矿业城市土地利用与生态演化研究
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摘要
受资源与环境的特殊约束,矿业城市土地是土地利用/土地覆盖变化(Land Use and Land Cover Change,LUCC)研究的一个典型城市地域土地类型,矿业城市土地利用变化是LUCC研究的重要内容领域,也是从综合与系统的视角探讨矿业城市人地关系地域系统的重要切入点。
本文以江苏省典型矿业城市--徐州市为分析样本,充分利用RS与GIS技术,围绕土地利用变化“过程、格局、机制、效应”这一科学命题,系统分析矿业城市土地利用时空变化过程与格局特征,综合研究资源、经济、技术、交通、社会等因素对矿业城市土地利用变化的影响,并从生态系统视角分析矿业城市土地利用变化的生态环境效应。取得了以下主要研究成果:
(1)根据研究区实际情况,将土地利用类型分为耕地、林地、建设用地、水体、未利用地,建立了符合徐州城市土地利用特征的遥感解译标志。
(2)基于RS、GIS技术,采用对遥感影像进行目视判读,人工交互解译,利用地形图、土地利用现状图等辅助数据,并进行实地勘察,最终生成了1987年、1994年、2000年、2003年、2007年的徐州城市土地利用现状数据图库。
(3)对矿业城市基本概念与内涵、土地利用变化主要特征进行梳理,并运用成因分析法,对矿业城市土地利用变化驱动力作用机制进行理论研究,形成了矿业城市土地利用变化机制一般理论框架。
(4)利用GIS技术,综合应用土地利用变化率、土地利用动态度与强度、开发度与耗减度、土地利用综合指数、重心转移模型、空间分异模型、空间叠加与空间插值分析,从过程到格局对研究区城市土地利用动态变化进行详细研究。
(5)通过土地利用结构熵值变化分析研究区建设用地结构演化过程与趋势;通过扇形分析、圈层分析、网格分析等GIS空间分析方法,对工业、居住和商服三种主要城市建设用地空间格局进行研究,并进行对比分析;运用CONTAG这一空间韵律测度指标对工业、居住和商服用地进行空间格局关系研究。
(6)构建矿业城市土地利用变化驱动因子系统指标体系,对资源、经济、技术、交通、社会等因素对研究区城市土地利用变化的影响进行分析,在此基础上,运用相关分析、主成分分析、灰色关联分析对各类驱动力因素的系统影响进行综合研究,并对不同时期的城市土地利用变化主要驱动力进行对比研究。
(7)运用生态服务价值、生态足迹和景观生态等生态系统理论,分别从土地利用类型及结构水平、土地利用的生物与能源资源消耗水平和土地利用景观格局水平等不同视角对徐州城市土地利用变化的生态效应进行研究。
Constrained by the resources and the environment specially, the mining urban land is a typical urban regional land type of the LUCC research. The mining urban land-use change is an important aspect of LUCC research fields, which is also an important entry point from an integrated and systematic perspective to explore the man-land relationship areal system of the mining city.
In this paper, a typical mining city of Jiangsu Province, Xuzhou City is selected as the analysis of sample. By making full use of RS and GIS technique and focusing on the scientific proposition of land-use change "process, pattern, mechanism, effect", the temporal-spatial variation process and the pattern characteristics of the mining urban land use were analyzed systematically, how the factors such as resources, economy, technology, transport and society affecting the mining urban land use was studied synthetically and the eco-environmental effects of the mining urban land-use change was analyzed from the perspective of the ecosystem in this paper. With their results are given below:
1. According to the actual situation in the study area, the types of the land use were divided into cultivated land, vegetation, construction land, water area and unused land. And the remote sensing image interpretation marks that were in line with the characteristics of the urban land use in Xuzhou were established.
2. Based on RS and GIS technology, the visual interpretation and artificial interactive interpretation were used to classify remote sensing images into land use maps of each time (1987,1994,2000,2003,2007) .In the interpretation process, some auxiliary data, such as the topographic maps, land use maps and so on were used and a field investigation was conducted.
3. The basic concepts and contents, the main land-use change features of mining cities were sorted out, and the genesis analysis methods were used to study theoretically the driving force mechanism of the mining urban land-use change, the general theoretical framework of mining urban land-use change mechanism was established.
4. With the supporting of GIS technique, land-use change rate, land-use dynamic degree and intensity, land-use development threshold and depletion degree, land-use comprehensive index, center of gravity transfer model, spatial differentiation model, spatial overlay and spatial interpolation analysis were applied synthetically to study the dynamic changes of the land use from the process to the pattern in detail.
5. Entropy change analysis of the land use structure was used to analyze the evolution process and trend of the construction land use structure of the study area. GIS spatial analysis methods of sector analysis, circle-layer analysis, network analysis were used to study and analyze comparatively the spatial pattern of the three main urban construction land that is industrial land, residential land and commercial land. And spatial metric measure index of CONTAG was used to study the relationship of the spatial pattern of industrial land, residential land and commercial and service industry land.
6. An indicator system of the driving factors system of mining city land-use change was built and the impacts of some factors, such as the resources, economy, technology, transport, society and other factors on mining urban land-use change were studied. On this basis, methods of correlation analysis, principal component analysis and gray relational analysis were used to analyze the impacts of all types of driving force factors comprehensively and the main driving force of the different periods of urban land-use change were analyzed comparatively.
7. Ecosystem theories of ecological service value, ecological footprint and landscape ecology were used to study the eco-environmental effects of the urban land-use change in Xuzhou from the different perspectives separately, such as the land-use types and structural level, the land-use biological and energy resource consumption level, and the land use landscape pattern level.
本文以江苏省典型矿业城市--徐州市为分析样本,充分利用RS与GIS技术,围绕土地利用变化“过程、格局、机制、效应”这一科学命题,系统分析矿业城市土地利用时空变化过程与格局特征,综合研究资源、经济、技术、交通、社会等因素对矿业城市土地利用变化的影响,并从生态系统视角分析矿业城市土地利用变化的生态环境效应。取得了以下主要研究成果:
(1)根据研究区实际情况,将土地利用类型分为耕地、林地、建设用地、水体、未利用地,建立了符合徐州城市土地利用特征的遥感解译标志。
(2)基于RS、GIS技术,采用对遥感影像进行目视判读,人工交互解译,利用地形图、土地利用现状图等辅助数据,并进行实地勘察,最终生成了1987年、1994年、2000年、2003年、2007年的徐州城市土地利用现状数据图库。
(3)对矿业城市基本概念与内涵、土地利用变化主要特征进行梳理,并运用成因分析法,对矿业城市土地利用变化驱动力作用机制进行理论研究,形成了矿业城市土地利用变化机制一般理论框架。
(4)利用GIS技术,综合应用土地利用变化率、土地利用动态度与强度、开发度与耗减度、土地利用综合指数、重心转移模型、空间分异模型、空间叠加与空间插值分析,从过程到格局对研究区城市土地利用动态变化进行详细研究。
(5)通过土地利用结构熵值变化分析研究区建设用地结构演化过程与趋势;通过扇形分析、圈层分析、网格分析等GIS空间分析方法,对工业、居住和商服三种主要城市建设用地空间格局进行研究,并进行对比分析;运用CONTAG这一空间韵律测度指标对工业、居住和商服用地进行空间格局关系研究。
(6)构建矿业城市土地利用变化驱动因子系统指标体系,对资源、经济、技术、交通、社会等因素对研究区城市土地利用变化的影响进行分析,在此基础上,运用相关分析、主成分分析、灰色关联分析对各类驱动力因素的系统影响进行综合研究,并对不同时期的城市土地利用变化主要驱动力进行对比研究。
(7)运用生态服务价值、生态足迹和景观生态等生态系统理论,分别从土地利用类型及结构水平、土地利用的生物与能源资源消耗水平和土地利用景观格局水平等不同视角对徐州城市土地利用变化的生态效应进行研究。
Constrained by the resources and the environment specially, the mining urban land is a typical urban regional land type of the LUCC research. The mining urban land-use change is an important aspect of LUCC research fields, which is also an important entry point from an integrated and systematic perspective to explore the man-land relationship areal system of the mining city.
In this paper, a typical mining city of Jiangsu Province, Xuzhou City is selected as the analysis of sample. By making full use of RS and GIS technique and focusing on the scientific proposition of land-use change "process, pattern, mechanism, effect", the temporal-spatial variation process and the pattern characteristics of the mining urban land use were analyzed systematically, how the factors such as resources, economy, technology, transport and society affecting the mining urban land use was studied synthetically and the eco-environmental effects of the mining urban land-use change was analyzed from the perspective of the ecosystem in this paper. With their results are given below:
1. According to the actual situation in the study area, the types of the land use were divided into cultivated land, vegetation, construction land, water area and unused land. And the remote sensing image interpretation marks that were in line with the characteristics of the urban land use in Xuzhou were established.
2. Based on RS and GIS technology, the visual interpretation and artificial interactive interpretation were used to classify remote sensing images into land use maps of each time (1987,1994,2000,2003,2007) .In the interpretation process, some auxiliary data, such as the topographic maps, land use maps and so on were used and a field investigation was conducted.
3. The basic concepts and contents, the main land-use change features of mining cities were sorted out, and the genesis analysis methods were used to study theoretically the driving force mechanism of the mining urban land-use change, the general theoretical framework of mining urban land-use change mechanism was established.
4. With the supporting of GIS technique, land-use change rate, land-use dynamic degree and intensity, land-use development threshold and depletion degree, land-use comprehensive index, center of gravity transfer model, spatial differentiation model, spatial overlay and spatial interpolation analysis were applied synthetically to study the dynamic changes of the land use from the process to the pattern in detail.
5. Entropy change analysis of the land use structure was used to analyze the evolution process and trend of the construction land use structure of the study area. GIS spatial analysis methods of sector analysis, circle-layer analysis, network analysis were used to study and analyze comparatively the spatial pattern of the three main urban construction land that is industrial land, residential land and commercial land. And spatial metric measure index of CONTAG was used to study the relationship of the spatial pattern of industrial land, residential land and commercial and service industry land.
6. An indicator system of the driving factors system of mining city land-use change was built and the impacts of some factors, such as the resources, economy, technology, transport, society and other factors on mining urban land-use change were studied. On this basis, methods of correlation analysis, principal component analysis and gray relational analysis were used to analyze the impacts of all types of driving force factors comprehensively and the main driving force of the different periods of urban land-use change were analyzed comparatively.
7. Ecosystem theories of ecological service value, ecological footprint and landscape ecology were used to study the eco-environmental effects of the urban land-use change in Xuzhou from the different perspectives separately, such as the land-use types and structural level, the land-use biological and energy resource consumption level, and the land use landscape pattern level.
引文
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