。l s 大路镇s p o t 影像的鳃译标志表盖8 大路镇1 9 9 3 年- 2 0 0 6 年主地利用总量变化分析表2 0 大路镇土地利用类型蔼积、幅度变化表2 l 大路镇单一撼稠用动态度表2 3 大路镇景观指数袭3 2 大路镇斑块类型表3 3 内蒙古农业大学 研究生学位论文独创声明 本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下迸行的研究 工作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢阿 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得我校或其他教育机构的学位或证书丙使用过的材料，与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任 论文作者签名： 重友盛日期：趁翌厶昌9 日 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完全了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定。印：研 究生在攻读学位期闻论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学本 人保证毕业高校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦署名为内蒙古农业 大学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 子文档，允许论文被查阅和借阅学校可以公布学位论文的全部或部 分内容( 保密内容除外) ，采用影印、缩印或其他手段保存论文 论文作者签名：夏筮盛 指导教师签名：犁雌 日 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 1 引言 1 1 研究背景与研究意义 土地是人类赖以生存和发展的物质基础，自从人类出现在地球上，人类社会的 发展史和文明史，实际上就是一部土地利用史。从原始的渔猎游牧、刀耕火种，到 现代的工业、农业，各历史时期土地利用状况，可以折射出文明和发展的轨迹。土 地利用变化不仅影响社会经济的发展，而且也是全球变化的重要组成部分和气候变 化的主要原因。土地利用是人类为社会经济目的而进行的一整套生物和技术活动， 是对土地进行长期的或周期性的经营。土地利用动态变化反映了土地利用的发展 变化趋势，它在数量、方式、强度、结构和趋势等方面存在很大的差异口1 。随着我 国经济迅速发展、人口急剧增长及城市化进程加快，土地资源开发利用的程度在加 深，规模在扩大，但土地保护措施不力，造成了耕地减少、土地退化、资源短缺、 生态环境恶化等诸多问题，极大地制约了社会经济持续、稳定地发展。遥感技术提 供巨大而丰富的信息源，g i s 技术具有强大的数据处理、空间分析等功能，二者的 结合有着传统方法无法比拟的优越性，在土地利用变化监测中发挥着巨大的作用d 1 。 在掌握资源环境的基本状况前提下，研究土地利用的动态变化，有助于了解土地利 用变化的原因，从而通过调节人类社会经济活动，促使土地利用更趋合理，达到土 地资源可持续利用的目的。全面、客观地反映土地利用动态变化可为制定长期、可 持续发展的土地管理和土地规划提供数据。 准格尔旗作为干旱半干旱区农牧交错带的典型代表，在自然地理上有其独特的 空间分布格局，在生态上具有显著的脆弱生境特征和分异规律，而且具有悠久的土 地开发历史“1 。2 0 世纪9 0 年代随着准格尔煤田的大规模开发，在短期内发生了翻天 覆地的变化，经济和社会各项事业都取得了令人瞩目的成就。但伴随着经济的快速 发展，准旗的土地利用结构和生态环境也发生了变化。大路镇作为准旗的一个镇， 尤其是镇政府所在地大路新区是准格尔旗新建开发工业园区之一，为一座高起点、 有特色、人居环境一流的生态新城，将建成准格尔旗未来的政治与文化中心，成为 鄂尔多斯的东大门。研究大路镇土地利用动态变化，对该地区土地资源的合理利用 和优化配置具有重要的意义，为保护和改善区域生态环境，促进本地区可持续发展 战略顺利实施提供依据。 1 2 国内外研究进展 1 2 1有关土地利用动态变化的研究进展 土地是人类社会经济活动的载体，土地利用与土地覆被是两个容易混淆的概念， 它们之间既有密切联系，又有本质区别。在进行土地利用动态变化研究时，必须弄 清楚两者的内在涵义及相互之间的关系，土地利用变化是土地覆被变化的原因，也 是土地覆被变化的响应凸j 1 。土地利用和土地覆被变化之间的相互作用是一个自然科 2 准格尔旗大路镇土地利用动态变化研究 学和社会科学的交叉研究领域m ，。由于土地利用变化对环境的影响上是通过改变土 地覆被状况产生的，因此人们常把土地利用变化与土地覆被变化联系在一起，简称 l u c c d 2 1 。 二战以后，关于土地利用的研究工作更多的是围绕土地利用规划而开展的。1 9 9 3 年国际地圈生物圈计划( i g b p ) 和全球环境变化中的人文因素计划的“土地利用 土地覆被变化”联合工作组提出了将“土地利用全球土地覆被变化的联系 ( r e l a t i n g l a n du s ea n dg l o b a ll a n dc o v e rc h a n g e ) 列为i g b p h d p 的核心计划的建议n 刀。 1 9 9 5 年国际应用系统分析研究所在欧洲和北亚地区开展了“欧洲和北亚土地利用 土地覆被变化模拟研究 ，分析1 9 0 卜1 9 9 0 年间这两个地区l u c c 的时空动态变化 特征，评估其环境效应，预测未来5 0 年的土地利用变化趋势8 馆1 。2 0 0 2 年8 月在 南非德班举行的国际地理学联合会( i g u ) “2 0 0 2 年区域地理大会 上发表的有关 l u c c 研究的论文中，反映出l u c c 研究范围在进一步拓展，内容在进一步深化。 主要在基于r s 、g i s 技术的土地利用土地覆被变化监测、评价与制图，农村、城 市土地利用土地覆被变化分析，土地利用变化动力学，土地利用土地覆被变化与 生态环境等方面取得进展汹2 。 我国有关土地利用土地覆被内容研究的历史已很久，不过刚开始主要集中于分 类、分区以及开发、管理等方面的研究工作嗽、2 3 1 。近年来跟随着国际上对土地利用 土地覆被变化研究的热点，我国学者自2 0 世纪9 0 年代起紧跟国际研究动态，也开 展了一些对土地利用变化的监测与驱动力研究。在利用遥感影像对土地利用与土地 覆被变化的监测分析、土地利用与土地覆被变化驱动力研究以及建模等方面已经完 成了多项研究任务并取得了不少成果。例如“景观动态及其驱动因素与效应分析” ( 岳天祥，1 9 9 7 ) ，“深圳市土地利用与覆被变化的动力学研究 ( 摆万奇，1 9 9 7 ) ， “人类活动对北京冬灵山区景观格局影响分析 ( 傅伯杰，1 9 9 9 ) ，“环渤海地区土地 利用变化与土地可持续利用 ( 傅伯杰，蔡运龙，李秀彬，朱会义，2 0 0 0 ，2 0 0 1 ) 等。 1 2 2r s 国内外研究现状 遥感技术是2 0 世纪6 0 年代兴起并迅速发展起来的一门综合性探测技术。它是 在航空摄影测量的基础上，随着空间技术、电子计算机技术等当代科技的迅速发展， 以及地学、生物学等学科发展的需要，形成的- - f - j 新兴技术学科。其研究已经成为 一个世界性的课题，它所以能快速发展的主要原因与地球资源卫星( e r r s 1 ) 的试验 成功有关系。也就是说通过折中卫星，能够对地球表面任何一个角落进行反复的探 测，从而获取地球资源与环境的海量信息。二十年来，地球科学由于航空、航天技 术日新月异的发展，而进入了新的阶段。遥感技术的发展为各种地学应用提供了新 的数据来源和探索地球的方式。为研究人口、资源、环境的全球变化，创造了有利 条件。 内蒙古农业大学硕士学位论文 3 早期遥感是从航空摄影开始的，并随着飞机、人造卫星等运载工具和扫描仪、 摄像机等传感技术，以及计算机技术、信息技术、图像处理技术等相关技术的发展 而得到迅猛的发展，目前应用的领域相当广泛。其发展大致概括为三个阶段。 第一阶段：遥感的萌芽及初期遥感阶段 人类凭借其眼、耳、鼻等感觉器官来感知周围环境的形、声、昧等信息，从而 辨认出周围物体的属性和位置的分布等，是形成遥感意识的基础。到1 6 1 0 年意大利 科学家伽利略研制的望远镜，对月球进行了首次观测，1 7 9 7 年气球首次升空侦察， 可视为遥感的初期尝试和实践。1 8 3 9 年达古霄和尼普斯发明了第一张照片，人们第 一次从空中鸟瞰巴黎市容。随着摄影技术的诞生和照相机的应用，以及信鸽、风筝 及气球等简陋平台的应用，构成了初期遥感技术系统。 第二阶段：航空遥感( 飞机遥感) 阶段 航空遥感是从航空摄影开始的，它与摄影技术和飞机等技术的发展密切相关。 1 9 0 3 年来特兄弟发明了飞机，创造了航空摄影的条件，到1 9 1 3 年航空摄影达到实 用程度。航空遥感在战争中得到迅猛发展。第一次世界大战后，航空摄影用于地形 测绘、森林调查、地质调查等领域，主要作专题判读。1 9 2 4 年迈西斯研制成功了彩 色胶片，随后，1 9 3 7 年戈达尔特第一次拍摄彩色航空照片，开始了早期多波段航空 摄影。二战结束后，航空摄影遥感技术被广泛应用于民用部门。航空摄影是最先趋 于完善的遥感技术，其图像可以纪录的波段范围由近紫外扩展到远红外直至微波领 域，得到广泛的应用。 第三阶段：航天遥感( 卫星遥感) 阶段 1 9 5 7 年，前苏联成功发射两颗人造地球卫星，进入航天遥感阶段。1 9 5 9 年9 月美国海军发射先锋2 卫星，在卫星上装有两个红外光电管，能够测量地球辐射和 拍摄地球上空云层照片。1 9 5 9 年1 0 月前苏联发射了月球一3 卫星，在卫星上装有 2 0 0 r a m 和5 0 0 m m 焦距的相机和电视机，拍摄了月球背面的照片。苏美两国竞相发 展航天技术，把人们观测自然资源和居住环境的位置，升高到几百千米、几千千米 的太空，开辟了航天遥感的新阶段。美国1 9 6 1 年发射的阿波罗登月火箭，1 9 6 4 1 9 6 6 年执行双子星座计划能够提供航天遥感资料和多波段的影像，可用于世界南北纬 8 l o 之间的资源调查和环境监测1 。从1 9 7 2 年起，美国有计划的发射陆地卫星，到 1 9 9 3 年共发射了6 颗。1 9 8 6 1 9 9 6 年，法国发射四颗名叫s p o t 的高性能地球观测 卫星。从1 9 6 0 年到1 9 9 3 年，美国发射了1 0 颗系列气象卫星。此外，联合国世界气 象组织以及日本、前苏联、加拿大、前联邦德国、印度、巴西、意大利、以色列等 国，也先后发射气象卫星或资源卫星，用来预报天气和调查森林、耕地、草场资源、 监测沙漠化的扩展等。 遥感技术经过近百年的分阶段发展，构成地面、空中、太空三个立体层面，为 人类监测自然资源和生态环境提供越来越多的信息和服务。到目前为止，航天遥感 4准格尔旗大路镇土地利用动态变化研究 已发展到了较高水平，并随相应的科技的发展而日趋成熟和完善。 我国遥感开始于2 0 世纪7 0 年代，1 9 7 0 年4 月2 4 日我国成功的发射了第一颗 人造地球卫星。继后1 9 7 5 年1 1 月2 6 曰我国发射的卫星在正常运行之后，按计划返 回地面，并获得了质量良好清晰的像片。自1 9 7 4 年引进美国的地球资源卫星图像以 来，开展了遥感影像的解译和处理工作，对天津等地进行了农业土地资源遥感清查 工作汹1 。8 0 年代初我国第一次利用美国陆地卫星m s s 数据进行全国范围的土地利 用现状调查，1 9 8 6 年中国遥感卫星地面站建立后，完成了大量的实验应用研究。此 时遥感事业在我国空前地活跃。经过2 0 世纪8 0 年代到9 0 年代初的发展，我国相继 完成了从单一黑白摄影到彩色、彩红外、多波段摄影等多方式探测的航空遥感的转 变，特别是数项大型综合遥感试验和遥感工程的完成，使我国遥感事业得到了长足 的发展，大大缩短了与世界先进水平的差距。到1 9 9 6 年我国已研制成功航天像机、 全景扫描仪、c c d 像机、气象用多光谱扫描仪等。“六五”期间，我国利用陆地卫 星m s s 数据完成了全国土地资源调查，在各省区编制了1 ：5 0 万土地利用图，并历 时9 年完成了1 ：1 0 0 万中国土地利用图；1 9 8 4 年开始由原国家土地管理局主持 开展了全国范围的土地资源详查工作，采用航片和地面实测的方法，1 ：1 万比例尺 ( 对农业用地) 和1 ：5 万比例尺( 对草地，林地) 成图。2 0 世纪8 0 年代中期，利 用美国的l a n d s a t 卫星资料进行了土壤侵蚀分区、分类、分级制图。1 9 8 9 1 9 9 3 年期 间，研究了中国北方草原草畜动态平衡监测。1 9 9 3 1 9 9 6 年，连续四年开展了全国 耕地变化遥感监测工作。于1 9 9 6 和1 9 9 7 年，运用t m 和s p o t 等卫星遥感资料， 分别对1 9 个城市和1 0 0 个城市的城市扩展与耕地变化进行了动态监测瞳l2 7 1 。从1 9 9 9 年开始，根据新一轮国土资源大调查的部署，国土资源部组织开展了首次利用高分 辨率遥感数据对全国6 6 个5 0 万人口以上城市在1 9 9 8 年1 0 月各类建设占用耕地情 况进行了监测。在此，我国利用不同时相的遥感图象监测城市土地利用变化方面取 得了突破性进展。 我国遥感在其它一些领域的研究还包括：基于分形、基于小波变换的图像分割， 遥感图像解译专家系统中的面向对象的知识表达，空间数据挖掘和知识发现的构架、 模型及其用于知识表达和发现及职能查询等嗍。 2 0 世纪9 0 年代后，我国遥感( r s ) 与地理信息系统( g i s ) 技术逐渐成熟， 与全球定位系统( g p s ) 相结合的3 s 集成研究已成为了l u c c 研究的重要技术手 段。 1 2 3 gis 国内外研究现状 g i s ，即g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m 的缩略形式，中文含义为地理信息系统， 是w l g a r r i s o n 于1 9 6 5 年提出的现代地理学术语。地理信息系统最早萌芽于北美， 2 0 世纪6 0 年代初，加拿大的r o g e re t o m l i n s o n 和美国的d u a n ee m a r b l e 在不同的 内蒙古农业大学硕士学位论文 5 地方、从不同的角度提出了地理信息系统的构想。t o m l i n s o n 于1 9 6 2 年提出利用数 字计算机处理和分析大量的土地利用数据，建议加拿大土地调查局建立加拿大地理 信息系统( c g i s ) 。1 s t 7 2 年，c g i s 全面投入运行，成为世界上第一个运行的地理 信息系统。c g i s 提出的地理数据模型、栅格一矢量数据相互转换、空间数据、属 性数据连接及空阅数据在空间上的分块、在内容上分层等基本的设计思想，为地理 信息系统技术的后来发展起到了奠基作用。 地理信息系统自2 0 世纪6 0 年代产生以来，已有4 0 多年的发展历程，它极大地 拓宽了信息系统技术的应用范围和应用深度，特别是随着计算机硬、软件技术的快 速发展，地理信息系统技术也发生着日新月异的变化，目前正处在一个极快的发展 阶段伽。进入9 0 年代以来，随着计算机软、硬件技术的发展和普及，地理信息系统 也逐渐走向成熟，主要表现在：地理信息系统微机化；应用领域不断拓宽； 国际合作日益加强；产业化和社会化1 。我国地理信息系统方面的工作始于2 0 世纪8 0 年代，并且应用的方面也十分广泛。主要表现在：建立基础地学信息库， 编制地学图件和系统开发；地质找矿和矿产资源预测与评价；国土整治、自然 资源管理及区域经济规划；灾害的评估、预测与防治；资源调查、环境动态监 测、抗震设防区划与防灾规划；水资源及水文模型研究；城市建设；农作物 估产和耕地动态变化。近几十年来，我国的地理信息系统在这些方面的应用都取得 了巨大的成就。 目前的发展趋势：( 1 ) 面向大型的应用和面向公众的应用均加速发展，一方面， 在大型工程应用方面，如美国内务部土地管理局的自动土地与矿产资源系统 ( a l m r s ) 和林业局的“6 1 5 ”工程，仅硬件和软件的耗资就高达1 2 亿多美元。另 一方面，一些面向公众的应用，如城市交通咨询、旅游经典咨询等也通过计算机网 络将各种空间信息送到千家万户。( 2 ) g i s 应用的微机化。( 3 ) g i s 的网络化和w e b g i s 。( 4 ) g i s 与r s 及g p s 的结合。遥感可以实时、快速和大范围获得地面各种 地理信息，这使得遥感和g i s 相结合的系统在许多关系国民经济、人民财产安全和 国家中、长期战略规划的应用中表现出了无可比拟的优越性，如在农作物估产、水 土资源利用规划、交通能源规划、环境检测等领域，地理信息系统和遥感数据采集 系统相配合、相互补充就能及时、准确地将遥感实时观测数据与g i s 中的基础地理 数据、d e m 、地名数据、社会经济统计数据相综合，并通过g i s 各种预设的空间分 析模型进行计算分析，获得各种需要的分析结果和决策信息。( 5 ) g i s 的智能化。 g i s 至今尚没有国际统一的定义，不同学科和不同领域对g i s 的理解不尽相同。 美国联邦数字地图协调委员会( f i c c d s ) 对g i s 的定义是：“g i s 是由计算机硬件、 软件和不同方法组成的系统；该系统具有支持空间数据的获取、管理、处理、分析、 建模和显示的功能，并可解决复杂的规划管理问题 。又有学者认为地理信息系统 ( g i s ) 是在计算机软硬件支持下，对具有空间位置和拓扑关系的空间数据及其相 6准格尔旗大路镇土地利用动态变化研究 关属性进行输入、存储、查询、运算、分析、表达的综合性技术系统。是集计算机 科学、地理学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的一 门新兴边缘学科m 1 。从上述定义中可见，g i s 的优势在于它的数据综合、地理模拟 和空间分析能力，这是g i s 的核心和优势；地理信息系统具有以下基本特性1 ：( 1 ) 所有的相关信息均按特定的坐标系统进行严格的坐标定位，对空间数据和属性数据 进行统一的存储和管理。( 2 ) 将多源的空间数据和统计数据进行分级分类、规范化 和标准化，并进行标准化编码，使其适应计算机输入输出的要求，便于进行社会经 济和自然资源、环境要素之间的对比和相关分析。( 3 ) 具有图形与数据双向查询检 索的基本功能，即既可实现图形查属性，又可实现属性查图形，并可提供用户需要 的空间分析数据。( 4 ) 向用户提供空间数据多因素空间分析、复合评价、预测预报 和模拟优化等技术手段。( 5 ) g i s 与一般数据库应用有关，但又有较大的区别，在 一个g i s 里的所有信息都与空间位置有关，一般数据库也可能会包含位置信息，但 是，一般数据库只使用地理参照来做存储和访问信息的主要方法。( 6 ) g i s 与其他 的信息系统的主要区别在于其存储处理的信息是经过地理编码的，地理位置和该位 置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。地理信息系统的发展始于2 0 世纪 6 0 年代，当时国外从空间数据的地学处理入手，开始了对其技术与方法的研究。世 界上第一个g i s 是1 9 6 3 年t o m l i n s o n 等人建立的加拿大地理信息系统c g i s ，用于 自然资源的管理与规划。到了7 0 年代，由于计算机处理能力的飞速发展和环境、资 源等问题日益突出，g i s 技术开始进入实用阶段，出现了g i s 应用系统。在这一时 期，许多不同区域不同专题的信息系统得到很大发展。美国森林调查局发展了全国 林业统一使用的资源信息显示系统r i d s ，以代替原有的多个分散的资源信息显示 系统；美国地质调查所发展了5 0 多个地理信息系统用于获取和处理地质、地理、地 形和水资源信息，较典型的有g i r a s ，主要用于输入、处理、分析和输出全国范围 土地利用和土地覆盖制图的空间数据；日本国土地理院从1 9 7 4 年开始建立数字国土 信息系统，存储、处理、检索测量数据、航空相片信息、行政区划、土地利用、地 形地质等信息，为国家和地区土地规划服务；瑞典在中央、区域和市三级上建立了 许多信息系统，比较典型的有区域统计数据库、道路数据库、斯德哥尔摩地理信息 系统等。 1 2 4 景观生态学及景观格局的研究进展 1 2 4 1 景观生态学 景观生态学的研究历史可以追溯n - 十世纪二、三十年代，它的创始人是德国 著名地植物学家特罗尔( c t r o l l ) ，于1 9 3 9 年利用航空照片研究东非土地利用问题 时首次提出，作为一门科学，在6 0 年代初步形成m 1 。景观生态学是地理学思想和生 态学思想的结合。二战后，由于粮食需求增加，环境问题出现，这些都引起社会各 内蒙古农业大学硕士学位论文 7 界和各政府的关注秘秘。相应的景观生态学也得到了蓬勃发展。 景观生态学把生态学中的结构、功能关系研究与地理学中入地相互作用的研究 融为一体，研究景观的结构：功能和变化以及景观的规划管理，它融合了地理、农 业、生物、景观建筑、区域规划等诸多学科的研究。景观的结构指的是不同景观要 素之间的空间关系( 包括能量、物质和物种分配与各种生态系统的形状、大小、数 目、种类和构图关系) 。景观的功能指的是各种景观要素之间的相互作用，即不同生 态系统之间的能流、物质流和物种流。景观的变化指的是景观的结构和功能随时间 的变化。面对环境变化、土地退化、沙漠化、资源枯竭和生物多样性丧失等景观和 区域尺度内生态环境和经济建设需要解决的关键问题，景观生态学充分发挥学科的 优势和特色，逐步形成了以流域系统、湿地景观、农木交错带、城乡过渡带和生态 脆弱带，以及重点或关键性自然景观为主要区域的热点研究，包括景观格局与景观 过程的关系渊。现代景观生态学将地理学的空间分析和生态学的时序分析有效地结 合起来，并充分吸收社会学、管理学、自然保护学等相关学科的研究成果，形成一 套较完整的概念框架和理论体系，注重空间异质性和空间格局的研究，它为探索空 闻异质性和揭示空间格局与生态过程的相互关系提供了新途径和新方法。许多学者 在土地利用、森林和牧场经营管理、环境和自然保护、农业等方面应用景观生态学 的理论和方法做了大量的工作，取得了较好的效果秘对。 1 2 4 2 景观格局 景观生态学是宏观生态研究的一个新领域。景观格局变化研究是蹰前景观生态 学中的一个研究热点矧。景观格局，一般是指其空间格局，是指大小和形状各异的 景观元素在空间上的排列形式。它既是景观异质性的具体表现，又是各种生态过程 在不同尺度上作用的结果湖。景观格局变化的原因在于自然环境、各种生物以及人 类活动的干扰作用。景观格局显著变化具有3 种典型类型：一种景j 既要素取代另 一种景观要素；几种景观要素的景观比例变化；新的景观要素在景观系统内出 现。 景观格局变化的研究在中国早已展开，例如1 9 9 1 年发表的沈阳西郊景观格局变 化的研究，1 9 9 5 年发表的黄土区农业景观空间格局分析湖，而在中国干旱区绿洲景 观生态格局的研究则是从近几年才开始的阳删，主要集中在黑河流域中游张掖绿洲 和下游额济纳旗绿洲等地区：同时景观生态研究已渗透到干旱区荒漠化研究中嘲， 景观格局成为研究的热点问题酬。 2 研究区概况 2 1囱然地理环境概况 2 1 1 地理位置 8 准格尔旅大路镇土地利用动态变化研究 准格尔旗位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东部，属鄂尔多斯黄土高原的一部分。 东与呼和浩特市清水河县、山西偏关县为邻，西接鄂尔多斯市东胜区、达拉特旗， 南靠陕西省府谷县、山西省河曲县，北与呼和浩特市托克托县隔黄河相望，是内蒙、 山西、陕西的交界处。 大路镇位于准格尔旗东部，地处库布其沙漠东端，由大路、东孔兑两个乡镇合 并而成。西北与十二连城乡接壤，东与呼市清水河县喇嘛湾镇隔河相望，被称为鄂 尔多斯的“东大门”，地理位置优越。总面积8 3 0 4 7 2 8 h m 2 ( 包括境内的一些国有林 场) ，地理坐标为东经1 1 0 0 5 7 1 11 0 2 4 ，北纬3 9 0 2 5 4 0 0 1 0 。( 见图1 ) 移i、嬲眵“ 图1准格尔旗行政区划图 f i g 1a d m i n i s t r a t i v ed i v i s i o ni nz h u n g e rc o u n t y 2 1 2 地形地貌 准格尔旗地处西北黄土高原边缘地带，属典型的丘陵沟壑地区，地形总趋势为 西北部较高，东南方向偏低。海拔高度在8 5 0 1 5 8 5 m 之间，一般为1 1 0 0 一1 2 5 0 m 。 地表广布黄土，冲沟发育，呈现复杂的黄土冲沟地貌景观。从分水岭到汇水线，有 黄土塬、梁、峁以及由黄土、黄土和岩石构成的河谷等地貌单元。龙王沟中段的塔 哈拉川是准格尔旗境内比较典型的宽缓河谷，河流呈曲流状，河床、河漫滩和阶地 内蒙古农业大学硕士学位论文 9 都比较发育。下游多为黄土或基岩峡谷。大路镇位于准格尔旗东部，从总体地貌特 征看，只有北部大路镇等较为平坦，其它乡镇地形地貌多以沟壑为主。大路镇属鄂 尔多斯波状高原东北部，地处库布其沙地东边缘，地貌类型属构造剥蚀波状高原， 地势西南高东北低，地面波状起伏，其上大部分覆盖有高度不等的风积沙丘和半固 定沙丘，沙丘高3 - 2 0 m ，区内西南部场汉那尔最高，海拔1 2 4 9 1 2 9 1 m ，东南部大树 湾最低，海拔1 0 2 1 m 。 2 1 3 气候 大路镇位于半干旱地区，属于北温带大陆性半干旱气候。冬季寒冷，夏季炎热， 春秋两季气温变化剧烈，昼夜温差大。干旱少雨，蒸发强烈，温差较大，风多沙大 是其主要特点。据准格尔旗气象站近1 3 年数据，多年平均气温7 3 ，年极端最高 气温3 8 3 c ，年极端最低温- 3 0 9 ，多年平均降水量3 9 1 3 m m ，多集中于7 、8 、9 三个月份，占全年的7 0 - 7 5 ，且年际变化大，最大6 3 5 5 姗，最小1 4 2 m m 。多年平 均蒸发量为1 9 9 3 3 m m ，最大2 4 3 6 2 m m ，最小1 6 1 7 7 r a m 。多年平均相对湿度为5 2 ， 绝对湿度5 8 毫巴。年平均日照时间3 0 1 l h ，无霜期1 5 0 d ，冻土层每年1 0 月份出现， 翌年4 月才消失，最大冻土厚度1 5 0 c m 。多年平均风速3 4 m s ，8 级以上大风在5 0 天以上，最大风速3 1 m s ，风向为南风或东南风。 2 1 4 水文 黄河是准格尔旗北、东、南缘的最大地表水体，既是地表水和地下水的区域性 排泄通道，又是本区岩溶地下水补给源。流经长度约1 9 7 k m ，多年平均过境水量2 4 8 2 亿m 3 。旗域地表水系均属于黄河支流，多数是季节性河流，夏秋两季每逢暴雨后山 洪汇集迅速，洪峰流量较大、历时较短，含沙量较大，甚至以泥石流的形式出现， 平时无雨时则断流。大路及其附近河流较为发达，大沟、大南沟和柳林沟三条黄河 一级支流，由西南向东北注入黄河，三条沟近似平行树枝状分布。黄河从大路镇北 部和东部流过。大路新区水资源十分充沛，黄河流经ll k m ，年过水量2 4 8 2 亿m 3 。 新区附近地表水资源总量为3 1 3 3 9 万m 3 ，地下承压水资源总量为3 6 8 2 6 万m 3 ，基 本能满足城市建设和工业发展需要 2 1 5 土壤 准格尔旗地处温带半干旱草原栗钙土地带，地带性土壤为栗钙土。因受黄土母 质的影响，境内还有大面积的黄绵土。此外还广泛分布风沙土，潮土和盐土等非地 带性土壤。 大路镇广泛分布黄绵土，其次是风沙土和栗钙土和盐土。黄绵土直接发育于黄 1 0 准格尔旗大路镇土地利用动态变化研究 土母质之上，其性质具有黄土母质的许多性质，如质地均一、疏松、多孔隙。耕作 黄绵土的保水保肥性能较好，但有机含量和氮素含量较低。经过耕作熟化的黄绵土 是当地一种比较理想的旱作土壤。风沙土主要分布于大路镇的北部靠近库布其沙漠 附近。由于受干旱风蚀的影响，植被恢复困难，故此类土壤只可用于发展辅助性牧 场。盐土主要分布于大路镇的黄河冲积平原上，其面积很小。所处地形部位为低洼 地，地下水埋深在l m 左右。地表潮湿，并有盐斑，土质生硬，只能生长一些耐盐 碱植物，必须改良后才能开垦利用。 2 1 6 植被 准格尔旗属于干旱草原区，自然植被类型受地形地貌、气候条件和人工选择的 影响，分为干草原植被、草甸草原植被、沙生植被和森林植被四种类型。干草原植 被是准格尔旗境内的主要植被类型，广泛分布于黄土丘陵和沙页岩丘陵和梁峁与沟 坡地上；草甸草原植被主要分布在黄河南岸冲积平原，丘间洼地及大河河谷两侧低 湿地上；沙生植被主要分布在旗内北部的库布其沙漠和西端毛乌素沙地的东沿地段 及黄土丘陵的片沙区；森林植被目前主要在龙口镇的黄河边上以及大路镇的西北部。 森林覆盖率仅为1 6 8 7 。大路镇属于干旱草原区，自然植被类型受地形地貌、气候 条件和人工选择的影响，干草原植被是大路镇的主要植被类型，广泛分布于黄土丘 陵和沙页岩丘陵和梁峁与沟坡地上，其次是沙生植被主要分布在旗内北部的库布其 沙漠和西端毛乌素沙地的东沿地段及黄土丘陵的片沙区。 2 2 社会经济概况 大路镇前些年经济比较落后，但是随着改革开放，尤其是西部大开发战略的实 施经济发展突飞猛进，人民生活水平有很大的提高。镇政府大路新区是准格尔旗新 建工业园区之一，为一座高起点、有特色、人居环境一流的生态新城，将建成准格 尔旗未来的政治与文化中心，成为鄂尔多斯的东大门。大路煤化工产业是大路新区 主要的产业平台，引进项目资金7 0 0 亿元，将建设成一流的煤化工基地。开发区一 期工程年产甲醇3 0 万t ，合成氨3 0 万t ，尿素5 2 万t ，煤液化5 4 万t ，二期工程年 产甲醇4 0 万t ，合成氨5 2 万t ，尿素5 2 万t ，煤液化1 0 0 万t ，三期工程年产甲醇 5 0 万t ，聚丙烯3 8 万t ，丁辛醇2 0 万t ，煤液化2 0 0 万t 。 2 0 0 6 年是大路加快推进经济转顺利实施“十一五 规划至关重要的一年，预期 目标是：实现引进项目投资1 0 0 0 亿元，全镇固定资产投资达到1 0 0 亿元，财政收入 实现3 8 0 0 万元，农民人均纯收入达到1 0 8 0 0 元。基本完成社会主义新农村示范点建 设，将大路新区建成国家煤化工循环经济示范基地努力成为世界一流煤化工基地。 打造自治区乃至中国西部一流城镇。 内蒙古农业大学硕士学位论文 ” 2 3 行政区划 2 0 0 5 年准格尔旗行政区划调整将原大路乡、东孔兑镇合并为大路镇，镇政府计 划驻大路新区( 见图1 ) ；辖1 2 个行政村，1 个居委会，1 1 2 个合作社，5 5 3 5 户，1 7 2 2 5 人，耕地面积4 1 1 2h m z ，其中水浇地1 4 6 1 h m 2 。现有蔬菜温室大棚5 0 4 栋，奶牛6 5 3 头，肉牛1 5 6 0 头，肉羊5 4 4 1 5 只。2 0 0 5 年财政收入1 0 6 1 万元，农民人均纯收入4 6 8 0 元。 2 4 交通与工矿业 纵贯大路新区南北的呼准铁路、呼准高速公路路基工程已进入扫尾阶段，高速 公路进入新区8 2 7 k m 双向六车道快速路( 路面2 3 5 m ，隔离带1 0 m ) 已开工，完成 路土基和涵管工程，2 0 0 7 年7 月初通车。内蒙古电力集团电厂项目运煤专线和生活 道路也已开工。 阳吉公路、在建的呼东高速公路、呼准铁路和蒙冀运煤干线穿境而过，规划建 设的鄂尔多斯沿黄铁路、呼准铁路和呼东高速公路将在新区接轨、互通。呼准铁路 在新区工业区内设有何家塔火车站，工业项目产品及原料运输可接入厂区铁路专用 线，运输条件极为优越。 正在建设中的大路镇工业园距离东孔兑煤田仅4 k m ，距神华准能公司露天矿 3 0 k m ，距酸刺沟煤矿4 0 k m ，运距极短。目前，准格尔旗已运营电力装机为1 9 4 万k w 。 内蒙电力集团大路一期2 6 0 万k w 电厂已完成厂平，北京德源投资公司一期2 3 0 万k w 电厂已于2 0 0 4 年1 2 月奠基。以上两个自备电厂一期装机1 8 0 万k w ，可实现 向新区内项目以o 2 5 元k w h 的直供低价电。 3 研究方法 本研究采用遥感技术，以g i s 为平台，结合综合分析、野外调查、统计分析、 数学模型和实证分析等多种方法，如( 图3 ) 。 3 1 数据来源及预处理 资料收集与处理包括以下几个方面： ( 1 ) 选取1 9 9 3 年土地利用现状图、2 0 0 3 年和2 0 0 6 年1 ：1 0 万法国高精度的 s p o t 卫星影像作为主要信息数据源，选用s p o t 卫星全色波段( p a n ) 影像与多光谱 融合。这样融合后的影像即接近自然色，分辨率又高，最适用于土地利用方面的调 查。 ( 2 ) 选用研究区域的4 幅1 ：1 0 万地形图，作为遥感解译的工作底图。在人工 解译中地形图扫描后经过投影转换后作为参考底图。 ( 3 ) 收集大路镇1 9 9 3 2 0 0 6 年的统计年鉴和相关资料，了解和熟悉该镇的经济 1 2 准格尔旗大路镇土地利用动态变化硪究 社会发展动态和自然资源状况。 3 。2 遥感影像的配准融合 3 。2 1地利用现状图的镶嵌配准 将大路镇1 9 9 3 年l ：l o 万的土地利用现状图扫描成l i f 形式输入计算机，然质 把t i f 形式的图片转换成m s i 格式，生成1 ：l 大地坐标系下的非标准图框，圈幄生 成控制点和顺序修改控制点进行镶嵌配准，然后矢量化进行拓扑造区。 3 2 2