基于生态安全的土地利用结构优化研究

满足生态安全的土地利用结构优化是协调社会经济发展与生态环境间矛盾、实现土地持续利用的有效途径。本文以保定市土地利用结构数据(2002~2009年)为基础,引入反映生态指标生态绿当量和土壤有机碳储量,评价研究区土地利用结构在不同发展阶段的生态效益,并且借助TOPSIS模型对历年土地利用结构进行生态合理度评价。在此基础上以经济发展和生态效益并重为目标,构建多目标优化模型,获得保定市2020年土地利用结构优化方案,调整内部用地结构,注重生态用地保护,生态效益和生态合理度得到提升,进而提出合理利用土地资源的建议。研究结果为保定市土地利用可持续发展以及土地利用总体规划修编提供借鉴和指导。     

耦合InVEST与FLUS模型的海南岛生态系统碳储量时空演变与预测

[目的] 通过研究海南岛城市化扩张下土地利用变化对碳储量的影响,揭示碳储量时空格局演变和预测未来发展趋势,为优化国土空间布局和生态敏感区的保护提供科学依据。[方法] 基于1980—2020年土地利用数据,采用InVEST模型碳储量模块反演1980—2020年海南岛碳储量时空变化,并耦合FLUS模型和InVEST模型模拟自然发展情景、快速发展情景和生态保护情景3种发展情景下2030年海南岛的土地利用和碳储量变化情况。[结果] ①海南岛土地利用类型以林地、耕地为主。1980—2020年耕地、草地、林地和未利用地面积均有不同程度减少。建设用地和水域面积增加,尤以建设用地面积增长最快,增幅为83.4%。②海南岛碳储量总体呈“中间高,四周低”的特点,1980—2000年碳储量变化较小,降幅约0.03%。2000—2020年海南岛城镇化进程加快,碳储量损失也随之加剧,年均损失约372 t,累计损失碳储量7 439 t。③未来建设用地仍会继续扩张,受此影响3个情景下2030年海南岛碳储量均呈现降低的趋势。其中,快速发展情景下建设用地土地利用变化量最大,碳储量最易流失,自然发展情景次之,生态保护情景变化最小。[结论] 在海南自由贸易港未来的土地利用规划中,应加强中部山区、自然保护地等重点生态区位的保护力度,优化土地利用格局,严格控制林地、耕地和湿地向建设用地转变,提高固碳增汇效能,实现区域可持续发展。     

基于生物多样性保护的土地利用结构预测

土地利用结构预测是土地利用与管理的核心问题,基于生物多样性保护的土地利用结构预测对生态环境良好、物种丰富的地区尤其重要。该文应用元胞自动机-马尔科夫模型(CA-Markov)模型建立了基于生物多样性保护的乐东县土地利用结构预测模型,获得了2020年土地利用结构。结果表明:2020年土地利用结构预测结果较2009年更合理,其中建设用地布局更加集中,北部生物多样性极为丰富区内建设用地大部分转变为林地,滨海地区在发展旅游建设的同时海岸带生态资源得到保护;耕地元胞单元增加,且增加部分主要分布在西部生物多样性丰富度一般区。预测结果突出了对生物多样性的保护,对乐东县土地可持续利用具有重要的现实意义。     

基于CA-Markov和InVEST模型的土地利用变化对生境影响评价——以福建省福州新区为例

[目的]研究福建省福州新区近15 a来的土地利用变化并对未来15 a的变化进行预测,并对30 a的生境质量变化进行分析;将预测结果与规划形成对比,为土地利用规划提供参考。[方法]以福建省福州新区为例,基于2000年Landsat_ETM~+和2015年Landsat_OLT遥感影像解译的土地利用数据,对国家级新区——福州新区的土地利用动态变化进行空间分析,运用CA-Markov模型对其2030年的土地利用格局进行预测。在此基础上,进一步采用InVEST模型对新区内过去,现在和未来的生境质量进行评价。[结果]①15 a间福州新区耕地、林地、水域和建设用地变化速度较快,草地和海域变化相对较小,未利用地变化较小但变化较为剧烈;②CA-Markov模型预测显示研究区2015—2030年土地利用变化趋势与2000—2015年大体相同,表现为除未利用地呈现增加的趋势外,建设用地和生态用地分别呈现急剧扩张和持续减少的趋势;③2000—2030年研究区内大量耕地、林地、草地和水域向建设用地转化,导致威胁源的增加,进一步降低了生境质量。[结论]福州新区由于建设用地快速扩张导致区内生境质量严重下降,应加强生态保育,合理控制建设用地的增长,避免生境质量进一步恶化。建议将2030年用地规划中的建设用地边界作为限制建设区边界,将预测结果作为允许建设区边界,提高建设用地的集约利用程度。     

基于不确定性理论的区域土地利用结构优化

为了还原土地利用结构优化的不确定环境,提高土地利用结构优化水平,同时为了开拓土地利用结构优化的新视角,该文基于不确定性对土地利用结构进行优化。该文将基于不确定性的土地利用结构优化分为不确定因素最可能发生时的优化与不确定因素在一定发生可能范围时的优化,前者的优化结果是单一的土地利用结构,后者的优化结果是土地结构弹性区间。首先用期望值模型求取不确定因素最可能发生时的土地优化结构;其次以多目标遗传算法为基础,用随机模拟法求取不确定因素在一定发生可能范围时的优化结构弹性区间。结果表明:不确定因素最可能发生时,扬州2020年土地最优结构的经济利益、生态利益分别是10.0×1011和8.98×1011元,大于现状土地结构与扬州土地利用总体规划中土地结构的经济与生态利益;2020年扬州市土地利用优化结构弹性区间中,对不确定性承纳贡献最大的土地类型是耕地、城镇工矿用地、园地,对不确定因素敏感性最高的土地类型是林地、园地、交通水利用地。该研究为土地利用类型弹性区间大小划定及土地利用结构调整提供依据。     

基于系统动力学的土地利用结构多目标优化

土地利用结构优化是编制土地利用总体规划的基础和核心。该文以吉林省西部为例,利用2000年和2010年2期TM遥感影像数据,结合野外调查及社会经济统计年鉴数据,基于经济-生态双重目标,利用SD-MOP（system dynamics-multi-objective programming）整合模型,对2020年吉林省西部土地利用结构进行了仿真与优化。结果显示,到2020年,在经济效益、生态效益分别增长7.43%、3.09%条件下,建设用地和耕地分别增加了349.89和2 705.74 km2,而林地、草地、水域、未利用地分别减少了12.75、11.51、270.43和2 772.56 km2;与利用单目标SD（system dynamics）模型优化方案相比,建设用地、耕地增幅分别下降了31.55%、14.97%,而林地、草地、水域和未利用地减幅分别下降了42.70%、20.99%、42.68%、29.34%。研究表明,SD-MOP优化方案优于单目标的SD优化方案。     

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。     

甘州区土地利用格局变化及生态服务价值变化评价

生态系统服务功能价值评估研究是可持续发展评估研究的关键内容和焦点,通过分析甘州区土地利用及其变化,并在此基础上,对甘州区生态服务功能价值评价进行研究。通过研究分析,结果表明:2005~2020年间,甘州区土地利用格局变化总体趋势为少数几种土地利用类型占主导地位的情况得到缓解;土地利用均匀度指数略微有所升高,说明社会经济的发展较2005年相比更为平衡;土地利用多样化程度也稍有增加。而这一变化直接影响到生态服务功能价值的变化。甘州区生态用地的结构和布局规划合理,能够满足社会经济发展和生态建设对生态用地的需求。期望通过建立环境友好型土地利用模式,优化生态用地结构与强化土地生态功能,以确保生态安全目标的实现。     

基于生态适宜度模型的城乡土地利用分区与优化布局——以鄱阳湖生态经济区为例

开展城乡土地利用功能分区和空间布局优化,是促进城乡一体化发展的有效途径。以鄱阳湖生态经济区为例,通过构建城乡土地利用生态位适宜度模型,对鄱阳湖生态经济区土地利用生态位适宜度进行了分区,并在此基础上提出了优化布局策略。结果表明:(1)鄱阳湖生态经济区布局优化为商业发展主导区、工业发展主导区和农业发展主导区以及环境保护主导区;(2)鄱阳湖生态经济区城乡土地利用空间布局可划分为核心增长极、区域中心城市、一级扩散圈、二级扩散圈和二级扩散带;(3)应从发展高新技术产业、提升都市圈核心竞争力、保障城乡用地需求、加快农田水利建设和优化生态开发利用模式等方面优化城乡土地利用空间布局。基于生态适宜度模型探讨城乡土地利用布局,为实现区域城乡均衡发展提供了新视角。     

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。     

北京市平谷区农村居民点用地生态服务功能分析

该文使用同期土地利用现状图以及采用了不同土地利用分类方法的北京市集体土地地籍调查图,分析了现行土地分类下北京市平谷区农村居民点内部的农用土地存在及其结构,测算了其所具有的生态服务价值。研究结果发现农村居民点作为一种混合地类存在,具有一定的生态服务功能。这些生态服务类型的存在对农村居民点内部生态环境的维持起着重要作用;不同区域农村居民点的生态服务功能组成发生着规律性变化。研究结果对于当前“农村居民点用地减少与城镇用地增加的挂钩”工作的开展、建立区域环境—经济综合核算体系以及农村的可持续发展具有参考意义。     

山东沿海地区土地利用和景观格局变化

为分析和预测山东省沿海区域土地利用和景观格局变化,该文将景观格局指数作为评价土地利用变化模拟模型的基本指标;基于RS和GIS技术分析2000-2010年土地利用和景观格局的变化特征,并尝试CA-Markov模型预测土地利用变化,发现其在景观格局预测方面的不足,因而探索和提出Spatial-Markov模型,该模型不仅适合于土地利用变化模拟,也适合于景观格局过程分析。具体包括:1)基于2000、2005和2010年的Landsat影像进行土地利用分类,分析10a间土地利用和景观格局的变化特征,表明:耕地面积不断减少,城镇和农村居民点用地不断扩张而占用大量耕地,草地等又不断开垦为耕地;区域景观格局破碎化趋势显著,人为干扰加剧,各种景观类型的分布向均匀化发展;2)基于Logistic-CA-Markov模型,以11个变量、2000和2005年土地利用分类图为基础,模拟的2010年土地利用图与观测值相比较,虽然得到的Kappa系数较高(0.8530),但难以支持对景观格局特征的预测和分析;3)提出Spatial-Markov模型,基于2000和2005年土地利用分类图模拟2010年土地利用,模拟结果的Kappa系数高达0.8872,且景观格局指数也与观测值非常接近,因此,选择该模型预测2015和2020年的土地利用和景观格局;4)预测结果表明,2010-2020年间耕地面积将继续减少,城镇、农村居民点将继续保持快速增长的态势;景观尺度除了分形维数,其他指数保持2000-2010年间的变化趋势,而在类型尺度,除水域和未利用地外,各种景观类型多个景观指数将总体保持原有的变化趋势。该研究可为山东沿海区域土地利用规划提供参考,并为土地利用预测研究提供了一种新的方法。     

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。     

三峡库区重庆段土地覆盖和生物多样性功能演化及预测

为研究三峡库区(重庆段)2005—2020年土地覆盖和生物多样性功能演化情况,对景观格局进行动态分析,该文结合重庆市生态保护红线划定成果,综合运用CA-Markov模型和InVEST模型对区域2005-2020年的土地覆盖和生物多样性功能的演化及趋势进行研究,在运用CA-Markov模型对2020年土地覆盖进行模拟预测的基础上,运用InVEST模型进行生物多样性功能的定量计算.结果表明:1)2005—2010年和2010—2015年,各类土地覆盖面积和土地覆盖动态度分别呈现"四增二减"和"三增三减"的状态;2)CA-Markov模型模拟预测时Kappa系数达到0.92,表明模型的普适性较好;3)4期生境退化指数最高值变化为:0.1681→0.2071→0.1909→0.1812,城区周边和长江、嘉陵江、乌江沿岸区域的生境退化指数高,东北部大巴山区域的生境退化指数较低;4)大巴山、武陵山、四面山等区域的生境质量较好,长江、嘉陵江沿岸生物多样性功能较差,4期生境质量总得分和平均得分分别为34337710、36829020、36345590、35530500和0.5139、0.5512、0.5439、0.5317;5)15年间生物多样性功能出现不断上升的趋势,由大范围的波动转为小区域变化,整个区域的生物多样性功能逐渐趋于稳定.     

基于CA-Markov模型的藉河流域土地利用变化动态模拟

为了探讨黄土丘陵沟壑区藉河流域的土地利用变化规律及驱动力,基于1995和2008年两期遥感影像解译得到的土地利用数据,通过土地利用动态度模型和空间测算模型对藉河流域土地利用类型的动态变化程度进行分析,并运用CA-Markov模型对2022年土地利用空间格局进行预测.结果表明,空间分析测算模型由于同时考虑了各土地利用类型的空间转移及新增过程,能更为准确地测算出各种土地利用类型的动态变化程度与速率;CA-Markov模型预测结果表明,整个流域总体的Kappa系数为0.9515,预测结果可信;除草地和未利用地外,2008-2022年期间其他土地利用类型继续原有的变化趋势,到了2022年表现出坡耕地、草地、水域和未利用地面积减少趋势,梯田、林地和居民地面积呈增加趋势.黄土丘陵沟壑区水土流失严重,此研究有助于加强土地资源的保护和实施退耕还林还草等措施,为当地土地利用规划管理提供参考.     

川西高原土地利用碳储量估算及多情景预测

[目的]区域碳储量与土地利用密切相关。在“双碳”目标下,从碳储量视角开展重点区域土地利用变化预测研究,对协调与优化区域土地利用格局、提高区域生态系统未来固碳潜力具有重要参考价值。[方法]以川西高原为研究区,以2000年、2010年和2020年土地利用为数据源,预测不同情景下2030年土地利用,结合修正的土地利用碳密度数据和InVEST模型估算区域碳储量变化。[结果](1)从各地类相对研究区的面积占比变化看,2000—2020年草地从65.20%逐步缩减到63.65%,林地从31.73%不断扩张到32.92%,未利用地先减后增且净增0.57%,水域和耕地先增后减均净减0.11%,湿地持续增加,共净增0.07%;研究区2000年、2010年、2020年碳储量分别为24.26×10⁸,24.29×10⁸,24.27×10⁸ t,呈先增后减趋势。(2)与2020年相比,2030年自然发展情景下碳储量减少3.19×10⁵ t,在耕地保护情景、生态保护情景、耕地生态联合保护情景下将分别固碳4.29×10     

基于CA-Markov的土地利用时空变化与生境质量预测——以宁夏中部干旱区为例

探究干旱半干旱区土地利用结构动态变化特征，评估并预测生境质量，可为区域生态规划和恢复提供决策性依据。本研究以搭载OLI和ETM+传感器遥感影像和气象数据、社会经济数据等为基础，采用土地利用转移流概念、InVEST模型和CA-Markov模型研究2000-2030年宁夏中部干旱区土地利用和生境质量时空变化特征及规律，对未来情境进行模拟和预测。研究结果表明：宁夏中部干旱区土地系统结构变化与生态建设规划高度一致，具有黄河流域两侧集中分布的特征，土地系统综合动态度逐期减小，活跃度具有稳中有变、部分较活跃的特征。土地系统信息熵特征值呈逐年降低趋势。随着时间变化土地系统受人类活动干扰强度低，自我调整程度高，修复能力强，系统向稳定状态转化。2000-2015年研究区生态环境质量呈“U”型特征，以优秀等级为主。2015-2030年土地系统结构将发生显著变化，生境质量优秀、差和良好等级面积逐渐扩大，生态系统呈现稳定向好的趋势。本研究的多模型集成应用可为区域土地规划和生态恢复建设提供理论依据和支撑。     

青海高原东部土地利用变化模拟与景观生态风险评价

为了研究西部大开发和退耕还林等生态工程对未来土地利用变化趋势的影响,将Gray-Markov模型和CLUE-S模型相结合,模拟自然情景、耕地保护情景和土地规划情景下青海高原东部农业区2020年土地利用覆盖状况,并分析3种情景下土地利用变化特征,采用景观格局指数和景观生态风险指数比较3种情景模拟结果。自然情景延续1999-2009年的发展模式,至2020年退耕还林/草633.98 km2,其他未利用地造林/草117.66 km2;耕地保护情景严格保护耕地,至2020年退耕还林/草142.00 km2,未利用地造林/草130.71km2;土地规划情景经济发展与环境保护并重,退耕还林/草444.18 km2,未利用地造林/草333.75 km2。景观格局指数和景观生态风险指数均表明土地规划情景下的模拟结果布局较合理。研究表明,新增建设用地扩张的同时加强生态保护,仍可以保证区域景观生态安全。该研究可为中国西部的土地利用规划和政策制定提供参考。