黑河流域景观结构与景观变化研究毕业论文.docx

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1、黑河流域景观结构与景观变化研究毕业论文ANALYSIS ON THE LANDSCAPE STRUCTURE AND CHANGE OF THEHEIHE RIVER BASIN, NORTHWEST CHINA错误!未定义书签。第1章绪论第1节论文选题的重要意义11.1 景观生态学与区域可持续发展11.2 景观结构分析方法及其指标的发展综述21.3 景观结构国内外研究现状5第2节研究思路及论文结构7第2章景观结构指标计算方法第1节 景观结构分析软件FRAGSTATS8第2节论文使用的指标及其公式和生态意义10拼块类型面积（CA）,单位：HA,范围：CA012景观面积（TA）,单位：HA,范围

2、：TA012拼块所占景观面积的比例（LAND）,单位：百分比，范围：0%LAND=113最大拼块所占景观面积的比例（LPI）,单位：百分比,范围：0LPI013面积加权的平均形状因子（AWMSI）,单位：无，范围：AWMSI=114面积加权的平均拼块分形指数（AWMPFD）,单位：无，范围：1415151 =AWMPFD0平均邻近指数（MPI）,单位：无，范围：MPI=0景观丰度（PR）,单位：无，范围：PR=115香农多样性指数（SHDI）,单位：无，范围：SHDI=016香农均度指数（SHEI）,单位：无，范围：0二SHEIv=l16散布与并列指数（IJI）,单位：百分比，范围：0lJI=

3、10016蔓延度指数（CONTAG）,单位：百分比,范围：0CONTAG=10017第3章数据处理18第1节 黑河流域自然条件概况182 IJ 基于 GIS 技木的数据处理21第3节景观制图223.1 地图投影和数据比例尺223.2 黑河流域90年代后期景观图编制233.3 黑河流域中游地区8（）年代前期景观图编制26第4章黑河流域景观结构分析29第1节黑河流域90年代后期景观结构分析291.1 祁连山森林草地景观地带311.2 走廊绿洲景观地带321.3 走廊西北部沙漠戈壁景观地带321.5 古日乃湖盆沙漠化景观地带341.6 北部阿拉善高平原荒漠戈壁景观地带35第2节黑河流域中游地区80年

4、代前期景观结构分析35河流域中游地区近二十年间景观变化38第1节景观结构指标比较1.7 拼块级别上的指标比较391.8 景观级别上的指标比较41第2节景观类型转换比较412.1 建立转移矩阵和制作景观拼块类型转换图412.2 景观类型转换变化分析结果45第6章结论与讨论5050第1节结论第2节方法讨论中国科学院硕士研究生学位论文一一黑河流域景观结构与景观变化研究第1章绪论第1节论文选题的重要意义黑河流域是我国西北干旱区第二大内陆河流域，发源于祁连山区，流经青海、甘肃和内蒙古三省区，流域总面积达12.8万平方公里，土地资源丰富，光热能源充足，水资源潜力也相当可观。流域中上游的广大绿洲地区，多年来

5、经人类开垦利用，灌溉农业发展迅速，农产品丰富，已成为我国西北地区重要的商品粮基地。但是，近年来因绿洲农业大量引水，加之乱垦、滥伐、过牧等破坏性行为的积累,流域荒漠化过程加剧，以土地沙漠化为代表的荒漠化景观发展迅速，在黑河流域古日乃湖盆区(与巴丹吉林沙漠毗邻)年平均速度达到2.6%6.8%,成为我国乃至世界上现代沙漠化发展最强烈的地区之一。特别是位于流域下游的额济纳旗，由于受黑河入境流量锐减的影响，近年来生态环境严重恶化，尾闾湖泊消失，植被成片死亡，草场迅速退化，土地沙漠化趋势加剧，已引起社会各界的广泛关注。干旱区生态环境脆弱，一旦破坏就难以恢复或不可逆转，显然我们不能以牺牲生态环境为代价来换取

6、农业经济的一时发达3因此，如何协调黑河流域生态环境与社会经济发展之间的矛盾，实现黑河流域生态环境与社会经济的可持续发展，已成为急需解决的重要科学问题。1.1 景观生态学与区域可持续发展自本世纪30年代德国生物地理学家Carl Troll首先提出景观生态学(LandscapeEcology) 一词以来，景观生态学以其多学科交叉性、综合整体性、宏观区域性和与人类活动密切相关性的学科特点，在80年代得以迅猛发展，并逐渐成为世界上资源、环境、生态方面研究的一个热点，其作用被越来越多的研究者所认识和强调现代生态学奠基人E.P. Odum在他的基础生态学一书中指出，应把景观生态和土地合理布局利用作为解决经

7、济发展与生态维护间几乎是不可调和的根本性矛盾主要的可能出路。自90年代以来，景观生态学逐渐成为研究区域生态问题的新的有效手段，并在景观尺度上对生态要素的空间格局与动态变化研中国科学院硕士研究生学位论文一一黑河流域景观结构与景观变化研究9究方面，显示出巨大优势。景观生态学是一门研究空间格局对生态过程相互作用的新兴交叉学科，它主要研究景观的结构、功能和变化。关于景观概念的使用，一般基于人类尺度上的具体地域或作为任意尺度上空间异质性的代表，在宏观尺度上，以空间异质性及空间格局为主要研究内容U。Turner等认为：为实现区域的可持续发展，景观是最适宜于进行规划和管理的空间尺度，因为景观有比较明显的边界

8、和共同的生态过程“7一网。而且，景观生态学的研究从一开始就十分注重人类活动对景观格局及其过程的影响，人类与自然生物共生控制理论是景观生态学重要指导思想；这正与可持续发展的思想是一致的。因而，景观生态学是一门实用性很强的科学，它以研究人类社会同其生存空间的相互关系为主要内容，可以为区域的生态环境与社会经济可持续发展提供有力的科学依据，在研究可持续发展方面显示出重大价值】。干旱区存在的生态环境问题，可以归纳为人类活动强烈干扰自然生态系统的过程中，生态环境体系出现不稳定波动而超出生态安全阈值的显著退化，在区域上出现两种密切相联的不同景观格局变化：以黑河流域为例，一方面在靠近水源和流域中上游地带，农耕

9、发达，一般形成集约化、灌溉系统完善的农田景观；另一方面，在远离水源或流域中下游地带，则随水资源被袭夺程度的不断增加，天然生态体系破坏不断加剧，景观由高度破碎化的天然植被向优势度高的荒漠化景观发展。这种区域上景观类型与格局的变化，是干旱区生态环境演变的具体表现,如何控制这种演变，并使自然生态系统与人类生态系统实现生物共生与可持续协调是干旱区可持续发展研究始终需要解决的问题。由于干旱区生态环境特征和生态过程与景观生态理论相吻合，而且景观生态学理论体系中的景观动态与演进、景观变化与稳定性、景观多样性、景观规划与建设以及景观生态保护等都是现阶段干旱区生态环境研究中所面临的核心问题7 21,因而景观生态

10、学在研究干旱区生态环境问题及可持续发展对策中有着广阔的应用前景。1.2 景观结构分析方法及其指标的发展综述景观结构分析是景观生态学基本理论研究的重要组成部分U”也是景观生态评价、规划、管理及建设等应用方向的基础。其中，景观结构是指具体生态系统或存在“元素”的空间关系一一主要指与生态系统的大小、形状、数量、类型及构型相关的能量、物质和物种的分布“到。景观生态系统空间结构在很大程度上控制其功能的特征及其发挥，影响着其中物质、能量和信息各种流的过程及其形式四2引，并对景观的性质、变化方向起着决定性作用。分析景观结构的目的在于从看似无序的景观中发现潜在的有意义的有序或规律，并把景观的空间特征与时间过程

11、联系起来，研究其随时间的变化、演替和外界干扰对景观结构的影响，从而能够更为清楚地研究和把握景观结构与生态过程相互作用的内在规律性，这也是景观生态学与其它生态学科的重要区别之一。景观生态学中的结构分析方法是多种多样的，其中特别重要的是空间格局分析。李哈滨,曾对这些方法有过如下的总结归纳：(1)作图法；(2)概率分布法;(3)指数法；(4)空间相关法；(5)地统计学法；(6)图论。其它方法还有模拟法，渗透理论(Percolation Theory)、波谱分析(Spectral Analysis)、分形分析和半变异矩分析(Semivariogram Analysis)等吐利。最近引入景观生态学的方法

12、还有小波分析和间歇度指数分析，前者用于测定和描述空间格局在多个尺度上的特征，不要求系统平稳假设；后者不受边界的影响，而与网格大小成分指数相关，对判别各种景观格局有显著效果。当前遥感和地理信息系统(GIS)技术的发展与应用也成为景观结构与动态分析的基本手段，它们与其它方法紧密结合以提供能充分反映景观结构特征和动态变化的空间模型。按Turne*”的分类，目前主要有三类模拟景观动态变化的空间模型，即随机模型，过程模型和规则模型。景观结构分析常常需要运用各种定量化的指标来进行景观结构描述与评价，构建有关模型。对景观生态系统空间特征的度量及其指标体系的建立，是空间结构研究的深化方向。景观生态学本身有一套

13、较成熟的景观结构测定、描述和统计的指标体系，从定性分析向定量方法拓展取得了很大进展，由此也产生了很多的景观结构指标24. 25-36o这些指标在景观生态学中都有明确的定义，被用来指征景观空间结构与生态过程之间的定量关系”7, 24, 36-39。其中，基于信息论的优势度指标(Dominance)和蔓延度指标(Contagion),基于分维几何学的分数维指标(Fractal Dimension)是景观生态学中运用最广泛的三个指标皿24- 4-42)0实际上,许多景观结构指标之间有高度的相关性股4引。Ritters等人曾对55个景观结构指标做过统计独立性分析，他们认为这55个指标所包含的信息可以集

14、中到6个指标之中。这6个指标是：优势度(Dominance)、蔓延度(Contagion)、基于周长面积比的分数维(Fractal Dimension from Peri meter/Area Ratio),平均拼块周长面积比(Average Patch Peri meter/Area Ratio ),经过正交处理的平均拼块周长面积比(Average Patch Perimeter/Area Ratio Orthogonally Adjusted)和拼块类型数(Numberof Classes)0美国环境保护局(EPA)依据许多景观指标的不同作用和地位把它们归类成三类：即用于流域完整性的指标，用于景观稳定性与弹性恢复的指标和用于生物完整性与多样性的指标。其中，蔓延度、优势度和分数维这三个指标在以上的三种分类中排名最高14引。近年来，遥感技术迅猛发展，为我们提供了多分辨率、多光谱、