快速城镇化地区土地利用演变及驱动机制——以巢湖流域为例

[目的]探究巢湖流域土地利用演变特征规律及驱动机制,为实现区域土地资源的优化配置和社会经济的可持续发展提供理论依据。[方法]收集巢湖流域及区县1996—2014年土地利用变更调查及社会经济统计年鉴,运用土地利用数量、程度及空间差异计量模型,以及主成分分析法,采用数据统计软件,模拟巢湖流域土地利用变化演化规律及其驱动因素。[结果]近20a来巢湖流域各土地利用类型均发生变化,但不同土地利用类型变化的总量、变化幅度和变化速度却存在明显差异,耕地、园地、草地减少较为突出,林地略有增加,其他农用地减少将近1/2;建设用地总量增长幅度更大,特别是城镇工矿用地及交通基础设施用地增长迅猛,农村居民点用地略有减少;巢湖全域土地利用程度自2004年之后呈现逐年上升趋势,合肥市辖区及周边县域土地利用开发程度较高,其他区域相对较低;耕地减少率金安区、瑶海区、肥西县、含山县居前,城镇用地增加率肥西县、长丰县、巢湖市位于前列;投资拉动、经济发展、工业推进、人口增加及城镇化是巢湖流域特别是近10a多土地利用变化的主要驱动因素。[结论]巢湖流域加快建设长三角世界级城市群副中心城市及生态文明先行示范区,需进一步优化土地利用空间格局,盘活建设用地存量,提高建设用地效率,走资源节约型与环境友好型的土地利用模式。     

基于地形因子的鄱阳湖地区土地利用格局变化分析

为研究土地利用空间格局变化地形特征,采用1990年、2000年、2010年、2013年4期鄱阳湖地区Landsat TM解译数据及DEM数据,借助地形位、分布指数、地学信息图谱方法,深入探讨了1990—2013年鄱阳湖地区不同地形下土地利用格局的变化特征。结果表明:(1)1990—2013年,鄱阳湖地区土地利用类型以耕地、林地、水域为主,三种类型面积占比均在90%以上,建设用地快速增长,由1990年的1 387.42km~2增加到2013年的2 413.98km~2,增加了1 026.56km~2,耕地、未利用土地、林地面积分别减少513.39km~2,399.04km2,123.75km~2;(2)1990—2013年,土地利用格局变化具有地形效应,低地形范围优势分布耕地、建设用地、水域,高地形范围林地优势分布,未利用土地、草地零散分布对地形变化适宜性较强;(3)1990—2013年,研究区土地利图谱以稳定型和中期型为主,面积分别为48 457.44km~2,2 014.56km~2,稳定型图谱的优势区域位于高、低地形范围,耕地、林地、建设用地变化稳定;低、中高地形范围是中期变换型的优势分布区,主要表现为未利用土地—未利用土地—水域—水域、耕地—耕地—建设用地—建设用地。     

黔桂岩溶山区土地利用程度演变的空间分异特征

采用空间自相关分析方法,借助ArcGIS和GeoDa软件,分析了1990—2010年黔桂岩溶山区垦殖系数、建设用地比例和土地利用程度综合指数变化的总体空间差异及局域空间分异特征。结果表明:（1）1990—2010年黔桂岩溶山区的垦殖系数、建设用地比例和土地利用程度综合指数变化的总体空间特征具有较显著的集聚性,土地利用程度综合指数变化的集聚趋势在增强,相反,垦殖系数、建设用地比例变化的集聚趋势却在减弱。（2）1990—2010年垦殖系数变化空间上整体集聚,但局部异质性增强;局部特征在空间上主要以北部“高—高”集聚（高垦殖系数集聚）和中部“低—低”集聚（低垦殖系数集聚）为主,在时间尺度方面局部变化较稳定。（3）1990—2010年建设用地比例变化空间整体集聚特征减弱,局部异质性增强;局部特征在空间上主要以南部“高—高”集聚（高建设用地比例）和中部“低—低”集聚（低建设用地比例）为主,在时间尺度方面演化的局域分异较显著,主要集中在北部、中部和南部。（4）1990—2010年土地利用程度综合指数变化空间上整体集聚且缓慢增强;局部特征在空间上主要以南北“高—高”集聚（高土地利用程度综合指数集聚）和中部“低—低”集聚（低土地利用程度综合指数集聚）为主,在时间方面演化的局域分异较显著,中部变化小、南北变化较大。     

海河上游清水河流域土地利用变化特征

[目的]海河上游清水河流域处于半湿润向半干旱过渡的生态环境脆弱区,研究该地区土地利用时空变化规律,旨在为当地生态环境建设提供一定的决策依据。[方法]基于清水河流域1990—2018年4期Landsat遥感影像解译的土地利用数据,在优选的最佳空间尺度下通过Logistic-CA-Markov模型对清水河流域土地利用变化进行分析和预测。[结果]①近30 a来清水河流域土地结构主要以耕地、林地、草地为主,三者面积之和比例超过总量的96%;其中,建设用地面积持续增加且变化程度最剧烈。②通过对受试者工作特征(ROC)曲线进行拟合优度评价,在100 m×100 m空间尺度下,各个地类ROC值达到最优水平。③2018—2027年间,草地和水域面积预计分别减少42.44,5.43 km~2,耕地、林地和建设用地面积分别增加16.51,16.89,14.67 km~2。[结论]①100 m×100 m是针对具有典型小流域特征的清水河流域进行预测模拟研究的最合适尺度;②因2022冬奥会的筹备促使建设用地的开发力度加大将成为未来清水河流域土地格局变化的主要因素。     

基于分维模型的台兰河流域土地利用变化研究

以新疆台兰河流域1990年、2000年和2005年土地利用数据为例,将分形理论应用于土地利用空间分布及其变化的研究中,定量分析干旱内陆河流域土地利用空间结构复杂性、稳定性以及各土地利用类型随时间的变化趋势,从而阐述不同土地利用类型的空间分布规律。结果表明:各种土地利用类型都具有空间分形特征,分维数是面积、斑块数量和平均斑块面积等单项指标有机结合的综合表现,是综合表征土地利用变化空间格局的定量指标。1990年、2000年和2005年不同土地利用分维数的排序分别为:水域工矿居民用地耕地草地未利用地林地;水域工矿居民用地草地耕地林地未利用地;水域工矿居民用地草地林地耕地未利用地。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体土地利用分形维值分别为1.5993,1.5986,1.6079,流域土地利用的分维数呈现先减后增的趋势,土地利用空间结构趋于复杂化,土地利用类型有扩张的趋势。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体空间结构稳定性指数分别为0.1720,0.1563,0.1435,说明整个流域土地利用类型的空间结构稳定性逐渐下降。     

基于马尔科夫模型的大凌河流域土地利用/覆被变化趋势研究

本文通过对大凌河流域2010年、2013年和2016年三期遥感影像进行分类,得到流域土地利用分布现状。对分类结果进行叠加分析可以获得大凌河流域2010~2013年的地类转移概率矩阵,再运用马尔科夫原理预测出2016年流域土地利用分布情况,将其与实际情况对比分析,证明马尔科夫模型适用于大凌河流域未来土地利用/覆被变化趋势的预测。进而本文分别对大凌河流域2019年、2022年和2025年的土地利用情况进行预测,发现未来近10年流域建设用地面积持续增长,变化率为38.96%;农林用地面积从2016年开始减少,总体下降了0.77%;水域面积稳定增长,到2022年之后趋于稳定值,变化率为17.21%;旱地及其他未利用地面积继续缩减,到2019年开始趋于稳定,整体下降了1.71%。研究结果明晰了大凌河流域农林用地和建设用地之间的矛盾,可以为流域水土资源管理有关部门提供科学依据。     

2000-2015年四川省南充市土地利用/覆被变化及其驱动因素

[目的]对四川省南充市15 a间土地利用/覆被的时空变化特征及其驱动因素进行分析,为南充市的生态环境建设与可持续发展提供科学依据。[方法]基于南充市2000,2010,2015年3期Landsat影像和QuickBird高精度遥感数据,计算2000—2015年土地利用/覆被转移矩阵和土地利用/覆被状况指数。[结果]①近15 a来,南充市的土地利用/覆被类型以耕地和林地为主,约占研究区面积的80%,但各土地利用/覆被类型间都有不同程度的相互转换。②研究期内,林地面积增加1006.2 km~2,主要由耕地和草地转化而来;建设用地面积增加965.4 km~2,多由水体和耕地转化而来,而耕地、草地和水体面积分别减少了1 549.8,307.9,90.4 km~2。③近15 a来,南充市土地利用/覆被状况指数变化表明,林地和建设用地呈转好趋势(土地利用/覆被状况变化率为正值),耕地呈转差趋势(土地利用/覆被状况变化率为负值)。[结论] 2000—2015年南充市土地利用/覆被变化明显,其中,地形、人口、城市化水平和退耕还林工程等是造成南充市土地利用/覆被变化的主要驱动因素。     

黑河下游土地利用与景观格局时空特征分析

基于研究区1986年Landsat TM和2000年Landsat ETM 遥感影像资料,综合运用遥感与GIS技术手段,结合景观格局分析软件,就近15年来黑河下游额济纳流域土地利用与景观格局变化进行了分析,并探讨了引起变化的驱动因素.结果表明:①研究区草地、林地、水域、耕地面积减少,居民工矿建设用地和未利用土地面积显著增加;土地利用动态转化过程以草地转化为未利用土地、林地转化为草地和未利用土地逆转为草地为主要特征;土地利用的空间位置转换面积大于其数量变化.②景观的破碎化程度降低,景观多样性及景观异质性程度减小,景观的稳定性降低.③气候的暖干化趋势,黑河下泄水量的持续减少,加之人类不合理的经济活动,是黑河下游土地利用和景观格局变化的主要原因.     

南四湖流域土地利用及其景观格局变化分析

以1987年、2000年、2014年的Landsat影像数据为基础,借助ENVI,ArcGIS,Fragstats等软件,提取了土地利用信息,计算了景观指数,定量分析了流域土地利用变化及其对景观格局的影响。结果表明:（1） 近30年来,南四湖流域土地利用变化突出表现为耕地向建设用地的转化,耕地面积减少1 069.15 km²,建设用地面积增加1 573.26 km²。2000—2014年,土地利用综合动态度为0.461%,是1987—2000年的4倍。（2） 景观结构上,耕地是流域的主导斑块,面积约占70%,30年来占景观面积的比例降低了3.85%,斑块形状趋于复杂;建设用地日益发展为优势斑块,占景观面积的比例指数增加了6.1%。耕地与建设用地斑块在景观中的变迁,使得流域自然生态功能受到较为严重的干扰。（3） 流域总体的景观特征表现为优势斑块明显,景观比较完整,但空间异质性较高而连通性较低。近30年来景观结构由较完整的大斑块主导、演化成小斑块圈点状穿孔于大斑块的格局,景观破碎化较为严重。     

基于GIS与灰色星座聚类的巢湖流域土地整治分区

土地整治分区是土地综合整治与规划有效进行的前提和基础。该文以巢湖流域为例,从自然条件、区位优势、社会经济和土地利用4个方面因素考虑,构建分区指标体系,利用熵值法确定权重,采用GIS空间数据可视化对指标体系空间分布特征进行分析,在此基础上,运用灰色星座聚类法将研究区划分为4种整治类型区,根据综合指标值的排序和最大相似性原理、自然空间连续性对分区结果进行调整。研究认为,Ⅰ区(生态涵养型土地整治区)应着重低丘缓坡开发利用整治模式;Ⅱ区(城镇发展型土地整治区)应依据城市发展需求以服务城市的郊野公园生态化土地整治模式为主;Ⅲ区(基本农田型土地整治区)应以提高耕地数量提高耕地质量的高标准基本农田建设模式为主;Ⅳ区(综合整治型土地整治区)应以迁村并点、内部挖潜为主进行农用地与建设用地的综合土地整治。研究结果可为巢湖流域制定土地整治规划提供科学合理的依据。     

天津市平原土壤微量元素含量的空间自相关研究

空间自相关是区域化变量的基本属性之一，而空间自相关统计可用于检测研究区域内变量的分布是否具有空间结构。本研究以天津市平原区土壤微量元素为例，采用Ｍｏｒａｎ＇ｓＩ统计量，研究了土壤微量元素含量的空间自相关关系、空间自相关的方向性、空间自相关与距离的关系以及不同方向的自相关与距离的关系。结果证实在本研究的采样密度下（平均约３００平方公里一点），天津市平原区多数土壤微量元素含量表现出显著的正空间自相关；     

空间数据挖掘关键问题研究

信息化的发展使得更多的空间数据被利用,因此获取空间知识也越来越重要和有意义,并使得空间数据挖掘成为一个很有前途的研究领域。本文着重阐述了空间关联规则、空间分类规则、Rough集理论和空间数据挖掘结果的可视化问题,最后探讨了空间数据挖掘的未来发展方向。     

基于土壤生物空间异质性分析的空间土壤生态学研究

土壤生物以不同的方式改变着土壤的物理、化学和生物学特性。了解土壤生物的空间异质性是很关键的。土壤生态学和空间生态学结合的新的研究领域─空间土壤生态学关注空间在土壤生物种群结构及动态中的重要性。本文通过对土壤生物空间异质性的分析,内容包括空间土壤生态学的提出、土壤生物空间异质性研究的意义、研究方法,重点综述了影响土壤生物分布格局的因素、尺度,土壤生物空间分布对植被-土壤系统的影响,土壤生物空间异质性的作用,其中包括土壤生物空间异质性与多样性的关系、土壤生物对局部干扰的响应、土壤生物空间格局对植被的影响。     

大同市南郊区土地利用生态服务价值空间分布及变化

本研究以中国生态服务价值当量因子表为基础计算了大同市南郊区不同土地利用生态服务价值单价,结合该区1987年和2002年Landsat TM/ETM 影像分类数据,借助Fragstats和ENVI软件支持进行了矩形单元土地利用生态服务价值的空间模拟,然后采用ENVI的波段运算功能、分类功能进行大同市南郊区土地利用生态服务价值空间分布及变化研究。结果显示:大同市南郊区1987年和2002年土地利用正生态服务区面积大于负生态服务区面积,但生态服务质量等级都不高。1987年平原区生态服务质量好于山丘区,2002年山丘区生态服务质量好于平原区。大同市南郊区从1987年至2002年土地利用生态服务增加区面积大于减小区,且以轻度增加为主。平原区生态服务增加区面积小于山丘区,生态服务减小区面积大于山丘区。平原区生态服务增加区面积小于减小区面积;山丘区生态服务增加区面积大于减小区面积。     

耕地养分空间插值技术与合理采样密度的比较研究

土壤养分连续空间分布数据是土壤信息系统工作的基础,土壤养分空间插值的研究因此变得尤为重要。对湖北省鄂州市进行土壤养分采样调查,以对作物生长作用较为密切的有效氮、有效磷、有效钾、pH为研究对象,运用克里格法(Kriging)、样条函数法(Spline)、距离权重倒数法(IDW)3种插值方法对数据进行栅格化处理,分析比较3种插值方法所得结果的特性以及对耕地养分数据插值的适宜性。通过调整空间采样点密度,比较几种空间采样密度对插值结果的影响,总结3种插值方法在不同空间尺度下的插值精度,并在不同土壤类型内进行不同采样密度的插值分析。     

Self-organization in a simple consumer-resource system, the example of earthworms

Classical predator-prey or host-parasitoid models often lead to spatial self-organization due to local interactions and limited dispersal ability of the resource (prey or host) and consumers (predator or parasitoid). We hypothesized that self-organization may also arise in soil organisms when the resource is passive and has a constant renewal rate. Earthworm density is correlated with soil properties, but soil heterogeneity only explains a small proportion of spatial variations in earthworm densities. We hypothesized that this could be partially due to self-organization. These two hypotheses were tested with an original model parameterized for a savannah earthworm population. The model simulates an earthworm population divided in 1 m² cells. It is based on the assumption that fine soil aggregates constitute the only limiting resource influencing mortality, fecundity and dispersal and that this resource is renewed according to a constant rate independent of earthworm dynamics. Simulations lead to aggregated spatial distributions when the sensitivity of mortality or fecundity to the availability of the limiting resource is high, and when earthworm mobility is low. Such parameters values are consistent with what is known about earthworm biology. Applicability to different ecological systems and resulting population dynamical properties are discussed.     

黑龙江省巴彦县土壤养分空间变异规律与格局分析

本文在349个采集土壤表层(0～20cm)样本分析基础上,运用地统计学与GIS相结合的方法,研究了黑龙江省巴彦县典型区域土壤有机质、速效磷、速效钾、pH值的空间变异特征,并结合巴彦县实际情况分析了这四种养分的影响因素。研究结果表明:土壤有机质、速效钾、pH值的变异函数曲线符合指数模型,土壤速效磷的理论模型符合有基台的线性模型;在空间结构上,土壤有机质、速效钾、pH值空间自相关性中等,土壤速效磷量表现强弱的空间自相关性;采用Kriging插值方法,分析研究区域的土壤养分空间格局分布可以看出,四种土壤养分的空间分布具有较明显的地域性,速效磷与速效钾以中部为最低,并向四周呈波状扩展增加,土壤有机质、pH值的分布则较为随机。     

甘肃省土地利用综合效益空间分异研究

以甘肃省87个区县2006年土地利用状况为依据,建立了包括17个评价因子的土地利用综合效益评价指标体系。在此基础上,采用因子分析法和空间自相关分析,对甘肃省各县土地利用综合效益及其空间分异进行了评价。结果表明:甘肃省各县区土地利用综合效益空间差异明显,集约利用、生态和粮食安全因子存在显著的空间自相关,土地集约利用分异程度最大。研究结果对制定差异化土地利用战略从而实现甘肃省土地资源的合理利用与调控,促进区域之间以及社会、经济与生态环境的协调发展具有参考意义。     

渝西丘陵区土壤速效钾空间异质性及影响因素

土壤养分空间分布规律的研究对于土壤养分分区管理、基本农田建设等有重要意义。以渝西丘陵区的潼南国家农业科技园核心区为研究对象,结合普通克里格法和聚类分析法对研究区土壤速效钾(Readily available potassium,AK)的水平和垂直空间异质性进行研究。结果表明,(1)0～20、20～40和40～60cm土层AK平均含量分别为111.6、96.1和90.2 mg·kg~(–1),为中等-缺乏水平;各土层变异系数均属中等变异。(2)0～20和20～40 cm土层AK的全局莫兰指数(Global Moran's I)均为负值,存在空间孤立;40～60 cm为正值,存在空间集聚。(3)0～20和20～40 cm土层最优模型为高斯模型,40～60 cm土层为球形模型。0～20和40～60 cm土层AK空间变异以随机因素变异为主,20～40 cm土层是结构因素和随机因素共同造成的。(4)0～20cm土层AK高值区集中于研究区中部,低值区分布较为随机。20～40和40～60 cm土层AK分布趋势相似,高值区集中于东南部,低值区集中于东北部。AK垂直空间分布表现为三种类型,其面积由大到小依次为均匀型、低钾递减型、高钾递减型。土壤类型、地形地貌和土地利用类型对AK含量的空间分布存在一定影响,且在水平和垂直空间上影响程度不同。研究结果为研究区基本农田建设的土地整治选址、方案优化和整治后养分分区管理提供了科学依据。     

Spatial structure of multispecies distributions in southern California, USA

Analysis of the spatial distribution of all species of conservation importance within a region is necessary to augment reserve selection strategies and habitat management in biodiversity conservation. In this study, we analyzed the spatial aggregation, spatial association, and vegetation types of point occurrence data collected from museum and herbaria records for rare, special concern, threatened, and endangered species of plants, reptiles, mammals, and birds in western Riverside County in southern California, USA. All taxa showed clumped distributions, with aggregation evident below 14 km for plants, 12 km for reptiles, 2 km for mammals, and 10 km for birds. In addition, all combinations of the different species groups showed high positive spatial association. The Santa Rosa Plateau exhibited the highest number of rare, special concern, threatened, and endangered species, and shrubland (coastal sage and chaparral) was the vegetation type inhabited by the most species. Local land use planning, zoning and reserve design should consider the spatial aggregation within and between species to determine the appropriate scale for conservation planning. The higher spatial association between species groups in this study may indicate interdependence between different species groups or shared habitat requirements. It is important to maintain diverse communities due to potential interdependence. The results of the study indicate that concentrating preservation efforts on areas with the highest number of species of concern and the restoration of native shrublands are the most appropriate actions for multiple species habitat conservation in this area.