基于RS与GIS的生态用地评价——以辽宁省大洼县为例

生态用地评价是当前生态环境保护与土地利用规划领域重要的研究内容。本文根据研究区自然条件、社会经济状况、土地利用特点和生态保护要求, 借助RS和GIS技术, 在建立基于生态服务功能的生态用地分类体系的基础上, 从生态服务功能和生态敏感性2个方面选取合适的生态用地评价指标, 采用层次分析和专家咨询相结合的方法确定评价因子权重, 合理划分评价单元, 采用指数和法对辽宁省大洼县生态用地进行了定量评价。结果表明, 大洼县生态用地划分为禁止开发生态用地、限制开发生态用地和可适当开发生态用地3个类别。其中, 禁止开发生态用地面积为14 695.97 hm², 占生态用地总面积的27.13%; 限制开发生态用地面积为25 185.49 hm², 占生态用地总面积的46.50%; 可适当开发生态用地面积为14 281.84 hm², 占生态用地总面积的26.37%。这3种生态用地类型有其自身特点, 在土地利用开发过程中应采取相应的生态保护措施。研究结果将为区域生态用地保护、生态环境与人地关系的改善以及新一轮土地利用规划修编提供重要的数据参考与科学依据。     

辅热集箱式畜禽粪便沼气系统研究

设计了一种新型厌氧发酵系统——辅热集箱式畜禽粪便沼气系统，该系统采用太阳能和生物质辅助加热方式，由若干个集箱式发酵单元组成，可根据养殖规模集装成50、100、200、300、500 m³等不同规模的沼气工程。并在其应用示范工程上完成了运行试验和技术经济评价，结果表明，该系统池容平均产气率为0.80 m³/(m³·d)，所产沼气的热值为25.40 MJ/m³，处理后的猪粪污水COD浓度由36500 mg/L降至6500 mg/L，去除率达82.2%，悬浮物浓度由17000 mg/L降至1900 mg/L，去除率达88.8%；其净现值为183530.5元，静态投资回收期为3.58 a。该技术及其成套设备的技术经济可行性较高，具有商业化前景。     

基于水足迹的河北省水资源安全评价

水足迹是基于消费基础的水资源利用情况的指示器, 能深刻揭示社会经济系统对水资源的真实消费, 为水资源可持续规划与管理提供了新的思路和研究方向。本文以河北省为例, 运用产品虚拟水研究方法计算了2010年河北省的虚拟水消费和水足迹。结果表明, 2010年河北省水足迹为896.40×10⁸ m³, 人均水足迹为 1 246.04 m³, 高于全国平均水平; 水资源匮乏度为747.81%, 水资源压力指数高达1 054.08%, 说明河北省水资源利用呈不可持续状态。亟需加快提高水资源利用效率, 优化作物布局、调整种植结构, 改善人类消费结构及消费模式和虚拟水进口, 强化节水工作。     

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。     

流域多尺度耕地保护生态价值及其补偿标准

[目的] 测算并分析流域多尺度耕地生态价值及补偿标准,为完善耕地保护补偿机制及促进区域协调发展提供科学参考。[方法] 以吉林省辽河流域为例,运用当量子法、市场替代法、景观格局指数等,综合考虑耕地数量及空间配置情况、耕地质量差异及耕地生态负外部性,建立流域多尺度耕地生态价值核算体系,在此基础上,制定耕地生态补偿标准。[结果] ①吉林省辽河流域耕地具有非常重要的生态服务价值,且其价值具有显著的空间差异特征及尺度依赖效应。②2020年,辽河流域耕地生态价值为20 502.78元/hm²,各区县耕地生态价值取值在4 261.97～16 873.59元/hm²。不同区域分布不均衡,整体西北地区高于东南地区。③流域耕地生态补偿标准为4 319.36元/hm²,各区县的补偿标准在814.68～3 471.85元/hm²,差异较大。[结论] 针对不同空间尺度,应结合耕地生态价值及地区实际,建立差别化的耕地保护生态补偿标准及方案。     

东北地区土地利用转换及其生态效应分析

基于1990、1995、2000年3期Landsat TM影像数据，在遥感与GIS支持下分析了东北地区1990～2000年土地利用转换特征与格局，以及耕地内部水田与旱地转换态势和成因。研究表明：农业土地利用内部及其非农化转换趋势明显。耕地、草地年均减少4.99×10⁴和1.40×10⁴ hm²，水域、林地、建设用地年均增加2.39×10⁴、1.93×10⁴和1.44×10⁴ hm²；不同时期的土地利用类型转换差异较大，以1990～1995年间变化为主，耕地、林地和建设用地变化量分别占总变化量的93.5%、85.8%和75.8%。耕地内部水田和旱地的转换频繁，主要是政策调控和市场调节综合作用下实施农田改造工程的结果。退耕还林草与林草地开垦的逆向发展，以及水田与旱地频繁的转换过程，已带来土地退化、水资源浪费和环境恶化等严重负面效应。     

东北平原粮食主产区公主岭市种植业系统的能值分析

应用生态经济系统能值分析理论与方法，以东北平原粮食主产区公主岭市为例，通过一系列的能值指标，定量分析了该县主要粮食作物玉米、大豆、水稻系统的能值流动，评价了该县这3种作物系统环境资源基础和经济特征，玉米、大豆和水稻的太阳能值转换率分别为1.95×10⁴、4.98×10⁴和3.59×10⁴。结果表明：大豆的能值最高，水稻次之，玉米最低；总体而言，2002年吉林省公主岭市种植业系统的发展程度相对较高，提高系统的能值投入重点应是提高农业科技含量和可更新有机能值的投入及科学管理力度，才能使公主岭市种植业系统走上持续发展的轨道。     

基于三维生态足迹模型的山西省矿区2010-2019年自然资本存量动态评估

[目的] 对山西省矿区自然资本存量进行动态评估,为矿区生态环境保护及生态补偿提供理论依据。[方法] 以矿区自然资本为视角,基于生态足迹与生态承载力核算结果,运用三维生态足迹模型,测算山西省矿区2010—2019年生态足迹深度与足迹广度,借助足迹深度与足迹广度的剪刀差分析其动态演变特征并阐释矿区自然资本存量动态演变的作用机理。[结果] ①山西省矿区人均生态赤字由2010年的4.40 hm²/人增加到2016年的6.31 hm²/人,随之降低到2019年的5.02 hm²/人,生态足迹与生态承载力的差距总体趋于缩小; ②2010—2019年,人均生态足迹广度大致呈递减趋势,由0.63 hm²/人降到0.47 hm²/人,而人均生态足迹深度呈现出先增后减的“倒U”形变化趋势; ③矿区自然资本存量时空动态演化是由煤炭资源禀赋、开采规模、矿区生态供求、生态足迹与承载力以及资本流量、存量的深度、广度等多重因素综合作用的结果。[结论] 山西省矿区生态足迹与承载力差距趋于好转,但生态赤字仍然严重存在。     

气候变化对河北省棉花生产及病虫害的可能影响

根据1989年赵宗慈用美国大气环流模式输出结果计算出的当CO₂倍增时我国地面温度和降水量变化情况^[2]，得出CO₂倍增时河北省温度和降水的输出结果，分析了CO₂倍增时河北省棉花生长季内气候变化的可能性及其对棉花分布、种植结构、产量、品质和对病虫害的影响。结果表明，CO₂倍增后河北省棉花种植区域扩大，复种指数增加，产量质量有不同程度的提高，有些病虫害的发生将趋于严重，而有些病虫害则可能趋于缓解。     

长江中下游地区Venlo型温室空气温湿度以及黄瓜蒸腾速率模拟研究

根据温室能量和质量平衡的物理学原理，建立了一个以温室外气候条件(太阳辐射、温度、湿度、风速等)为驱动变量，以温室结构、温室覆盖材料、温室内作物(高度、叶面积指数)为参数的温室小气候模拟模型，并利用上海Venlo型温室的三季试验数据对模型进行了检验。结果表明：模型能较好地预测中国长江中下游地区Venlo型温室内夏季和冬季空气温度、湿度以及作物蒸腾速率。模型对该地区夏干季节(2001年8月，三伏天)、夏湿季节(2002年6月下旬至7月中旬，梅雨季节)和冬季(2002年1月27日~2月5日)温室内空气温度、湿度以及作物蒸腾速率预测值与实际观测值的决定系数(R²)和标准误(SE)分别为：0.89，0.75，0.52；1.1℃，4.4%，0.040 g·m^-2·s^-1；0.80，0.84，0.77；1.5℃，4.4%，0.018 g·m^-2·s^-1；0.84，0.59，0.73；1.6℃，6.0%，0.012 g·m^-2·s^-1。该研究为进一步探讨温室环境的优化调控提供了理论依据和决策支持。     

南方红壤丘陵区耕地生态问题识别与修复分区

农业空间生态修复是国土空间生态修复的重要内容之一,耕地作为农业空间的重要载体,精准识别耕地生态问题并对其系统分区,是新时期耕地高质量发展与科学高效开展国土空间生态修复的重要前提。该研究以南方红壤低山丘陵区耕地生态修复为研究对象,以江西省为例,针对国土空间规划中耕地生态修复的景观连通性、矿山生态负面影响,恢复退化土地生态功能和农业开发对生态空间胁迫程度四大方面,识别了江西省耕地的破碎化、矿山损毁、水土流失以及与生态用地冲突四大生态问题,采用基于修正的通用水土流失方程（RUSLE）模型、景观指数、土地利用转移矩阵和GIS空间分析等方法对各生态问题的指标程度进行定量化分析;基于组合权重构建了生态修复综合指数,依据流域、主要生态问题与修复程度分区方法,对全省耕地生态修复进行了综合分区。结果表明：1）2000-2018年间,江西省耕地水土流失主要以轻度侵蚀为主,水土流失总面积减少50.98%,赣江上游流域和鄱阳湖环湖区等水土流失现象加重;耕地斑块密度、破碎度趋于增加,聚集度趋于离散;耕地占用林地、水域与湿地等生态用地面积共计739.15 km2;建材及砖瓦黏土类和稀有稀土金属等废弃矿山累计破坏耕地的面积为13.18 km2。2）江西省耕地生态修复综合指数空间差异化明显,按照划分标准,将江西省共划分为8个流域大区,38个小区,包括水土保持重点修复、矿山生态重点修复、生态用地重点修复和耕地连通重点提升四个方向的修复内容。研究可为国土空间规划中农业空间的耕地高质量发展提供方法支撑,为江西省农业空间生态修复布局提供科学依据。     

基于国土空间"三线"划定与耕地质量自相关的耕地空间布局优化

结合国土空间规划与耕地质量自相关属性优化耕地保护空间布局，对于耕地质量提升、保障粮食安全具有重要意义。该研究采用改进空间自相关模型，将生态环境作为耕地质量空间相关性分析框架的"第四维"，从地块尺度模拟位于"三线"内地块耕地质量指数的空间自相关性，据此提出优化耕地保护空间布局的方案。结果表明：1）高淳区高质量耕地呈现出东部集中连片、西部零散分布的特征，低质量耕地集中分布在高淳东部，各耕地自然指数均呈现出"西高东低"的特征。2）各耕地质量指数正、负相关型分别与高、低质量耕地的空间高度吻合，均表现出较强正相关性的空间聚集特征。自然质量、利用管理、经济价值及生态环境指数的Moran''s I值分别为0.79、0.92、0.89、0.77，空间集聚性从大到小的顺序为利用管理、经济价值、自然质量与生态环境指数。3）结合国土空间规划与耕地质量自相关优化耕地布局，永久基本农田新增968.15hm2，等级提升0.94，确定永久基本农田保护区、城镇发展缓冲区、生态环境保护区及综合调节区4个一级类与14个二级类。其中，永久基本农田保护区综合质量最优，耕地质量表现出较强的空间扩散效应，应禁止非农建设；城镇发展缓冲区耕地质量较差但区位优势突出，是城镇建设理想区；生态环境保护区耕地综合质量较差但生态优势明显，应开展生态防护工程，形成生态保护格网；综合调节区应判明耕地障碍因素的作用机理，有序开展田间整治，实现向永久基本农田的跃迁。     

基于生态位理论的东北黑土区耕地整治适宜性评价——以公主岭市为例

耕地整治是保护耕地的重要举措,耕地整治适宜性评价则是开展耕地整治的重要前提和基础。本研究以生态位理论为基础,以吉林省公主岭市为例,从自然条件、基础设施条件、生态可持续性和空间稳定性4个维度选取14个指标,采用Delphi与AHP相结合的方法确定指标权重,在评判影响耕地整治的各项指标实际值(现实生态位)与耕地整治在理想条件下各项指标能够达到的最佳状态(最适生态位)的贴近程度的基础上,确定了3种类型指标的评价模型,并通过加权求和模型计算各评价单元耕地整治生态位适宜度,最终通过Ward聚类法将公主岭市耕地整治适宜性划分为4个等级,同时引入障碍性因素模型,定量确定不同等级区域耕地整治的障碍性因素,并提出整治的方向和对策。研究结果表明,研究区可分为4个整治区,Ⅰ级高度适宜区生态位适宜度大于0.75,耕地面积13 799.89 hm2,占总耕地面积的4.16%,主要障碍性因素为农田防护林覆盖率、道路通达度和田块规整度;Ⅱ级中度适宜区生态位适宜度在0.70到0.75之间,耕地面积77 754.36 hm2,占总耕地面积的23.41%,主要障碍性因素为灌溉条件、道路通达度和农田防护林覆盖率;Ⅲ级轻度适宜区生态位适宜度在0.61到0.70之间,耕地面积177 192.38 hm2,占总耕地面积的53.36%,主要障碍性因素为土壤有机质含量、距主交通干线距离和土壤pH;Ⅳ级不适宜区生态位适宜度小于0.61,耕地面积63 325.61 hm2,占总耕地面积的19.07%,主要障碍性因素为土壤质地、灌溉条件和耕层厚度。研究基于生态位适宜度模型对耕地整治适宜性进行评价,丰富了耕地整治适宜性评价方法,同时评价结果为耕地整治分区建设以及整治方向提供了科学依据。     

生态文明时代农业空间规划内涵及发展趋势

农业空间是国土空间的重要组成部分,开展农业空间规划研究,对于保障中国粮食安全和重要农产品供给、提高农业质量效益和竞争力、扎实推进生态文明建设具有重要意义。在界定农业空间规划内涵的基础上,通过回顾既有相关规划实践,分析农业空间发展趋势,提出生态文明时代农业空间规划策略。结果表明:1)农业空间规划是对一定时期内农业空间保护、利用、整治修复做出的统筹安排。2)既有农业空间相关规划很好地解决了当时农业农村发展迫切需要解决的空间问题,但大多是聚焦于农业空间的某一项活动或某一项要素,缺乏对农业空间各类活动、各项要素的协调统筹,易导致空间保护低效、空间利用无序、生态环境本身的系统性被破坏等问题。3)进入生态文明时代,农业空间呈现出发展功能复合化、发展需求优质化、发展模式绿色化、发展手段数字化、发展路径融合化等趋势,相应地提出生态文明时代农业空间规划策略,包括坚持生命共同体理念优化农业空间系统结构、坚持人与自然和谐共生原则分析规划底线、坚持民生福祉导向分析规划目标任务、坚持主体功能原则优化区域布局、坚持绿色经济模式优化产业布局、坚持融合发展理念合理布局平台载体、坚持数字赋能提升规划和管理效率等。该研究结果可为国土空间规划编制提供一定思路借鉴。     

基于土地适宜性的耕地规划CA模拟及验证

为探究科学合理的耕地规划方法,以河南省兰考县为例,从影响耕地规划的适宜性、限制性及竞争性3个方面对土地适宜性进行分析,并运用CA(cellular automata)模拟系统,模拟2020年兰考县指标控制下的耕地规划情况。结果表明,兰考县2020年耕地面积为76 411.32 hm~2,其中因城镇发展导致耕地面积减少226.44 hm~2,村庄、内陆滩涂及果园等其他土地转化为耕地的面积为8 227.13 hm~2。结合耕地适宜性评价结果对比发现,质量上模拟规划的耕地高于现行的土地利用规划中的耕地,空间分布上同时避开城镇发展、生态保护及其他因素的影响,具有稳定性。该研究为管理者制定耕地规划提供重要的方法参考。     

国土空间治理视角下苏南地区农用地生态修复分区

农用地既是重要的生产空间，也是乡村生态空间重要的生态要素，面向山水林田湖草全要素综合治理修复的要求，科学划分农用地生态修复区域对新时期农村全域土地综合整治具有重要意义。该研究立足于国土空间治理背景下农业空间生态修复目标与要求，构建涵盖"生态功能、投入、耗散"3个维度的农用地生态修复评估框架，选取苏南地区为研究区，以500 m×500 m空间格网为评价单元，综合运用经济社会数据空间化、地理空间分析、数理统计分析等方法在2010年和2018年两个时间断面下进行农用地生态修复潜力测算，并提出生态修复分区方案，探讨相应的修复对策。研究结果表明：1）同一时间断面下，苏南地区农用地生态修复指数及生态功能、投入、耗散的空间分异显著。2）2010－2018年苏南地区农用地生态修复指数明显提升，两者相差0.018，生态功能变化呈现出区域差异性，投入与耗散表现为降低态势。3）遵照潜力测算结果将苏南地区划分迫切修复区、优化提升区、重点管控区、协调发展区4个大区，每个大区包含综合因素型、功能约束型、耗散约束型、投入约束型4个小区，形成15个农用地生态修复分区，并提出针对性修复对策。研究结果可为长江中下游平原的农用地生态修复评估创新思路，并希冀对国土空间生态修复规划编制与差异化管理提供借鉴价值。     

进出平衡视角下耕地恢复潜力重点区域识别

科学识别耕地恢复潜力重点区域，对落实耕地进出平衡、保障国家粮食安全与优化国土空间格局具有重要意义。该研究以山东省济宁市汶上县为研究区，基于“三调”数据，综合农业生产适宜性、新增耕地恢复潜力、地类集聚连片性与经济发展水平4个维度，构建进出平衡视角下栅格尺度的耕地恢复潜力重点区域识别模型，定量识别耕地恢复潜力重点区域并探究其空间分布格局。结果表明：1）汶上县农业生产适宜性较高，适宜性指数为[0.33,0.79]，呈现自东向西逐级递减的地带性分异规律，地域差异较明显；耕地恢复潜力类型以工程恢复为主，可恢复地类中林地分布广泛，占比72.89%；地类集聚连片程度整体较好，高、中连片性区域占比达71.85%，呈“中部低、四周高”的分布态势；经济发展水平存在空间差异性，分布特征与新增耕地恢复潜力和地类连片性互补。2）结合耕地恢复综合评价，共识别23处耕地恢复潜力重点区域，总面积56.31 km²，分布于县域中部、南部与东西边缘地带，重点区域分布广泛。该模型可用于以平原为主的农业主产区重点区域的识别，可为耕地恢复整治项目筛选、耕地进出平衡方案编制与实施提供科学依据，对促进耕地进出平衡制度的落地、耕地可持续利用与国土空间格局优化有重要意义。     

基于SD的耕地与生态用地联合调配策略仿真与优选——以天津市为例

以复杂系统模拟为手段,以生态与经济双赢为目标,进行耕地与生态用地的联合调配策略的设计、仿真与优选,旨在通过两种土地的合理调配,在保障粮食安全前提下,以生态修复促超负荷耕地休养。在人口、经济、耕地和生态用地各子系统及其要素分析的基础上,以耕地污染严重、后备用地紧缺、地处《全国主体功能区规划》中的优化开发区域——天津市为例,建立耕地与生态用地联合调配的系统动力学模型（Tianjin System Dynamic,TSD）并进行有效性检验。结果显示,模型具有较好的稳定性,而且仿真值与实际值误差<5%,因此模型有效。在确定模型有效之后,应用TSD模型模拟不同策略下的天津市2016—2025年耕地与生态用地联合调配结果。本文设置了两种与系统惯性发展相比较的调配策略——耕地资源省域内调配策略和耕地资源跨省域调配策略,并对上述3种情景分别进行仿真。结果显示：1）按当前的惯性趋势发展,2025年受损耕地可以得到修复,耕地数量能够满足耕地红线要求,生态安全也能够得到保障,但是耕地产出压力会突破警戒阈值,因此存在潜在的粮食危机;2）耕地与生态用地省内调配情景下,虽然可以降低耕地的产出压力,但生态安全有所减损,而且耕地产出压力仍高于警戒阈值;3）允许耕地跨省域调配情景下,耕地产出压力可以降低到警戒值之下,而且生态安全能够得到更好的保障。比较3种仿真结果可知,允许耕地跨省域占补情景下的耕地与生态用地联合调配效果最好,可以使耕地与生态用地联合调配更灵活,更好地保障生态安全和粮食安全。以上说明本文所构建的TSD模型进行耕地与生态用地联合调配研究是有效的,一方面可以为耕地与生态用地联合调配策略的优选提供支撑,另一方面为后备耕地紧缺的优化开发地区确定跨省域占补数量提供科学依据。     

耕地资源可持续发展的系统动力学仿真分析

[目的]探讨耕地生态修复对粮食产量和土壤重金属含量的影响,为耕地可持续利用提供决策。[方法]以天津市为例,运用系统动力学方法,构建耕地生态修复系统动力学模型(CLERSD),设置绿色发展策略、可持续发展策略、生态修复3种策略下的6种情景,对天津市2016—2030年不同用地模式下的系统发展趋势进行仿真。[结果]从长期趋势看,绿色发展策略中,增加化肥农药的使用虽然可以短期增产,但于长期无益,而且还会有较多的耕地由于受损而需要生态修复。可持续发展策略中,增加投资可以提高粮食产量,促进农业可持续发展;而增加污水灌溉,虽然可在短期内更好地满足作物生长用水需求,但长期使用会导致重金属镉的含量上升,使较多的耕地需要转为生态用地;生态修复策略中,种植具有较强金属富集能力的植物,可以使生态用地在较短时内完成对受损耕地的修复,使土壤重金属含量降低、耕地数量增多。[结论]在农业生产中,可以通过改变农药化肥投入、资金投入、降低污水灌溉和耕地生态修复等措施,维护粮食安全和促进农业绿色可持续发展。     

基于资金盈亏平衡的江苏省耕地保护区域补偿研究

[目的]基于资金盈亏平衡视角对江苏省进行耕地保护区域补偿的系统性研究,为耕地保护制度的完善提供理论支撑与实证借鉴。[方法]尝试将耕地资源非市场价值纳入耕地保护补偿分区的影响因素,运用补偿标准调整耕地需求量进而倒推补偿分区,测算资金在区域内封闭运行时各地区耕地保护补偿或受偿金额。[结果](1)2010年江苏省耕地保护区域补偿价值标准为5.685元/(m2·a)(包括耕地经济、社会和生态价值补偿标准),江苏省各省辖市可划分为5个耕地赤字区与8个耕地盈余区,省内资金盈亏平衡时耕地赤字区5市应向耕地盈余区8市支付补偿金额3.78×1010元;(2)一般而言,经济相对发达地区多为耕地赤字区,经济相对欠发达地区多为耕地盈余区。[结论]中国应建立耕地保护区域补偿制度,完善激励机制,同时应提高规划的科学性与合理性。