基于CLUE-S模型县域土地利用情景模拟与碳排放效应分析

土地利用与变化产生的碳排放是国家温室气体排放清单核算中的重要组成部分。该研究以辽宁省沈阳市法库县为研究区域,基于2013年土地利用现状数据,运用CLUE-S模型对法库县2019年土地利用变化格局进行模拟与验证。在此基础上,通过设置基线情景、农业发展、建设发展、生态保护、土地利用结构优化5种模拟情景预测2030年法库县土地利用分布空间格局及各情景下土地利用碳收支状况。结果表明：1）CLUE-S模型对法库县土地利用格局变化具有良好的模拟能力,Kappa系数为0.989 6,模拟总体精度达到99.14%;2）在5种模拟情景中,土地利用结构优化情景下2030年法库县土地资源利用效果最优,是法库县中长期发展阶段较为适宜的土地利用模式;3）法库县2013-2019年碳排放量增长5.53%。5种模拟情景同2019年相比,除生态保护和农业发展情景外,其余模拟情景下法库县碳排放量均呈现增长趋势,其中土地利用结构优化情景增幅最小,为2.29%。研究结果可为法库县土地利用优化布局、国土空间规划编制及碳减排相关政策制订提供参考依据和决策支持,研究方法也可为其他区域土地利用格局预测及碳收支变化提供借鉴。     

基于CLUE-S模型的矿业城市土地利用变化情景模拟

为了对矿业城市的土地利用情景进行预测,该文以典型矿业城市武安市为例,将 GIS 技术和 CLUE-S （conversion of land use and its effects at small regional extent）模型应用到武安市土地利用变化情景模拟研究中,通过土地利用结构变化、矿业城市土地利用空间分布和驱动因子的定量关系对武安市土地利用变化进行相应约束,设计了趋势发展情景、耕地保护情景、生态安全情景3种模式,生成2020年不同情景方案下土地利用预测图,并对预测结果进行比较分析。研究结果表明：在趋势发展情景下,林地、建筑用地呈现上升趋势,体现了经济发展和环境保护双管齐下的成效,这也与实际情况相吻合;耕地保护情景下,耕地分布制约了建设用地的适度扩张;生态安全情景下,受生态环境政策影响,林地增长趋势明显,工矿用地急剧减少。综合考虑到武安市社会、经济、生态以及耕地保护等多方面的协调发展,研究认为趋势发展情景更为合理,其他2种情景可为趋势发展情景进行适度的修正和补充。该研究为区域土地资源的优化配置提供决策依据,同时研究结果也进一步验证了CLUE-S模型能够较好地模拟预测不同约束条件下矿业城市土地利用空间变化。     

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。     

东辽河流域未来土地利用变化对水文影响的研究

土地利用变化对水文的影响已引起社会的广泛关注。以东辽河流域为研究对象,以分布式水文模型SWAT和土地利用变化模型CLUE-S为研究工具,通过将SWAT与CLUE-S模型耦合,定量评估了东辽河流域未来2种不同情景模式下的土地利用变化对流域水文过程长期的影响。研究结果表明:2016—2025年情景1的平均径流量为15.41m3/s,2016—2025年情景2的平均径流量为13.8m3/s,2025年情景2的土地利用变化比情景1的土地利用变化更有利于减少径流的流失;通过对比分析2000—2025年不同情景模式下土地利用变化的植被覆盖率变化,2000年植被覆盖率由77.51%变化到2025年情景1的77.23%和2025年情景2的78.93%,表明植被覆盖率与径流的流失量呈反比。因此,研究区未来土地利用变化应按照国家土地利用规划实行,对东辽河流域水资源规划及可持续发展具有重要的意义。     

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。     

基于CA-Markov模型的宁夏沿黄生态经济带土地利用变化及模拟研究

[目的]研究宁夏沿黄生态经济带2009—2017年土地利用变化特点,并模拟2025年土地利用空间格局,为宁夏沿黄生态经济带土地开发、利用与保护提供引导,为国土空间规划编制提供参考。[方法]基于时间尺度和空间尺度,对宁夏沿黄生态经济带2009—2017年各类用地变化情况进行了分析,计算得出了各类用地转移概率矩阵,并基于CA-Markov模型,对自然发展情景、土地规划情景、耕地和生态保护情景下宁夏沿黄生态经济带2025年土地利用格局进行了模拟研究。[结果] 2009—2017年,宁夏沿黄生态经济带土地利用整体呈现出耕地、其他农用地及各类建设用地不断增加,园地、林地、草地、水域及自然保留地均有所减少的特点;除水域、其他建设用地外,其他各类用地转为城乡建设用地概率普遍较高,特别是耕地转为城乡建设用地概率最高,达到10.65%。[结论]在自然发展、土地规划、耕地和环境保护3种情景下,宁夏沿黄生态经济带2025年土地利用结构仍然以牧草地、耕地、自然保留地为主,但随着城镇化进程加快和基础设施持续完善,城乡建设用地和交通水利用地增加幅度较大。     

青海高原东部土地利用变化模拟与景观生态风险评价

为了研究西部大开发和退耕还林等生态工程对未来土地利用变化趋势的影响,将Gray-Markov模型和CLUE-S模型相结合,模拟自然情景、耕地保护情景和土地规划情景下青海高原东部农业区2020年土地利用覆盖状况,并分析3种情景下土地利用变化特征,采用景观格局指数和景观生态风险指数比较3种情景模拟结果。自然情景延续1999-2009年的发展模式,至2020年退耕还林/草633.98 km2,其他未利用地造林/草117.66 km2;耕地保护情景严格保护耕地,至2020年退耕还林/草142.00 km2,未利用地造林/草130.71km2;土地规划情景经济发展与环境保护并重,退耕还林/草444.18 km2,未利用地造林/草333.75 km2。景观格局指数和景观生态风险指数均表明土地规划情景下的模拟结果布局较合理。研究表明,新增建设用地扩张的同时加强生态保护,仍可以保证区域景观生态安全。该研究可为中国西部的土地利用规划和政策制定提供参考。     

不同空间约束条件下的城镇土地利用变化多预案模拟

为研究不同预案下辛庄镇未来几十年的土地利用变化情况,基于高分辨率遥感影像获取辛庄镇四期土地利用历史数据,结合GIS空间分析技术,从城镇土地利用发展趋势、耕地保护和生态安全角度设计了目前趋势发展、城镇规划和基本农田保护、生态环境保护3种预案,对研究区土地利用变化进行相应约束,利用CLUE-S模型模拟不同预案下辛庄镇未来20 a土地利用变化过程,并从时空特征、空间格局和生态风险等方面对不同预案下的土地利用预测结果进行比较分析。结果表明,在设计的3种预案下,未来的村镇建设用地均将持续增加,其中目前趋势发展预案尤为显著,并以消耗大量的耕地资源为代价。不同预案下的土地利用变化特征、景观格局和生态安全存在明显的分异特征,综合比较结果表明城镇规划和基本农田保护预案是辛庄镇未来土地利用变化的推荐预案。CLUE-S模型模拟结果能较好地反映不同约束条件下的未来土地利用变化以及潜在生态风险,基于该模型的预案设计和空间模拟方法可很好地辅助土地利用规划决策。     

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。     

生态红线约束下万州区土地利用情景模拟及生态价值评估

为研究在生态红线划定之后对区域生态环境价值的影响,以重庆市万州区为例,通过FLUS模型模拟2025年自然发展情景和生态保护情景下土地利用的变化情况,通过改进的万州区生态价值系数并结合土地利用变化情况计算出生态系统服务总价值,最后分析了不同地类价值系数和面积变化对总价值的影响。结果表明:(1)选取3个方面的8个驱动因子适合对于研究区的土地利用模拟且FLUS模型Kappa值大于0.8表明利用FLUS模型对研究区的模拟适应性较好;(2)通过计算万州区2017年现状、2025年自然发展情景和生态保护情境下的生态系统服务总价值分别为41.06亿元、40.83亿元和41.00亿元,在设定的情境下只有林地的生态系统服务总价值都表现为增长的现象;(3)由万州各土地类型的敏感性都小于1表明万州区的生态系统服务价值对于生态价值系数变化缺乏弹性,结果可信;在生态变化度分析中,林地的变化度指数最大说明林地的面积变化对生态系统服务总价值的影响最大;(4)在2025年设定的两种情景模拟中,生态保护情景与自然发展情景林地的生态系统服务价值相比有一定程度的增加,建设用地的生态系统服务价值则下降,表明生态红线的划定对于新增建设用地的蔓延扩张有一定的限制作用。     

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。     

基于Markov-FLUS模型的广西土地利用变化模拟预测

耕地保护是确保粮食安全和社会经济稳定的头等大事,土地利用变化预测分析则是调整耕地保护政策的重要依据。为了探究广西耕地保护工作成效、促进土地资源合理配置,围绕耕地保护,运用Markov-FLUS模型,分别基于非限制性与耕地保护两类情景,预测2025年广西土地利用数量及空间变化状况,对比了两类情景下耕地变化差异。结果表明:(1)广西城市建设效果明显,2005—2015年,城镇用地、交通基础设施用地等其他建设用地面积增长了893 km²,增长率达77.25%。两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,城镇用地面积均保持增长趋势,但耕地保护情景下,其扩张速度受到限制;(2)广西生态保护成效良好,两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,林地、草地、水域等生态用地面积均保持增长趋势;(3)广西耕地保护任重道远,2005—2015年,耕地面积减少626 km²,两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,耕地面积均延续减少趋势。但耕地保护情景下,耕地面积减少态势得到一定程度遏止;(4)不同发展阶段,影响广西耕地保护的主导因素各异:2005—2015年,交通道路等基础设施建设是影响广西耕地保护的主要因素; 2015—2025年,随着社会经济加速发展,南宁市、桂林市、柳州市以及“钦北防”沿海城市建设用地的扩张和桂西北、桂南地区林业用地的增长,将成为广西耕地减少的主要原因。     

喀斯特山区土地利用/覆被变化情景模拟

该文运用CLUE-S模型模拟研究了贵州中部猫跳河流域在不同情景模式下未来十年内土地覆被的空间变化情况。根据研究区土地覆被结构的现状以及影响土地覆被变化的宏观因素，作者设计了生态安全目标、粮食安全目标、经济发展目标以及综合发展目标等4种可能出现的情景。结果表明，在不同土地利用情景下，猫跳河流域未来十年的土地覆被格局及其效应存在明显的差别。生态安全目标情景能在较大程度上改善流域的生态环境，但会对流域的粮食安全构成较大的威胁。粮食安全目标情景能够保障流域的粮食安全，但会导致区域生态环境质量下降。经济发展目标模式可充分保障经济建设用地的需求，但会威胁到流域的粮食安全。综合发展目标情景比较全面地考虑到了流域经济发展、生态保护以及粮食安全等需要，是研究区未来较为可取的土地利用模式。     

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。     

基于土地利用转型的广西边境地区生态服务功能交叉敏感性分析

为揭示边境地区土地利用转型对生态服务功能的影响,推动区域生态环境与社会经济高质量发展。基于广西边境地区2000年、2010年、2018年3期土地利用遥感监测数据,识别18年间土地利用转型和生态系统服务价值的动态演变过程,结合改进的交叉敏感性系数探讨了广西边境地区生态系统服务价值对土地利用转型的敏感性程度。结果表明:(1)2000—2018年广西边境地区土地转型前期平缓,后期剧烈,耕地向建设用地、水域的转移是主要的转型驱动因素;(2)2000—2018年ESV呈现出先增后减的态势,地均ESV高值主要集中于防城区、宁明县南部以及那坡县南部生态环境本底优越的一带,地均ESV低值出现在宁明县北部、龙州县、大新县以及靖西市的中心城区生态系统较为薄弱的岩溶地区;(3)耕地、林地、水域与其他地类相互转型对生态系统服务功能影响较为敏感,其中最敏感的是林地与建设用地的转型,草地、未利用地与其他地类的转型缺乏敏感性。(4)生态敏感性空间演化分异特征显著,耕地与建设用地高生态敏感性重点分布在东兴市、宁明县、龙州县、靖西市,林地与建设用地高生态敏感区主要分布在防城区和东兴市主城区、凭祥市以及靖西市北部等重要的贸易出口通道。研究结果可为优化边境国土空间格局,实现生态服务功能的提升提供科学指引。