1990-2020年延安市土地利用结构时空偏移及生态系统服务价值变化

[目的] 对1990—2020年陕西省延安市土地利用结构时空偏移及生态系统服务价值变化进行分析,为该区生态恢复工程的有效实施及因地制宜制定政策提供科学参考。[方法] 利用延安市1990—2020年7期遥感影像解译获取的土地利用数据,基于信息熵和偏移份额模型探讨了该区土地利用结构变化及其生态系统服务价值（ESV）变化。[结果] ①1990—2020年延安市土地利用结构信息熵由1.14 Nat降至0.99 Nat,土地利用结构有序性增强,均质性降低。②1990—2020年延安市建设用地、林地、水域属增长性结构。延安市北部为建设用地、林地、水域的竞争优势区,中部地区周围是草地的优势区,南部地区耕地竞争优势显著。③1990—2020年延安市ESV由23.75亿元增至31.45亿元,ESV增长率呈“北高南低”特征。[结论] 建设用地、林地、水域是延安市土地利用增长的根源,且ESV增长率和土地利用结构竞争偏移整体表现出明显的一致性。     

基于Logistic-CA-Markov模型的快速城市化地区土地利用结构变化研究

研究快速城市化地区土地利用结构的变化并预测其未来发展趋势,可以为区域土地合理利用与配置提供参考。利用Logistic-CA-Markov耦合模型研究无锡市2000—2010年的土地利用结构变化,探讨其驱动因子,并区分目前趋势发展、生态环境保护和综合发展3种情景,对研究区2020年土地利用结构进行模拟和预测。结果表明,10 a间无锡市建设用地增加了近一倍,主要来源于耕地;目前趋势发展情景下建设用地扩张仍明显,生态环境保护情景下建设用地不再增加,而综合发展情景下建设用地略有增加,耕地等地类减少不明显。对于无锡市这样的快速城市化地区而言,综合发展情景的模拟结果是比较理想的。     

基于同类城市建设目标的北京市土地利用结构优化

基于北京与东京土地利用的对比分析,对北京市土地利用结构进行优化,更好地发挥城市土地的宏观调控功能。根据北京市1992-2012年和东京1982-2011年多期土地利用现状数据,集成多目标优化模型的目标决策功能和元胞自动机-马尔可夫链(CA-Markov)模型的空间布局特点,对北京市2020、2030年的土地利用进行数量结构优化和空间布局模拟。通过对北京与东京在土地利用演变过程的深入分析,归纳总结出北京土地利用的发展定位以及2020、2030年的定量目标,然后对土地利用经济、社会和生态3方面构建多目标模型,最后对模型进行求解,同时应用CA-Markov模型对北京市2020、2030年优化后的土地利用结构进行空间布局模拟,通过运算,北京市农用地、生态用地、建设用地、交通用地、水域、其他土地在2020年、2030年的比例分别为21.00%、50.50%、19.00%、3.00%、4.50%、2.00%和20.00%、50.00%、20.00%、3.50%、4.50%、2.00%。优化后的土地利用结构改变以往剧烈变化的现象,更趋向于稳定状态,优化后的土地利用布局更为集约并兼顾生态保护功能。     

基于PLUS-InVEST模型的珠三角碳储量时空演变与预测

[目的] 探究珠三角地区2005-2020年土地利用变化及其对碳储量的影响,并对2035年珠三角的土地利用格局和碳储量进行模拟预测,以期为珠三角地区"双碳"目标下的国土空间规划和生态决策提供科学依据。[方法] 基于2005-2020年4期土地利用数据,以珠三角城市群为研究区域,采用PLUS模型和InVEST模型对该区的土地利用变化和碳储量演变进行分析,并预测其2035年土地利用空间格局和碳储量变化趋势。[结果] ①2005-2020年,珠三角地区碳储量先增加后减少,林地、建设用地和未利用地增多促进碳储量增长了4.82×10⁷ t,耕地、草地和水域减少导致碳储量减少了5.10×10⁷ t。②预计2035年,随着建设用地和林地的增加,该区碳储量较2020年增长5.75×10⁷ t,生态环境向好发展。③该区碳储量表现出"四周高,中部低"的空间分布格局,与土地利用空间分布具有显著一致性,即碳储量高值区集中在林地、耕地和草地,碳储量低值区集聚在建设用地。[结论] 随着未来城市发展需要,政府部门应进行土地综合开发利用,采取生物、工程技术等生态修复措施,提升区域固碳能力,助力实现碳中和目标。     

基于CLUE-S和Dinamica EGO模型的土地利用变化及驱动力分析

为了探究中国土地利用变化驱动机制和未来土地利用状况,该文利用中国科学院资源环境科学数据库中的2000年和2005年土地利用数据,结合区域土地利用变化与影响模型CLUE-S(the conversion of land use and its effects at small regional extent)和面向地理过程动态环境模型Dinamica EGO(environment for geoprocessing objects)模拟2000-2020年中国土地利用状况,并借助于Logistic回归结果和贝叶斯估计结果,探讨了中国2000-2005年土地利用适宜性和土地利用变化的驱动力空间特征。以2005年土地利用数据对模拟结果进行验证表明,CLUE-S模型和Dinamica EGO模型在LUCC预测上与实际结果一致性较好,并且CLUE-S模型在预测总体精度上优于Dinamica EGO模型。但在土地利用变化类型的数量预测上,Dinamica EGO模型的Markov过程可以准确预测,并且Dinamica EGO模拟的土地利用变化在空间分布上与经验结果较一致。从2020年中国土地利用预测结果来看,耕地、林地、水域和建设用地将会增加,草地会出现大面积的缩减,未利用地在CLUE-S模型预测中出现增加,而在Dinamica EGO模型中减少。该文可为国土资源规划和耕地资源保护政策的制定提供科学依据。     

基于Logistic-CA-Markov与InVEST模型对南京市土地利用与生物多样性功能模拟评价

针对目前国际上应用比较广泛的Logistic模型,在此基础上加入空间自相关变量,应用1985年、1995年、2005年、2015年4期土地利用数据,再结合CA-Markov模型模拟预测了南京市2025年3种不同情景(自然增长情景、生态保护情景和土地优化情景)下的土地利用发展方向;进一步结合InVEST模型,研究以上4年土地利用变化下的生物多样性服务功能分布和变化,以及2025年不同模拟情景下的生物多样性服务功能分布情况。结果表明:Logistic-CA-Markov模型精度Kappa值均在0.80以上,预测效果较好。在不同的情景设置下,土地利用存在明显的空间差异:自然增长情景按原有速率变化,则建设用地快速发展并占用大量耕地,生物多样性受到严重威胁,生态保护情景和土地优化情景对未来土地调控效果较好,生物多样性功能得到很好改善,可以为当地土地利用总体规划提供科学决策参考。     

漓江流域土地利用变化分析及预测

以1993年、1999年、2006年和2010年四期Landsat遥感数据为基础,应用混合分类法对研究区主要景观类型进行分类,并通过土地利用转移矩阵及四种常用景观指数分析了漓江流域近20 a来的土地利用变化特征。针对研究区近20 a的土地利用变化情况,应用CLUE-S预测模型对漓江流域2020年的土地利用变化情况进行预测。结果表明:漓江流域土地利用在近20 a间发生了较大变化,具有重要生态功能的林地面积退化明显,建设用地与耕地所占比重不断增加。通过对四期TM数据进行景观分析,发现研究区内景观优势度减小,破碎度增加,由此认为研究区内生态环境正在逐步退化,这主要与漓江流域水源林地遭到不断砍伐以及人类经济活动有关。基于历史土地利用数据用CLUE-S模型对漓江流域2020年土地利用格局进行模拟,发现林地面积继续减少,建设用地面积持续增加。该模拟结果可为漓江流域经济发展、土地规划及生态保护提供参考依据。     

基于Markov和GM(1,1)模型的土地利用变化预测

为了探索莱芜市土地利用变化规律,论文分别基于Markov模型与GM(1,1)模型对莱芜市进行了2015—2050年土地利用变化预测,分析讨论了预测结果。结果表明:(1)2种预测模型得出各地类变化趋势一致,短期内相应年份预测值吻合度高,说明短期内预测结果可信,中长期预测的趋势可作参考。(2)耕地在2015—2020年之间基本保持不变,2020—2050年呈小幅度减少趋势;而园地、林地、草地自始至终都为减少趋势,其中草地的减少幅度最大;城镇村及工矿用地、交通运输用地为增加趋势,其中城镇村及工矿用地增幅最大;水域及水利设施用地、其他土地略有减少,幅度很小。2种模型预测的短期内预测结果是可信的,可为莱芜市土地利用规划提供科学依据,预测方法可为土地利用变化预测提供参考。     

张家界市景观格局时空演变及未来情景模拟

[目的] 分析湖南省张家界市2000—2020年及2030年土地利用及景观格局演变特征,提出张家界市未来发展的优化策略,为张家界市国土空间规划和生态旅游发展提供参考。[方法] 基于2000—2020年5期土地利用数据,运用ArcGIS空间分析、Fragstats景观格局指数等方法,分析了2000—2020年张家界市土地利用及景观格局时空变化,并利用GeoSOS-FLUS土地利用模拟等软件对张家界市2030年土地利用变化及景观格局进行预测。[结果] 2000—2020年张家界市土地利用变化主要表现为草地面积的大幅减少和建设用地的显著增加;2000—2020年张家界市景观格局发生了较明显的改变,景观的整体异质性和破碎化先增加后降低,斑块形状趋于规则,景观类型分布较均匀,景观聚集程度逐渐趋于稳定状态;预测结果显示,2030年张家界市土地利用主要表现为建设用地的集中扩张和草地的持续减少,其景观破碎化和异质性呈加剧态势,优势景观的最大斑块面积增加,景观形状变得更加不规则,景观有进一步分散趋势。[结论] 运用GeoSOS-FLUS模型模拟未来土地利用状况具有较高的可信度,未来张家界市应以保护、优化景观格局为主,加强优良生态系统管控。构建自然保护地体系,加强生态廊道建设,完善生态系统完整性和景观连通性。保持林地优势景观,优化建设用地布局,降低林地和建设用地的破碎化程度,保护草地生态系统的完整性。     

基于马尔科夫模型的武功县土地利用/覆被动态变化研究

基于对武功县2006年、2009年两期Lansat 5-TM遥感影像解译获得的土地利用/覆被图,求得该区土地利用类型面积转移概率矩阵。应用马尔科夫模型对武功县未来12 a土地利用动态变化趋势进行模拟分析和预测。结果表明:引入模型效应系数检验该模型,模型效应系数值为99.99%,用该模型预测土地利用动态变化是可靠的;人类活动是武功县土地利用/覆被变化的主要驱动力;武功县未来土地利用的变化趋势是农业用地逐年减少,其中耕地面积和菜地面积分别减少5.74%,0.74%;而建设用地和交通用地则逐年增加,分别增加6.29%,0.57%;水域和特殊用地面积变化不大。研究结果明晰了农用地和建设用地之间的矛盾及其发展趋势,可为区域土地利用规划管理提供相关科学依据。     

近19年江苏海岸带地区土地利用变化特征

海岸带地区因其拥有丰富的水土资源成为人类生产活动最为集中的区域之一,然而近几十年来,由于人类强烈的开发利用活动导致海岸带地区土地利用类型发生显著改变。从时间序列上选取1995年、2002年、2009年、2013年四期遥感影像数据,借助RS和GIS技术对近19a江苏海岸带地区土地利用变化及其服务功能价值开展研究,以期为当地土地资源的合理开发利用、土地利用结构调整以及实现人地的和谐统一提供参考依据。结果表明:(1)从土地利用类型构成来看,耕地是江苏海岸带地区最为主要的土地利用类型,其次为人工塘,而林地、草地和滩地面积相对较小;(2)从土地利用类型面积变化趋势来看,研究区土地利用类型变化集中体现为耕地、水体、滩涂的减少和建设用地、人工塘面积的增加;(3)从土地利用类型转移来看,各研究时段土地利用类型转移有所不同,总体来看,耕地、建设用地、人工塘三种土地利用类型间的转移更为普遍与频繁,相互转移量大;水体主要与滩涂发生相互转换;而耕地则是林地与草地的主要转移目标和来源;(4)近19a来,江苏海岸带地区生态系统服务总价值逐渐减少,且减少速率明显加快。     

基于生态系统服务价值和生态安全格局的土地利用格局模拟

河北省沿海经济的快速发展导致滨海土地利用格局快速转变,威胁土地生态安全。针对性核算区域生态系统服务价值,探寻生态安全格局进而优化土地利用格局可为土地利用规划与整治提供决策支持,是保障区域生态安全的必然选择。该文以河北省黄骅市为研究区,利用遥感、气象数据和外业调查数据,采用植被净第一生产力核算生态系统服务价值,借助该价值构建生态安全格局,以生态安全格局为影响因素利用元胞自动机和马尔科夫模型进行不同情境土地利用格局模拟。结果表明:2011年单位面积生态系统服务价值湿地最大,为14.95元/(m2·a),建设用地最小,为2.44元/(m2·a);养分循环功能贡献率最大,为26.89%,净化环境功能贡献率最小,为0.22%;研究区分为生态核心保护区、生态缓冲区、生态恢复区和人类活动核心区,生态核心保护区面积最小,为168.58 km2,生态缓冲区面积最大,为1 400.33 km2;无生态保护情景与生态安全格局保护情景相比较,生态系统服务价值由94.11亿元上升到95.70亿元,生态核心保护区在生态安全格局保护情景下得到完全保护,新增建设用地为0。该研究方法和结果可为区域土地利用总体规划、城市规划和生态环境保护提供技术支撑和决策参考。     

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。     

基于景观安全格局的北戴河新区生物多样性保护研究

生物多样性是人类生存的物质基础,对人类发展意义重大。基于景观安全格局理论,借助ArcGIS 10,Conefor Sensinode 2.2和InVEST 2.2.0软件,识别源地,运用最小累积阻力模型构建最小累积阻力面并将研究区划分为3个阻力区:生物多样性保护缓冲区（阻力值0～8 242.16）、生物多样性保护过渡区（阻力值8 242.16～20 509.57）、生物多样性保护限制区（阻力值20 509.57～49 069.63）,构建了以生物多样性保护为目的的北戴河新区景观安全格局。结果表明:生物多样性保护核心区占研究区总面积的13.34%,用地类型包括水体和林地;生物多样性保护缓冲区占研究区总面积的30.64%,主要用地类型是耕地、建设用地、水体和林地;生物多样性保护过渡区占研究区总面积的34.41%,主要用地类型是耕地和建设用地;生物多样性保护限制区占研究区总面积的21.61%,主要用地类型是耕地和建设用地。针对各功能区的用地结构特征提出了相应的生物多样性保护建议。     

石林景区岩溶湖泊湖滨带土地利用变化研究

以土地利用类型图及遥感影像为基础数据,利用GIS技术对石林景区岩溶湖泊湖滨带3 a土地利用类型进行遥感解译与制图,在此基础上运用景观类型指标和景观格局指标对研究区22 a间土地利用变化进行统计分析。结果表明:从1982-2004年湖泊面积减少215.05 hm²,除有林地面积持续增长及城乡、工矿、居民用地面积增加以外,其他土地利用类型面积均不同程度的减少。另外,除1982年其他未利用土地全部开发以致该地类消失以外,其他土地利用类型斑块数量均显著增加。景观破碎度指数明显增长,人类生产生活对湖滨带土地利用影响重大。     

农业土地共享和土地分离及其潜在的生物多样性效应

农业在生物多样性维持方面扮演重要角色,农业既是生物多样性的传递者,同时集约化农业也是导致生物多样性降低的主要原因。"土地共享"和"土地分离"是重要的协调粮食产量和生物多样性保护的土地利用策略,前者关注的是农田环境的改善,后者指通过土地利用集约化,提高作物单产,释放出更多土地用于自然保护。目前,对于哪一种土地利用方式更有利于生物多样性保护仍是有争议的。本研究综述了上述两种土地利用策略的优缺点及其对生物多样性的影响,并分析归纳了应用和选择土地利用方式时应考虑的因素,如:对集约化敏感的物种;景观背景、景观尺度和景观结构;社会经济因素等。在此基础上,展望了该理论对我国未来农业发展的启示,包括:因地制宜规划农业景观格局,如考虑区域的产量潜力和特有物种;发展可持续集约化农业和加强"溢出效应"的管理,提高生态系统自我恢复能力;在不同景观尺度上建立土地共享-分离混合模式,在集约化农业地区适度恢复农用林业。     

基于景观连通性的怀来县未利用地开发建设适宜性评价

未利用地开发为建设用地是破解建设用地空间不足的重要途径,同时未利用地在维护景观生态环境方面发挥着巨大作用,实现对未利用地资源的合理开发,就需要处理好开发与保护之间的关系,降低未利用地开发建设过程中对景观生态造成的不利影响。本文以冀西北间山盆地的河北省怀来县为例,引入最小累积阻力模型,选取工程地质条件、地形地貌条件、区位因素条件、自然生态条件4个方面指标构建阻力面,并通过构建潜在雨水生态廊道和生态节点对未利用地开发建设适宜性评价结果进行优化。结果表明:1)基于最小累积阻力模型对未利用地进行建设适宜性评价,突出了已有城镇建设用地的作用,评价结果呈现集中分布的特点,有利于今后的规模开发利用。2)根据评价结果将研究区划分为适宜扩展区、较适宜扩展区、限制扩展区和禁止扩展区,面积分别为17 064.67 hm~2、20 468.30 hm~2、9 723.66 hm~2和7 993.82 hm~2。由此可见,怀来县未利用地开发为建设用地的潜力较大。3)将开发建设适宜性评价结果与潜在雨水生态廊道、生态节点进行叠加,打破了适宜性扩展区集中连片的扩展格局,有效地保障了区域景观生态的连通性。本研究丰富了山地丘陵区未利用地建设适宜性评价的内涵,可为科学合理利用未利用地资源提供技术支撑。     

基于生态适宜度模型的城乡土地利用分区与优化布局——以鄱阳湖生态经济区为例

开展城乡土地利用功能分区和空间布局优化,是促进城乡一体化发展的有效途径。以鄱阳湖生态经济区为例,通过构建城乡土地利用生态位适宜度模型,对鄱阳湖生态经济区土地利用生态位适宜度进行了分区,并在此基础上提出了优化布局策略。结果表明:(1)鄱阳湖生态经济区布局优化为商业发展主导区、工业发展主导区和农业发展主导区以及环境保护主导区;(2)鄱阳湖生态经济区城乡土地利用空间布局可划分为核心增长极、区域中心城市、一级扩散圈、二级扩散圈和二级扩散带;(3)应从发展高新技术产业、提升都市圈核心竞争力、保障城乡用地需求、加快农田水利建设和优化生态开发利用模式等方面优化城乡土地利用空间布局。基于生态适宜度模型探讨城乡土地利用布局,为实现区域城乡均衡发展提供了新视角。     

基于GIS的宁夏中部干旱带土地利用生态安全动态评价

土地利用生态安全评价是区域可持续发展关注的重要内容之一。以宁夏中部干旱带为例,针对研究区实际生态问题,基于RS和GIS技术,构建"隐患—状态—免疫"生态安全评价指标体系,采用熵权法与综合指数模型,实现了30m×30m栅格水平可视化的土地利用生态安全综合评价。结果表明:2004—2014年,研究区土地利用变化和区域政策的实施结果一致。草地、林地面积急剧扩大,旱地和未利用地面积持续下降,建设用地和水域面积变化不大,水浇地面积呈缓慢增加趋势。结合已有研究成果与研究区实际,采用聚类法,将研究区土地利用安全分为5个等级:生态安全区(Ⅰ)、生态较安全区(Ⅱ)、生态临界安全区(Ⅲ)、生态不安全区(Ⅳ)和生态极不安全区(Ⅴ)。研究区土地利用生态安全指数从2004年的-0.12上升为2014年的0.03,整体状态呈变好趋势,但ESI指数仍小于0.1,处于临界安全状态。具体表现为:Ⅰ级乡镇从4个增加为5个、Ⅱ级区从10个增至11个、Ⅲ级乡镇从13个减少为12个、Ⅳ级乡镇从5个减少为4个、Ⅴ级乡镇从8个减少为7个,针对评价结果分析其动态演变机制。通过对宁夏中部干旱带土地利用生态安全动态评价,以期为宁夏境内生态移民区选址和生态环境保护提供数据支撑。