哈长城市群土地利用与景观生态风险时空演变及关联分析.pdf
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1、第4 5卷 第4期2 0 2 3年1 2月 延 边 大 学 农 学 学 报A g r i c u l t u r a lS c i e n c eJ o u r n a l o fY a n b i a nU n i v e r s i t y V o l.4 5 N o.4 D e c.2 0 2 3收稿日期:2 0 2 3-1 0-1 6 基金项目:吉林省自然科学基金项目(2 0 2 2 0 1 0 1 1 9 1 J C);国家自然科学基金项目(4 1 4 6 1 0 3 6)作者简介:徐妍(1 9 9 9-),女,河北石家庄人,硕士研究生,研究方向为地图学与地理信息系统。通信作者:李明
2、玉(1 9 7 4),女(朝鲜族),黑龙江梅林人,博士,教授,E-m a i l:l e e m y y b u.e d u.c n文章编号:1 0 0 4-7 9 9 9(2 0 2 3)0 4-0 0 6 4-1 0 D O I:1 0.1 3 4 7 8/j.c n k i.j a s y u.2 0 2 3.0 4.0 1 0哈长城市群土地利用与景观生态风险时空演变及关联分析徐 妍,李明玉*,余 洲(延边大学 地理与海洋科学学院,吉林 延吉1 3 3 0 0 2)摘要:在国家新型城镇化、东北振兴取得新突破和推动共建“一带一路”高质量发展的背景下,哈长城市群作为东北地区最大的城市群,将面
3、临更大的绿色、协调、可持续发展挑战。该研究基于3 0m L a n d s a tTM/O L I遥感影像数据分析了2 0 0 02 0 2 0年土地利用时空变化特征,结合景观干扰度指数和景观脆弱度指数,构建了景观生态风险指数,深入分析了哈长城市群2 0年景观生态风险变化特征,揭示了土地利用格局与景观生态风险之间相关性。结果表明:1)哈长城市群以耕地为主,主要分布在西北部地区,占比为4 6.6 2%。土地利用结构整体变化不大,其中耕地明显增加,水体明显减少。2)较高生态风险区占地面积最大,占比为3 2.6 6%,该风险区广泛分布着耕地、草地与建设用地等土地利用类型。由于草地的过度使用致使其荒漠
4、化,导致这2 0年景观生态风险呈略微上升趋势。3)生态风险与林地呈明显的负相关关系,相关系数为-0.6 7,与耕地、草地、水体、建设用地及未利用地均呈正相关关系。林地减少与草地退化是生态风险指数上升的重要原因,不同生态风险管控区应采取不同的调控措施以降低生态风险。该研究揭示了增加景观生态风险的土地利用类型,为哈长城市群生态风险防控及新国土空间规划提供依据。关键词:景观生态风险;土地利用变化;关联分析;哈长城市群中图分类号:P 9 0 1 文献标识码:A S p a t i a l-t e m p o r a lE v o l u t i o no fL a n dU s ea n dL a n
5、 d s c a p eE c o l o g i c a lR i s k i nt h eH a-C h a n gM e t r o p o l i t a nR e g i o na n dI t sC o r r e l a t i o nA n a l y s i sXU Y a n,L IM i n g y u*,YUZ h o u(C o l l e g e o fG e o g r a p h ya n dO c e a nS c i e n c e s,Y a n b i a nU n i v e r s i t y,Y a n j iJ i l i n1 3 3 0 0
6、2,C h i n a)A b s t r a c t:I nt h e c o n t e x t o f t h en e wt y p eo f u r b a n i z a t i o n,t h e r e j u v e n a t i o no fN o r t h e a s tC h i n a,a n d t h ep r o-m o t i o no f h i g h-q u a l i t yd e v e l o p m e n t o f t h eB e l t a n dR o a d I n i t i a t i v e,t h eH a-C h a n
7、 gM e t r o p o l i t a nR e g i o n,a st h e l a r g e s tm e t r o p o l i t a nr e g i o n i nN o r t h e a s tC h i n a,w i l l f a c eg r e a t e r c h a l l e n g e so f g r e e n,c o o r d i n a t e d,a n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t.T h i s s t u d ya n a l y z e s t h e s p a
8、 t i a l-t e m p o r a l c h a r a c t e r i s t i c so f l a n du s e c h a n g e s f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0u s i n g3 0 m e t e rL a n d s a tTM/O L I r e m o t e s e n s i n g i m a g ed a t a.c o m b i n i n g l a n d s c a p ed i s t u r b a n c ei n d e xa n dl a n d s c a p ev u l n e r a b i
9、 l i t yi n d e x,t h eL a n d s c a p eE c o l o g i c a lR i s kI n d e xi sc o n s t r u c t e d.T h es t u d yd e e p l ya n a l y z e s t h e 2 0 y e a r s l a n d s c a p e e c o l o g i c a l r i s kc h a n g e s i n t h eH a-C h a n gM e t r o p o l i t a nR e g i o na n dr e-v e a l s t h e
10、 c o r r e l a t i o nb e t w e e n l a n du s ep a t t e r n s a n d l a n d s c a p e e c o l o g i c a l r i s k.R e s u l t s s h o wt h a t:1)F a r m-l a n d i s t h em a i nl a n du s e t y p e i nt h eH a-C h a n gM e t r o p o l i t a nR e g i o n,m a i n l yd i s t r i b u t e d i nt h en o
11、 r t h w e s tr e g i o n,a c c o u n t i n gf o r4 6.6 2%o f t h e t o t a l a r e a.T h eo v e r a l l l a n du s e s t r u c t u r e c h a n g e s l i t t l e,w i t ha no b-第4期徐妍,等:哈长城市群土地利用与景观生态风险时空演变及关联分析v i o u s i n c r e a s e i n f a r m l a n da n da s i g n i f i c a n t d e c r e a s e i
12、 nw a t e rb o d i e s.2)A r e a sw i t hh i g he c o l o g i c a l r i s ka c-c o u n t f o r t h e l a r g e s t a r e a,a c c o u n t i n gf o r3 2.6 6%,a n da r ew i d e l yd i s t r i b u t e dw i t hl a n du s e t y p e ss u c ha sf a r m l a n d,g r a s s l a n d,a n dc o n s t r u c t i o n
13、l a n d.D u e t o t h eo v e r u s eo f g r a s s l a n d l e a d i n g t od e s e r t i f i c a t i o n,t h el a n d s c a p ee c o l o g i c a l r i s kh a ss l i g h t l yi n c r e a s e do v e rt h ep a s t2 0y e a r s.3)T h e r ei sas i g n i f i c a n tn e g a t i v ec o r r e l a t i o nb e t
14、 w e e ne c o l o g i c a l r i s ka n df o r e s t l a n d,w i t hac o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to f-0.6 7,a n dp o s i t i v ec o r r e l a t i o n sw i t h f a r m l a n d,g r a s s l a n d,w a t e rb o d i e s,c o n s t r u c t i o n l a n d,a n du n u s e d l a n d.T h e r e d u c t
15、 i o no ff o r e s t l a n da n dd e g r a d a t i o no f g r a s s l a n da r e i m p o r t a n t r e a s o n s f o r t h e i n c r e a s e i nt h ee c o l o g i c a l r i s k i n d e x.D i f f e r e n te c o l o g i c a l r i s kc o n t r o la r e a ss h o u l da d o p td i f f e r e n tc o n t r
16、o lm e a s u r e st or e d u c ee c o l o g i c a l r i s k s.T h i s s t u d y r e v e a l s t h e l a n du s e t y p e s t h a t i n c r e a s e l a n d s c a p e e c o l o g i c a l r i s k,p r o v i d i n gab a s i s f o r e c o l o g i c a lr i s kp r e v e n t i o na n dn e wn a t i o n a l s
17、p a t i a l p l a n n i n g i nt h eH a-C h a n gM e t r o p o l i t a nR e g i o n.K e y w o r d s:l a n d s c a p e e c o l o g i c a l r i s k;l a n du s e c h a n g e;c o r r e l a t i o na n a l y s i s;H a-C h a n gM e t r o p o l i t a nR e g i o n 随着全球城市化和建设用地的快速扩张,土地利用空间分布的变化在不断加快1-2,土地资源利用
18、程度也在不断增加,人地矛盾日益突出,其中,土地利用结构不合理、土地生态风险加剧等问题最为明显3-6。不同土地利用方式和演变过程会对区域生态系统产生长期影响,导致生态结构和成分产生变化,涉及 多种生态过 程,因而会引 发生态风险 问题6-8。生态风险是由环境的自然变化或人类活动引起的生态系统组成、结构的改变而导致系统功能损失的可能性9。许多研究表明,土地利用变化与生态风险密切相关,并对区域生态风险起着决定性作用1 0-1 1。不同土地利用方式和强度的生态影响在生态结构和组成中具有区域性和积累性特征7。全面分析不同生态环境的潜在影响,对生态风险管理起着至关重要的作用,为有效的保护措施提供信息1 2
19、-1 3。目前,国内外研究土地利用对生态风险影响的学者并不少,如王茜晨等9以准格尔旗2 0 0 0年、2 0 1 0年和2 0 1 8年3期L a n d s a tTM遥感影像为基础数据,结合空间统计分析等方法对准格尔旗基于土地利用变化的生态风险进行综合评估;杜军等1 4对黄土丘陵区土地利用变化及生态风险进行了评价;侯蕊等1 5基于4期土地利用遥感解译数据,对江夏区土地利用生态风险进行了评价;D u等1 6基于2 0 1 52 0 2 0年的高分辨率数据对黄河流域的土地利用及生态风险进行评估;W a n g等1 7对白水江自然保护区生态风险进行评价;吕乐婷等1 8定量分析了细河流域近3 0年
20、来土地利用动态变化特征并对景观生态风险时空分布特征及空间关联格局进行了评价。这些研究结果均表明,人类活动的影响在一定程度上增加了局部高生态风险9。在此背景下,土地利用生态风险评估可为未来人类行为与生态环境和谐关系的研究提供坚实的科学依据。国家“十三五”规划纲要中明确指出,哈长城市群是我国重点建设的1 9个城市群之一1 9,具有重要的战略意义。它不仅是东北老工业基地振兴发展的重要增长极;也是我国北部地区对外开放的一个重要门户;此外,它还是老工业基地体制创新先行区与绿色生态城市群2 0-2 1。然而,现有研究缺少对哈长城市群景观生态风险的相关研究。因而,该研究通过对土地利用与景观生态风险的关联研究
21、,对平衡城市发展与生态保护之间的矛盾,促进生态系统的可持续发展,具有重要战略意义,为哈长城市群景观生态风险的管控及未来的发展规划提供有效的科学依据。1 研究区概况哈长城市群(1 2 2 2 4 E1 3 1 1 8 E,4 2 0 0 N4 8 5 5 N)位于东北地区2 2,以哈尔滨和长春为中心,包括大庆市、吉林市、延边朝鲜族自治州等1 1个地市2 3-2 4。研究区东临朝鲜半岛,北挨俄罗斯远东,西接内蒙古自治区。总面积约为3 2.2 2万k m2。其地形主要为山地和平原,东西高程差异显著,属温带季风气候2 5,夏季短而炎热;冬季漫长、寒冷且干燥,年 均 气 温 约 为4.0,年 均 降 水
22、 量 约 为6 0 0.0mm。哈尔滨、长春2个省会城市为区域核心,辐射带动周边多个城市2 5-2 6,据第七次人口普查所示,截止到2 0 2 0年,哈长城市群总人口约43 5 4万人,总的地区生产总值约2 11 4 5亿元。哈长城市群城市化率达5 0.3%,处在雏形发育的末期阶段,未来发展空间很大2 7(图1)。56延 边 大 学 农 学 学 报第4 5卷 图1 研究区位置示意图F i g.1 S c h e m a t i cm a po f t h e l o c a t i o no f t h e s t u d ya r e a2 数据与方法2.1 数据来源该文选取2 0 0 0、
23、2 0 1 0、2 0 2 0年的L a n d s a tTM/O L I遥感影像数据2 8-2 9,提取土地利用类型,主要数据及来源如表1所示。表1 数据来源T a b l e1 S o u r c eo fd a t a数据来源分辨率L a n d s a tTM/O L I遥感影像地理空间数据云(h t t p:/ww w.g s c l o u d.c n)3 0mD EM数据地理空间数据云(h t t p:/ww w.g s c l o u d.c n)3 0m城市内部路网数据O S M官网(h t t p:/ww w.o p e n s t r e e t m a p.o r g
24、/)夜间灯光数据集H a r v a r dD a t a v e r s e数据平台(h t t p:/d a t a v e r s e.h a r v a r d.e d u/)1k m土壤数据集(HWS D)寒区旱区科学数据中心(h t t p:/w e s t d c.w e s t g i s.a c.c n/)1:1 0 0万2.2 研究方法2.2.1 土地利用变化分析方法土地利用转移矩阵能够精确量化研究周期内系统中状态与状态的转移,可以全面精细化地分析土地转入转出的变化特征3 0。此过程可通过以下公式计算3 1-3 2:Si j=S1 1S1 2S1nS2 1S2 2S2nSn
25、1Sn2Sn n,(1)式中,Si j为研究区初期与末期的土地利用类型状态;n为土地利用类型的个数。土地利用动态度是指每年的平均变化率,用于反映某一个地区 土地利用转 入 与 转 出 的 活 跃 程66 第4期徐妍,等:哈长城市群土地利用与景观生态风险时空演变及关联分析度3 3-3 4,其计算公式为3 5:K=Ub-UaUa1T1 0 0%,(2)式中,K为研究时段内土地利用类型的动态度;Ua与Ub分别代表研究初期和末期的土地利用类型数量;T表示研究的时间段长。2.2.2 景观生态风险评价方法生态风险指数计算模型是基于景观干扰度指数和景观脆弱度指数构建的。这模型可分析各种景观类型的生态系统,并
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