基于GIS的黃土高原縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展研究報(bào)告

1、.基于GIS的黃土高原縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展研究【摘要】：黃土高原是我國(guó)種植業(yè)、林果業(yè)、畜牧業(yè)分布的重要區(qū)域,農(nóng)業(yè)發(fā)展的質(zhì)量不僅關(guān)系到人民生活水平的提高,而且與黃土高原的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的整體改善密不可分。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是人類與自然溝通的橋梁,農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展是人類社會(huì)賴以生存的基礎(chǔ)。黃土高原縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是整個(gè)黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的基本單元和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。因此,建立縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式是黃土高原農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇,對(duì)于實(shí)現(xiàn)黃土高原農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。文水縣西部為黃土高原典型山區(qū),中偏西段為黃土丘陵區(qū),東部及南部為洪積平原區(qū),整體為黃土高原典型山區(qū)-洪擊平原的過(guò)渡區(qū)域

2、,各個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展模式各不相同,可以比較完整的反映出黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的整體情況。因此,選擇位于黃土高原東部區(qū)域的XX省呂梁市文水縣縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象。選用XX省文水縣1976年MSS數(shù)據(jù),1990年、2000年、2005年、2009年陸地衛(wèi)星TM影像等5期數(shù)據(jù),利用GIS空間分析功能,分析了19762009年文水縣土地利用變化和景觀格局動(dòng)態(tài)；利用20052010年陸地衛(wèi)星TM影像的5期數(shù)據(jù),運(yùn)用馬爾柯夫鏈和灰色系統(tǒng)分別預(yù)測(cè)文水縣未來(lái)20a土地利用的變化趨勢(shì),并進(jìn)行了對(duì)比。在此基礎(chǔ)上,利用中巴HR高分辨率影像數(shù)據(jù),采用ARCGIS、TWINSPAN和DCA等方法,疊加

3、呂梁市、文水縣生態(tài)功能區(qū)劃,進(jìn)行文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能區(qū)劃。采用理論分析法、頻度統(tǒng)計(jì)法、專家咨詢法、AHP等構(gòu)建文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)體系。對(duì)文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)19902009年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。采用資源一發(fā)展綜合指數(shù)(R-D)和環(huán)境一發(fā)展綜合指數(shù)(E-D)表征資源子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)對(duì)整個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展水平的支持程度,應(yīng)用主成分分析確定各個(gè)子系統(tǒng)對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)大小。通過(guò)評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平,分析制約生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的限制因子；在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式,并提出相應(yīng)對(duì)策。土地利用時(shí)空變化分析表明：19762009年建設(shè)用

4、地、水域增加,耕地、林地、草地和未利用地整體減少,耕地主要轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地；各地類變化速度由快到慢分別是建設(shè)用地、水域、耕地、未利用地、草地和林地；耕地?cái)?shù)量的持續(xù)減少,使農(nóng)業(yè)用地壓力增大。土地利用動(dòng)態(tài)演變模擬和預(yù)測(cè)研究表明：在未來(lái)20a,文水縣土地利用變化預(yù)測(cè)結(jié)果為耕地和草地面積大量減少,林地和建設(shè)用地面積顯著增加,未利用地略有減少和水域面積稍微增加。土地利用格局的變化,尤其是耕地面積的大幅度減少將會(huì)對(duì)文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響并且?guī)?lái)顯著壓力。景觀格局變化分析表明：1976-2009年文水縣景觀格局表現(xiàn)為景觀多樣性水平升高,景觀破碎化逐漸加強(qiáng),人為干擾對(duì)景觀格局的影響越來(lái)越大。地形地貌、氣

5、候等自然因素的變化一定程度上改變了文水縣的景觀格局,但社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口等人文因素對(duì)景觀格局變化的影響要遠(yuǎn)大于自然因素。耕地景觀的復(fù)雜化、不規(guī)則化與破碎化加劇,降低了農(nóng)業(yè)生態(tài)景觀的連通性,使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)破碎化加劇,集聚性減弱,系統(tǒng)的自我修復(fù)、自我維持、自我發(fā)展能力降低。以土地利用為基礎(chǔ),采用ARCGIS、TWINSPAN和DCA相結(jié)合的方法將文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)劃分為3個(gè)區(qū)域：中部農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)、西部農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)、東部農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)。DCA排序圖第一軸反映了文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)類型隨海拔的變化情況,從左到右農(nóng)業(yè)生態(tài)類型所處的海拔逐漸升高,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)類型變化依次為東部農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)中部農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)西部農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)；第二

6、軸反映了文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)林牧比例的關(guān)系,從下到上林業(yè)比例逐漸減少,牧業(yè)的比例逐漸增多。綜合文水縣生態(tài)功能區(qū)劃、文水縣生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)劃的結(jié)果,最終將文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)劃分為：蒼爾會(huì)山地農(nóng)業(yè)生態(tài)類型、洪擊平原農(nóng)業(yè)生態(tài)類型、黃土丘陵區(qū)復(fù)合農(nóng)業(yè)生態(tài)類型。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)結(jié)果表明：1990-2009年人口子系統(tǒng)發(fā)展呈小幅波動(dòng)式上升狀態(tài)；經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)總體呈“上升平穩(wěn)快速上升”的趨勢(shì)；社會(huì)子系統(tǒng)發(fā)展總體呈快速上升的趨勢(shì),對(duì)文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力的提高貢獻(xiàn)最大；資源子系統(tǒng)的發(fā)展整體上呈平穩(wěn)態(tài)勢(shì)；環(huán)境子系統(tǒng)略有起伏,近年來(lái)逐步提高。社會(huì)子系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展對(duì)文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)最大,而資

7、源的貢獻(xiàn)量最小。資源發(fā)展綜合指數(shù)和環(huán)境發(fā)展綜合指數(shù)的分析說(shuō)明：文水縣農(nóng)業(yè)發(fā)展的資源狀況對(duì)人口、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)系統(tǒng)發(fā)展的壓力或阻力越來(lái)越大；環(huán)境可持續(xù)發(fā)展能力逐步下降,在一定程度制約了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展增長(zhǎng)。文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平的PCA排序和人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源、環(huán)境等5個(gè)子系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平的回歸分析結(jié)果表明：對(duì)文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)率的大小依次為社會(huì)子系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)人口子系統(tǒng)環(huán)境子系統(tǒng)資源子系統(tǒng)。耕地面積持續(xù)減少、農(nóng)業(yè)科技發(fā)展水平低、農(nóng)業(yè)技術(shù)人員缺乏是文水縣農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)期限制因子；環(huán)境污染、水土流失是文水縣農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的中期限制因子；農(nóng)林牧比例失調(diào)和

8、種植業(yè)結(jié)構(gòu)單一是文水縣農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的短期限制因子。從縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)出發(fā),以不同農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平評(píng)價(jià)為基礎(chǔ),以解決和突破各類區(qū)域的限制因子為出發(fā)點(diǎn),制定了文水縣不同類型農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式：(1)洪積平原農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式。主要包括“糧酒畜肥”模式及配套技術(shù)、“糧禽豬沼肥”模式及配套技術(shù)、“林果糧經(jīng)”立體模式及配套技術(shù)、“農(nóng)田林網(wǎng)”模式、“綠色蔬菜”模式、復(fù)合生態(tài)養(yǎng)殖場(chǎng)模式。(2)黃土丘陵區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式。主要包括“圍山轉(zhuǎn)”模式、生態(tài)經(jīng)濟(jì)溝模式、生態(tài)果園模式。(3)蒼爾會(huì)山地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式。主要包括山區(qū)農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式、“觀光農(nóng)業(yè)”模式。

9、(4)鹽堿地-菊芋集約化種植農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式。最后,根據(jù)文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際情況,提出了文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的對(duì)策,包括恪守耕地紅線,保障土地資源；倡導(dǎo)建立循環(huán)型農(nóng)業(yè)示X基地；加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整；加強(qiáng)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的研究和推廣力度；完善政府投入機(jī)制,促進(jìn)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等?！娟P(guān)鍵詞】：黃土高原GIS農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展文水縣【學(xué)位授予單位】：XX大學(xué)【學(xué)位級(jí)別】：博士【學(xué)位授予年份】：2011【分類號(hào)】：S181【目錄】：中文摘要16-19ABSTRACT19-24第一章引言24-371.1研究的目的意義24-261.2研究進(jìn)展26-371.2.1土地利用變化研究進(jìn)展2

10、6-291.2.2景觀生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展29-311.2.3農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究進(jìn)展31-321.2.4農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式研究進(jìn)展32-351.2.5黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究進(jìn)展35-37第二章研究方法37-402.1研究的基本思路372.2研究方法37-392.2.1土地利用時(shí)空變化分析372.2.2土地利用動(dòng)態(tài)模擬和預(yù)測(cè)研究37-382.2.3農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)景觀格局變化分析382.2.4農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能分區(qū)38-392.2.5農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)392.2.6農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式與對(duì)策392.3論文特色39-40第三章研究區(qū)概況40-503.1自然地理?xiàng)l件4

11、0-453.1.1地理位置40-413.1.2地形地貌41-423.1.3氣候特征42-433.1.4水文433.1.5土地與土壤43-443.1.6生物資源443.1.7礦產(chǎn)資源44-453.1.8水土流失現(xiàn)狀453.2社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況45-503.2.1行政區(qū)劃453.2.2人口45-463.2.3經(jīng)濟(jì)發(fā)展46-483.2.4文化教育483.2.5體育與衛(wèi)生48-493.2.6旅游資源49-50第四章文水縣土地利用時(shí)空變化分析50-724.1數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)預(yù)處理50-534.1.1LandsatMSS/TM504.1.2研究區(qū)數(shù)據(jù)源504.1.3數(shù)據(jù)預(yù)處理50-534.2土地利用遙感信息提取53

12、-594.2.1遙感技術(shù)在土地利用調(diào)查中的應(yīng)用534.2.2土地利用分類系統(tǒng)53-544.2.3遙感數(shù)據(jù)和地學(xué)數(shù)據(jù)分析54-574.2.4分層分類提取土地利用信息57-584.2.5精度分析58-594.3土地利用變化動(dòng)態(tài)分析59-704.3.1研究目的594.3.2研究方法594.3.3動(dòng)態(tài)分析59-674.3.4驅(qū)動(dòng)力分析67-704.4土地利用變化對(duì)文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的影響70-714.5小結(jié)71-72第五章文水縣土地利用動(dòng)態(tài)模擬和預(yù)測(cè)研究72-855.1數(shù)據(jù)來(lái)源和處理725.2馬爾柯夫鏈的建模和預(yù)測(cè)72-765.2.1馬爾柯夫鏈的建模過(guò)程72-745.2.2基于馬爾柯夫鏈的文

13、水縣土地利用變化預(yù)測(cè)74-765.3灰色系統(tǒng)的建模和預(yù)測(cè)76-815.3.1灰色系統(tǒng)的建模過(guò)程76-785.3.2基于灰色系統(tǒng)的文水縣土地利用演變預(yù)測(cè)78-815.4預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比和分析81-835.5土地利用變化對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響83-845.5.1林地變化對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響835.5.2耕地變化對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響835.5.3建設(shè)用地變化對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響835.5.4草地變化對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響835.5.5水域變化對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響83-845.6小結(jié)84-85第六章文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)景觀格局變化分析85-996.1景觀類型的選擇與提取85-896.1.1資料的獲取及預(yù)處理85

14、6.1.2景觀指數(shù)的計(jì)算及分析85-896.2文水縣景觀格局分析89-956.2.1景觀級(jí)別的指數(shù)分析89-926.2.2幾種主要斑塊類型級(jí)別的指數(shù)分析92-956.3景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)因素分析95-976.3.1自然驅(qū)動(dòng)因素956.3.2人文驅(qū)動(dòng)因素95-976.4景觀格局變化對(duì)文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響976.5小結(jié)97-99第七章文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能分區(qū)99-1077.1研究方法997.2文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能分區(qū)結(jié)果99-1067.2.1基于GIS的TWINSPAN分類99-1017.2.2DCA排序結(jié)果101-1027.2.3文水縣生態(tài)功能區(qū)劃102-1037.2.4文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系

15、統(tǒng)功能分區(qū)103-1067.3小結(jié)106-107第八章文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)107-1308.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建107-1128.1.1指導(dǎo)思想107-1088.1.2基本原則108-1098.1.3指標(biāo)篩選及確定109-1108.1.4指標(biāo)計(jì)算方法110-1128.2數(shù)據(jù)的獲取及處理112-1168.2.1數(shù)據(jù)獲取112-1138.2.2指標(biāo)權(quán)重的賦予113-1158.2.3指標(biāo)的正向化處理1158.2.4各子系統(tǒng)及綜合得分值的計(jì)算115-1168.2.5資源子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)對(duì)人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)子系統(tǒng)的支持分析1168.2.6主成分分析1168.3農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)結(jié)果1

16、16-1268.3.1各因素及指標(biāo)權(quán)重確定116-1198.3.2農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)能力現(xiàn)狀評(píng)價(jià)119-1248.3.3資源環(huán)境系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)支持性評(píng)價(jià)124-1258.3.4主成分分析125-1268.4農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)存在的問(wèn)題及可持續(xù)發(fā)展的限制因子分析126-1288.4.1長(zhǎng)期限制因子126-1278.4.2中期限制因子127-1288.4.3短期限制因子1288.5小結(jié)128-130第九章文水縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式與對(duì)策130-1469.1農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式的構(gòu)建130-1339.1.1農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式的構(gòu)建原則130-1319.1.2農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模

17、式框架131-1339.2洪擊平原農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式133-1369.2.1”糧酒畜肥”模式及配套技術(shù)1339.2.2”糧禽豬(牛)沼肥”模式及配套技術(shù)133-1349.2.3”林果糧經(jīng)”立體模式及配套技術(shù)134-1359.2.4”農(nóng)田林網(wǎng)”模式1359.2.5”綠色蔬菜”模式135-1369.2.6復(fù)合生態(tài)養(yǎng)殖場(chǎng)模式1369.3黃土丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式136-1379.3.1”圍山轉(zhuǎn)”模式136-1379.3.2生態(tài)經(jīng)濟(jì)溝模式1379.4蒼爾會(huì)山地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式137-1389.4.1山區(qū)農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式137-1389.4.2”觀光農(nóng)業(yè)”模式1389.5鹽堿地菊芋集約化種植農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式138-1419.5.1鹽堿地成因及分布1389.5.2抗鹽植物菊芋138-1409.5.3鹽堿地菊芋集約化種植模式140-1419.6縣域普遍適用的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展模式141-1429.6.1”四位一體”模式141-1429.6.2廢棄物再利用型模式1429.7農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展對(duì)策142-1449.7.1恪守耕地紅線,保障土地資源1439.7.2建立循環(huán)型農(nóng)業(yè)示X基地1439.7.3加強(qiáng)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的研