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-经济权衡下国家中心城市土地利用优化配置——以武汉市为例

因国家中心城市的建设,武汉市在经济迅速发展的同时,生态环境面临严峻挑战。如何权衡生态保护与经济发展是区域土地利用优化配置的关键。以生态-经济综合效益最大化为目标,设置了经济优先情景、生态优先情景和综合发展情景,对比和分析了土地利用优化配置结果。结果表明:(1)2000—2018年耕地、林地大量减少而建设用地迅速扩张。经济优先情景下该趋势更加明显,水域也持续萎缩。而生态优先情景下林地和水域实现增长,建设用地扩张受到约束。(2)从土地利用结构优化上看,相较于其他情景单方面地偏于生态或经济,综合发展情景下武汉市生态-经济效益均能得到提升,其耦合协调度高于其他情景,新城区普遍优于中心城区。(3)从土地利用布局上看,综合发展情景下武汉市建设用地的适度扩张保障了城市经济的稳定发展,同时注重对林地和水域等生态用地的保护,景观破碎化程度较低且布局较为规则。因此,综合发展情景能兼顾生态-经济目标,促进区域高质量发展,同时也能为其他国家中心城市的发展提供借鉴。     

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。     

基于景观安全格局的城镇建设用地扩张多情景模拟研究——以扬州市为例

城镇建设用地多情景模拟有利于实现土地资源优化配置,保障区域可持续发展。本文以扬州市为例,以2005年、2013年土地利用变更数据为训练数据,借助景观安全格局与ANN-CA模型模拟城镇建设用地扩张趋势,并利用城镇建设用地转移矩阵与景观格局指数分析2013—2020年城镇建设用地模拟结果。研究结果表明:(1)不同情景下的城镇建设用地模拟扩张占用其他景观规模不同,但均占用农村居民点规模最多,其中,惯性发展情景下,模拟新增城镇建设用地以布局在低景观安全格局为主,占用耕地、水域、林地规模较高;基本保障情景下,模拟新增的城镇建设用地主要布局在中景观安全格局区域,较惯性发展情景占用耕地规模增加,占用水域、林地规模减少;与惯性发展情景、基本保障情景相比,最优保护情景下占用耕地规模略高但集中于高景观安全格局区,新增占用水域规模、林地规模降低。(2)不同情景下的景观格局也存在差异,惯性发展情景下,景观格局变化一定程度有利于促进城镇化发展,但不利于耕地机械化生产,影响林地、水域生态服务功能;基本保障情景下,景观格局变化一定程度上有利于城乡社会经济发展,对非人工景观的破坏程度较惯性发展情景降低;最优保护情景下,景观格局变化更有利于区域社会、经济及生态发展。(3)惯性发展情景下,应适当规划生态基础设施,严格划定永久性基本农田;基本保障情景下,应充分发挥景观安全格局的生态底线功能,引导城镇建设用地合理开发与布局;最优保护情景下,可通过存量建设用地挖潜等措施提高土地集约利用水平。     

基于生态系统服务价值和生态安全格局的土地利用格局模拟

河北省沿海经济的快速发展导致滨海土地利用格局快速转变,威胁土地生态安全。针对性核算区域生态系统服务价值,探寻生态安全格局进而优化土地利用格局可为土地利用规划与整治提供决策支持,是保障区域生态安全的必然选择。该文以河北省黄骅市为研究区,利用遥感、气象数据和外业调查数据,采用植被净第一生产力核算生态系统服务价值,借助该价值构建生态安全格局,以生态安全格局为影响因素利用元胞自动机和马尔科夫模型进行不同情境土地利用格局模拟。结果表明:2011年单位面积生态系统服务价值湿地最大,为14.95元/(m2·a),建设用地最小,为2.44元/(m2·a);养分循环功能贡献率最大,为26.89%,净化环境功能贡献率最小,为0.22%;研究区分为生态核心保护区、生态缓冲区、生态恢复区和人类活动核心区,生态核心保护区面积最小,为168.58 km2,生态缓冲区面积最大,为1 400.33 km2;无生态保护情景与生态安全格局保护情景相比较,生态系统服务价值由94.11亿元上升到95.70亿元,生态核心保护区在生态安全格局保护情景下得到完全保护,新增建设用地为0。该研究方法和结果可为区域土地利用总体规划、城市规划和生态环境保护提供技术支撑和决策参考。     

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。     

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FLUS模型的喀斯特地区生态用地时空变化及多情景预测——以湖南省宁远县为例

[目的]分析近2000—2020年喀斯特地区生态用地数量分布特征,预测未来多情景下生态用地变化情况,寻求协调生态保护与发展建设的最优情景,为研究区未来国土空间开发保护,生态空间管控以及区域生态经济可持续发展提供科学参考。[方法]采用土地利用转移矩阵和动态度分析湖南省宁远县土地利用变化特点,基于FLUS模型,模拟预测2030年不同情景下生态用地数量及分布。[结果](1)耕地主要集中在宁远县中部区域,林地、草地原生态用地主要分布在南北两端和西部。2020年,原生态用地中,林地所占比例为56.69%,草地所占比例为12.85%,水域为0.60%,半人工生态用地即耕地所占比例为27.80%。(2)多情景模拟结果显示：生态优先情景下,宁远县原生态用地中林地、草地、水域分别较2020年增加了15.12,37.35,23.67 hm~2。(3)政策对喀斯特地区生态用地变化有着极大的导向作用,社会经济发展对水域的增加有显著影响。[结论]宁远县原生态用地所占比例高达70.14%。生态保护优先情景能够最大程度保障生态用地不被非生态用地侵占。在以建设森林城市为目标导向的情况下,宁远县及同类地区适宜采用该情景...     

基于Markov-DLS模型的江西省多情景下土地利用时空演变分析

[目的] 研究不同情景下未来土地利用结构数量和空间格局变化特征,为实现区域国土空间格局优化和生态环境保护提供决策参考。[方法] 基于Markov-DLS模型,在土地利用转移参数设置过程引入土地利用生产、生活和生态功能评价结果,分析江西省2030年均衡发展情景、粮食安全情景和生态优先情景下国土空间结构和格局变化特征。[结果] ①利用Markov-DLS模型模拟预测的2015年土地利用结构精度在90%以上,空间布局模拟精度达到了96%,kappa系数高达92%以上;②耕地仅在粮食安全情景下有所增长,增幅为0.48%。建设用地在3类情景下均处于增长态势,均衡发展情景下增长最快,增速为1.15%。林地、草地、水域和未利用地等生态用地在3类情景中整体上呈现下降趋势,生态优先情景下降速最慢,仅为-0.36%;③东、南、西部山区林地、草地空间格局相对稳定,而建设用地均呈现出沿江岸线,沿湖岸线发展的趋势,尤其是赣江沿岸和鄱阳湖北岸以及长江沿岸区域最为显著;④整体而言,生态优先情景下以林地、草地、水域和未利用地为核心的生态空间用地面积占比最大,相对下降速度最小。[结论] ①Markov-DLS模型对省级尺度未来土地利用变化预测模拟方面具有较好的适用性。②江西省2030年国土空间土地利用结构变化在均衡发展情景,粮食安全情景和生态优先情景下呈现出明显的差异性。③江西省2030年3类发展情景下国土空间格局呈现出明显的整体一致性和局部差异性特征。     

基于GeoSOS-FLUS的涪江流域生态系统服务价值评估及多情景模拟

为了探究涪江流域的土地利用结构及其生态服务价值的时空变化,通过预测情景支持未来土地规划,研究基于1980—2018年5期遥感影像,构建生态系统服务价值评估模型并分析时空动态变化,采用GeoSOS-FLUS模拟自然发展情景、耕地安全情景、生态保护情景和快速发展4种情景下未来的土地利用变化及生态系统服务价值的演变趋势。结果表明：(1) 1980—2018年,耕地面积减少542.25 km²,减幅为2.57%;建设用地扩张面积525.66 km²,增幅达255.50%。(2)对应其生态系统服务价值呈增加趋势,由1980年的776.48亿元增加到2018年的783.67亿元,不同土地利用类型对生态系统服务价值的贡献顺序为林地>耕地>水域>草地>未利用土地。(3)在空间上呈现上游高中下游低,下游地区大致呈现由中部向东西两侧递减趋势,流域西南部是低价值区。(4) 4种发展情景下,2030年的生态服务价值分别是784.80亿元、740.31亿元、811.09亿元和751.40亿元,相较于2015年变化了1.44亿元(增加)、-43....     

未来10年珠江流域土地利用多情景模拟及碳储量评估

[目的] 分析珠江流域过去20年及未来10年土地利用与碳储量的时空变化,以期为该地区的土地利用格局优化和生态系统固碳管理提供参考依据。[方法] 基于2002年、2012年、2022年3期土地利用数据,分析土地利用类型变化,使用PLUS模型模拟2032年自然发展情景、耕地保护情景和生态保护情景下的土地利用格局,利用InVEST模型评估3种情景下生态系统碳储量变化情况。[结果] 近20年,珠江流域土地类型发生较大变化,耕地向建设用地的单向转化以及耕地与林地间的双向转化是该地区土地利用变化的主要特点;同期陆地生态系统碳储量整体呈下降趋势,降幅为0.52%;2032年碳储量预测显示,生态保护情景下碳储量明显高于耕地保护情景和自然发展情景,分别高出4.81×10⁶,10.22×10⁶ t。[结论] 采取有效的生态保护政策可提高区域碳储量,维系生态系统的健康发展,未来在制定土地利用规划时应考虑经济发展与生态保护的平衡关系,强化流域生态保护和绿色发展理念,增加土地碳存储功能,助力“双碳”目标的实现和区域可持续发展。     

基于InVEST和CA-Markov模型的黄河流域碳储量时空变化研究

区域土地利用/覆被变化是导致生态系统碳储量变化的主要原因,预测未来土地利用/覆盖变化及其对碳储量的影响对区域陆地生态系统的认识具有重要意义。本研究基于黄河流域2005—2018年土地利用/覆被变化规律,运用CA-Markov模型分别预测了生态保护情景(EVC)和自然变化情景(NVC)下的土地利用/覆被空间格局,采用修正后的碳密度,运用InVEST模型评估黄河流域2005—2030年6期碳储量。结果表明:2005—2018年黄河流域林地、水域和建设用地面积持续增加,耕地、草地和未利用土地面积减少, 13 a间全流域碳储量减少28.734×10~6 t。与自然变化情景相比,在生态保护情景下2030年草地和耕地相比2018年减少幅度较小,建设用地规模扩大得到了限制,产生了生态效应。2030年,自然变化情景和生态保护情景下的碳储量较2018年分别减少258.863×10~6 t和30.813×10~6 t,生态保护情景下土地利用覆被格局固碳能力高于自然变化情景,该研究可为黄河流域土地利用结构调整和土地利用管理决策提供科学依据。     

基于系统动力学模型的扬州市土地利用结构多情景模拟与实现

[目的]对江苏省扬州市未来土地利用结构进行多情景预测模拟,并探索不同情景下各目标土地利用结构的实现路径,为土地利用规划方案制定与管理提供科学依据。[方法]采用系统动力学(SD)模型模拟土地利用系统开展研究。[结果]在不同情景下几类主要用地差异明显,耕地面积在耕地保护情景下较高,而在生态保护与经济发展情景下耕地缓慢下降;城镇工矿用地与交通水利用地面积在3种情景下均获得稳定增长,但经济发展情景下的增长快于其他2个情景;林地面积在生态保护情景下出现大幅上升,在另外2个情景下则基本保持不变甚至小幅下降。结合各情景指标设定可得出,耕地保护情景下,除控制城镇扩张占用耕地外,还要加强未利用地开发与农村居民点整理以补充耕地;生态保护情景下,则需加强植树造林、保护好具有丰富生态服务价值的水域、滩涂用地。[结论]SD模型不仅可模拟不同情景下土地利用变化,还可将土地利用与社会经济系统之间的复杂非线性关系显化,有利于土地资源可持续利用调控。     

北部湾经济区土地利用格局模拟及其生态环境效益评价——以广西壮族自治区钦州市为例

[目的]通过对北部湾经济区土地利用格局动态模拟,并对模拟结果进行生态环境效益评估,以期为相关规划及决策部门提供参考资料。[方法]基于2000和2010年两期TM遥感影像数据,运用Logistic逐步回归分析,CLUE-S模型模拟分析和生态环境效益综合评价分析方法。[结果](1)广西壮族自治区钦州市未来城市扩展范围主要集中在钦州市中心城区往南至海滨新城,沿海港口及钦江流域方向;(2)自然增长、规划指标、生态安全3种政策情景的生态服务价值分别为213.01,200.59和226.52亿元,仅与2012年研究区GDP总额相近,未能充分发挥生态环境所应有的作用,且尤其以规划指标情景最为突出。[结论]CLUE-S模型对钦州市土地利用格局模拟准确,在北部湾经济区具有良好的推广应用价值。     

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。