论文总字数：26589字

摘 要

土地利用/覆盖变化与生态系统服务之间紧密相连。LUCC表示人们对土地资源的利用程度。可持续发展目标提倡全球可持续发展，旨在改善人类生活和建设生态文明。生态系统服务则包括人类福祉和生态系统，是实现可持续发展的重要影响因素。以中国生态脆弱的黄土高原作为研究区，阐明黄土高原1992-2015土地利用动态变化情况，并运用一种空间化的方法开展对研究区LUCC-ES连接关系的集成评估，为黄土高原区土地资源调整与规范、区域环境治理与恢复，可持续发展提供了科学参考依据。结果表明：1）1992-2015年，黄土高原区主要的土地利用类型是草地和耕地，占土地利用总面积80%以上，但耕地面积一直以来呈减少趋势，裸地也在大量减小，裸地减少总量为14701.6 km²，耕地和裸地的减少转移为林地和草地面积的增加；2）黄土高原的大多数省（区）展示了高水平的文化和支持服务，总体规律为：支持服务gt;文化服务gt;调节服务gt;供给服务。ES容量省（区）级水平略有增加，这与多个ESs的积极变化以及相互作用关系相关；3）可持续发展目标中，引用频率最高的是SDG15（40），SDG11（18）和 SDG2（17），最常被提及的ESs是碳吸收（12），防洪（12）和养分吸收（11），这表明国家对黄土高原区生态恢复举措的大力实施，以及对区域可持续发展的适应性管理。

关键词：土地利用变化；生态系统服务；核密度分析；回归分析；空间化；可持续发展目标

ABSTRACT

Land use / cover change is closely linked to ecosystem services. LUCC indicates the degree of use of land resources. The Sustainable Development Goals promote global sustainable development and aim to improve human life and build ecological civilization. Ecosystem services include human well-being and ecosystems, and are important factors influencing sustainable development. Taking the ecologically fragile Loess Plateau in China as a research area, clarifying the dynamic changes of land use in the Loess Plateau from 1992 to 2015, and using a spatial method to carry out an integrated assessment of the LUCC-ES connection relationship in the research area, as the land resources of the Loess Plateau Adjustment and regulation, regional environmental governance and restoration, and sustainable development provide a scientific reference basis.The results show that: 1) From 1992 to 2015, the main types of land use in the Loess Plateau were grasslands and cultivated land, which accounted for more than 80% of the land use area. The amount is 14701.6 km², the reduction of cultivated land and bare land is converted into an increase of forest land and grassland area; 2) Most provinces (regions) on the Loess Plateau have demonstrated high levels of cultural and support services. The law is: support servicesgt; cultural servicesgt; regulation servicesgt; supply services. The level of ES capacity at the provincial (district) level has increased slightly, which is related to the positive changes and interaction of multiple ESs; 3) Among the sustainable development goals, SDG15 (40), SDG11 (18) and SDG2 (17) The most frequently mentioned ESs are carbon absorption (12), flood control (12) and nutrient absorption (11), which shows the country ’s vigorous implementation of ecological restoration measures in the Loess Plateau area and the regional sustainable development Adaptive management.

Keywords: land use change; ecosystem services; nuclear density analysis; regression analysis; spatialization; sustainable development goals

目录

第1章 绪论 1

1.1立题目的和意义 1

1.2国内外研究进展 2

1.2.1土地利用/覆盖变化研究进展 2

1.2.2生态系统服务研究进展 2

1.3研究目标与研究内容 3

1.3.1研究目标 3

1.3.2研究内容 3

第2章 研究区概况与数据处理 5

2.1研究区概况 5

2.1.1地理位置 5

2.1.2地形地貌 5

2.1.3气象水文 6

2.1.4土壤植被情况 6

2.1.5社会经济情况 6

2.2数据与预处理 6

2.2.1数据源 6

2.2.2数据预处理 7

第3章 LUCC-ESs集成及其对SDGs影响分析方法概述 9

3.1 LUCC分析 9

3.1.1 LUCC时间分析 9

3.1.2 LUCC空间分析 9

3.2 LUCC模式与ES指标之间的定量关系分析 10

3.2.1确定ES分类指标集 10

3.2.2评估LUCC类型对ES供应的影响 11

3.3土地利用方式对LUCC-ESs的潜在影响分析 12

3.4 LUCC-ESs对可持续发展目标（SDGs）的影响分析 12

第4章 LUCC-ESs集成及其对SDGs影响分析结果 13

4.1黄土高原土地利用/覆盖变化（LUCC）模式 13

4.2基于LUCC类型的生态系统服务供给 16

4.3不同土地利用方式对生态系统服务供给的影响 20

4.4 LUCC-ESs变化对区域可持续性发展目标（SDGs）实施具有的潜在科学意义 21

4.5不确定性分析 23

第5章 结论与展望 24

5.1本文结论 24

5.2研究展望 24

参考文献 26

致谢 28

第1章 绪论

1.1立题目的和意义

土地利用/覆盖变化（Land‑use/coverage changes）和生态系统服务（Ecosystem Services）之间紧密联系。生态系统服务（ESs）是指人类从生态系统中直接或间接地获取自然环境条件和维持人类生存与发展的各种利益，几乎提供关乎人类福祉的所有要素，包括有形物质产品的供应，如耕作物、物质和水的循环、各种能源等和无形服务的提供，如气候调节、空气净化，疾病控制等。生态系统服务( ESs) 是人类-自然环境耦合系统研究的重点，其概念和方法的提出将自然系统与人类社会联系起来提供了关键工具，同时，也融合了社会，经济和环境科学的不同范式和研究传统^[1]。土地利用一方面是指人类依据自己的需求和土壤的性质，对土地进行规划、管理和应用，另一方面，土地利用还包括一部分区域的未利用土地，即未能保护或不可持续，如裸地、荒草地、盐碱地等^[2]。LUCC是联系人类与自然界的桥梁，是两者之间进行能量流动、物质循环和信息传递的中介，其引起的土地利用模式、土壤特性、覆被等一系列的变化在一定程度上能够反映区域经济的发展状况以及人类活动对自然环境的影响^[3]。生态系统服务能力的高低一定程度上受土地利用变化的制约和影响，不同的土地利用类型具有提供不同类型、数量和质量生态系统服务的能力^[4]，如耕地提供农作物、瓜果蔬菜等供给服务，林地有益于气候调节，碳吸收等调节服务，裸地和建设用地会加重土壤侵蚀的速度等。

2019年8月，政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布《气候变化与土地利用特别报告》以及报告的“决策者摘要”^[5]。其中就包括对全球土地利用现状的总结与剖析，报告指出：人类施加在土地上的压力越来越大，土地一直处于超负荷的状态，这也同时影响着生态系统服务。

黄土高原地区位于中国北方黄河流域的中游，跨我国7个省区，总面积约102.9万km², 绝大多数区域属于干旱或半干旱气候区。黄土高原地区生态脆弱，水土资源问题突出,以其高土壤流失率和沉重的泥沙负荷而闻名，其日益恶化的生态环境成为世界研究的热点^[6]。

1980-2000年期间，国家逐渐在黄土高原区实施水土保持综合治理等措施。在这一阶段，主要以小流域为治理单元，对土地资源进行合理规划与配置，从而提高土地利用率^[7]。2000年以后，国家开始实施“退耕还林（草）” 等大范围系列生态修复政策^[8]，到2011年国务院批准了“黄土高原地区综合治理规划大纲（2010-2030年）”，在生态系统的自我调节和人类做出的积极修复生态系统大量工程的共同影响下，黄土高原生态系统逐渐处于恢复状态，水土保持工作方面卓有成效，该区域LUCC也随之发生了显著变化。

在保护环境的同时，实现所有人的福祉是我们时代最紧迫的全球挑战之一，也是联合国可持续发展目标（SDGs）的中心思想。联合国可持续发展目标几乎关乎人类的所有利益，其发展战略中就有对生态系统服务的引用，一项或多项生态系统服务的提供可能会支持许多发展目标。

本案例研究目的是：（1）生产黄土高原1992-2015年24年期间的LUCC数据集，并对LUCC进行分析，为后面的研究内容奠定基础；（2）确定黄土高原LUCC模式与ES指标之间的定量关系，研究LUCC类型对黄土高原1992-2015年ESs供应量的影响；（3）分析主要土地利用方式对LUCC- ESs连接关系和17个SDGs的潜在影响。

黄土高原LUCC-ES连接关系的集成评估，对合理规划黄土高原地区生态发展方向、因地制宜进行综合治理等方面提供参考依据。可更好地揭示人类活动与土地利用变化、生态系统服务变化相互影响的过程和规律，是全面、科学认识生态系统对人类活动响应的重要支撑^[2]。

1.2国内外研究进展

1.2.1土地利用/覆盖变化研究进展

LUCC一直是地球科学探究的热点话题^[9]。1990年之前，学者主要针对土地利用数量、状态进行统计与评价，1990年之后，土地利用/覆盖变化被赋予了新的含义，国内外学者开始重视LUCC对生态环境和人类社会的影响^[10]。主要是对经济发展迅速、环境问题极为突出、人口大量聚集和剧烈扩张等区域的研究。21世纪以来，随着3S技术的发展，尤其是遥感图像解译专家系统与互联网地理信息系统等信息技术的有机结合，借此国内外学者对黄土高原区土地利用变化展开了大量的研究，研究内容主要有两方面，一方面是黄土高原土地利用时空变化过程及其驱动因子分析，另一方面是当地LUCC对地域环境气候等因素的影响。研究方法主要分析土地的变化，有土地利用动态度、土地利用状态转移矩阵等。近年来，由于全球生态环境的急剧变化，研究逐渐集中于土地利用/覆盖变化在生态环境效应等方面，黄土高原区干旱多风、地质灾害频繁、水土流失，土地荒漠化问题严重，生态问题急需解决，因此，很多学者对黄土高原LUCC引起的土壤、气候、植被、水文等地理因素变化及其对ESs价值的影响进行了大量研究。

1.2.2生态系统服务研究进展

《国际地圈与生物圈计划》(IGBP) 和《全球变化的人文领域计划》(IHDP) 将LUCC作为其重大研究计划之一^[9]，LUCC通过对生态系统结构、功能、过程的改变，对生态系统服务起决定性作用。

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