基于CA-Markov模型的黄河流域土地利用模拟预测研究

【目的】分析黄河流域现有的土地利用数据，揭示黄河流域未来30年土地利用时空格局的演变趋势。【方法】基于黄河流域1980，1990，2000，2010和2015年5期土地利用数据，采用元胞自动机-马尔可夫模型（CA-Markov）对2000和2010年的土地利用格局进行模拟，在满足精度要求的基础上，对2020，2030，2040和2050年的土地利用变化情景进行预测，并借助GIS空间分析功能，剖析黄河流域2020－2050年的土地利用时空格局演变趋势。【结果】基于CA-Markov模型的黄河流域2000和2010年土地利用模拟误差均小于10%，Kappa指数高达0.872 8和0.897 0，证实了CA-Markov模型在黄河流域土地利用模拟上的可行性及精度的可靠性；未来30年间，黄河流域主要土地利用类型为耕地、林地和草地；耕地和草地将减少约10%，林地将增加约5%，建设用地将增加约150%，且主要集中于宁蒙河段以及中下游地区。【结论】CA-Markov模型可较好地模拟预测黄河流域土地利用的时空演变格局，模拟结果可为黄河流域未来土地利用规划和管理及生态修复提供科学依据。     

玛纳斯河流域10年间植被时空动态变化研究

【目的】土地利用/覆被变化作为全球变化的重要组成部分和主要原因之一,能反映出自然地物格局变化。通过分析10年间土地利用/覆被的变更情况,以揭示植被的时空动态变化规律。【方法】以新疆玛纳斯河流域为研究区,基于遥感技术和地理信息系统平台,利用2006、2010和2015年Landsat卫星的TM和OLI_TRIS数据,对植被覆盖区和非植被覆盖区的多种地物进行信息解译,从而分析土地利用/覆被的动态变化,探讨各类地物的转移情况,计算植被覆盖区地物的重心偏移状态。【结果】(1)2006-2010年综合动态度明显高于2010-2015年,植被覆盖区的面积有显著增加,耕地面积增加动态度为5.5%,林地动态度呈现逐步增加的趋势;(2)耕地与林地的相互转化很显著,耕地向非植被覆盖区的转移非常微弱,非植被覆盖区的总面积在十年间有所减少,但是林地向非植被区地物类型的转移程度略有所增加;(3)耕地的重心于2006-2010年向东南方向迁移,且偏移距离高达19.32km,林地重心的偏移逐步增加,2010-2015年林地的重心偏移最为显著,偏移距离高达15.45 km。【结论】植被覆盖区地物类型在分布上有较大程度的变化,林地逐年增加,耕地的重心偏移程度先强后弱,林地自然修复和人工修复有显著的积极效果。     

人类活动对渭干—库车河流域土地利用变化的影响

【目的】以渭干-库车河流域为研究靶区,探究人类活动对土地利用变化造成的影响,为干旱区土地资源利用与可持续发展提供科学依据。【方法】结合1990、2000和2014年TM遥感影像数据进行解译,研究流域内各土地利用时空格局的变化,通过主成分分析法和重心迁移模型,进一步分析人类活动对土地利用变化产生的影响。【结果】1990-2014年期间耕地和草地变化显著,耕地面积共增加1755.87 km~2,草地面积以每年255.70 km~2速度减少,耕地和草地动态度分别为3.23%和-1.64%,土地利用综合指数总体呈下降趋势;影响研究区土地利用变化的主要因素是人口和经济,25年来,人口重心累计迁移15.85 km,重心由西北向东南方向迁移,经济重心则是自西南向东北方向迁移。【结论】在当今社会经济的快速发展下,人类活动会对土地利用造成影响,人类活动强度的增大会导致耕地扩张和草地锐减,甚至退化,从而加深人地关系之间的矛盾,引发生态环境问题。     

基于Markov-PLUS模型的柴北缘土地利用变化及模拟分析

以柴达木盆地北缘为研究区域，分析近30 a柴北缘土地利用时空变化，可为区域生态环境保护 、土地利用方式优化提出建议。基于1990、2000、2010、2020年4期Landsat影像数据，获取土地利用空间分布数据，借助转移矩阵、重心模型对近30 a柴北缘土地利用时空变化及驱动力计算分析，利用Markov-PLUS复合模型对2040年柴北缘土地利用变化进行预测和模拟。结果表明:1)未利用地、林地、水域是柴北缘的主要用地类型。近30 a耕地面积缓慢增加，重心向西南方向移动，建设用地面积增长迅速，林地、草地、水域面积总体呈上升趋势，重心都向西北方向移动，未利用地面积持续下降。2)使用FLUS模型与Markov-PLUS模型分别预测柴北缘2020年土地利用情况并对比分析，Markov-PLUS模型比FLUS模型的模拟准确性更高。3)2040年多情景模拟结果表明，柴北缘土地利用整体格局一致性较高，城镇发展和耕地保护情景下均会挤占林地、草地，对可持续发展造成威胁，在区域生态安全建设中应加以重视。PLUS模型与Markov模型相结合，实现了对未来土地利用斑块级的精准预测，可为未来提升柴北缘生态退化整治效果、城镇开发边界与生态保护红线的制定与规划等提供科学决策参考。     

基于马尔科夫模型的石河子垦区土地利用动态变化研究

【目的】研究石河子垦区近年来土地动态变化,为该地区生态环境保护提供依据。【方法】以遥感数据、土地资源调查数据为基础,基于马尔科夫模型,研究石河子垦区土地利用动态变化。【结果】2010年后土地利用变化的趋势是草地和未利用地减少明显,其中未利用地减少幅度仍为最大;耕地、建设用地逐年增加,其中耕地的增长幅度最大,建设用地变化速度缓慢;其他土地面积均有所增加,只是增幅也较缓慢。【结论】影响石河子垦区土地利用变化的主要驱动因素是经济快速发展和政府决策等社会因素。     

基于CA-Markov模型的巴南区土地利用变化模拟预测研究

土地利用/覆被变化的模拟预测研究对于探索土地利用变化的规律与方向,实现区域可持续发展具有十分重要的意义.该研究以重庆市典型的城乡二元结构巴南区为例,将2005年、2010年、2015年TM影像解译数据作为数据源,在对巴南区土地利用现状进行分析的基础上,构建了CA-Markov模型模拟预测巴南区未来土地利用的变化情况.结果表明:(1)对2015年土地利用模拟结果与实际土地利用现状交叉验证,Kappa系数为0.9145,表明CA-Markov模型进行土地利用格局模拟可行;(2)2005—2015年间,巴南区土地利用类型面积总体上呈现出耕地和林地不断减少,建设用地持续增加,草地和水域变化不明显的变化趋势,究其原因是巴南区近年来城市扩建占用了部分耕地和林地;(3)预测结果显示,2015—2035年间巴南区建设用地面积变化最为明显,将由94.54km2增加到481.75km2,耕地和林地面积依然在持续减少.因此,应严格控制建设用地占用耕地和林地,尽量改造老城区以及提高土地利用集约度来缓解日益加剧的土地压力.     

湘江流域土地利用时空变化及其影响因子研究

以湘江流域4个时期的遥感影像数据及同期经济与社会发展数据为主要数据源,利用土地利用/覆被时空变化相关研究方法,分析湘江流域土地利用时空变化及其影响机制。结果表明:研究区土地利用综合程度指数由1995年的234.26持续提高到2010年的235.74,且区域不均衡性明显;耕地、林地及建设用地是导致研究区变化最为显著的用地类型;耕地的重心在向东偏南方向迁移,林地的重心在向西偏北方向迁移,建设用地的重心在向东偏北方向移动,移动速度均具有阶段性;城市化水平提高、人口增长、第二三产业的发展以及"退耕还林"工程的实施是研究区土地利用/覆被变化的主要驱动力。     

基于地理国情监测的兰州新区土地利用时空演变分析

【目的】梳理兰州新区土地利用变化发展脉络、研究兰州新区土地利用时空演变特征,以期为准确掌握其开发格局、评估其土地利用合理性提供一定参考.【方法】基于地理国情监测数据,运用土地利用动态度、土地利用转移矩阵、土地利用空间格局重心迁移方法对兰州新区2010～2019年土地利用时空演变特征进行了定量分析.【结果】从土地利用变化总体特征来看,时序上,林地、房屋建筑(区)、道路、构筑物、人工堆掘地、水域的面积在不断增加,而主要土地利用类型耕地、草地的面积相对减少.空间上,人工堆掘地的增加最为明显,主要分布在中部、东南、东北片区,并向东南、东北片区逐步扩张;其次为房屋建筑(区)、道路、构筑物等土地利用类型的增加,主要集中分布于新区版图的中部地带,并呈组团向四周扩展.从土地利用变化速度特征来看,2010～2013年是新区建设的初级阶段,变化较小;2013～2016年,道路空间的快速拓展以及土地的开发整理(平山造地)引起了土地利用的快速变化;而2016年后新区建设逐渐由外部拓展转向建成区内部填充,土地利用变化趋缓.从土地利用变化转换特征来看,以耕地、园地、草地向人工堆掘地的转变为主,逐渐过渡为以人工堆掘地向道路、房屋建筑(区)构筑物等类型的转变为主.从土地利用空间格局重心变化来看,人工堆掘地重心偏移最为明显,方向呈先东南后东北再东南的趋势;耕地、园地、林地重心总体向西北偏移;房屋建筑(区)、道路、构筑物重心总体向东南偏移;草地、荒漠与裸露地表重心总体向西南偏移;仅水域重心向东北方向偏移.【结论】9 a间土地利用总体时空格局变化较为明显.时序上经历了先慢后快再趋缓的过程;空间上经历了由"外延"向"内涵"转变的过程.     

安宁河流域土地利用地形梯度分异及其转型驱动因素

【目的】研究安宁河流域土地利用的时空演变、地形梯度分异特征及其转型的驱动因素，为区域土地利用规划及土地资源管理提供理论依据。【方法】选取海拔、坡度和地形起伏度3个地形特征，基于土地利用、自然环境和社会经济数据，借助CA-Markov模型、PLUS模型和地形分布指数等方法，分析2000—2020年安宁河流域土地利用时空演变特征、驱动机制和地形梯度分异，并进行2030年未来情景模拟。【结果】2000—2020年，安宁河流域土地利用以林地和耕地为主，二者分别占61.74%和24.86%以上；其次为草地和建设用地，分别占8.40%和1.02%以上；水域和未利用地面积较少，占比均低于1.13%。2000—2020年林地和建设用地迅速增长，其余地类不同程度减少，耕地、林地和草地与其他地类转化强烈。2020—2030年建设用地和林地有缩减趋势，其余地类呈增长趋势。耕地、建设用地和水域集中在地形起伏较小的低中海拔河谷地带，林地、草地和未利用地集中于地形起伏较大的中高海拔山区。海拔、坡度和人口密度是影响耕地、林地和未利用地变化的主要驱动因素，GDP、距水域和高速公路距离为草地、水域和建设用地变化的主要驱...     

风蚀水蚀过渡区近20年土地利用/覆被动态分析

【目的】研究陕北风蚀水蚀过渡区的土地利用/覆被分布格局及变化规律,为该地区土地利用规划与管理提供依据。【方法】以1986年和2003年的TM影像为数据源,利用分层分类法获得陕西榆林市横山县两个时期的土地利用/覆被图,分析其动态变化。【结果】1986-2003年,横山县土地利用/覆被变化的总体规律为:水浇地、有林地、灌木林、草地、城镇用地和荒草地的面积增加,增幅最大的是灌木林地;旱地、水域和沙地面积减少,减幅最大的是旱地。在类型转化上,旱地向林地和草地转化,草地向灌木林转化,沙地向灌木林和草地转化。【结论】受国家退耕还林还草工程和沙地综合治理措施的影响,横山县的土地利用/覆被类型及其面积发生了较大变化,该县的生态环境质量正在逐步提高。     

基于RS与GIS石河子垦区土地动态变化分析

[目的]研究石河子垦区近年来土地动态变化,为该地区生态环境保护提供依据.[方法]以土地资源调查数据为基础,利用遥感和地理信息系统相结合方法,采用各类指数模型方法,研究石河子垦区近5a土地利用类型的数量变化、空间变化特征以及各地类的转移情况.[结果]石河子垦区近5a来各类土地利用类型增减变化较大,耕地变化较快,园林地、建设用地、水域呈增长趋势,草地、未利用地面积减少.[结论]影响石河子垦区土地利用变化的主要驱动因素是近几年降水增多的自然因素和经济快速发展、政府决策等社会因素.     

近20年关中地区土地利用/覆盖变化动态与格局

 【目的】掌握区域土地利用变化的实际状况,提高土地资源科学管理、高效持续利用能力。【方法】基于RS和GIS技术,采用空间转移矩阵、修正动态度及开发程度等模型分析关中地区1990—2007年土地利用变化动态。【结果】区域土地利用变化显著而复杂,耕、林、草之间的双向流转空间上并存,1990—2000年相对剧烈,2000—2007年较为有序稳定,整体向着改善生态的方向发展;17年建设占用耕地共18.33万hm2且以水浇地为主,空间上主要发生在关中盆地区、时间上主要在后一阶段。修正的单一和区域综合土地利用动态度可定量表达不同时间段土地利用变化差异、对比区域间土地利用类型变更速度差异;后者结合变化幅度还指示区域土地利用行为的有序程度。【结论】土地利用政策和经济利益是驱动区域土地资源的开发利用方式不断变化的动力。加强关中盆地区的耕地保护,稳定和推进渭北高原和秦岭-关山区的生态恢复和建设成果,是未来关中地区土地利用管理中的重要环节。     

典型岩溶湖泊湿地流域土地利用动态及模拟预测

为了掌握和揭示普者黑流域土地利用动态的变化特征,以TM影像数据为基础,采用GIS、数理统计等技术手段,对1990—2015年6期(每5年1期)的普者黑岩溶湖泊湿地流域影像进行解译,分别从土地利用动态度和土地利用结构方面分析该研究区25 a的土地利用变化特征,并基于CA-Markov模型对研究区未来30 a土地利用结构变化进行预测.结果表明:(1)1990—2015年普者黑流域土地利用结构变化表现出明显的差异,从土地利用动态度来看,未利用地利用动态度变化最大,其次是建筑用地、湿地和农地,林地和园地利用动态度变化最缓慢;从各土地利用类型间相互转化来看,转出面积以农地和林地为主,转入面积以农地、林地和湿地为主.(2)未来30 a研究区土地利用格局变化总体上体现了以农地为主,以林地、建筑用地和湿地为辅的特征,土地利用变化趋势与前25 a的演变规律基本保持一致.(3)与1990—2015年相比,2015—2045年普者黑岩溶湖泊流域土地利用格局出现了一些新特征,原有建筑用地增长率明显提高,湿地增长率降低,农地和林地面积先增加后减少.     

GIS和RS技术在土地利用动态监测中的应用

土地利用遥感动态监测能够快速提取土地利用变化信息,更新土地利用现状图,对于土地资源合理利用、科学管理具有重要的意义.以不同时相遥感影像为主要数据源,结合其他多种数据,探讨了土地利用遥感动态监测的技术流程.以1989年和2000年石河子垦区及周边地区TM影像为基础,分析了该区域土地利用的变化趋势.研究区内的土地利用变化总体趋势是耕地(农田)面积大幅度增加,以草(林)地向耕地(农田)的转化最为显著,各种土地利用类型处在相互转化中.     

1990-2020年贵州百里杜鹃风景名胜区景观格局动态变化分析

为研究自然保护地生态要素景观格局动态变化规律,以贵州百里杜鹃风景名胜区为研究对象,选取1990、2000、2010及2020年4期土地利用类型数据,运用景观格局面积动态分析、景观格局指数等方法分析了30年来百里杜鹃景区景观格局演变特征。结果表明:1990—2020年,百里杜鹃风景名胜区土地利用类型以林地和耕地为主,林地、水域及建设用地面积增加,耕地、草地面积减少,30年来,有9.3km2土地发生转移,其中耕地净减少4.23km2,林地净增加4.2km2。景观水平上,研究区景观总体上破碎度减小,景观异质性减弱,景观结构趋向简单,景观团聚程度增加。在类型景观格局水平上,研究区以林地为优势景观,林地、耕地及草地斑块破碎程度降低,水域及建设用地变化不明显。总的来说,百里杜鹃风景名胜区生态环境持续向好,但景观格局趋向单一。     

奎屯河流域土地利用/覆被及生态系统服务功能变化

[目的]分析25年来奎屯河流域土地利用/覆被与生态系统服务功能的变化,以期为该区域资源管理和生态经济协调发展提供理论基础.[方法]在3S技术的支持下,以1975年和2000年的TM 图像解译数据为基础,采用谢高地的评价方法分析了25年来奎屯河流域土地利用/覆被与生态系统服务功能的变化特征.[结果]1975～2000年,奎屯河流域耕地、城乡建设用地、盐碱地和沙地有所增加,其他林地、草地、水域和沼泽的面积均减少;区域生态系统服务功能从1975年的3 108.68×106元减少到2000年的2 953.91×106元,减少量为154.77×106元,减少率为4.98;;[结论]生态系统服务价值降低说明该区域生态环境趋于恶化,将来区域发展必须加强生态环境保护力度.     

中国北方新增耕地的时空变化及驱动因素分区

【目的】新增耕地的时空变化格局受气候变化和人类活动的双重影响,明确新增耕地时空格局变化及其驱动因素,为保障耕地资源和农业可持续发展提供指导。【方法】基于1980s—1990s、1990s—2000s、2000s—2010s 3个时段中国北方的新增耕地数据,利用重心转移模型和区域统计等方法,探讨中国北方新增耕地的重心变化以及时空格局变化;基于气候数据计算3个时段≥10 ℃积温（AAT10）以及标准化降水蒸散指数（SPEI）,分析气候因素对耕地开垦的驱动作用;基于1980s以来的社会经济统计数据,结合空间叠加模型、区域统计模型等分析人为因素对耕地开垦的促进作用;综合气候和人为因素,结合地理分区的方法对中国北方的新增耕地进行分区。【结果】1980s以来,中国北方新增耕地重心呈现由东北向西北转移的态势;大多数耕地开垦地区的气候有暖干化趋势,2000年以来具有暖湿趋势的耕地开垦区比例逐渐增加;农业为主人口的增加、农业技术进步以及国家政策的影响为东北、新疆等地耕地资源扩张提供了必要的基础;新疆、黑龙江、吉林等地丰富的耕地后备资源以及平坦的地势条件为耕地开垦提供了可能;基于对气候和人为驱动因素分析,将中国北方分为7个分区,即东北北部气候驱动林草-耕地转换区、东北气候+人为驱动林草-耕地转换区、东北中部气候+人为驱动水旱转换区、北方气候+人为驱动林草-耕地转换区、黄土高原人为驱动生态恢复区、西北人为驱动荒地-耕地转换区以及新疆人为驱动绿洲农业开垦区。【结论】1980s以来,中国北方新增耕地时空格局表现出明显的差异性;暖干气候并未成为耕地开垦的限制因素,而较为湿润的气候在一定程度上促进了耕地的开垦;农业人口的增加、农业技术的进步以及国家政策的影响,对耕地开垦起到重要作用。     

开垦对盐渍化弃耕地土壤细菌群落组成和结构的影响

【目的】新疆盐碱弃耕地开垦后用于棉花的种植,研究比较开垦前后土壤细菌群落的变化,分析开垦对土壤质量和功能的影响。【方法】通过Illumina MiSeq测序,比较弃耕地与开垦后种植棉花的土壤细菌群落的组成和多样性;探索菌群所具有的特定功能。【结果】开垦显著地降低了土壤电导率和速效钾含量,显著地增加了土壤有机质、碱解氮和速效磷含量。弃耕地开垦为棉田后增加了细菌物种的丰富度和多样性。Proteobacteria和Firmicutes是弃耕地土壤中主要的细菌门。开垦降低了Firmicutes的相对丰度,但是增加了Chloroflexi, Acidobacteria和Actinobacteria的相对丰度。聚类分析显示弃耕地与开垦后农田的细菌群落有明显的差异性。【结论】开垦后进行棉花生产提高了土壤理化特性,改变了土壤细菌群落组成和结构。     

天山大峡谷国家森林公园土地景观格局及生态风险分析

【目的】研究土地景观格局变化和生态风险进行分析评价,为天山大峡谷国家森林公园生态建设提供依据。【方法】以研究区1990年、2000年、2010年和2018年4期土地利用数据,利用ArcGIS和Fragstats软件计算分析景观格局指数和生态风险指数,进行景观生态风险评价。【结果】1990-2018年,区域以耕地、林地和草地为主要生态景观类型,占总面积85.5%,草地和未利用地生态景观面积大幅增加(7 894.7 hm²和4 684.12 hm²),其中耕地、林地、水域面积减少(1 556、5 898.54和6 240.73 hm²);区域内景观格局指数中斑块数量、斑块密度、最大斑块指数、蔓延度及聚集度指数呈现上升的趋势;研究期内低、中低风险区面积增加(59.60和35.72 hm²),中、高和较高风险区面积减少(6.57 、32.14和56.62 hm²)。【结论】整体景观生态风险指数减小,生态环境呈现好的趋势发展;较高和高风险区向东南方向转移,低和较低风险区向南部和东北部转移。