多情景模拟下城市周边耕地功能分区

科学划定耕地功能分区有助于制定区域差别化的耕地保护措施,是协调耕地保护与经济发展,维护城市粮食安全的重要手段。以常州市主城区为例,综合运用斑块生成土地利用模拟（patch-generating land use simulation model,PLUS）模型、热点分析、k-means 空间聚类等方法,系统分析自然发展、耕地保护、可持续发展3种情景下未来耕地变化冷热点区域与现状耕地综合适宜性,在可持续发展情景下耦合两类分析结果,规划耕地功能分区。结果表明：1）在不同情景下,研究区各用地类型整体空间分布格局保持稳定,未来不稳定耕地冷热点分布具有差异性;2）基于生产适宜性、空间集聚性、区位便利性指标综合评价,按聚类结果初步将研究区划分为4类,耕地面积占比分别为38.71%、32.73%、19.80%、8.76%;3）结合两类评价结果,组合不同层次特征,将研究区耕地归并划分为粮食主产区、都市农业区、农地改善区、城乡过渡区,因地制宜地提出相应管控措施。研究结果可以为中国类似城市周边耕地分区分类利用与保护提供参考。     

基于"重要性-脆弱性-服务价值"的国土空间生态保护与修复管控

国土空间生态保护修复是维护国家生态安全格局的重要保障，科学划定与管控保护修复关键区对维持区域生态系统功能与可持续发展具有重要意义。该研究以福建上杭县作为典型研究案例区，在综合生态系统完整性、系统性与生态效益的基础上，构建了"重要性-脆弱性-服务价值"（I-F-V）的多维生态系统测度框架，进而分析了区域生态系统的多维特征、测度因子间的权衡与协同关系，运用空间聚类（分组分析）划定了生态保护与修复空间，并基于各分区的空间分异性及生态系统结构特征，提出分区管控措施。结果表明：1）上杭县生态系统具有较强的空间异质性，整体上呈现重要性较高、脆弱性程度低、服务价值较高的空间分异格局；2）上杭县各生态系统测度因子间协同与权衡关系并存，综合重要性、脆弱性和服务价值之间均为协同关系，生态系统保护与修复区域可能存在高度重叠；3）上杭县可划分为III-I-V（中等重要-一般脆弱-极高价值）、III-III-V（中等重要-中等脆弱-极高价值）、III-II-V（中等重要-较为脆弱-极高价值）、III-III-IV（中等重要-中等脆弱-较高价值）、II-III-I（较为重要-中等脆弱-低价值）和IV-I-I（高度重要- 一般脆弱-低价值）6个分区，其中，III-I-V和III-II-V两个分区面积较大，是区域发展的生态系统功能基底，各分区所在的土地覆被类型构成也存在明显的空间异质性，林地、灌丛、耕地和园地属于优势土地覆被类型；4）依据生态保护与修复措施将研究区进一步划分为生态保护区（生态保育区、绿色发展区、适度开发区）和生态修复区（生态修复区、保护修复统筹发展区）。研究结果可为区域国土空间生态保护修复规划与建设、生态安全格局维护提供较为科学、全面的研究思路和实践借鉴。     

基于模糊聚类的区域主体功能分区研究--以江苏省为例

主体功能区是对区域土地的自然、经济和生态属性进行综合鉴定,并加以分类的过程;模糊聚类分析是根据研究对象本身的属性来构造模糊矩阵,并在此基础上根据一定的隶属度来确定聚类关系的方法.结合模糊聚类分析的特点,以区域土地利用为研究对象,将模糊聚类的思想引入主体功能区中,建立了基于"社会-经济-生态"为一体的指标体系.然后以江苏省为例,将其划分为优化开发区、重点开发区、限制开发区.结果表明,用模糊聚类分区法对区域土地资源主体功能区划分,能够取得较好地分类结果,对今后区域更好的协调发展有一定的推动作用.     

陕西省淳化县农村生态经济分区

运用模糊聚类的数学方法对陕西省淳化县20个乡（镇）进行了农村生态经济分区,并经过判别分析,得到了4个生态经济区域,分析结果符合客观实际,对分类指导和科学调控淳化县区域农村生态经济系统,保证持续、稳定、高速发展具有重要的参考价值。     

基于功能分区与多聚类算法集成的耕地细碎化评价及整治

基于图斑尺度的耕地细碎化评价及整治有利于耕地布局优化,促进农业规模化与集约化发展。该研究以耕地图斑为基本评价单元,引入聚合分析来量化图斑间空间位置关系,围绕耕地细碎化内涵选取评价指标;运用热点分析和二步聚类算法来对研究区功能分区,在功能分区基础上,基于带轮廓系数的k-means聚类算法,评价耕地图斑的细碎化程度。结果表明：1）根据功能分区的聚类结果,新北区被划分为不显著区、连片规整区、离散复杂区;2）评价结果将新北区耕地图斑分为3类：类别一,离散破碎类,包含图斑17 332块,平均图斑面积过小,连片度低,图斑面积集中在0～10 000 m2,面积占比21.98%,连片度集中在1～4,主要分布在新北区中心区域;类别二,形状复杂类,包含图斑4 535 块,图斑形状复杂不规整,面积占比9.65%,形状指数集中在1.5～2.5,均匀分布在全区;类别三,连片规整类,包含图斑4 091 块,图斑集中连片、形态规整,面积占比68.37%,连片度集中在5～10,形状指数集中在1～1.5,主要分布在外围区域;并基于各类别耕地细碎化属性差异,提出相应的优化模式和整治意见。研究结果可以为耕地细碎化整治提供一定参考。     

基于GIS的区域水环境压力分区研究

在参阅大量文献的基础上,界定了水环境压力分区的内涵,并从人口压力、社会经济压力、水资源压力、水环境污染压力和生态环境压力方面初步建立了水环境压力分区的指标体系;以漯河和平顶山为研究对象,运用GIS技术在提取研究区域子流域单元的基础上建立了子流域单元表征指标数据库,并通过相关分析方法选择出人口密度、单位面积水资源量和产业结构作为研究区域的分区指标;结合GIS技术,建立了研究区域9种聚类方案,并运用PFS方法选择出了最优聚类个数;在保证湖库节点完整性的基础上对最优聚类结果进行调整,最终将研究区域分为6类11个区,并分析了各分区的特点,为区域水环境管理目标与措施制定提供了科学依据和决策支持。     

基于主成分分析和模糊聚类方法的全国节水灌溉分区研究

针对节水灌溉特点，提出了集模糊聚类与主成分分析方法的各优点组合的节水灌溉综合分区方法与分区指标体系，利用主成分分析法对分区指标进行降维处理，简化了计算。在对全国30余省（市、区）资料分析计算的基础上，运用模糊聚类方法进行了全国节水灌溉分区。分区结果用于“全国节水灌溉‘十五’计划及2010年规划”。     

关中地区农业节水分区研究

农业节水分区是促进区域水资源高效利用,缓解农业用水短缺的有效方法之一。针对关中地区水资源短缺、农业用水量大的现状,进行了该地区农业节水分区。收集分析了关中地区的地形地貌、气候特征、水资源利用状况以及农业结构方面的资料,采取系统聚类法结合主成分分析的方法展开关中地区农业节水分区的研究。结合关中地区农业相关的自然社会特点,构建了由气候指标、地形地貌指标、水资源及缺水程度指标、耕地灌溉程度指标、社会经济情况指标和农业结构指标等组成的农业节水分区指标体系;对指标进行变异分析和相关分析,筛选出13个原始指标;借助主成分分析法将原始指标表示成6个主成分以提高计算效率;运用系统聚类法把研究区内的42个县级区域划分成6个农业节水区,并结合自然、社会和经济情况对各区进行了水资源利用情况分析,对各区农业节水措施给出相应的对策建议。     

基于粒子群优化算法的土壤养分管理分区

土壤养分管理分区的划分为变量施肥技术提供依据,是精准农业实施变量施肥管理的重要环节。在对7种土壤养分的空间变异特征和变异结构进行分析的基础上,以其中6种养分作为变量进行土壤养分管理分区的研究,最后用基于粒子群优化属性均值聚类来划分管理分区,并引入3种指标确定合理的分区数目。通过计算得出,试验区的合理分区数目为2个,对各管理分区实际采样点的土壤养分数据进行单因素方差分析,除速效磷外各土壤养分均在99%的置信水平上具有极显著差异,其中分区2土壤肥力水平较高,分区1较低。基于粒子群优化属性均值聚类算法可以很好地划分土壤养分管理分区,分区结果能够为精准农业变量施肥提供决策依据。     

澜沧江流域干旱变化的时空特征

干旱是澜沧江流域的突出自然灾害,研究气候变化背景下的流域干旱变化特征具有重要科学意义与应用价值。该文基于澜沧江流域及其周边35个气象站点1960－2005年的日降水数据,利用多时间尺度下的标准化降水指数（SPI）分析了流域干旱变化的时空特征。研究发现,主成份分析与K-means聚类的多元统计方法可分别将流域在空间上分为4个具有不同干旱演化特征的区域,2种分区方案具有很高的空间一致性。对划分的4个区域典型站点的小波分析表明,流域干旱变化的周期一般在3～6 a。研究结论可为相关部门的决策提供参考。     

基于主导功能的国土空间生态修复分区的原理与方法

国土空间规划是统筹区域资源开发利用和生态保护格局、促进空间治理体系现代化、服务生态文明建设和国家现代化战略的重大举措,国土生态修复是针对区域空间格局失调、资源利用低效、生态功能受损的国土空间进行综合整治与生态修复的活动和过程,是编制和实施国土空间规划的重点内容,生态修复分区则是合理编制国土空间生态修复规划和科学高效开展生态修复的重要前提。通过分析区域国土、生态、经济等主导功能的分区定位与内涵特征,依据"生命共同体理论"、"三生协调理论"、"适宜性管理"等国土空间规划与生态文明建设的基本理论,基于"自上而下"和"自下而上"相结合,提出了基于主导功能型区划的国土空间生态修复分区的思路与方法:1)摸清自然资源本底,完成一级生态功能基础分区;2)评价区域生态功能状况,完成二级生态修复格局分区;3)明确生态修复重点区域,完成三级生态修复模式分区。通过在江西省国土空间生态修复分区进行实践应用,可将江西省生态修复区划分为5个大区,以及24个亚区、70个修复小区,研究可为江西实施生态修复工程和国土空间管治提供决策依据。该方法归纳起来有以下4点特征:一是突出主导功能;二是遵循生态规律;三是适配空间尺度;四是强化上下衔接。研究对于国土空间生态修复规划编制、实施和生态管控具有积极的意义,可为国土空间整体保护、系统修复、综合整治与推进美丽中国建设提供科技支撑。     

基于“质量-产出-效率”的辽宁省耕地利用分区

耕地利用分区是引导区域耕地未来发展方向的重要依据,保证区片空间的连通是增强耕地利用分区管理可实施性的关键。以辽宁省为研究区,采用两维图论聚类和GIS空间分析相结合的方法,基于耕地利用"质量-产出-效率"的分区指标进行耕地利用综合分区,并探究各分区耕地利用方向。结果表明:1)研究区各县(市)耕地自然质量、产出水平和利用效率之间存在一定空间差异,高值区主要分布于辽宁中部和北部地区,低值区主要分布在辽宁东部和南部,西部地区耕地利用状况参差不齐;2)将辽宁省划分为辽西粮食生产及生态保护区、辽中耕地综合开发先导区、辽东水田及特色农业种植区、辽南耕地效率及产能挖掘区和辽中南耕地利用转型升级区5个耕地利用区;3)两维图论聚类和GIS空间分析相结合的分区方法有效保证了耕地利用分区相邻单元空间上的连通性和行政区界的完整性,对于耕地利用分区具有较好的适用性。研究结果有利于耕地利用分区的统一管理和实施,对综合引导区域耕地利用方向具有一定参考作用。     

流域"地-矿"土地水资源利用冲突测度确定及土地整治策略

量化区域煤炭开采与水土资源相互影响程度,有助于把握土地利用过程中的主要限制因素,提高土地整治的针对性与有效性。该文以山西省泽州县长河流域为研究区,提出煤炭开采与水土资源利用相互影响测度与土地整治策略的思路和方法。首先提出煤炭开采与水土资源相互影响分析框架,并将土地、水和煤炭作为主要的相互影响对象,将土地利用系统作为影响载体,借助数学模型和GIS空间分析技术,依次评价土地损毁累积作用指数、水资源匮乏指数和煤炭资源损失指数;然后确定综合影响值及其等级空间分布,并据此将流域划分为重点生态修复区、重点生态保护区、损毁土地复垦区、耕地资源保护区、水资源匮乏修复区、水资源与耕地资源保护区和耕地质量提升区等七大土地利用功能区,并根据主要限制因素提出相应的土地整治策略。研究结果表明综合影响高值区及中值区面积占研究区总面积的分别是20.21%和33.39%,主要分布在流域西部,是煤炭开采活动集聚区,煤炭压覆及土地损毁是冲突主要表现特征,划分为重点生态修复区、重点生态保护区、损毁土地复垦区和耕地资源保护区;综合影响低值区及(基本)无影响区分别占24.24%和22.16%,主要分布在流域东部,水资源匮乏是冲突主要表现特征,划分为水资源匮乏修复区、水资源与耕地资源保护区、耕地质量提升区,以上分区与土地利用总体规划中土地用途分区基本吻合。综合影响测度模型有利于定量分析"煤炭-水土"相互利用影响等级与主导限制因素,为制定有效的土地整治策略提供依据。     

基于驱动力作用下的土地利用功能分区研究——以新疆伊宁市为例

基于社会、经济和生态环境发展导致土地利用结构变化的角度,科学合理划定土地利用分区,有利于实现区域土地资源合理利用。以伊宁市为研究区,结合区域内经济、生态和社会发展情况,分析土地利用变化驱动力影响机制,从土地结构、社会经济和技术三方面,构建土地利用功能分区指标体系,通过定量和定性相结合的分析方法,综合划分土地利用功能区。结果表明,伊宁市11个乡镇场土地利用状况在空间上存在明显不一致。按照土地利用变化驱动力作用综合定量定性分析方法,将研究区分为城中心城镇商贸发展区、城镇工业发展接替区、观光旅游特色农业区、生态保护旅游发展区等四个功能区,并结合区域发展战略、政策,确定区域土地利用的合理方向,提高土地资源配置效率,实现土地可持续利用目标。     

基于两维图论聚类的辽宁省土地利用多功能性分区

辽宁省土地利用功能间的矛盾相对突出,明晰区域土地利用多功能的现状、进行土地利用多功能性分区可为促进区域土地利用功能的协调发展提供依据。选取2017年辽宁省县域土地利用生活、生产、生态方面22个典型指标构建区域土地利用多功能性评价指标体系,运用熵权法和两维图论聚类法进行土地利用多功能性评价及分区研究。研究发现:1)研究区生活功能高值区于中部呈斜"X"状分布,生产功能值主要呈现以沈阳为中心的"环状"递减蔓延结构,生态功能值由外至内逐渐减少。2)区域县域生产功能和生活功能呈显著正相关,生产功能和生态功能呈显著负相关。3)根据区域土地利用多功能值和两维图论聚类法可将研究区划分为辽东生态功能优势区、辽北功能欠协调区、辽南功能相对均衡区以及辽西功能欠发展区。研究结果可为县域尺度国土空间规划的制定与实施等提供技术支撑和科学依据。     

基于耕地质量指数局部空间自相关的耕地保护分区

科学合理地制定耕地保护分区,是实现耕地差异化保护、精细化管理的重要保障。该文采用Moran散点图和局部空间自相关分析相结合的方法,以耕地质量指数为空间变量,探讨广宁县耕地质量的空间结构性特征和聚集性规律,并据此提出耕地保护分区方案。研究结果表明:广宁县耕地质量在空间分布上呈现出一定的聚集性规律,正相关类型(高-高和低-低型)多以"组团"形式出现,聚集性较强;负相关类型(高-低和低-高型)无明显集中区域,零星分布。基于局部空间自相关分析的耕地保护分区,既综合考虑了耕地自然条件、利用条件和经济条件,同时将耕地质量的空间属性作为第4维,纳入到耕地保护分区研究中,为耕地差异化保护、精细化管理提供了思路。最后,提出了基于局部空间自相关的耕地保护分区方案及相应的保护措施,可为研究区域耕地保护分区提供参考。     

基于多层感知器神经网络的土地利用数据库更新模型及应用

针对土地利用数据库更新规则复杂、不同更新类型与更新规则自动匹配困难等问题,该文提出并构建了一种基于多层感知器神经网络的土地利用要素自适应更新模型。该模型将土地利用要素的每个变更类型判断及更新行为判断过程均设计成一个神经元,同类神经元组织成一个网络层,所有网络层采用全连接方式构成一个多层感知更新策略判断模型。该模型可以自动完成变更类型与更新规则的正确快速匹配,且可根据更新规则的变化,灵活改变知识库并产生新的推理机。试验表明:该模型明显减少了人工交互环节,综合更新效率较各基地软件可以提高30%左右,一次性更新正确率可以提高5个百分点以上,研究成果可为土地利用数据库的高效自动更新提供一整套新的解决方案。     

基于GIS与灰色星座聚类的巢湖流域土地整治分区

土地整治分区是土地综合整治与规划有效进行的前提和基础。该文以巢湖流域为例,从自然条件、区位优势、社会经济和土地利用4个方面因素考虑,构建分区指标体系,利用熵值法确定权重,采用GIS空间数据可视化对指标体系空间分布特征进行分析,在此基础上,运用灰色星座聚类法将研究区划分为4种整治类型区,根据综合指标值的排序和最大相似性原理、自然空间连续性对分区结果进行调整。研究认为,Ⅰ区(生态涵养型土地整治区)应着重低丘缓坡开发利用整治模式;Ⅱ区(城镇发展型土地整治区)应依据城市发展需求以服务城市的郊野公园生态化土地整治模式为主;Ⅲ区(基本农田型土地整治区)应以提高耕地数量提高耕地质量的高标准基本农田建设模式为主;Ⅳ区(综合整治型土地整治区)应以迁村并点、内部挖潜为主进行农用地与建设用地的综合土地整治。研究结果可为巢湖流域制定土地整治规划提供科学合理的依据。     

苏南地区景观格局特征与坑塘水质关联关系

研究不同空间尺度景观类型与景观格局指数对农村坑塘水质的影响程度和机制对于快速城镇化背景下乡村水环境保护具有重要的现实意义。基于实地水样采集数据及土地利用数据,以苏南地区农村坑塘为研究对象,结合相关分析、冗余分析等数理统计方法,初步探讨经济发达区农村坑塘水质与土地利用/景观格局之间的特征关系。结果表明:1)苏南地区农村坑塘水质状况不一,自北向南,电导率(COND)、NH_3-N有增加趋势,磷酸盐(TDP)有减少趋势,溶解氧(DO)先降后增。平原区坑塘污染较严重,以DO污染为主,低山丘陵区污染程度较轻,主要为磷元素和DO污染。不同尺度缓冲区内土地利用强度较大,耕地、建设用地占主导地位,平均面积比例在57.34%～73.19%;2)不同景观类型对水质影响存在差异,建设用地与NH_3-N、DO呈正相关,与TDP、COND呈负相关,耕地在200 m尺度上与COND、NH_3-N呈显著正相关,在400～500 m尺度上与TDP呈显著正相关,林地和草地对水质净化具有一定正效应,且在200 m尺度上较明显;3)景观格局指数与水质特征关系较明显且存在尺度差异。相关分析中,100 m尺度下的最大斑块指数(LPI)、景观聚集度指数(AI)与COND、NH_3-N呈显著负相关,100 m尺度下的景观形状指数(LSI)、景观分离度指数(DIVISION)与COND、NH_3-N呈显著正相关。冗余分析中,100 m缓冲区内,第一排序轴(约束轴)累积百分比为94.4%,相关系数为53.3%,较好表达水质指标与景观格局指数的关系;4)LPI、LSI、DIVISION、斑块结合度指数(COHESION)及AI与地区水质特征关系最为明显。斑块密度越小,破碎度越低,聚集与连接度越低,分离度越高则越有利于地区坑塘水质的保护。通过多维度分析,在一定程度上揭示了苏南地区坑塘生态水文过程,有利于经济发达区农村坑塘管理和水质保护,研究结果可为政府相关部门决策提供一定参考。     

基于多源数据的国土空间规划用地分类体系构建和土地类型识别

准确、可靠、现势的国土空间基础数据是科学开展"双评价""三类空间"划分及其格局优化、国土空间规划编制的前提,当前中国国土空间分类存在国土调查、城乡用地、地理国情调查等多种分类体系,分类标准不一、数据来源较多,迫切需要开展国土用地分类体系优化,多源数据条件下地类转换规则、识别方法等开展研究。该研究以鹤壁市为例,采用归纳比较法对国土空间规划用地分类体系进行初步探讨,通过综合对比分析法、GIS空间叠加分析法对国土空间规划用地分类体系重构、多种分类体系转换衔接规则、国土地类识别方法进行研究。研究得出:1)国土空间规划用地分类体系分为生态保护用地、农业生产生活用地、区域设施用地和城镇发展用地4个一级类,12个二级类和45个三级类;2)基于多种分类体系下的国土分类转换策略,建立了面向国土空间规划用地分类的地类转换衔接规则和多源数据融合识别方法;3)完成了鹤壁市国土地类转换和识别,为鹤壁市进行"生态/农业/城镇三类空间"划分与格局优化、"双评价"、规划编制提供了数据支持。