基于蚁群算法的洱海流域土地利用变化模拟

为了研究社会经济和城市化快速发展作用下的洱海流域土地利用/覆被变化过程,以促进流域用地结构与配置的优化。基于智能体建模理论,结合GIS的数据处理和空间分析技术,利用蚁群智能算法模拟土地利用变化。针对洱海流域的现状,该文选取流域土地利用变化的影响因子,建立了智能体分类体系及其行为决策规则;基于Java语言和Repast J建模平台,完成了模型的程序设计、实现、模拟过程;针对模型的模拟结果进行了分析和验证。结果表明:蚁群算法提升了智能体模型模拟结果的精度,且基本与实际情况的空间格局保持一致。基于模拟结果分析了未来10 a(2010-2020年)洱海流域的人地关系矛盾主要表现为农业生产性用地(耕地和园地)的持续性减少与建设用地的不断增长,现有政策下的城镇化用地成本呈上升趋势。而生态用地中,湿地的增长最快,表明政府的用地规划和策略对流域的生态用地保护起到较好的宏观调控作用。     

耦合MOP与FLUS模型的杭州市土地利用格局优化及权衡分析

调整优化城市土地利用结构与布局,实现社会经济发展和生态保护的协同优化是城市土地利用规划管理和决策的关键。该研究使用多目标规划(multiple objective planning,MOP)模型和未来土地利用模拟(future land use simulation model,FLUS)模型相结合的方法,运用权衡分析制定多目标权衡下的土地利用优化配置情景方案,以期为杭州市土地利用优化配置规划和管理提供科学参考。结果表明:1)通过耦合MOP模型和FLUS模型,从土地利用生态-经济转化效率视角可以有效实现土地利用结构和布局的优化配置情景模拟。2)通过比较单位经济效益的减少比例可产生的生态效益增加比例,确定土地利用经济与生态效益权重比例为4:6的发展情景是权衡土地利用社会、经济和生态效益下的杭州市土地利用结构最优方案。3)最优土地利用结构方案的建设用地扩张规模介于经济发展优化和生态保护优先情景方案间,耕地规模较其他情景方案减少幅度放缓,在空间上减少对生态用地的侵占,土地利用景观格局破碎度和复杂性降低。该研究的方法和结果可为区域土地利用规划决策和可持续发展提供理论与应用参考。     

城镇-农业-生态协调的高原湖泊流域土地利用优化

为了解高原湖泊流域土地利用布局现状,探究在"城镇-农业-生态"协调下的高原湖泊流域土地利用空间优化配置方案,该文以抚仙湖流域为例,基于3S技术,运用MCR-CLUE-S模型,研究流域城镇建设情景、农业开发情景、生态保护情景和综合优化情景4种模式下2030年国土空间的结构和布局,最终提出抚仙湖流域"城镇-农业-生态空间"协调下的土地利用空间优化分区。结果表明:1)2005、2010和2015年抚仙湖流域城镇空间呈上升趋势,农业空间呈下降趋势,生态空间先升后降,10 a间空间分布格局基本一致;2)以重要水源地、湖滨湿地和大面积自然林地为保护源,选取高程和坡度等8个阻力因子,采用最小累积阻力模型和累积耗费距离模型构建抚仙湖流域生态安全格局,以及有利于生态保护的"源"核心区、生态保护区、生态边缘区、农业开发区、农业边缘区和城镇建设区;3)以生态功能分区面积为约束条件,通过Markov模型结合CLUE-S模型模拟抚仙湖流域2030年城镇建设、农业开发和生态保护情景下"城镇-农业-生态空间"的优化布局。城镇建设情景综合考虑生活需要以及政策指导下以开发城镇空间为主导的"城镇-农业-生态空间"数量及空间结构的发展方向;农业开发情景控制城镇空间规模,开发部分生态空间潜力;生态保护情景下农业空间面积有所减少,城镇空间面积少量增加;4)抚仙湖流域2030年综合优化情景模式下,根据土地功能的不同,划为城镇空间、农业空间、生态空间、城镇-农业空间、城镇-生态空间、农业-生态空间和城镇-农业-生态空间,其中农业-生态空间最小,生态空间最大;5)通过分析4种情景下区域发展的特点,结合抚仙湖流域耕地保护、生态保护和经济社会发展等多种因素,认为综合情景方案更合理并更适合当地的发展,其他3种单要素情景方案可为综合情景方案的实施进行相关的补充和调整。研究结果可为抚仙湖流域国土空间规划和生态保护战略决策提供参考依据。     

黄河流域2000-2020年“三生”空间土地利用转型及其生态环境效应

[目的] 研究黄河流域生产—生活—生态空间（简称“三生”空间）土地利用转型的结构、空间特征及其生态环境效应,定量权衡土地资源开发与生态环境保护之间的关系,为黄河流域的生态保护和高质量发展提供决策支持。[方法] 以黄河流域为例,利用ArcGIS空间分析与制图技术、生态环境质量指数和土地利用转型对生态环境的贡献指数等模型方法。[结果] ①2000—2020年黄河流域“三生”空间土地利用结构表现为生产用地面积减少,生态用地面积相对稳定,生活用地面积不断增加。②2000—2020年黄河流域生态环境质量指数分别为0.450 2,0.450 5和0.456 7,呈稳定上升趋势。③2000—2020年黄河流域生态环境质量指数在空间分布上有明显的差异性,表现为由东南向北部递增。④2000—2020年黄河流域牧草生态用地对流域生态环境质量贡献率最高。20 a间黄河流域生态环境存在改善和恶化两种趋势,前者大于后者,流域生态环境不断改善。[结论] 城乡生活用地和工矿生产用地对农业生产用地的占用是黄河流域生态环境恶化的主要因素,应合理规划“三生”空间,优化国土资源空间配置,落实黄河流域生态保护和高质量发展国家重大战略。     

泾河流域生态系统服务权衡/协同关系的尺度异质性研究

[目的]探究泾河流域生态系统服务权衡/协同关系的尺度异质性,阐明权衡/协同关系在子流域尺度发生变化的主要原因,为黄土高原地区的生态保护和高质量发展提供科学参考。[方法]利用SWAT模型、CASA模型、InVEST模型等量化粮食供给、土壤保持、产水、固碳、生境质量5种生态系统服务,并采用空间相关性统计方法从全流域和子流域两个尺度上进行生态系统服务及两两之间权衡/协同关系的尺度异质性研究。[结果](1)泾河流域粮食供给服务在流域东南部较强;土壤保持服务在流域北部、中部较弱,在西南部、东南部较强;产水服务在流域西部、南部以及东南部较强,在北部、东北部及东部地区较弱;固碳服务流域南部强于北部,东部强于西部;生境质量以中值区和高值区为主,其高值区主要分布在流域东部、东南部及西部,低值区主要分布在建设用地。(2)从全流域尺度来看,粮食产量和土壤保持、产水量、NPP和生境质量以权衡关系为主;土壤保持和产水量、NPP和生境质量以协同关系为主;产水量和NPP是协同关系为主,和生境质量是权衡关系为主;NPP和生境质量是以协同关系为主。(3)泾河流域生态系统服务之间的权衡/协同关系在部分子流域发生改变,土地...     

协同调控水-农业-生态的干旱区多水源优化配置

干旱区农业发展往往以挤占生态用水和超采地下水为代价,考虑水-农业-生态互馈关系的水资源优化配置有助于平衡利益冲突。该研究以地下水均衡、经济效益和生态用水满足度为调控目标,构建基于水-农业-生态协同调控的多水源优化配置模型,并推求协调发展度计算式,提出了结合NSGA-Ⅱ算法和协调发展度的协同优化算法,分析石羊河流域水、农业和生态之间的权衡和协同关系,确定水-农业-生态协同提升下的水资源配置方案以及适宜的农业和生态用水比例。结果表明,现状条件下,六河子系统的水资源优化配置方案的经济效益可提升1.9%,实现地下水正均衡0.59亿m³;全流域农业和生态用水比例为90%: 10%,渠井用水比为67%: 33%。平水年保障蔡旗来水为3.48亿m³/a时,能够以牺牲中游1.6%的经济效益实现生态用水满足度和地下水均衡量分别较基准情景提升4.8%和18.6%。研究为协同调控复杂的水-农业-生态关系提供了一种有效方法,可为干旱区流域水资源规划与管理提供参考。     

经济发达地区农村居民点生产居住空间权衡关系解析

农村居民点生产居住空间权衡关系解析是农村居民点用地内部结构调整和农村人居环境改善的科学基础。社会经济转型期,经济发达地区的农村居民点生产居住空间逐渐多样化,各类空间呈现此消彼长的权衡变化,显著区别于传统农区村庄生产居住空间的废弃和空心化。当前研究多将农村居民点视为一个整体,少有对其内在复杂空间的系统解析。该文引入生态系统服务权衡概念,基于"权衡类型—驱动力—效应"框架系统解析经济发达地区农村居民点生产居住空间权衡关系,并据此提出农村居民点生产居住空间优化的思路。结果表明:1)根据生产居住空间组合关系,将农村居民点生产居住空间权衡类型分为居住—工业空间权衡型、居住—商业空间权衡型、居住-出租空间权衡型、多空间权衡型4类;2)土地利用多功能性是引发农村居民点生产居住空间权衡的前提,农户依据其生产生活需求变化能动的改造农村居民点,直接决定了其生产居住空间权衡类型及变化,而土地利用控制及村庄规划缺位则加剧了农村居民点生产居住空间权衡过程;3)农村居民点生产居住空间权衡提高了农户生计水平和农村发展活力,也引发了各类空间混杂和农村人居住环境恶化等问题;4)将农村居民点视为均质空间的重构模式与农户需求相差甚远,未来应通过农村居民点用地多功能复合及功能优化提升,满足建设用地紧缺背景下农户的多元需求和农村居民点生产居住空间优化的目标。研究提出了农村居民点生产居住空间权衡概念,为农村居民点转型研究提供了新视角,为解决农村空间与人居环境混乱,推动形成科学合理的村庄规划提供了新思路。     

汉江流域水源涵养功能的关键生态修复区识别与植被优化配置

[目的]识别汉江流域水源涵养关键生态修复区,进行植被优化配置和生态修复效果的验证,为生态修复工程实施范围提供科学依据。[方法]主要利用InVEST模型,估算2020年水源涵养量,通过水源涵养功能强弱识别关键生态修复区,将水源涵养弱功能区内有林地、灌木林、草地、未利用地和25°坡以上的耕地区域作为修复区,对修复区进行林地适宜性评价,依据林地适宜性评价结果完成各土地覆盖类型之间的优化配置,模拟完成配置后修复区的水源涵养功能,并与配置前进行比较。[结果]植被优化配置后,修复区产水量降低了6.97%,水源涵养总量提高了14.96%。[结论]汉江流域通过植被优化配置手段提升水源涵养功能具有一定的潜力,未来应在水源涵养功能的基础上同时考虑其他生态服务功能,进行汉江流域修复区识别,以便采取更全面的修复措施来解决汉江流域的生态问题。     

基于生态服务价值的沱江流域土地景观生态风险时空分异研究

[目的]探究沱江流域基于生态服务价值的生态风险时空分异的特征,为基于生态服务价值的沱江流域生态风险管控决策提供一定依据。[方法]借助ArcGIS,GeoDa,GS~+和Conefor Sensinode等软件,以沱江流域为研究区,基于2000,2005,2010和2015年4期遥感土地利用数据,计算研究区生态服务价值,对生态风险计算方法进行改进,构建基于生态服务价值的生态风险评价指标体系,运用空间自相关分析和地统计分析方法,探讨位于快速城市化地区的沱江流域生态风险的时空分异规律。[结果]①沱江流域土地利用动态变化显著,用地类型以耕地转建设用地和林地转耕地为主。②沱江流域生态服务价值总量先增后降,耕地、林地对生态服务价值的贡献最大。③生态风险值总体呈上涨趋势,生态风险等级由以较低、中等生态风险为主向以中等生态风险为主转移,中等生态风险区域面积大幅增加。④研究区生态风险等级分布差异明显,高风险区和较高风险区主要分布在研究区北部,中等和较低风险区分布在研究区中部和南部,生态风险总体北大于南。[结论]土地利用变化会对生态服务价值产生重要影响,进而对沱江流域的生态风险产生影响。     

生态-经济权衡下国家中心城市土地利用优化配置——以武汉市为例

因国家中心城市的建设,武汉市在经济迅速发展的同时,生态环境面临严峻挑战。如何权衡生态保护与经济发展是区域土地利用优化配置的关键。以生态-经济综合效益最大化为目标,设置了经济优先情景、生态优先情景和综合发展情景,对比和分析了土地利用优化配置结果。结果表明:(1)2000—2018年耕地、林地大量减少而建设用地迅速扩张。经济优先情景下该趋势更加明显,水域也持续萎缩。而生态优先情景下林地和水域实现增长,建设用地扩张受到约束。(2)从土地利用结构优化上看,相较于其他情景单方面地偏于生态或经济,综合发展情景下武汉市生态-经济效益均能得到提升,其耦合协调度高于其他情景,新城区普遍优于中心城区。(3)从土地利用布局上看,综合发展情景下武汉市建设用地的适度扩张保障了城市经济的稳定发展,同时注重对林地和水域等生态用地的保护,景观破碎化程度较低且布局较为规则。因此,综合发展情景能兼顾生态-经济目标,促进区域高质量发展,同时也能为其他国家中心城市的发展提供借鉴。     

基于生态敏感性分析的江川区土地利用空间格局优化配置

为优化江川区土地利用空间格局,促进土地可持续发展,该文以云南省玉溪市江川区为研究区,将CLUE-S（conversion of land use and its effects at small region extent）模型和生态敏感性分析应用于江川区土地利用空间格局优化配置。以高度敏感区为CLUE-S模型中区域约束文件,突出研究区生态保护重点区域,并以综合生态敏感性分区为影响研究区土地利用变化的驱动力因子,提出一种将生态敏感性融入土地利用空间格局优化配置的过程和结果中的土地利用情景模拟方法,并借助2006年和2016年土地利用数据对江川区自然发展情景和土地生态优化情景2种模式下2025年的土地利用空间格局进行优化配置,并基于生态敏感性分区对优化配置模拟结果进行对比分析。结果表明：2种情景下2025年江川区土地利用格局既有共同特征也存在差异。在2种情景下均有效的保护了原有林地、耕地、未利用地和建设用地格局,但新增林地、草地等空间分布格局不同。根据2025年2种情景与2016年土地利用现状在不同敏感性区内主要土地利用类型分布情况表明,情景二土地利用空间格局优于自然发展情景和2016年土地利用现状。研究结果认为土地生态优化情景更为合理,该结果可为江川区生态保护和城镇发展提供参考。     

宁夏水土保持生态环境建设调研报告

宁夏是全国水资源最少的省 (区 ) ,平均年降水量为 30 5mm ,耕地占有水量为 990m3/hm2 ,人均水资源量为2 2 8m3。该区水土流失严重 ,水土流失面积占总面积的 75 % ,水力侵蚀区的年土壤侵蚀模数为 10 0 0～ 10 0 0 0t/km2 。在当前水土保持生态环境建设中要重视从理论与实践的结合上 ,总结当前小流域综合治理开发的新突破。要把科学调配和合理利用地表径流 ,作为小流域综合治理开发的核心和治理措施优化配置的依据。千方百计提高小流域内已治理土地的产出率是发展小流域经济的核心     

南方红壤农作区数字流域建立和应用

数字流域是用数字化专题图形、图像、表格和相应的模型对流域各要素的数字表达,数字流域可为数字化流域管理与评价提供支持。以1∶5万地形图和高分辨率(2.5m)遥感影像为基础,利用数字地形分析、遥感解译和野外调查的方法,建立了南方红壤农作区典型治理区的数字流域,并对土壤侵蚀强度等级进行了划分。研究结果表明:(1)所建立的包含Hc-DEM、地形因子、土地利用、植被盖度和水土保持措施的数字流域能够反映研究区治理前后土地利用和水土保持措施的变化;(2)侵蚀强度等级以中到强度为主,治理前后轻度侵蚀增加比较明显、中度和强度侵蚀减少。该研究可为水土保持效益评价和流域管理提供支持。     

塔里木河流域的环境治理与水土保持生态建设

分析塔里木河流域生态环境的演变过程 ,可以看出在历史时期 ,特别是近 5 0年来的水土资源开发 ,使流域上、下游维护生态环境的水分条件失调 ,植被退化和沙漠化急剧发展 ,已威胁到塔里木盆地社会、经济的可持续发展。为此 ,实施塔里木河流域环境综合治理既迫切又及时 ,采取“治理上游、改造中游、拯救下游”的工程措施 ,可起到调控流域水资源分配 ,改善河流沿岸荒漠林 ,保障输送一定水量恢复下游生态的控制作用 ;但还必需采取整个流域为单元的水土保持的一系列根本措施 ,进行生态建设 ,使流域上下游协调发展 ,才能有效遏制住环境退化。根据塔河实际 ,还提出了近期做好水土保持工作的几点建议     

FLUS-CSLE模型预测黄土高原典型流域不同土地利用变化情景土壤侵蚀

流域土壤侵蚀预测对于了解未来土壤侵蚀发展趋势，制定未来水土保持治理策略具有重要意义。为了提出一种适用于黄土高原地区的易于评估未来不同土地利用管理策略的土壤侵蚀预测方法，本研究基于地形、降雨、土壤、遥感影像数据，完成韭园沟流域2010-2020年的土地利用空间分布解译，并计算历史时期（2010-2020）的土壤侵蚀模数，基于FLUS模型完成流域2025年土地利用分布状况预测，以此为基础获得未来植被覆盖措施因子B和耕作措施因子T，结合CSLE模型预测2025年自然发展、经济增长、生态保护3种不同土地利用变化情景下土壤侵蚀状况。结果表明：1）韭园沟流域土地利用类型主要为草地（面积占比62.23%）和林地（28.41%），其次是耕地、建筑物和水体，在2010-2020年期间土地利用空间分布格局经历了较大变化，林、草地面积增加8.36%，耕地面积减少30.3%。2）流域2010、2015、2020年这3 a间土壤侵蚀模数平均值分别为19.49、15.83、20.7 t/(hm2·a)，整体呈现先降低后增加的趋势，不同土地利用类型的土壤侵蚀模数由大到小为耕地（40.56 t/(hm2·a)）、草地（18.79 t/(hm2·a)）、建设用地（10.25 t/(hm2·a)）、林地（8.02 t/(hm2·a)）。3）在积极的生态保护情景下，2025年林、草地面积相比自然发展和经济增长情景分别增加1.63%、5.06%，耕地面积相比自然发展和经济发展分别减少1.2%、14.73%。4）2025年流域自然发展、经济增长、生态保护情景下土壤侵蚀模数分别为24.3、22.9、18.3 t/(hm2·a)。采取积极的生态保护情景发展模式，建设用地面积适度扩张可以兼顾生态保护和经济发展的需要。该研究为流域未来的土地利用规划以及水土保持治理提供了参考，同时提供了一种快速、高效的不同土地利用情景土壤侵蚀预测方法。     

快速推进山西省小流域治理开发和生态环境建设

国家对山西水土保持生态环境建设的重视与资金投入的增加 ,为快速推进山西小流域治理开发和生态环境建设创造了条件。全省要大力实施陡坡地退耕还林还草 ,年治理水土流失的速度达到 3 %以上 ,年初步治理水土流失面积33 33万hm2 。要把专业队治理及项目报账制作为一项重大措施推广普及开来 ,把扶持水保治理大户成长作为任务去落实 ,切实抓好政策落实。各有关部门要通力协作 ,为小流域治理开发和生态环境建设提供农艺、技术和信息服务     

基于生态安全格局的干旱内陆河流域土地利用优化配置分区

为提高干旱内陆地区土地利用效率,促进土地资源可持续利用,该文以典型干旱内陆河流域石羊河为例,将GIS技术和土地利用优化空间配置模型应用到该流域土地利用优化配置研究中,提出了一种基于生态安全格局的土地利用优化配置新方法,并借助1986年、2000年和2014年3期土地利用数据对石羊河流域生态安全格局情景、耕地保护情景和自然发展情景3种模式下2030年的土地利用结构和布局进行了优化配置研究。研究结果表明：在生态安全情景下2030年耕地面积减少314.41 km2（5.32%）,但林地和草地面积分别增加1424.17 km2（33.85%）和1485.13 km2（12.05%）,同时未利用地也有较大幅度减少;而耕地保护情景则以土地开发和整治及宅基地还耕为主要目标,使得耕地到2030年增加5.85%（386.53 km2）,林地和草地分别增加7.61%（229.38 km2）和0.77%（84.58 km2）,而未利用地则减少3.91%（789.92 km2）;自然发展情景下其耕地、林地和草地到2030年均有减少,建设用地则有较大幅度增长。通过对3种综合考虑石羊河流域社会经济、生态及耕地保护等多方面的因素,研究结果认为耕地保护情景更为合理,既能保持耕地面积不减少,又能兼顾考虑生态恢复和城镇发展等方面的需求,而其它2种可为耕地保护情景进行补充和局部修正。     

甘肃白龙江流域生态系统土壤保持功能时空变异及其影响因子

土壤保持是生态系统提供的调节服务之一,在缓解区域侵蚀和维持生态安全等方面发挥着重要作用。基于InVEST模型和地理探测器等方法,开展了甘肃白龙江流域生态系统土壤保持功能时空变异及其影响因子分析。结果表明:（1）2002—2014年流域生态系统土壤保持功能不断增强,但空间格局变化不大;（2）各土地利用类型、海拔、坡度及坡向上土壤保持功能均有所提升,且保土功能增幅表现出随海拔抬升而减小,随坡度递增而增加的趋势;（3）降水量变化是流域土壤保持功能变化的主要因素,其与农作物单产变化、土地利用类型变化分别交互后的因子影响力较大。由于降水具有不可控性,因此,降低人类农业活动干扰,增加植被覆盖有利于甘肃白龙江流域土壤保持功能的提高。研究结果可为西北山地流域土壤保持和生态系统管理提供参考。     

陕北黄土丘陵沟壑区生态环境建设刍议

陕北黄土丘陵沟壑区总面积447万km2,水土流失极为严重,年输沙量达66亿t。搞好该区生态环境建设的主攻方向应是以小流域为单元,综合治理水土流失,陡坡退耕还林还草,积极发展集流节灌和林果业,稳定解决群众温饱。要客观认识植物措施在生态环境建设中的作用,区别森林与人工造林水保作用的差异。以开发利用水土资源为目标,通过治理为开发创造条件,以开发带动治理,调动农民投入治理的积极性。退耕造林种草要逐步进行,退耕力度应因地制宜,不同部位不同地域要区别对待。