ArcGIS9空间分析建模工具在农业用地适宜性评价中的应用

依据空间处理建模技术的原理和建模流程,利用Arc GIS ModelBuilder工具,以黄淮海典型农业区山东省聊城市为案例区,进行了农业用地适宜性评价的应用。结果表明,ArcGIS9空间分析建模工具能够有效地进行农业用地适应性评价工作,且聊城市农业用地整体适应性情况较好,符合实际情况。     

GIS在土壤空间分析中的应用

本文对GIS在土壤空间分析中的应用流程作了探讨,包括土壤空间分析中所需数据的采集、空间分析与统计方法、查询与专题制图的制作等。以江苏省吴县市横泾镇为例,以最大收益为原则,采用GIS方法并结合有关模型计算出横泾镇最优的农业结构用地和可能的最大收益。本文给出的一种基于土壤空间分析和土地适应性评价方法,亦可为农业用地结构优化调整提供一些研究思路。     

耕地可持续利用评价指标体系及评价

耕地资源可持续利用评价中的难点在于生态可持续评价指标的确定及其可行性，由于长期连续的耕地性状数据难以获取，农业用地生态可持续性评价往往属于定性描述而非定量化的结果。本文提出了耕地可持续利用评价指标体系，将之划分为生态、经济和社会三个层次，建立了耕地类基本生产力模型和影子价格模型，对技术进步因素作了剔除，并根据苏州吴江市1987～1997年的耕地利用状况，定量评价了其耕地利用方式的可持续性。     

基于区域土壤水分供给量的土地利用优化模式

与以数量结构生态优化为目标的土地利用优化配置不同，提出了基于主要生态过程的土地利用空间格局优化的思路。借助于地理信息系统等技术，在对主要生态水文过程模拟的基础上，建立了土地利用最小耗费表面模型，探讨了土地利用时空格局优化模式研究的技术途径。最后，以受沙质荒漠化威胁地区较严重的鄂尔多斯高原的考考赖沟流域为例，对模型进行了应用研究。     

黄河三角洲农业用地动态变化模拟与情景分析

为明确农业用地变化的动态特征和影响要素,预测不同情景下的农业用地的时空变化格局。利用遥感和地理信息系统技术对黄河三角洲地区4期TM和ETM+影像进行解译判读,获取区域内1992－2005年间农业用地动态演化特征,并构建元胞自动机模型对2001年和2005年的农业用地格局进行模拟。2001年和2005年农业用地模拟的总体精度分别为82.90%和84.48%,Kappa系数分别为0.658和0.689。模拟结果表明元胞自动机模型能够较好地模拟研究区域内农业用地动态变化,为农业用地的演变模拟提供了一种适用的工具。利用元胞自动机模型对4种情景下（面积减少5%、增加5%、10%和15%）的农业用地演变进行了预测。情景分析表明刁口故道附近的农业用地并不稳定,容易发生变化,是需要重点关注的区域。     

广东省1996-2012年农业用地碳汇效应及时空变化特征

为了定量测定广东省农业用地碳汇效应的时空差异,运用1996-2012年的农业用地面积、主要农作物产量、年均气温和年均降水量数据以及2008年21个地级市的相关统计数据,对广东省不同农业用地植被固定CO2的量进行分析。结果表明:农业用地植被固定CO2的总量一直处于波动状态,但总体表现为增加态势,由1996年的3.43×1010 t增加到2012年的3.94×1010 t,年均增长率为0.82%。林地和园地在CO2固定过程中占绝对优势,二者固定CO2的量占全省农业用地固定CO2总量的99.95%以上,是农业用地植被固定CO2最重要的贡献者。耕地对CO2的固定主要由稻谷、糖蔗和蔬菜三大作物体现,三者固定的CO2占全省农作物固定CO2总量的90%以上。年均降水量对林地和园地固定CO2总量的影响程度要大于其面积变化的影响,而草地固定CO2的量与草地面积呈现高度一致性。广东省农业用地植被固定CO2的量具有显著的区域差异,呈现出北部山区高,珠三角地区、粤东及粤西地区低的总体特征。此外,全省农业用地固定CO2量的空间分布与林地固定CO2量的空间分布具有较高的一致性,说明一个地区林地占农业用地面积比例越大,则植被固定CO2的量越高。     

矿业废弃地再利用空间结构优化的技术体系与方法

为了合理确定矿业废弃地再利用的用途、数量比例和空间布局,释放其再利用潜力,保障矿产资源型城市未来发展所需各项用地,构建了矿业废弃地再利用空间结构优化的技术体系,即先进行复垦适宜性评价,而后进行数量结构优化,最后进行空间结构优化。提出了数量结构优化和空间结构优化的思路和方法,数量结构优化应将再利用为各种地类的矿业废弃地的面积与区域内原有的相同地类的面积进行整合,综合考虑土地利用的生态、经济、社会效益,同时将土地复垦适宜性评价的结果作为主要约束条件;将数量结构优化的结果作为空间结构优化的约束条件,将矿业废弃地视为一种独立的地类参与整个区域的土地利用空间结构优化,通过区域土地利用空间结构优化的结果来确定矿业废弃地再利用的最优空间布局,同时结合土地复垦适宜性评价的结果对其进行检验和修正。采用比较分析法,选择基于GIS的模糊综合评价法作为土地复垦适宜性评价的方法;数量结构优化采用基于生态位的线性规划模型,空间结构优化采用CLUES模型。最后,以北京市门头沟区为例进行了实证研究。结果表明,该技术体系、方法和模型有效地实现了矿业废弃地再利用数量结构和空间结构的协同优化。该研究可为矿产资源型城市矿业废弃地再利用的实践提供理论借鉴。     

基于遗传算法的水土保持措施空间优化配置

如何在有限的水土保持投资下,将不同类型的水土保持措施合理地空间配置,以期充分发挥生态、经济和社会等综合效益,使水土保持措施的空间优化配置涉及多目标优化,选择合理可行的求解多目标优化问题的方法,已成为研究重点.本文以福建省红壤区土壤侵蚀严重的长汀县为研究区,以2012年水土流失区作为水土保持措施适宜性的评价对象,在封禁措施适宜性评价的基础上,将研究区划分为生态自然修复区和人工辅助治理区.以投入成本最小化、生态效益最大化以及适宜度最大化为目标函数,在人工辅助治理区内,构建水土保持措施空间优化配置模型,采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),进行模型的求解,最终得到水土保持措施空间优化配置方案,并结合2013-2015年水土流失实际治理情况,进行分析验证.从优化结果显示,在政府投入资金一定的情况下,水土保持措施空间布局会朝着产生的生态效益最大化和空间分布适宜度最大化的方向发展.优化配置结果与实际治理情况在大部分区域内,水土保持措施空间分布较一致,吻合度为73.62％.研究结果表明,随着进化代数的增加,基于NSGA-Ⅱ算法的水土保持措施优化配置的优化效果明显,优化配置方案可行有效,可为政府实施水土保持措施空间配置提供决策依据.     

土地利用和地形因子影响下的西藏农业产值空间化模拟

农业产值空间化模拟是客观评价农业生产效率的基础，是科学制定农业发展政策的依据。该文综合运用地统计学方法和地理信息系统空间分析功能，根据海拔高度与农业产值不同的拟合关系将西藏划分为Ⅰ型和Ⅱ型地区，分析了两类区域土地利用和地形因子与农业产值的关系。在此基础上，以土地利用为指示性因子，综合考虑地形因子对农业产值空间分布的影响，运用因子相乘的方法实现了多源数据的融合，建立了西藏农业产值空间化模拟模型。分析模拟结果：Ⅰ、Ⅱ型12个检验样本中共有8个县相对误差小于30%，模拟结果比较理想。同时，该模拟结果能够较好地反映西藏农业整体发展水平低，80%以上的农业用地每平方公里产值低于5400元， “一江两河”流域和昌都地区农业产值相对较高的实际情况。这有助于正确认识西藏的农业发展状况，为区域可持续发展服务。     

基于Markov-FLUS-MCR模型的晋中市"三生"空间优化

三生空间优化是落实各级国土空间规划和引导土地合理开发保护的重要基础。该研究利用Markov-FLUS模型模拟预测2025年晋中市"三生"空间，选取最小累计阻力（Minimum Cumulative Resistance，MCR）模型评价国土空间开发适宜性，在空间上叠加分析模拟预测结果与开发适宜性评价结果，对晋中市进行"三生"空间优化。结果表明：1）从模拟预测结果来看，Markov-FLUS模型模拟2018年晋中市"三生"空间变化，与实际数据对比精度达到97.17%，模型具有适用性。2025年晋中市生产与生活空间均呈增长态势，其中生产空间涨幅较大，增长面积达813.53 km2，生态空间面积减少892.65 km2。2）从开发适宜性来看，MCR模型将晋中市国土空间分为5种类型：生态保护区、生态优化区、限制开发区、优化开发区和适宜开发区。生态优化区面积最大为4 994 km2，占整个研究区的30.59%，适宜开发区面积最小为1 546 km2。3）"三生"空间优化后，晋中市划分为生产空间、生态空间、生活空间、生产-生活空间、生产-生态空间、生活-生态空间和生产-生活-生态空间7种类型，表现出"整体集聚，局部零散"的空间分布特征，其中生态空间面积占比最大，为41.20%。研究结果有助于促进"三生"空间优化理论与方法的深入研究，也可为晋中市国土空间合理开发保护提供参考。     

贵州省耕地质量时空格局及变化趋势分析

为深化对贵州省耕地质量空间格局及变化趋势的认识,合理制定省级耕地质量保护制度及决策提供依据,基于1989年、1995年、2000年3期贵州省土地利用规划条件下的耕地数据,定量分析了耕地质量时空变化规律及发展趋势,组合耕地模糊优选模型与理想点法构建评价模型评价了各年的耕地质量,并运用CA-Markov模型和GIS空间分析技术模拟了贵州省2020年耕地空间分布状况。结果表明:（1）贵州省6类土地利用类型间均有相互转移,耕地转移为其他的土地利用类型中63.6%仍然为农业用地,如林地、草地,土地利用性质变化不大;（2）其他土地利用类型均有向耕地转移的趋势,转移的面积以耕地为主,且转移面积大于耕地转移出去的面积,耕地面积保有量在逐渐上升;（3）贵州省耕地所处环境在不断的优化中,优质耕地资源得到了有效保护和利用,优等地的面积有逐渐扩大的趋势;（4）预测得到的2020年贵州省耕地优等地、高等地、中等地、低等地的面积占总耕地面积的比例分别为46.9%,42.2%,10.8%,0.1%,其中优等地主要集中于水系较为发达和农业资源丰富的地区。     

基于GIS和Markov模型的内蒙古农牧交错带土地利用变化

为了研究人类活动对农牧交错带土地利用类型的空间分布、转化及对生态环境的影响,该文以内蒙古农牧交错带太仆寺旗为例,运用RS和GIS技术对该区域近30 a土地利用/覆被变化及景观格局空间变化进行分析,并在此基础上运用马尔可夫（Markov）模型对未来20 a土地利用变化进行预测。结果表明,近30 a来,草地和农业用地面积在该研究区占居主导地位,并且它们之间发生着明显的相互转化。1975－1990年,草地主要向农业用地转移,1990－2004年农业用地主要转化为草地,草地面积增加;1975－2000年,研究区景观多样性升高,蔓延度指数下降,破碎化程度加剧;2000－2004年景观内优势斑块具有了很好的连接性,聚集度增大,整体景观格局破碎化程度降低;人为干扰强度的变化对土地利用结构的变化具有重要作用,土地利用强度主要受人口数量以及国家土地利用政策的影响;在未来20 a间农业用地面积会继续减小,草地、未利用土地面积将有小幅度降低,林地面积会显著增加。实行合理的土地利用政策,利用生态系统自身的修复功能进行生态环境治理是该地区生态恢复的基本途径。     

基于空间决策模型的耕-果错位空间分析与协调布局优化

当前农业生产“空间错位、功能错乱”问题严重,优化耕地果园布局,实现耕地下山果树上山,对改善耕地质量、优化耕地空间布局具有重要意义。该研究以林果业为主导农业的江西省赣州市寻乌县为例,在耕-果空间错位矛盾下,以耕地质量评价为基础,耦合地形空间与地理学定义划定“山上山下”以识别耕-果错位空间,在矛盾优化原则下应用GIS技术构建空间决策模型协调优化果园与耕地的空间布局。研究表明：1）寻乌县耕地细碎,质量评价结果为Ⅰ级的耕地面积为2227.02 hm²,占总耕地面积的24.17%;Ⅴ级面积为671.70 hm²,占7.29%;地形空间划分的“山下”空间占24.06%,“山上”空间占48.19%。 2）以“山上山下”为分区标准,在耕地适宜性评价结果下初划耕地空间为保护区与拟调区,初划林果空间为宜耕区、宜果区与保留区,拟调区与宜耕区为耕-果发生错位的空间,耕地错位面积1221.77 hm²,果园错位面积5169.39 hm²。3）按矛盾协调原则在空间决策模型下优化耕-果错位空间,最终结果为1247.25 hm²的“山下”果园调为耕地,1221.77 hm²的“山上”耕地调整为果园。研究结果优化了耕-果空间布局,提高了耕地质量,可为当前“山上”换“山下”优化耕地布局工作提供参考与理论依据。     

基于多目标微粒群优化算法的土地利用分区模型

土地利用分区实质上是一个多目标的土地利用空间优化问题,将传统分区方法用于解决多目标优化问题明显不足。该文提出了一种基于多目标微粒群优化的土地利用分区模型,构建了土地利用分区的属性约束指标,提取4个能够体现土地利用分区目的及意义的目标函数,即分区间差异性最大区内相似性最强、空间分区集中连片、土地利用效益最大化、土地适宜性评价指数最高,同时考虑了土地利用分区图上最小图斑面积、用途区面积、用途转换规则3类约束条件,并详细阐述了算法的核心思想、编码策略、状态更新机制及其算子等内容,最后以湖北省宜城市为例,对模型的可行性和有效性进行验证,结果表明通过对目标的权重调控可以得到不同目标偏好的土地利用分区方案,该文所构建模型在土地利用规划实践中具有可操作性。     

汉江流域荆门段面源污染负荷时空分布与污染现状评价

[目的]对汉江流域荆门段面源污染负荷时空分布与污染现状进行分析和评价,为汉江水污染的治理提供科学依据。[方法]利用输出系数模型和等标负荷估算法,对汉江流域荆门段的面源污染负荷进行了空间分析和负荷估算,包括总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和氨氮(NH3-N),得出了汉江流域荆门段面源污染负荷及其空间分布状况。[结果]在所有污染源中,农村生活、畜禽养殖、降雨、土地利用和城镇径流是5个主要的面源污染源;该地区各市县总氮和总磷污染负荷与COD和氨氮污染负荷的输出量的排序均表现为:钟祥市沙洋县东宝区掇刀区;各类污染源总氮贡献率排序为:农村生活农业用地畜禽养殖降雨非农业用地;各类污染物总磷贡献率排序为:畜禽养殖农村生活农业用地非农业用地降雨。[结论]总体来说,河流富营养化主要是由于农村污染物未经处理排放或处理措施不当引起的。     

基于资源环境承载力的国土空间管制分区研究

资源环境承载力是衡量一个地区人地关系协调发展程度的重要依据。基于资源环境承载力评价结果研究国土空间管制分区有利于优化国土空间开发格局,更充分地考虑土地适宜性,有利于土地合理利用和生态文明建设。采用层次分析法和GIS空间分析法,以罗定市为研究区域,计算得出罗定市适宜发展用地536.6 km~2,限制发展用地1 445.5 km~2,禁止发展用地352.8km~2,在理想条件下土地资源所能承载的最大人口规模为466.6万,在耕地保护目标下最大承载人口规模为240.9万。基于资源环境系统承载力评价结果,结合罗定市土地利用现状和资源环境特点,将罗定市划分为生态环境安全控制区、生态涵养区、综合发展区和中心发展区4个类型区。基于资源环境承载力评价的国土空间管制分区可以为罗定市今后的国土空间开发格局优化提供科学参考。     

基于网络GIS的作物品质监测与调优栽培系统

以实现小麦优质高效生产为目标，探讨了基于网络GIS的作物品质监测与肥水调优栽培系统的设计、实现与应用。系统以组件GIS、网络GIS和空间数据库技术等主流地理信息技术为支持，实现以遥感为主要数据源的多源数据融合分析、模型与知识的灵活管理。系统以小麦栽培农艺学知识为基础，明确影响小麦籽粒品质形成的主要因子，通过反演模型和评价模型从遥感影像中提取相关因子用以指导小麦栽培，并根据主要影响因子建立小麦品质综合评价模型，实现小麦品质预测。     

基于适宜性和空间功能值的德兴市矿粮复合区“三生”空间优化研究

[目的]深入开展“三生”功能评价与空间调控优化，协调重构不合理的空间布局与结构，缓解矿粮空间冲突，为国土空间治理和区域高质量发展提供参考。[方法]以德兴市矿粮复合区为例，结合空间适宜性评价、功能值测算与空间自相关分析，基于AVC“三力”理论对研究区进行“三生”空间优化研究。[结果](1)农业、工业生产空间分别集中于西南部和北部，生活空间集中度自西北向东南递减，而生态空间分布广泛且整体均衡；(2)生产、生态空间多呈现聚集态势，而生活空间功能聚集性较弱，呈零星分布，且矿区对其空间适宜性、功能值及聚集度有负面影响；(3)空间重构后，生活、生态空间功能值分别从1.948 6亿元、90.755 0亿元提升至1.951 8亿元、90.778 9亿元。[结论]综合考虑适宜性、空间功能值与集中度进行空间优化与重构，研究区生活与生态空间功能值有所提高，各类空间分布趋于集聚态势，缓解了矿区对于人们生活与粮食生产的负面影响。未来应针对各类空间进行系统治理与管控，并严格控制矿区开发，以保障生产、生活与生态功能。     

大空间尺度土壤质量评价研究进展与启示

土壤质量评价的空间尺度决定了评价结果的适用范围与功能,然而一直以来大空间尺度相关研究相对缺乏。为了分析其核心内容、方法论特征和发展趋势,构建了土壤质量评价相关概念认知框架,综述了当前大空间尺度理论研究和多国实践。分析结果表明:(1)全球—地区尺度土壤质量评价研究基本遵循了"制定评价目标—明确评价对象和涉及的土壤功能—选取评价指标与评价模型—输出评价结果"的技术路线,在评价目标、对象和指标选取等方面侧重反映土壤的自然资源属性与固有质量,常见综合评价模型应用;(2)土壤功能分解与表达逐渐成为土壤质量评价的核心,驱动了相关研究的多维度、多尺度发展。目前亟待开展:对应复合管理目标的广域空间土壤质量统一评价,根据土壤功能分布、土壤类型特征及土地利用方式,明确国家土壤资源分区利用与保护策略;通过多源地学数据集成与基于土壤功能的评价模型研发,发现大空间尺度土壤质量演变规律,协同大、中、小空间尺度研究以探明土壤质量评价的尺度效应。     

小定额波涌沟灌技术要素的多目标模糊优化模型

针对丘陵山区集雨灌溉灌水定额小等特点，利用模糊数学方法，在田间试验的基础上建立了波涌沟灌的多目标模糊优化模型，并求得各灌水技术要素的优化组合：供水时间15 min、停水时间15 min和入沟流量1 L/s。采用该组合技术要素实际灌水试验证明：试验所得各灌水质量指标与模糊优化结果吻合较好，灌溉质量综合效果较好。研究结果为波涌沟灌技术要素的制定提供了多目标模糊优化组合方法，为广大丘陵山区小定额波涌沟灌技术要素的选择提供了多目标模糊优化模型及优化组合方案。