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1、基于RS和GIS的济宁市土地利用变化及生态安全研究第32卷第8期Vol.32No.8地理科学2012年08月SCIENTIAGEOGRAPHICASINICAAug.,2012基于RS和GIS的济宁市土地利用变化及生态安全研究1223吕建树，吴泉源，张祖陆，刘洋(1.南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室，江苏南京210093；2.山东师范大学人口资源与环境学院，山东济南250014；3.南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏南京210046)摘要：在RS/GIS技术的支持下，选择南四湖流域典型市域济宁市为研究区，基于多源数据，揭示了研究区19872008年的土地利用时空变化
2、特点，进一步构建“隐患-状态-免疫”的生态安全评价指标体系，采用组合赋权法确定指标权重，应用改进TOPSIS模型实现了100m100m栅格水平上的生态安全综合评价。结果表明：研究区土地利用变化较为剧烈且具有独特的区域特色，其总体特征为耕地、林地、草地和未利用地的面积持续下降，建设用地急剧扩张，水域面积则先降后升；20a来，研究区生态安全状况经历了先恶化后改善的变化趋势，南水北调工程的实施、环境治理和生态建设加大是2000年后研究区生态安全好转的主要驱动力；研究区生态安全状态空间差异明显，东部山地丘陵区和南四湖区最好，中部和西北部地区最差，其余区域基本处在预警状态。研究结果可为研究区生态建设和土
3、地生态安全格局的制定提供依据。关键词：土地利用；生态安全；济宁市；GIS中图分类号：X826文献标识码：A文章编号：1000-0690(2012)08-0928-088生态安全是21世纪人类社会可持续发展面临点问题之一。1的一个新主题。在全球气候变化的大背景下，全国外生态安全研究侧重从不同角度关注和探球性生态问题凸显，区域乃至全球生态系统遭到讨生态安全问题，主要集中在基因工程生物的生严重破坏；区域尺度的生态安全日益受到国际社态风险与安全、生态入侵风险、污染物的环境风会的关注，目前已成为国家、地区安全的重要组成险、食品和水安全、生态系统健康等方面，进行了2,3913部分。区域生态安全主要受自然因
4、素和人类活不少卓有成效的实践。国内的研究主要涉及研动因素的共同影响，人类活动导致的土地覆被变究方法、指标体系、安全阈值的确定等方面，研究化必然对地球系统的气候、水文、生物地球化学循区域主要集中在生态环境较为典型和脆弱的区环及生物多样性等产生重大影响，对区域生态安域，重点突出人类活动对脆弱生态环境的干扰。46全起着决定性作用。随着IGBP与IHDP的总结国内外的相关研究，生态安全研究日益成熟；7GLP(GlobalLandProject)工作的展开，强调与研究内容不断扩展，在生态安全综合评价的同时GCTE（GlobalChangeandTerrestrialEco-systemsProj-兼顾土
5、地生态系统安全、水生态安全、农业生态安ect）研究计划的综合，土地利用的生态环境效应已全等单项因子评价；研究区域不断扩展，涉及城经引起了国内外学者的极大关注。因此，整合土市、流域、行政区等不同的尺度；研究方法也不断地利用与生态安全两大热点，研究区域生态安全改进，主要有综合评价法、生态足迹法、GIS叠加的时空变化，探讨土地利用变化对生态安全的影法、模糊数学、属性识别、物元模型、投影寻踪、神响机制，逐渐成为全球变化的区域响应研究的热经网络等；当前RS/GIS技术日新月异，应用日益完收稿日期：2011-06-24；修订日期：2011-09-05基金项目：国家科技部重大水专项（2009ZX07210-
6、007）和山东省自然科学基金（Y2008E13）资助。作者简介：吕建树(1986-)，男，山东莱芜人，博士研究生，主要研究方向为土地利用生态安全、海岸海洋科学。E-mail：lvjianshu1264通讯作者：吴泉源，教授，博导。E-mail：wqy6420582163吕建树等929:基于RS和GIS的济宁市土地利用变化及生态安全研究8期善，借助RS/GIS的技术手段，运用景观生态学的研北第一大淡水湖。20世纪80年代以来，研究区经究理念，结合非遥感数据，对区域生态安全进行评济发展突飞猛进，人类经济活动对区域环境干扰价已成为主流发展趋势。程度与日俱增，研究区土地利用/覆被状况发生了本研究在梳理
7、国内外相关研究的基础上，运剧烈变化且有独特的区域特色，生态安全问题凸用RS/GIS技术，选取南四湖流域的典型市域显，面临着水土流失、农业污染、植被破坏、水环境济宁市为研究区，分析了19872008年的土地利用污染、采煤塌陷、土壤盐渍化等一系列的生态环境动态变化；在此基础上基于多源数据，提出了“隐问题。患状态免疫”(Hazard-State-Immune)的评价指2数据来源及研究方法标体系，利用AHP和熵权法确定指标权重，应用改进TOPSIS模型实现了100m100m栅格水平的2.1数据来源生态安全综合评价，以期揭示研究区生态安全状本研究的数据可分为遥感数据和非遥感数况的时间演变规律和空间分异特
8、征，探索土地利据。遥感数据包括1987年、2000年、2008年3期用变化对生态安全的影响的规律，为研究区生态LandsatTM/ETM遥感影像（轨道号为122/35、122/建设和土地生态安全格局的制定提供依据。36）共6景，时相均为植被生长茂盛的610月；以及在此基础上通过解译和图像相关波段的计算得1研究区概况出衍生图件，如土地利用图、植被覆盖图、景观格济宁市处于鲁中南山地丘陵区与鲁西南平原局图等。的过渡地带，是山东省典型的生态脆弱区；地理坐非遥感数据主要包括图形图像数据、监测数标介于115?52E117?36E，34?26N35?57N；南据和社会经济统计数据。图形图像数据包括研究北长约
9、167km，东西宽约158km，总面积约1.1区30m精度的DEM数据、电子地形图、行政区划4210km（图1）。研究区属暖温带季风气候，年平均图等基础地理数据和土壤相关图件、土地利用类气温13.6，年降水量650820mm；西部有广大的型图（2005年）、自然保护区分布图等专题数据。平原，是山东省著名的农业耕作区，中部又有丰富监测数据主要包括19702008年研究区及周围26的煤炭、铁矿等矿产资源，南部南四湖还是重要的个气象站点的降水、积温、温度、风速等逐年逐月水源地和著名的渔业区，因此济宁市兼有资源型的气象资料，19872008年30个国控及省控断面城市和农业型城市的特点，其土地利用类型复
10、杂的逐月水质监测资料。统计资料包括19872008多样且地域分异明显，湖东区以山地丘陵为主，湖年研究区及各县市（具体到乡镇）的经济社会统计西区是黄河大平原的组成部分，境内南四湖是华年鉴。此外，还有来源于济宁市及其各县市的实地调研收集的资料数据和野外GPS数据。本研究所有的图件均配准到统一的WGS84坐标基准下。2.2LUCC分类在对比各种遥感解译方法优劣的基础上，采用监督分类和人机交互目视解译相结合的方法进1416行研究区土地利用的分类。先根据GPS先验样本定义分类模板，用最大似然算法进行监督分类，分别是林地、草地、耕地、水域、建设用地和未利用地6类，然后在ArcGIS9.3中进行人工目视解译的修改，得到研究区的1987年、2000年、2008年3个年份的土地利用分类图，经GPS野外采样点验证，分类结果精度均在80%以上，符合本研究的应用要求。2.3生态安全评价方法2.3.1空间评价单元的选取图1研究区位置示意图目前已开展的生态安全研究多以行政单元为Fig.1Locationofthestudyarea930地