1990—2020年淮河生态经济带耕地资源分布变化特征与驱动机制

探索淮河生态经济带耕地资源分布变化特征，可为保护耕地、保障国家粮食安全提供规划和决策依据。基于1990—2020年遥感影像数据，利用空间探索、统计分析等方法，揭示该区域耕地资源在过去30年的时空分布变化及其驱动机制，并进一步对2030年土地利用进行情景预测。结果表明：1）淮河生态经济带土地利用结构以耕地为主，平均占比为68.70%；近30年来研究区耕地面积剧烈缩减8.63×10⁵ hm²，年均减少2.88×10⁴ hm²，其中旱地减少占耕地总减少量的82%；耕地的流失主要在于建设用地的侵占。2）耕地资源具有明显的集聚特征，以淮河为分界线集聚分布，呈现“东南水田、西北旱地”的典型分布特征。3）耕地资源分布变化的主导驱动因子包括农业机械化水平、粮食产量、人口等社会驱动力；生态驱动力各要素对耕地资源变化的驱动力则相对较为稳定。4）自然发展情景下，2030年耕地面积持续减少1.10×10⁵ hm²，在积极的耕地保护情景下，耕地面积将显著增加5.29×10⁵ hm²；采取耕地保护情景，鲁中南低山丘陵区以及桐柏—伏牛山通过开垦部分疏林地和低覆盖草地将其整治为耕地，东部沿海可将沿海水域合理建设为建设用地，中部区域可通过减少建设用地的碎片化，较大程度上使耕地资源的连片化，从而在一定程度上提高耕地的利用效率。研究对于优化淮河生态经济带耕地资源结构以及空间优化配置具有重要意义。     

陕西黄土台塬区土地系统变化特征分析

基于GIS和RS支持,采用土地利用变化系列指标对陕西黄土台塬区1985-2010年土地利用变化特征进行了分析。结果表明,2010年黄土台塬区耕地984337.30 hm²,草地143030.47 hm²,建设用地105871.35 hm²,分别占总面积77.89%,11.32%和8.38%;研究时段内耕地、草地、林地、水域依次减少20866.61,11065.22,1186.44和748.96 hm²,分别比1985年减少了2.08%,7.18%,4.60%和11.64%;建设用地增加33902.8 hm²,为1985年的47.11%;建设占用耕地26668.8 hm²,占建设用地转入流的96.26%;草地转耕地18923.9 hm²,占草地转出流的93.24%;1985-1990年土地系统较为稳定,综合动态度为0.52;1990-1995土地利用变化活跃,综合动态度达到3.60,其后逐渐降低,到2005-2010降低为1.16,土地系统趋于稳定。空间上,耕地转建设用地在城镇周边幅度较大,草地和耕地互转主要在渭南台塬东部、咸阳塬北部以及宝鸡台塬区。     

基于灰色系统理论的挠力河流域净耕地面积预测

[目的] 研究如何精准提取净耕地利用信息,为农田管理与耕地科学利用提供理论支持。[方法] 基于灰色系统理论提出净耕地预测思路,以典型粮食产区挠力河流域为研究区,在土地利用变更调查数据支持下,运用净耕地系数、突变检测模型、灰色动态模型（GM）等数理模型,提取并验证净耕地（包括旱地和水田）利用信息。[结果] 挠力河流域土地利用斑块面积变化表现出显著的“灰色”特征,对20 hm²等额面积区间的非旱地和非水田斑块面积累加处理,可增强数据列的规律性特征;GM （1,1）灰色系统模型和多项式预测方法均可较为准确地提取非旱地和非水田面积信息。2018年,挠力河流域旱地和水田的净面积分别是1.06×10⁶ hm²和3.87×10⁵ hm²,对应的净系数为97.65%和98.07%。[结论] 耕地斑块面积变化具有灰色特征,可采用灰色系统理论进行净耕地面积预测。     

河南省南太行地区土地利用及生态服务价值变化

[目的] 研究典型区域内土地利用变化及其对区域生态系统的影响，旨在为区域国土空间布局优化和山水林田湖草系统治理提供理论依据。[方法] 基于多时间节点遥感数据，综合“3S”技术等方法模型，对南太行地区1990—2016年土地利用及生态服务价值变化规律进行研究。[结果] 研究区2000—2010年土地利用格局较其他两时间段发生了剧烈变化，其中，旱地减少211.77 km²，建设用地增加319.78 km²，各地类动态变化度达到最大值。1990—2016年，南太行土地利用转移类型方面以旱地转为建设用地为主，建设用地复垦为旱地在研究后期逐渐成为耕地补充的重要途径，大量的未利用地得到开发利用，可供开发利用的后备资源越来越少。研究区生态服务价值总量从1990年的2.12×10¹⁰元减少到2016年的1.78×10¹⁰元，减少了3.33×10⁹元，建设用地、耕地、林地、草地和水域对生态服务价值总量变化的贡献率分别为-90.19%，-25.75%，-17.51%，-10.93%和44.46%，水温调节与废物处理等生态功能在研究期间受到较大破坏。[结论] 河南省南太行地区土地利用及生态系统特征变化明显，进一步平衡建设用地与耕地保护之间的关系，调整土地利用结构，维护生态系统服务功能是研究区国土空间布局优化和生态修复过程中应当重点关注的地方。     

基于遥感与GIS的土地用途转移分析——以洞庭湖区为例

采用遥感、GIS一体化技术，以1989～1990、1999～2000年获取的陆地资源卫星Landsat TM或ETM图像为主信息源，对洞庭湖区近10年土地用途的转移变化进行了检测，对驱动变化的主要因素进行了分析。结果表明，1990年以来的10年间，耕地减少0.9万hm²，占总面积的比重减少了0.32%；各类建设用地总计增加了0.75万hm²，比重增加0.26%；水域增加0.16万hm²，比重增加了0.06%。林地略有减少，草地、未利用地略有增加。流失的耕地中，绝大部分被退田还渔还湖，或被建设用地所占用。建设用地的扩张占地中，耕地被占74.08%，林地被占20.86%。土地利用、土地价格及税收等方面的政策、城市化与工业化、农业结构的调整、以及科技的进步对土地用途的转移有决定性的影响。     

宁夏土地利用碳排放强度时空变化与效应

[目的] 土地利用变化是影响碳排放和环境质量的重要驱动力之一。研究土地利用碳排放时空格局变化与效应,为制定低碳发展策略提供理论依据。[方法] 基于灰色理论和生态承载系数,利用1980—2020年宁夏回族自治区22个县区土地利用和能源消耗数据,分析了土地利用变化与碳排放强度变化及效应。[结果] ①碳排放变化量与土地利用变化之间具有密切的关联性。其中,建设用地与碳排放的关联度最大,为0.95。②1980—2020年宁夏土地利用类型碳排放量净增加了5.24×10⁷ t,增幅625.43%。建设用地面积以年均4.42%的速率增长,碳排放量增幅达2 385.85%;草地面积减少了2.95×10⁵ hm²,碳汇量减少了5.80×10⁴ t;林地对碳汇的贡献超过75%,且随林地面积的不断增大而增加。③1980—2020年宁夏土地利用碳排放强度以年均0.25 t/hm²的速率增大,中度及以上等级覆盖面积逐渐增大,在空间上形成沿黄城市碳排放强度高于中、南部的分布格局。④宁夏各县区碳排放生态承载系数空间差异明显,碳生态容量表现出北弱南强的分布格局。[结论] 1980—2020年宁夏土地利用碳排放强度逐渐增大,北部沿黄河各县区碳生态容量逐渐减小,中南部县区碳生态容量增大,但减排压力较大。建议优化建设用地空间格局,增加混交林面积,增强森林碳汇能力。     

基于GIS的定西地区黄土高原土地利用变化研究

运用GIS空间分析方法，以1980年、1995年和2000年Landsat TM影像的土地利用空间数据(1∶100 000)为基础，分析了1980～2000年定西地区黄土高原各土地利用类型变化的幅度、空间分布特征、方向以及耕地的主要流向，并应用空间马尔柯夫概率模型对定西地区2015年土地利用格局进行了预测。结果表明：1995～2000年土地利用的年变化率是1980～1995年的2.57倍；1995～2000年土地各类型之间的相互转化在空间分布特征呈现明显的差异，耕地、草地、林地和农村居住用地是定西地区土地利用变化的核心类型，耕地与其他类型土地间的相互转化分布最广泛；优质耕地主要被农村居住用地扩展占用。1995～2000年耕地转向农村居住用地的面积比1980～1995年增长了66.18%(1759 hm²)；1995～2000年毁林草开荒的面积仍高达17294 hm²。到2015年，耕地、城镇用地、农村用地面积和比例将增加，草地、林地、水域和未利用地面积和比例将下降。     

基于InVEST模型的广西茅尾海土地利用变化与碳储量评估

[目的] 评估广西壮族自治区茅尾海土地利用与碳储量的时空变化特征,为促进增碳汇与可持续发展提供科学依据。[方法] 使用监督分类的方法对茅尾海2009,2015和2021年的3期遥感影像数据进行解译提取,基于ArcGIS软件和InVEST模型对茅尾海土地利用变化与碳储量演化进行研究。[结果] ①茅尾海土地类型主要呈现"大聚居,小杂居"的分布特点,2009-2021年耕地、浅海水域和渔业养殖区面积减少,红树林湿地、建筑用地、林草地、淤泥质滩涂面积增加; ②茅尾海碳储量呈先下降后上升趋势,2009-2015,2015-2021,2009-2021年区域碳储量变化量分别为-1.10×10⁵,3.77×10⁴,-7.29×10⁴ t;碳固定净现值分别为-1.37×10⁸,4.66×10⁷,-9.01×10⁷元; ③2009-2021年,茅尾海主要为渔业养殖区、林草地等高固碳土地利用类型向建筑用地等低固碳类型的转变,转为建筑用地造成的碳储量损失最大,达2.85×10⁵ t;转为渔业养殖区增加的碳储量达1.81×10⁵ t。[结论] 加快推动茅尾海养殖方式转型升级,加强红树林在宜林区域的增殖及加快森林城市建设,有利于研究区域固碳与可持续发展。     

海南岛海岸带土地利用变化及其对碳储量时空演变的影响

[目的] 预测未来土地利用/覆盖变化(land use and land cover change,LULCC)及其对生态系统碳储量的影响,为区域土地利用决策和碳管理提供科学依据。[方法] 基于30 m分辨率的海南岛1990,2000,2010,2020年土地利用遥感解译数据,运用ArcGIS与InVEST模型,探究土地利用时空演变及碳储量响应状况,并引入GeoSOS-FLUS模型预测研究区2030年土地利用多情景变化特征及其对未来不同情景下生态系统碳储量的影响机制。[结果] ①1990—2020年研究区耕地、林地、草地和未利用地面积减少,水域和建设用地面积增加。未利用地和耕地面积持续减少,建设用地面积持续增加。②30 a间LULCC导致区域碳储量持续减少,达到1.50×10⁶ t且年变化率为5.00×10⁴ t/a。建设用地的大肆扩张及林地退化是导致碳储量下降的重要原因,“未利用地→草地”为碳储量增加中最明显的图谱变化,“草地→林地(人工林地)”是碳储量减少中最显著的图谱变化。③2020—2030年的3种预测情景中,林地仅在生态优先情景下得到了有效保护,且面积增加了11.91 km²。建设用地在3种预测情景中均呈现不同程度扩张态势,且发展优先情景涨幅最大。[结论] 海南岛大面积高碳密度的天然草地转换为低碳密度的人工林地,高碳区转变为低碳区,区域固碳能力削弱。应采取提高林地、草地等地类比重等一系列的土地利用调控政策,加大区域碳源向碳汇转换的优化发展。     

水田化进程下挠力河流域耕地时空变化特征

以三江平原腹地挠力河流域为研究区,基于1990年、2002年、2013年3期遥感数据分析了该地区水田化进程中耕地时空变化特征,为耕地资源的利用与开发提供依据。结果表明:20多年间流域耕地呈现不稳定增长态势,旱地和水田的变化趋势与耕地综合变化趋势不完全一致;1990—2002年旱地变化幅度小,水田变化幅度大,2002—2013年旱地面积比例由44.57%下降至42.24%,水田继续保持增长趋势,但增长速度明显放缓;耕地转入上,流域耕地子类型的内部转换发生明显。旱地主要转入用地类型为未利用地、水田和林地,水田主要转入用地类型为旱地。耕地转出上,1990—2002年流域的旱地水田流出以耕地内部转换为主,2002—2013年旱地和水田的转出与1990—2002年转换趋势基本保持一致。     

土地利用类型变化对生态服务价值的影响

高速公路修建,通过改变沿线土地利用类型导致其生态服务功能发生变化。基于Costanza等人率先研究的全球陆地生态系统服务价值的分类与评估法,结合中国学者对土地利用类型单位面积的生态价值估算结果,评估了西汉高速户县—勉县段沿线土地利用类型生态服务价值及其变化。结果表明,高速公路修建占用的4种土地类型主要是农田、园地、林地和草地,面积分别是1 116.41,6.84,125.21,125.77hm2。由于绿化、恢复植被等措施,建成后的林、草地面积,分别增加了155.26和21.40 hm2。高速公路建成后,农田、园地的生态服务价值消失,同时林、草地面积的增加,使废物处理、气候调节功能价值增加量最大;增加幅度最大的是气候调节、栖息地和娱乐功能。耕地、园地面积消失,使食物供应、生物控制和传粉功能减少量最大。减少幅度最大的分别是生物控制、食物供应和传粉功能,分别为89.67%,72.51%和61.84%。总体上,公路建成后,土地总的生态功能价值较以前呈减少趋势,减少了3.72×105元/a,每1 km平均1 400元/a。高速公路给区域带来的巨大经济效益和社会效益,会远大于其对生态环境破坏所造成的土地利用类型生态服务价值的损失。     

农地非农化过程中农民土地权益损益研究——以吉林省四平市为例

[目的]对在农地非农化过程中农民土地权益损益进行研究,为国家制定新的补偿标准提供科学依据。[方法]以吉林省四平市为例,从价值的哲学概念入手,构建农用地综合价值体系,运用收益还原法、当量因子法和影子价格法对四平市农地综合价值进行量化和评估。[结果](1)农地综合价值为1.33×106元/hm2。其中,经济价值为4.56×105元/hm2,生态价值为3.74×105元/hm2,社会价值为2.87×105元/hm2,农地发展权价值为2.18×105元/hm2;(2)农地非农化实际补偿价值为4.50×105元/hm2;(3)农地非农化过程中农民土地权益损益为8.84×105元/hm2,损益价值占农地综合价值的66.3%。[结论]2012年四平市的农地非农化实际补偿价值仅占农地综合价值的33.7%,证明被征地农民的土地权益受到严重侵害,认为对农地价值认识的局限、征地补偿标准不合理、征地制度不完善、农地产权不清晰是造成农地非农化过程中失地农民土地权益受损的主要原因。     

基于GIS和RS的退耕还林工程土壤保育价值评估——以陕西吴起县四面窑沟流域为例

在全国退耕还林工程典型地区陕西省吴起县境内,选取四面窑沟流域为研究对象,采用RS和GIS监测退耕还林工程的具体实施方式及其面积,并提出考虑土地覆盖汇流影响的改进坡长因子,利用ArcGIS和RUSLE评估流域在退耕前后的土壤侵蚀强度变化,在此基础上,采用机会成本法和替代价格法评估流域退耕还林工程的土壤保育价值。结果表明：1997-2004年,流域内实际开展退耕还林工程1895．8hm^2,其中,荒山造林369．99hm^2、退耕还林357．48hm^2、退耕还草901．72hm^2、人工封育266．61hm^2;退耕前（1997年）后（2004年）流域土壤侵蚀模数减少了4644．04t／（km^2·a）,侵蚀强度由极强度降低为中度;退耕还林工程每年产生土壤保育价值1324．3万元,其中,减少土壤侵蚀效益8．11万元、减少肥力流失效益1180．22万元、减少泥沙淤积效益124．45万元、培育土壤效益11．52万元。     

基于CA-Markov的河西走廊土地利用变化研究

基于河西走廊1990年、2000年土地利用矢量数据，通过空间叠加和构建土地利用分布与变化的1 km-Grid数据集以研究20世纪90年代土地利用分布与变化的数量特征和空间格局特征，并运用马尔可夫模型和元胞自动机技术对2010年土地利用分布情景进行预测。研究表明：河西走廊以未利用土地和草地为主；20世纪90年代，耕地、城乡工矿居民用地增加，而林地、草地、水域和未利用土地减少；多种土地利用类型的开垦在区域土地利用变化中处于主导地位，其中“草地→耕地”和“未利用→耕地”2个变化类型的规模最显著。主要交通线与大的河流附近人类活动强烈，因而土地利用类型及变化类型比较多样，空间格局复杂。CA-Markov模型模拟结果表明2000～2010年间6个土地利用类型将保持原有的变化趋势和变化速率，因此，迫切需要加强对林地、草地和水域的保护，控制和阻止盲目开垦耕地的行为，推进退耕还林还草工程，促进区域生态环境质量的保护和改善。     

生态退化与恢复对三江源区土壤保持功能的影响

[目的]探讨生态退化与恢复对土壤保持功能的影响及其作用机理,为三江源区生态保护与建设决策提供一定依据。[方法]通过构建土地覆被状况等来表征三江源区宏观生态系统变化,定量分析生态系统变化对土壤保持功能的影响,并探讨其主要机制。[结果]三江源地区从2000—2010年的生态系统经历了显著的退化和恢复过程。不同覆被类型下土壤保持能力依次为:林地耕地高覆盖度草地中覆盖度草地低覆盖度草地湿地未利用地。在研究区生态退化及恢复的过程中,2000—2010年的单位面积潜在流失量从1.25×10~4 t/hm~2增加到1.50×10~4 t/hm~2,单位面积实际流失量从2000年的3 200t/hm~2增加到2005年的3 500t/hm~2,至2010年持续增加到3 800t/hm~2。在生态恢复过程中,三江源区高覆盖度草地及湿地面积增加,从一定程度上减轻生态系统退化的趋势,三江源区单位面积土壤保持量从2000年的9 300t/hm~2,增加到2005年的1.03×10~4 t/hm~2,直至2010年三江源区单位面积土壤保持量为1.11×10~4 t/hm~2。[结论]土地覆被类型及植被覆盖程度对土壤保持功能有重要影响,三江源的生态退化与恢复过程与源区土壤保持功能变化联系紧密。     

黄土丘陵小流域景观空间格局动态分析——以固原市上黄试区为例

 为黄土高原土地资源合理利用及区域可持续发展提供参考,以上黄试区为例,在地理信息系统支持下获得计算景观多样性的有关参数,选取斑块大小及数量、分维数、斑块伸长指数、多样性、优势度、均匀度和破碎度等指标,对黄土丘陵小流域10年来景观多样性动态变化进行分析。结果显示:1995—2004年,该试区总斑块数增加了6个,斑块变化明显的主要表现为:坡耕地及天然草地斑块分别减少19个和12个,人工草地斑块及梯田分别增加15个和9个;平均斑块面积及平均斑块周长分别下降了0.14hm2和185.36m2;梯田、天然草地、疏林地、园地及居民点用地分维数,都有不同程度的下降,而坡耕地、人工草地、灌木林地及未利用地景观的分维数有所上升,水浇地、川台地、乔木林地、水域景观分维数保持不变;上黄试区景观异质性特征表现为:均匀度指数下降5.86,景观破碎度指数上升0.002,人为干扰度增加1.95,景观类型多样性指数下降0.25,优势度指数上升0.25。目前,试区从耕地及草地为主的景观生态系统,转变为以林地和草地景观为主的高度异质化的景观生态系统,人类活动的干预,是驱动该试区景观空间格局变化的主要驱动因素。     

干旱区县域土地覆被变化特征及其生态环境效应——以内蒙古自治区翁牛特旗为例

[目的]研究翁牛特旗的土地利用变化特征及其生态环境效应,为该地区生态环境重建提供支持。[方法]选取2006及2015年8月Landsat卫星影像,通过ENVI 5.1提取出翁牛特旗土地利用数据,进而利用土地利用动态度、土地利用类型的空间转移矩阵,以及生物丰度指数、生态系统服务价值和敏感性指数,分别对翁牛特旗土地利用结构的时空演化特征和生态环境效应进行分析。[结果](1)翁牛特旗主要土地利用类型为耕地、林地、草地和沙地,近10a来该旗的土地利用变化呈现为耕地、草地、建设用地增加,林地、沙地和水体面积减少的态势。(2)10a间生物丰度指数从2006年的43.47下降为2015年的42.69,降低1.79%,表明区域的生物量减少,不利于生物多样性发展;生态系统服务总价值从2006年的102.31亿元下降至2015年的98.47亿元,减少了3.84亿元,下降了3.75%,生态环境基本维持着平衡,总体上呈现出微弱的退化。(3)各种土地利用类型的敏感性指数(CS)均小于1,表明研究区生态系统服务价值对于生态服务价值系数不敏感、缺乏弹性。[结论]研究区林地、水体面积的减少,建设用地面积的增加是生态系统服务总价值减少的主要原因。研究区土地利用变化引起的生态系统服务价值和生物丰度的减少,加剧了当地生态环境的脆弱性。     

台兰河绿洲灌区土地利用变化与水资源动态研究

基于2000年和2005年的遥感影像,利用RS,GIS及景观生态学方法,对台兰河绿洲灌区2000-2005年的土地利用进行监测,并分析了不同时期台兰河绿洲灌区水资源开发利用程度.对研究区土地利用与水资源动态变化关系进行了分析.结果表明,2000-2005年耕地面积和水域面积年均增加分别为3 603.8 hm2和151.4 hm2;绿洲林地和草地大面积减少,减少量分别为2 247.07 hm2和14 325.9 hm2,相应地绿地面积减少了165 72.97 hm2;草地和林地等生态用地的减少是灌区耕地增加的主要来源,转移比例分别为13.97%和5.93%.地表来水量不断减少的情况下,灌区地下水开采量从1989年的5.91×106m3增加到2003年的1.39×107m3,灌溉面积和机井数量不断增大,地下水开采强度日益增加,地下水水位呈日益下降的趋势.农业用水所占比例过大,生态用水逐渐缩减.