近35年珠海市耕地时空演变及机理研究

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自20世纪90年代以来,土地利用/覆被变化研究已成为全球环境变化研究的重点领域和研究热点。耕地是区域土地利用变化的核心类型,其变化与流向反映了社会经济发展的基本态势,耕地资源的数量与质量直接关系到国家的食物安全、生态安全和经济的可持续发展。随着经济发展和工业化城镇化进程的加快,城市迅速扩展、耕地大量流失,使得人地矛盾更加尖锐,伴随而来的环境恶化、耕地质量下降等问题已经凸显,对于作为全国经济最发达区域之一的珠江三角洲来说,表现尤为突出。因此开展对该区域耕地变化的研究迫在眉睫,及时了解和掌握耕地的数量、质量和空间变化动态,分析其机理,模拟耕地未来变化趋势,对协调耕地保护与经济发展的关系,促进区域耕地资源的可持续发展等具有十分重要的意义。   本文以地处珠江三角洲城市珠海市为研究对象,在3S技术支持下,利用遥感影像(MSS,TM)重建了珠海市1973年、1988年、1998年和2008年耕地的土地利用/覆盖变化信息。通过空间分析,对1973-2008年珠海市耕地与其他土地利用类型之间相互转变数量特征、耕地变化程度以及区域分异特征进行了分析,并利用景观格局指数、重心转移模型、叠置分析和空间功能分析等对耕地变化的空间格局、空间结构和空间功能进行定量分析,揭示了珠海市35年来耕地的时空变化特征。通过收集土壤普查数据和野外采样、实验分析分别得到珠海市1982年和2009年土壤质量数据,采用主成分分析法和综合评价模型等方法,分析耕地土壤质量变化特征。最后对耕地变化的机理进行深入分析,引用基于空间分布的Logistic-CA模型对耕地变化进行模拟预测,并提出该地区耕地保护的对策措施。研究结论如下:   (1)经过35年的演变,珠海市土地利用/覆被发生巨大变化,耕地的年减少速度最快,每年减少1.10%。全市耕地面积呈现先缓慢增加后快速减少的变化趋势,呈类似库兹涅茨曲线倒U型。1973-2008年耕地新增面积29354.32hm2,其中前15年新增面积最大,占总数的47.96%。耕地增加主要来自于水域和林地,其中通过围(填)海造地新增耕地13272.86hm2,占45.22%,通过园地、山坡地改造新增10082.76hm2,占34.35%。1973-2008年耕地减少52223.29hm2,其中1998-2008年减少最多,占总数的45.85%。耕地减少主要是由于农业结构调整和建设占用,其中农业结构调整减少29240.59hm2,占55.99%,建设占用22800.32hm2,占43.66%。各区耕地利用变化率存在着明显的区域差异,香洲区和金湾区耕地相对变化率明显高于斗门区。   (2)1973-2008年耕地斑块数量呈现先增加后减少,斑块密度、景观形状指数和规格化形状指数不断增加,邻近指数先减少后增加,大面积等级斑块面积和面积比例不断下降,小面积等级斑块面积和面积比例不断增加,灌溉水田分维数逐渐上升,旱地分维数先升后降再升,破碎化程度不断加剧的变化趋势。各年份全市耕地重心在斗门区井岸镇境内移动,其中1998-2008年间耕地重心往西南方向移动速度最快。三个时期飞地式流失面积比例稳中有升,一直占主导的地位,边缘式流失面积比例明显下降,填充式流失面积比例缓慢下降。飞地式流失斑块数比例快速上升,边缘式流失斑块数比例明显下降,填充式流失斑块数比例缓慢下降。平均斑块流失指数明显的下降,面积加权平均斑块流失指数呈现出明显的波动趋势,耕地的流失逐渐趋于分散和无序。斗门区耕地空间功能呈现先升后降,金湾区耕地空间功能呈现明显下降,香洲区耕地空间功能一直保持较低型的发展趋势。   (3)1982年到2009年,珠海市耕地质量明显下降,其中土壤容重均值上升,而孔隙度下降,土壤浸水容重大部分呈下降趋势,土壤由砂土转壤土的占10.06%,由粘土转壤土的占16.57%,由壤土转砂土的占7.69%,由壤土转粘土的占8.88%;土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、土壤阳离子交换性能中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、CEC、盐基总量、有效Fe和有效Mn均值呈下降趋势,酸碱度、盐基饱和度、有效Cu、有效Zn、有效B、有效Mo均值呈上升趋势。1982年和2009年珠海市质量较好的Ⅰ等和Ⅱ等耕地合计分别占15%和10%,下降了5%,Ⅲ等耕地增加10.56%,Ⅳ等耕地下降了6.11%,V等耕地增加了0.55%。   (4)珠海市耕地变化是基于特定的自然因素、一定的人文因素和政策因素的共同驱动下进行的。其中,自然驱动因素,如地形、水文、气候等对耕地变化起着基础的决定作用;人文驱动因素,如社会经济发展、农业结构调整,是耕地变化的主要驱动力;政策因素,对耕地变化也产生一定的影响。通过基于Logisti-CA模拟方法,预测到2020年全市耕地面积为30415.88hm2,占土地面积的比例为17.45%,结果可以指导今后制定耕地利用与保护的政策和措施。   (5)针对珠海市耕地数量和空间变化情况,提出加大土地开发整理力度补充耕地,严格保护好现有耕地,对耕地减少较快的地区严格执行总量控制和动态平衡的管制措施,划分不同的空间管制区域,建立耕地保护补偿基金制度;针对耕地土壤质量变化情况,划分四种不同的耕地利用区,建立完善耕地地力与环境污染监测体系,改造中低产田,改善土壤物理性状;针对耕地变化的机理,必须转变经济发展方式,坚持提高节约集约利用水平,减少建设占用耕地、统筹农业结构调整和耕地保护的关系。
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