耕地保护对生态系统水源涵养功能的影响——以武汉市为例

耕地保护是我国粮食安全的根本保障。然而,在快速城市化背景下,耕地保护导致生态用地加速流失造成对生态系统服务功能的影响往往被忽略。以武汉市为例,采用模型模拟的方法,利用基于元胞自动机的土地利用变化模型——LANDSCAPE模型设定严格、适度耕地保护情景,进而基于InVEST模型定量评估耕地保护对生态系统水源涵养功能的影响,为科学认识耕地保护政策的实施对生态系统服务功能的影响提供新的视角。结果表明:（1）严格、适度耕地保护情景下武汉市2020年生态系统水源涵养功能存在显著差异。相较于适度耕地保护情景,严格耕地保护情景下,位于武汉市东北地区的低水源涵养区分布范围明显增多,高水源涵养区分布明显较少;（2）在水源涵养总量方面,严格耕地保护情景下的水源涵养总量为4.33×10⁸ m³,适度耕地保护情景下的水源涵养量为4.58×10⁸ m³,两者差异显著。（3）严格、适度耕地保护情景中草地、林地、水体等生态用地的水源涵养总量分别为1.06×10⁸ m³,1.27×10⁸ m³。其中林地水源涵养量最高,水体、草地次之。     

土库曼斯坦典型绿洲土地利用格局变化的地表热环境响应研究

基于遥感和GIS,选择两期遥感影像,对土库曼斯坦穆尔加布—捷詹绿洲的土地利用及其地表热环境的变化进行分析,探讨了不同土地利用类型的空间格局对绿洲热环境的影响。结果表明:2001—2011年间,研究区土地利用变化最显著的特征是耕地的扩大和其他用地的减少,耕地从2001年的4.84×10⁵ hm²增加到2011年的5.82×10⁵ hm²,其他用地从2001年的5.00×10⁶ hm²减少到2011年的3.88×10⁵ hm²;不同土地利用类型上的地表温度具有明显差异,各土地利用类型地表温度平均值排序为:沙地 > 其他用地 > 盐碱地 > 耕地 > 林地 > 草地 > 水域;以耕地为突出特征的土地利用变化影响区域热效应的效果较为显著,具体表现为绿洲热环境效应减弱,冷岛效应增强。     

基于PLUS与InVEST模型的内蒙古自治区土地利用变化及碳储量评估

为实现内蒙古自治区的“双碳”目标。根据内蒙古自治区2000年、2010年和2020年土地利用数据(LULC),按照内蒙古自治区“十四五”政策规划，建立自然发展、耕地保护与生态保护3种情景，利用PLUS模型对内蒙古自治区2030年土地利用空间分布进行预测分析，并用InVEST模型对内蒙古自治区不同开发情景下碳储量的变化进行分析。结果表明：(1)2000—2020年间内蒙古地区林地与建设用地面积均有增加，耕地、水域、草地与未利用地面积均呈减少态势，且转移方向上主要表现为耕地转为建设用地。(2)自然发展状态下，草地、耕地、水域及未利用地呈下降趋势，林地及建设用地呈上升趋势；在生态保护状态下，林地、草地和水域面积均比自然开发情景有所增加；耕地保护情景下，耕地面积相较于自然发展情景呈扩张趋势，扩张面积达4.69×10⁴ hm²。(3)2000年、2010年、2020年内蒙古地区碳储量分别达到1.371 7×10¹⁰,1.370 9×10¹⁰,1.370 6×10¹⁰ t,呈逐年减少趋势。...     

1985～2015年淮北市土地利用变化特征及其预测研究

以1985、1995、2005、2015年4期遥感影像为基础,应用RS、GIS技术和景观生态学方法,分析了淮北市1985～2015年土地利用景观格局变化,并采用ANN-CA模型预测2025年淮北市土地利用数据。结果表明:1)淮北市土地利用类型以耕地为主,耕地面积占60%以上,建设用地次之;近30年,建设用地和林地面积呈增加趋势,耕地、水域和草地呈减小趋势;2005～2015年土地利用结构和景观格局变化显著,各类土地利用面积变化速率加快。2)1985～2015年土地利用类型的转移主要为耕地向建设用地转变、水域向耕地和建设用地转变。3)1985～2015年淮北市土地利用破碎化程度不断升高,景观格局趋向复杂化,景观异质性增强。4)2015～2025年,林地面积将保持不变,耕地、草地、水域面积减少,建设用地面积不断增加。     

基于PLUS与InVEST模型的昆明市土地利用变化动态模拟与碳储量评估

[目的]评估不同情景下的土地利用变化与碳储量变化,为优化生态服务与可持续性发展提供科学依据。[方法]基于PLUS模型与InVEST模型,模拟和预测不同情景下的土地利用变化与碳储量。[结果](1)在自然发展与生态保护情景下,土地利用变化相似,耕地、草地、水域减少,建设用地急剧扩张,其中建设用地在自然发展情景下扩张更快,变化率达27.70%;在耕地保护情景下,土地利用变化与其他两种情景不同,这是由于林地面积的减少与建设用地的迅速扩张造成的;(2)昆明市2000,2010,2020年的碳储量分别为3.37×10⁸,3.34×10⁸,3.28×10⁸ t,呈现逐年下降的趋势。到2030年,耕地保护与生态保护相较于自然发展情景碳储量较高,说明采取保护措施,能有效控制碳储量的减少;(3)土地利用变化导致碳储量减少9.15×10⁶ t,土地利用变化与碳储量变化呈现高度一致性。[结论]落实耕地保护、生态保护政策,控制建设用地向耕地、林地的扩张,优化土地利用结构,有利于减缓区域碳储量损失。     

大理河流域退耕还林工程对生态系统服务功能的影响

以大理河流域为研究区,应用InVEST生态系统服务功能评估模型,结合1980年、1985年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年该流域的土地利用/土地覆被资料,定量评价了退耕还林工程对碳储量、土壤保持和水源涵养生态服务功能的影响。结果表明:(1)研究区30年间土地利用/土地覆被情况变化显著,其中林地和建设用地面积分别增加了31.52,0.65km~2,耕地、草地和水域的面积分别减少了2.49,27.32,2.36km~2;(2)研究区30年间碳储量值略有增加,不同土地利用类型碳储存能力从大到小的排序分别为林地草地耕地;(3)研究区30年间土壤保持量整体上以增加为主,耕地土壤保持能力明显低于林地和草地;(4)研究区30年间水源涵养量略有减少,不同土地利用/土地覆被类型的水源涵养量各有不同,且与当年降雨量关系密切。本研究通过对大理河流域生态系统服务功能进行评估,获得了研究区退耕还林工程的生态效果,可以为日后生态规划提供科学依据。     

福建省海岸带土地利用/覆盖变化及其驱动力

[目的]研究福建省海岸带土地利用/覆盖变化及其驱动力,促进沿海地区资源环境可持续发展,并为土地利用政策制定提供参考。[方法]基于ArcGIS 10.2软件对研究区域2005—2015年土地利用/覆盖变化(LUCC)数据进行分析,并采用灰色关联度法对其驱动机制进行探讨。[结果](1)2005—2015年福建省海岸带土地利用类型以耕地、林地、水域和城乡、工矿、居民用地为主,草地和未利用土地所占比重较少;研究期间,福建省海岸带林地、水域和未利用土地面积减少,仅耕地和城乡、工矿、居民用地面积增加,草地面积基本不变;2005—2015年土地利用类型主要向城乡、工矿、居民用地转移。(2)福建省海岸带土地利用变化主要受到社会经济发展驱动力的影响,其中社会富裕程度、技术驱动力和人口驱动力是主要因素。[结论]合理确定城市、镇域开发边界,划定大城市周边基本农田保护区域,划定林地、草地和水域等生态空间,是落实土地利用空间管理的有效措施。     

基于GlobeLand 30的哈密市2000-2020年土地利用格局变化研究

[目的]研究新疆维吾尔自治区哈密市近20 a的土地利用变化,为该地区土地利用规划及生态环境保护提供有力支撑。[方法]基于2000,2010,2020年的GlobeLand 30数据集,通过利用转移矩阵、坡度分布指数、标准差椭圆以及土地利用重心迁移,分析哈密市2000-2020年土地利用的时空变化特征。[结果]①哈密市2000-2020年土地利用变化比较明显。2020年各土地利用类型面积比例为:未利用地>草地>耕地>林地>建设用地>水域。哈密市虽然面积大但能利用的绿洲面积较小。2020年草地面积为10226.39 km²,水域面积为295.17 km²。2000-2020年土地利用类型变化量中,草地的减少量最大,流失面积为671.48 km²,主要转换成未利用地、林地和少量耕地;建设用地增量最大,面积高达405.60 km²。2000-2020年其他土地利用类型中林地和耕地面积呈增长趋势;未利用地和水域呈减少趋势,其中水域面积的减少量很小,基本保持稳定。②2000-2020年草地在5个坡度梯度上分布比较均匀;而耕地和建设用地基本分布在Ⅰ级和Ⅱ级坡度梯度,耕地在Ⅰ级坡度梯度上显优势分布;林地在Ⅰ级坡度梯度上面积最大;未利用地分布面积随着坡度梯度的增加而减少。③2010-2020年土地利用变化与2000-2010时段的变化相比方向性较明显,范围更广,重心向西北方向迁移。[结论]2000-2020年哈密市的土地利用变化有着明显的时空特征,坡度对各地类分布的影响较为明显。     

基于RS和GIS巫山县20年土地利用特征变化及其预测研究

巫山县地处三峡库区腹地,不仅是三峡移民安置区重点建设区域之一,更是研究三峡库区土地利用变化的典型个案。以巫山县1990年和2010年的Landsat TM遥感数据为主要数据源,基于RS和GIS技术获取研究区的土地利用数据,应用土地利用变化模型探究该区域20年间土地利用时空演变特征,借助Markov模型建立其土地利用格局预测,探究今后土地利用类型变化特征和发展趋势。结果表明:研究区地利用类型总体呈现出以林地、草地和耕地为主体的农林生产格局现状;20年间林地、草地、园地、水域和居民工矿用地面积增加,耕地和未利用地面积减少,水域和耕地面积增加和减少的最多,分别为47.67 km²,136.10 km²;林地和水域具有较高的未变化率（保留率）,未利用地变化率最小,林地和耕地之间具有较高的转换率,林地新增面积最大,变化速率最小,居民工矿用地变化速率最大;2090年后,研究区土地利用基本达到相对稳定状态,林地、耕地、草地、水域、居民工矿用地、未利用土地和园地的面积比重分别为52.96%,6.15%,26.69%,8.71%,1.38%,0.04%和3.97%。     

基于InVEST模型的门头沟区生态系统土壤保持功能研究

人类不合理的土地资源开发所导致的土壤侵蚀成为山区生态系统关注的热点和焦点问题。选择生态涵养与土壤侵蚀并存的北京市纯山区门头沟区为研究区域,在分析2005—2013年门头沟区土地利用与土地覆被变化的时空差异的基础上,采用了InVEST模型对区内生态系统的土壤保持功能进行了定量分析和动态评估。研究表明:（1）2005—2013年,门头沟区耕地、林地和水域、未利用地面积减少,园地、草地、建设用地增加;耕地和园地变化显著,耕地主要转为园地、林地和建设用地;园地主要由耕地和林地转化而来。（2）2005—2013年,门头沟区土壤保持能力和保持量均呈增加趋势,单位面积土壤保持能力由87.41 t/（hm²·a）增加到113.56 t/（hm²·a）,土壤保持量增加了377.38万t,土壤侵蚀量减少了23.42万t;受土地利用与土地覆被变化、降雨侵蚀力以及植被覆盖度影响,西北、东北地区土壤保持功能增强,西南地区减弱,东部地区基本不变。（3）不同土地利用与土地覆被类型的土壤保持能力排序为:林地 > 草地 > 未利用地 > 建设用地 > 耕地 > 园地 > 水域;2005—2013年,不同土地利用/覆被类型的单位面积土壤保持能力均呈增加趋势;除耕地外,其他地类的土壤保持总量均呈增加趋势。     

黄土山丘区土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以长河流域为例

以长河流域2005年、2010年、2015年的遥感解译数据为基础,采用数学模型分析了土地利用变化特征,然后根据生态系统服务价值的估算模型,定量分析了长河流域土地利用变化对生态系统服务价值的影响。结果表明:（1）2005-2015年,耕地逐渐减少,建设用地逐渐增加,林地、草地、水域先增后减;耕地主要向草地、建设用地转移,建设用地的增加主要来自耕地、草地的转移。（2）2005-2015年长河流域土地利用变化的生态服务总价值一直减少,其生态服务价值由2005年的3 509万元减少到2015年的3 485万元,减少了24万元;水源涵养、娱乐文化、原材料单项功能生态服务价值有所增加,其他6项单价功能生态服务价值减少;长河流域所采用的价值系数缺乏弹性,适合长河流域的实际情况,其生态服务价值估算结果可信。（3）2005-2015年长河流域土地利用类型变化带来的生态系统服务价值的持续减少,2005-2010年净减少了6.28万元,2010-2015年净减少了19.38万元。     

基于土壤侵蚀时空演变的县域生态承载力评价

[目的]探究土地类型变化背景下土壤侵蚀和生态承载力的时空演变及相关关系,对提高生态承载力水平、优化土地利用结构和水土保持措施配置具有重要意义。[方法]以江西省宁都县为研究区域,基于自然资源和社会经济数据,运用InVEST模型与空间主成分方法,分析了土壤侵蚀变化对生态承载力的影响。[结果](1)宁都县主要土地利用类型为林地、耕地和草地,9年来土壤侵蚀程度2010年>2015年>2018年,分别为597.42,591.29,583.51 t/(km²·a),侵蚀类型以微度为主,在中部、西北部和东南部等地区,建设用地和耕地土壤侵蚀程度严重。(2)宁都县生态承载力西南低、东北高,9年来生态承载力整体上略有好转;三期土壤侵蚀程度严重的区域,生态承载力水平低。(3) 2010—2018年,宁都县开展规模化整地,使林地、荒地(未利用地)转为园地、耕地,增加了土地覆被度,加之降雨量减小,径流冲刷减弱,侵蚀模数大幅降低,分别减少了178.19,876.32,2 205.07 t/(km²·a),其他土地利用类型侵蚀模数变化较小,总体来看土壤侵蚀模数...     

青海省海西州土地利用变化强度分析与稳定性研究

基于青海省海西蒙古族藏族自治州1995年、2000年、2010年和2018年4期土地利用数据,采用土地利用变化强度分析方法,从间隔层次、类别层次和转移层次3个方面对海西州1995—2018年土地利用变化强度及稳定性予以研究,深入分析了海西州不同层次土地利用强度变化过程与模式。结果表明:(1)间隔层次,海西州1995—2010年土地利用变化强度表现为慢速变化,2010—2018年土地利用变化强度呈快速变化。(2)地类层次,1995—2018年间,耕地和城乡、居民和建设用地(城居建设用地)变化活跃。1995—2000年水域变化处于相对稳定状态;2000—2010年水域、林地和草地变化相对活跃;2010—2018年间,水域和林地变化活跃,未利用地变化表现为稳定状态。(3)转移层次,1995—2018年增加的草地主要来源于未利用地、水域以及林地;耕地和城居建设用地向草地的转变过程均呈现出一种稳定的避免性系统转换模式;减少的耕地主要转变为城居建设用地,耕地向城居建设用地转移表现出稳定的倾向性系统模式。     

黄河上游西柳沟流域土壤侵蚀对土地利用变化响应

为科学认识土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响,研究基于黄河上游西柳沟流域1980年、2015年两期土地利用变化和相应的土壤侵蚀强度变化,研究了土地利用变化对流域土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)西柳沟流域草地、林地和耕地3种主要的土地利用类型转出面积大小为草地>林地>耕地,耕地主要转化为草地,林地大部分转为未利用土地,草地大部分转为耕地和未利用土地;(2)西柳沟流域1980年、2015年平均土壤侵蚀模数分别为1946.56,1 873.55 t/(km²·a),其中草地土壤侵蚀模数最大,其次为林地,土壤侵蚀量主要来自于草地;(3)西柳沟流域35年间微度侵蚀和轻度侵蚀占主导,土壤侵蚀程度总体上呈降低的趋势,具体表现为草地的部分面积向林地和耕地分别转化了4.47,17.54 km²,说明土地利用结构的改变是影响流域土壤侵蚀变化的关键因素。研究成果以期为黄河上游小流域水土流失治理提供参考。     

晋中市土地利用变化特征研究

根据晋中市1996－2004年土地利用数据资料,分析了该市土地利用的变化特征。结果表明:（1）耕地、牧草地、其它农用地和水利设施用地数量减少,林地、园地、居民点及工矿用地、交通运输用地和未利用地数量增加,其它土地数量没有变化,牧草地数量变化最大。（2）各类用地单一动态度由大到小的顺序是牧草地、交通运输用地、未利用土地、其它农用地、林地、居民点工矿用地、耕地、园地、水利设施用地、其它土地。（3）各类用地相对动态度区域差异性程度存在显著差别,牧草地的相对动态度区域差异性最大,耕地的相对动态度区域差异性最小。     

延河流域土地利用空间格局模拟对比研究

为探究延河流域土地利用演变规律及未来空间格局分布,基于延河流域1986年、2000年和2010年3期土地利用数据,利用土地利用空间转移动态图及土地利用转移面积矩阵等方法,分析了延河流域1986—2010年土地利用/覆被变化的时空规律; 运用Logistic-CA-Markov模型和MCE-CA-Markov模型分别预测了2030年延河流域土地利用空间格局,并对模拟结果进行了对比分析。结果表明:延河流域1986—2010年耕地降幅最为明显,减少了557.10 km²,主要转为草地、林地和建设用地; 林地和草地面积持续增加,建设用地扩张迅速,分别增加了378.34,136.97,48.17 km²,水域及未利用地面积总体变化不大,生态恢复政策是影响延河流域土地利用变化的主要因子。Logistic-CA-Markov预测得到的2030年延河流域耕地和草地减少明显,建设用地和林地则增幅较大,流域经济发展需求较高,这种情况下应准确把握地区经济发展与资源利用的关系,根据区域特点因地制宜制定适合当地发展的政策。而MCE-CA-Markov预测得到的2030年延河流域耕地、林地、水域及建设用地均有增加,且耕地增幅最明显,这种利用结构表明流域经济发展相对较缓,实现了对流域环境的保护,但应积极探索土地利用新结构,最大限度发挥资源优势,从而实现流域经济与环境的可持续性发展。     

近20年黄土高原土地利用/植被覆盖变化特征及其成因

近20年来黄土高原土地利用结构发生了显著变化,生态环境取得举世瞩目的成效,揭示黄土高原土地利用/植被覆盖的变化特征及成因是促进区域土地利用空间格局优化的关键环节。运用GIS技术,对黄土高原2000年、2010年、2017年的遥感数据进行转移矩阵,系统研究了黄土高原地区、各省份和生态分区的变化特征并定性分析了造成土地利用变化的主要驱动力。结果表明:(1)黄土高原的土地利用类型主要以耕地、林地和草地为主。2000—2017年,耕地、草地和水域都呈减少趋势,分别减少了19 860 km²,42 410 km²和5 630 km²,而林地、建设用地和未利用地面积有所增加,分别增加30 650 km²,9 840 km²和27 410 km²; 草地为主要的转入与转出地类。(2)黄土高原7个省域主要土地类型与区域变化规律基本一致,草地退化现象在甘肃与宁夏的不同时间段较为严重,具体表现为甘肃省在2000—2010年有7 830 km²草地转移为未利用地,而宁夏在2010—2017年有8 900 km²草地转入未利用地。(3)黄土高塬沟壑区、丘陵沟壑区、风沙区和土石山区及河谷平原区水域面积持续减少,且主要向耕地发生转移,同时生态区土地利用主要发生耕地与草地的动态转移。(4)黄土高原土地利用/植被覆盖变化的主要驱动力是社会因子,其中国家政策的实施起到了主要的推动和促进作用,而人类活动等的影响相对小一些。研究结果可为黄土高原土地利用规划提供科学支撑,也为该区生态保护和高质量发展服务。     

基于地形梯度特征淇河流域生态系统服务价值损益

生态系统服务对人类生活具有十分重大的影响,研究生态系统服务价值有助于了解生态系统服务功能变化过程。文章利用修正后的中国陆地单位面积生态系统服务价值量表,结合2000年、2015年两期土地利用/覆被数据估算淇河流域生态系统服务价值,从地形梯度上分析流域内2000—2015年生态系统服务价值变化,深入探讨地形起伏度上生态系统服务价值空间特征。结果表明:（1）2000—2015年淇河流域内以林地、草地和耕地面积为主,研究时段内耕地减幅最大（29 671.64 hm²）,草地面积增幅最大（8 854.38 hm²）,未利用地单一动态度最高为632.14%;（2）2000—2015年研究区生态系统服务价值减少0.14亿元,耕地ESV在200～400 m高程分级上减幅最大（4 464.64万元）,坡度分级上>35°林地ESV减幅最明显（4 293万元）,水域ESV在微起伏地区增益最多（5 940万元）、林地ESV在中起伏地区减少5 492万元和微起伏地区增益3 967万元;（3）单项生态系统服务价值在地形梯度上损益存在差异,增益最大为水源涵养、土壤形成与保护减损最明显;（4）各项生态系统服务功能对研究区生态系统服务总价值贡献等级保持稳定,依次排序为支持服务 > 调节服务 > 供给服务 > 文化服务;敏感性指数均小于1,表明生态系统服务价值对价值系数缺乏弹性,研究结果具有稳健性。