实验一土地利用格局演变特征分析
　　1.1实验概述
　　1.1.1背景及目的
　　土地利用/覆被变化（land use and cover change，LUCC）研究在全球气候变化、粮食安全、土壤退化和生物多样性等关键问题研究中发挥着越来越重要的作用。LUCC对景观格局有巨大的影响。景观是以类似方式重复出现的、相互作用的若干生态系统的聚合所组成的异质性土地地域（Forman and Godron，1986）。人类的经济开发活动主要是在景观层面上进行的，因而景观成为研究人类活动对环境影响的适宜尺度（谢花林，2008；彭建等，2004）。景观格局是景观异质性的具体体现，又是各种生态过程在不同尺度上长期作用的结果（邬建国，2000），是LUCC*直观的标志。认识土地利用变化与景观格局之间的相互作用机制对区域土地资源的可持续利用和受损生态系统的恢复与重建具有重要理论和现实意义（冯异星等，2009）。景观格局指数具有高度浓缩景观格局信息的功能，广泛应用于景观格局分析（朱东国等，2017）。常用的景观格局指数包括三个尺度：斑块水平指数、类型水平指数及景观水平指数。不同尺度的景观格局指数能够定量地描述不同水平的景观格局，从而对其组成、结构、特征及功能的差异进行探究（Li and Wu，2004）。
　　本实验希望达到以下目的：①掌握利用ArcGIS 10.2.2软件进行栅格数据叠加分析的方法；②掌握土地利用转移矩阵的计算方法；③掌握利用Fragstats 4.2.1软件计算景观格局指数的方法。
　　1.1.2数据说明
　　本实验所使用的数据存储于data_exp1文件夹中，包含的数据信息见表1.1。
　　本实验中的LULC现状数据的形式为栅格，格式为tif，格网单位为100m×100m，年份为2010年和2015年。LULC现状分类包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6个一级类，见表1.2，可以直接使用这些数据进行土地利用格局演变特征分析。
　　1.1.3整体实验设计
　　本实验主要在ArcGIS 10.2.2、Fragstats 4.2.1和Excel 2016的软件环境下，从土地利用数量变化和景观格局变化两个角度，制作土地利用转移矩阵，计算景观格局指数，对研究区2010～2015年的土地利用格局变化进行分析。整体实验流程如图1.1所示。
　　1.土地利用数量变化分析
　　土地利用转移矩阵可以定量地表明不同土地利用类型（简称地类）之间的转换情况。
　　2.景观格局变化分析
　　景观格局指数可以从斑块、类型和景观三个尺度进行衡量。本实验主要从类型和景观两个尺度对土地利用格局演变特征进行分析。在类型尺度中主要选取的是斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、*大斑块指数（LPI）、边缘密度（ED）、周长–面积分维数（PAFRAC）、散布与并列指数（IJI）、斑块结合度指数（COHESION）、分离度指数（SPLIT）、聚集度指数（AI）9个指标。景观尺度则主要从斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、*大斑块指数（LPI）、边缘密度（ED）、周长–面积分维数（PAFRAC）、蔓延度指数（CONTAG）、分离度指数（SPLIT）、聚集度指数（AI）、散布与并列指数（IJI）9个指标中进行选取。各景观格局指数的含义见表1.3。
　　1.2实验步骤
　　1.2.1制作土地利用转移矩阵
　　1.导入数据文件
　　打开ArcGIS 10.2.2软件，单击Add Data按钮，选择文件夹中的2005landusetype.tif与2010landusetype.tif两个文件，单击Add按钮，出现的界面如图1.2所示。
　　2.土地利用类型面积计算
　　在左边菜单栏中右击栅格数据，选择Properties→Source选项，可以查看栅格数据的坐标系、范围和分辨率等属性，如图1.3所示，栅格分辨率为100m×100m，即栅格数据中每个像元（pixel）的面积为0.01km2。
　　右击栅格数据，选择Open Attribute Table选项，即可得到每种土地利用类型（Value）的像元数量（Count），而每个像元的面积为0.01km2，由此可以计算出2005年和2010年两期栅格数据中不同土地利用类型的面积，见表1.4。
　　3.栅格数据叠加分析
　　使用Spatial Analyst（空间分析）工具集需要额外授权，所以首先要添加拓展模块。如图1.4所示，选择Customize→Extensions选项，在弹出的对话框中勾选Spatial Analyst选项，这样就可以使用Spatial Analyst工具。
　　完成Spatial Analyst的授权后，选择ArcToolbox→Spatial Analyst Tools→Local→Combine选项，打开Combine（叠加分析）工具，如图1.5所示。
　　图1.5打开Combine工具

目录
实验一　土地利用格局演变特征分析　1
1.1　实验概述　1
1.1.1　背景及目的　1
1.1.2　数据说明　1
1.1.3　整体实验设计　2
1.2　实验步骤　4
1.2.1　制作土地利用转移矩阵　4
1.2.2　景观格局指数分析　9
1.3　讨论与总结　11
参考文献　12
实验二　土地利用变化驱动力分析　13
2.1　实验概述　13
2.1.1　背景及目的　13
2.1.2　数据说明　13
2.1.3　整体实验设计　14
2.2　实验步骤　14
2.2.1　插值　14
2.2.2　实验数据提取　15
2.2.3　距离分析　19
2.2.4　栅格数据转点　20
2.2.5　探索性数据分析　22
2.2.6　变量相关性检验　23
2.2.7　Logistic回归分析　24
2.3　讨论与总结　26
参考文献　26
实验三　区域土地利用生态风险分析　27
3.1　实验概述　27
3.1.1　背景及目的　27
3.1.2　数据说明　27
3.1.3　整体实验设计　28
3.2　实验步骤　30
3.2.1　划分风险评价单元　30
3.2.2　生态风险指数计算　34
3.2.3　生态风险指数空间自相关分析　38
3.2.4　生态风险指数空间格局分析　43
3.3　讨论与总结　53
参考文献　54
实验四　森林优先保护区识别　55
4.1　实验概述　55
4.1.1　背景及目的　55
4.1.2　数据说明　55
4.1.3　整体实验设计　57
4.2　实验步骤　57
4.2.1　双评价指标体系构建　57
4.2.2　生态系统服务能力　57
4.2.3　经济开发成本格局　63
4.2.4　叠加分析　67
4.2.5　聚类分析　67
4.3　讨论与总结　68
参考文献　69
实验五　区域关键性生态空间识别　70
5.1　实验概述　70
5.1.1　背景及目的　70
5.1.2　数据说明　70
5.1.3　整体实验设计　70
5.2　实验步骤　74
5.2.1　栅格数据的归一化处理　74
5.2.2　水源涵养功能重要性评价　75
5.2.3　土壤保持功能重要性评价　76
5.2.4　生物多样性保护功能重要性评价　88
5.2.5　地质灾害敏感性评价　89
5.2.6　洪涝灾害敏感性评价　92
5.2.7　关键性生态空间识别　95
5.3　讨论与总结　96
参考文献　97
实验六　土地利用变化模拟　98
6.1　实验概述　98
6.1.1　背景及目的　98
6.1.2　数据说明　98
6.1.3　整体实验设计　99
6.2　实验步骤　100
6.2.1　数据准备　100
6.2.2　CA-Markov模型　102
6.2.3　Logistic-CA-Markov模型　108
6.3　讨论与总结　112
参考文献　113
实验七　耕地质量保护的农户选择行为分析　114
7.1　实验概述　114
7.1.1　背景及目的　114
7.1.2　数据说明　115
7.1.3　整体实验设计　116
7.2　实验步骤　116
7.3　讨论与总结　120
参考文献　121
实验八　农户耕地撂荒行为决策过程分析　122
8.1　实验概述　122
8.1.1　背景及目的　122
8.1.2　整体实验设计　122
8.2　实验步骤　123
8.2.1　基于计划行为理论的农户耕地撂荒行为决策模型构建　123
8.2.2　研究假说提出　123
8.2.3　变量选取及数据说明　124
8.3　结构方程模型构建　125
8.3.1　建立路径模型图　125
8.3.2　结构方程模型的修正　128
8.4　讨论与总结　132
参考文献　132
实验九　土地经营规模和效益预期对农户秸秆还田意愿的影响分析　133
9.1　实验概述　133
9.1.1　背景及目的　133
9.1.2　数据说明　134
9.1.3　整体实验设计　134
9.2　实验步骤　135
9.3　讨论与总结　138
参考文献　139
实验十　农业社会化服务的环境效应分析　140
10.1　实验概述　140
10.1.1　背景及目的　140
10.1.2　数据说明　140
10.1.3　整体实验设计　141
10.2　实验步骤　144
10.3　讨论与总结　148
参考文献　148
实验十一　区域土地利用效率分析　149
11.1　实验概述　149
11.1.1　背景及目的　149
11.1.2　数据说明　150
11.1.3　整体实验设计　151
11.2　实验步骤　153
11.3　讨论与总结　159
参考文献　159
实验十二　土地利用格局优化研究　160
12.1　实验概述　160
12.1.1　背景及目的　160
12.1.2　数据说明　160
12.1.3　整体实验设计　161
12.2　实验步骤　164
12.2.1　生态系统服务价值计算　164
12.2.2　关键性生态用地识别　165
12.2.3　生态用地目标约束下的土地利用格局优化　169
12.3　讨论与总结　176
参考文献　176