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基于GIS的煤矿区景观格局时空变化及生态重建研究

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摘要

随着全球环境变化研究的加强和对地观测技术的发展，区域性土地利用变化研究日益成为地球系统科学和全球变化研究领域新的热点问题，从区域角度研究土地利用变化格局已经成为研究的重点。景观格局分析是土地利用格局变化和生态环境变化研究的重要手段，有助于探讨景观格局和生态过程的相互关系。由于煤炭需求量的不断增长，地下的煤炭大量采出，使矿区原有水土、植被等生态系统遭到严重破坏，原始的自然景观支离破碎，自然景观类型减少，景观面貌发生较大变化，并随之出现一系列生态和社会问题。
　　 本研究以景观生态学的理论与方法为主要理论基础，综合地理信息系统、遥感等技术，通过定量分析肥城矿区的各景观类型的变化情况和定性分析景观格局演变的特征和规律来加深对景观过程的理解，建立空间格局与景观过程的相互映射关系预测景观格局未来的演变趋势。在景观格局定量和定性分析的基础上，运用景观生态学和生态保护等有关原理，探究的矿区景观生态重建策略，从而为探索矿区可持续发展提供一定的科学依据。主要结论有：
　　 (1)针对研究区的六期遥感影像选取了最佳融合波段，经过图像预处理、增强处理和融合效果分析后，采用监督分类与非监督分类相结合的方法对遥感影像进行解译和信息提取，获得1986年-2010年六个时相的矿区景观格局类型图。
　　 (2)针对景观格局因在不同尺度上存在粒度效应的问题，通过空间分析模块将矢量数据转换成30m-80m九种不同粒度的栅格图像。通过各项景观指数对粒度变化的敏感性并结合实际情况确定40m为本研究的最适宜研究粒度。
　　 (3)通过景观类型数量、结构、变化率及景观类型转移矩阵四个方面对景观类型的时空演变进行了详细的分析。研究期内林地面积变化最大，减少了3887.18hm2，耕地增加了3301.06hm2，水域增加360.99hm2，工矿用地的面积增加了169.96hm2，面积变化最小的村镇用地，增加55.17hm2。研究期内耕地主要转化成林地，占转化面积的5.17％；林地的主要流向是耕地，占林地转化面积的38.81％；矿区的主要流向是水域和林地，分别占14.15％和34.19％，而矿区的主要来源是村镇和林地，分别占矿区来源面积的11.68％和9.38％。
　　 (4)在斑块水平上，针对五大景观类型分别进行了特征分析，各景观类型变化各具特色。在景观水平上，选用相关性较好的七种景观指数分析了研究区整体景观变化趋势。研究期内，NP从685个增加到831个，ED由16.24个/hm2降至13.39个/hm2，PC由98.92％降至98.78％；多样性指数大致呈现先增加后减少的趋势；景观整体破碎度在0.2以下，景观结构在整体上比较完整，但发展趋势是逐年上升的。1986年-1995年由0.108增至0.135，到2010年则上升到0.190。
　　 (5)通过分析CA-Markov模型预测景观类型变化的明显优势，运用该模型在2005年景观格局基础上，预测了2010年景观模拟图。将模拟图与2010年实际现状图作比较，分析其模拟预测的精确度达到了81.24％，预测精度较高。因此，对2015年的景观格局进行了预测，并分析了矿区景观未来的变化趋势。

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