松嫩高平原黑土区土地利用/覆被变化及其景观生态风险分析

土地利用/覆被变化及其景观生态风险分析是实现区域土地生态安全和可持续发展的基础。以松嫩高平原黑土区黑龙江省巴彦县为研究区,利用GIS的空间分析功能,对巴彦县1991年、2006年和2009年三期遥感影像的解译数据进行图层代数运算,定量分析了18 a来巴彦县土地利用变化情况、各地类之间的转换情况,并运用生态风险指数法测算分析了三个时期景观生态风险的变化情况,最后对生态风险指数进行克吕格插值,得出巴彦县景观生态风险的空间分布情况。结果表明:18 a间,巴彦县土地利用变化及各地类之间的转化比较复杂,且主要是耕地、林地、其它用地之间的转化;土地利用结构的变化导致景观生态风险指数发生显著的时空差异,各级生态风险区域所占面积变化程度不同;插值结果表明巴彦县生态风险逐年加大,且生态风险分布主要受地形和地类的影响。巴彦县景观生态风险有扩大的趋势,应加强中级以上生态风险区域的生态保护和建设,以实现生态环境和社会经济的协调发展。     

松嫩高平原土地利用变化分析及趋势模拟——以黑龙江省巴彦县为例

以松嫩高平原典型地域黑龙江省巴彦县为研究区,以1991年、2009年和2015年3期土地利用数据为基础,利用GIS空间分析技术,分析其土地利用数量变化及空间转换图谱的阶段性特征,运用景观生态学中网格采样方法,改进传统土地利用动态度模型,实现土地利用动态度指数的空间化,并结合地统计学中趋势分析方法,分析土地利用空间动态变化差异及趋势特征;采用CA-Markov模型模拟2025年土地利用空间格局。结果表明:1)1991~2015年24a间土地利用转换多围绕耕地进行,且1991~2009年变化速率及程度强于2009~2015年。1991~2009年研究区南部河流周边地带土地利用转换最为频繁,并以水域和未利用地到耕地的转变最为剧烈,说明垦荒是当地最主要的土地利用干扰方式;2009~2015年土地利用转换发生类型趋于单一化,且变化程度明显趋缓。2)1991~2015年前后两个时段内土地利用动态度差异明显,1991~2009年研究区东北-西南和东南-西北均具有较好的方向拟合趋势,高动态度区多分布于研究区南部的松花江乡、富江乡境内和正东部的黑山镇境内,而低值区多位于北部、西部和东部地区;2009~2015年研究区动态度方向拟合效果较弱,动态度急剧下降,土地利用较为随机。3)2025年模拟结果显示,研究区耕地缓慢减少,其他用地类型面积略微增加,表明随着当地土地资源的开发深入,未来巴彦县土地利用变化将趋于稳定。     

松嫩高平原土地利用景观梯度变化特征分析

研究区域不同梯度带土地利用景观变化特征,可为维持区域生态功能、改善区域生态环境质量提供科学依据。以松嫩高平原典型地域巴彦县为研究区,利用ArcGIS手段,以地形因子（高程、坡度）作为研究区梯度分级基础,考虑地貌类型和行政区划划分梯度带,应用梯度分析和景观格局分析相结合的方法,从景观水平和景观类型水平两方面,分析研究区13 a来不同梯度带土地利用景观变化特征。结果表明:（1）1996—2009年间,梯度带Ⅲ土地利用景观破碎化程度最大,受人类活动的影响最严重;梯度带Ⅱ优势景观比较明显,土地利用景观结构稳定性最差。（2）1996—2009年,各梯度带土地利用景观基质均为旱地,水田景观所占比例均有所上升,且各梯度带林地景观所占比例差别一直较大,建设用地景观增长水平基本一致。     

1979－2015年松嫩高平原土地利用格局变化及影响因子分析

为明确松嫩高平原土地利用格局变化特征及影响因子对其作用方式。该文以巴彦县为例,在明确1979－1991年、1991－2003年、2003－2015年间研究区土地利用格局变化特征的基础上,运用典范对应分析（CCA, canonical correspondence analusis）和径向基函数（RBF, radial basis function）神经网络模型,分析3个不同时段研究区土地利用格局变化主要影响因子,及各影响因子对土地利用格局作用强度及方向的时间演变规律。研究结果表明：1）3个不同时段,研究区各土地利用类型的面积增减幅度不一,1991－2003年,旱地面积增加11514.56hm2,其他用地面积减少6445.57hm2,土地利用面积变化幅度最大。2）1991－2003年,坡度、土壤类型、土壤质地、土壤肥力、土壤水分、GDP、区位指数、集中化程度、多样性指数和土地利用强度等关键性影响因子与第1排序轴的影响系数分别为-0.386 6、-0.559 4、-0.342 3、0.648 3、0.352 6、0.187 1、0.393 6、0.417 0、0.388 8、-0.583 3,其强度明显高于1979－1991年和2003－2015年,是造成该期间土地利用类型之间转换频繁,土地利用面积变化幅度大的主要原因。3）3个不同时段,影响各土地利用类型变化的关键性因子不同,在影响因子的共同作用下,土地利用类型的面积增减幅度不一,促使旱地发生转变的土地利用强度,在1991－2003年间对旱地的作用强度明显下降,影响系数由0.485 4变为0.338 4,是旱地在该期间面积增加较多的主要原因。研究结论：3个不同时段内,各关键性影响因子对土地利用格局的作用强度、方向及方式均有所变化,导致研究区土地利用格局存在明显的分异特征。     

松嫩高平原黑土区耕地动态变化特征分析--以黑龙江省巴彦县为例

耕地动态变化特征的研究对耕地保护、整理和开发利用具有极其重要的意义。以巴彦县1991,2006和2009年3期遥感影像为数据源,利用GIS空间分析功能,提取3个时点耕地动态变化数据,分析了该区耕地变化幅度与速度特征、耕地转入转出特征、耕地变化空间分布特征及耕地景观格局分布特征。结果表明,巴彦县3个时点耕地面积持续增加,但年均净增速度却呈现下降趋势。未利用地、林地和建设用地始终是向耕地转变的主要土地利用类型;耕地主要向林地、未利用地、草地和建设用地转变。巴彦县耕地变化空间差异显著,新增耕地主要来自于研究区南部松花江沿岸河漫滩开垦、东北部低山丘陵地区毁林开荒及西北部建设用地转变。耕地斑块数量和斑块密度呈上升趋势,人类干扰程度加大,破碎化程度不断加剧;耕地景观形状指数和分形维数呈下降趋势,耕地景观的斑块形状更趋简单并越来越有规律;较高的耕地景观连通性,表明耕地景观在空间分布上具有较高的聚集度。     

松嫩高平原黑土区耕地资源安全及其驱动力分析——以黑龙江省巴彦县为例

耕地资源安全是保护耕地和保障国家粮食安全的基础。选取我国重要的商品粮食基地——松嫩高平原黑土区巴彦县为研究区,从自然、经济、社会和生态共4个方面构建耕地资源安全评价指标体系,运用最优组合赋权法确定指标权重,利用综合指数法定量评价巴彦县2000—2009年间耕地资源安全状态,并采用SPSS软件对耕地资源安全驱动力进行主成分分析,引入Cubic曲线,通过非线性回归分析建立耕地资源安全变化模型,对研究区耕地资源安全值及其驱动力进行结果验证。研究结果表明,2000—2009年,巴彦县耕地资源安全状态存在一定差异。2000年研究区耕地资源安全处于较不安全等级;2001—2003年处于极不安全等级;2004—2005年处于较不安全等级;2006年处于稍不安全等级;2007—2009年处于相对安全等级。研究期间耕地资源安全级别转换呈先负向后正向发展。科技经济社会发展动力、自然干扰力和生态质量影响力是促使巴彦县耕地资源安全变化的驱动力。巴彦县耕地资源安全与3类驱动力表现出非常显著的Cubic曲线关系,说明构建的耕地资源安全变化模型符合研究区实际。     

松嫩高平原土地利用格局变化时空分异

土地利用格局能够影响区域生态环境,也是诊断区域土地利用合理与否的重要依据。该文基于县级尺度,以松嫩高平原典型区域巴彦县为研究区,运用地理信息系统、遥感技术,采用Matlab编程,测算不同时段（1979－1991年、1991－2003年和2003－2015年）的综合土地利用动态度和不同时点（1979年、1991年、2003年和2015年）的土地利用强度、土地利用多样性程度,利用半方差函数挖掘土地利用信息图谱,揭示1979－2015年研究区土地利用格局变化时空分布特征及其分异规律。结果表明：1）综合土地利用动态度、土地利用强度和土地利用多样性程度的空间异质性由结构性因素、随机性因素或由二者共同作用引起,其土地利用格局受自然因素和人类活动干扰的影响程度不同。2）1979－2015年间,研究区土地利用变化速率呈现较为明显的差异,1979－1991年、1991－2003年和2003－2015年3个阶段的综合土地利用动态度平均值分别为1.12%、1.11%和0.85%,呈现逐阶段下降的趋势,在空间上,3个阶段在行政区边界的综合土地利用动态度相对较高。3）1979年、1991年、2003年和2015年研究区全域土地利用强度呈现逐年上升的趋势,其平均值分别为3.66、3.68、3.76和3.82;4个时点研究区全域土地利用多样性程度呈现逐年下降的趋势,其平均值分别为0.29、0.28、0.27和0.26;在空间上,土地利用强度越高的区域,土地利用多样性程度越低,土地利用强度的分布与土地利用多样性的分布呈现互反性。     

松嫩高平原黑土区耕地资源安全的驱动机制分析

为了深入剖析影响区域耕地资源安全驱动因子的作用机理,研究区域耕地资源安全驱动机制。该文以松嫩高平原黑土区巴彦县为例,运用Matlab编程,采用遗传算法对神经网络模型进行改进,结合相关分析法,识别影响耕地资源安全的关键性因子及其与之相关的因子,应用多元回归分析和完全二次回归分析方法,阐明影响因子间的协同作用关系,进而揭示其对耕地资源安全影响的作用机理和驱动机制。结果表明：1）影响研究区耕地资源安全的协同作用关系中,不同影响因子间的协同作用正向和负向交互进行,且不同因子间协同作用大小也不尽相同;2）影响研究区耕地资源安全的自然因素、社会经济因素、生态因素中,自然因素对研究区耕地资源安全起促进作用,社会经济因素和生态因素起抑制作用,且社会经济因素对研究区耕地资源安全的抑制作用最强,生态因素的抑制作用次之;3）在主要影响因子中,土壤质地对耕地资源安全的促进作用最强,pH 值次之,黑土层厚度的促进作用最弱,而高程对耕地资源安全抑制作用最强,水土流失量仅次之,氟的抑制作用最弱。该研究成果可为黑土区耕地资源保护及耕地资源的合理利用提供参考。     

松嫩高平原黑土区耕地利用系统安全格局及其空间演变

为切实保护耕地和实现区域耕地的可持续利用,该文以巴彦县为研究区,将研究区的耕地利用分为西北部平原耕地区、中部漫岗平原缓坡耕地区、东部低山丘陵坡耕地区、南部平原耕地区和南部冲积平原耕地区5个区,从系统角度,以影响研究区耕地利用系统安全的自然、经济社会、生态等驱动因子分析为切入点,运用"3S"技术手段,利用因子分析法和加权综合评价法计算耕地利用系统安全值,采用Kriging插值法将安全值分为Ⅰ级(非常安全)、Ⅱ级(较安全)、Ⅲ级(基本安全)、Ⅳ级(临界安全)和Ⅴ级(不安全)5个等级,运用栅格数据的空间分析功能,分析研究区1991-2009年耕地利用系统安全格局变化及空间演变。结果表明:1991年和2009年,研究区各安全等级所占比例以Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级为主,Ⅴ级最低。从1991-2009年的变化趋势上看Ⅰ级、Ⅱ级呈减少趋势,Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级呈增加趋势,耕地利用系统安全程度在降低;1991年和2009年2个时点,耕地利用系统安全水平空间分布均不平衡,西部、北部高,东部、南部低,且2009年较1991年有增强趋势,各安全等级在不同耕地利用分区上空间分布格局差异明显,安全级别较高的Ⅰ级、Ⅱ级集中在西北部平原耕地区、中部漫岗平原缓坡耕地区和东部低山丘陵坡耕地区,安全级别较低的Ⅳ级和Ⅴ级主要分布在南部平原耕地区和南部冲积平原耕地区,安全等级最高的Ⅰ级在中部漫岗平原缓坡耕地区分布最多;1991-2009年近20 a研究区耕地利用系统安全格局空间演变特征明显,Ⅰ级表现为集中向西北部平原耕地区转移,Ⅱ级变化较为分散,在西北部平原耕地区和南部平原耕地区分布比例降低,在其余3区升高,Ⅲ级由南部平原耕地区向南部冲积平原耕地区过渡,Ⅳ级以原区域为中心向四周扩散,Ⅴ级由南部冲积平原耕地区向南部平原耕地区转移;为保障研究区耕地利用系统安全,提出应优化土地利用结构、改变传统的农业生产方式、严格控制非农建设侵占耕地以及合理开发耕地后备资源等对策建议。     

基于计量地理模型的黑龙江省土地利用状况分析

为了掌握黑龙江省土地数量、分布规律、结构布局以及后备土地资源状况,以黑龙江省2003年地籍变更资料以及1∶10万土地利用矢量数据地图为基础,利用GIS空间分析技术以及计量地理模型对黑龙江省13个地市土地利用结构进行数量分析,在此基础上,评价黑龙江省土地利用状况。其结果为：黑龙江省农业土地资源类型齐全,具备进行规模经营的优势;人类干扰强度不大,土地利用程度不高;土地利用整体功能较差,有待进行深层土地开发;后备资源质量较差,供需矛盾渐趋突出。     

基于LUPO模型的德清县土地利用空间布局优化

随着人口的增长、经济的迅猛发展和城镇的快速扩张,土地利用的强度逐年增大,中国土地细碎化问题越来越严重。该文从减少土地细碎度、保护生物生境和提高土地集中利用效率和效益的多重角度出发,在满足经济和社会发展的前提下,设置了3种情景模式,构建了基于GIS、GA、多目标决策和景观生态学理论基础上的土地空间布局优化模型,并对模型的研究尺度、转换规则和算法流程进行了详细研究。在利用Annelie Holzkamper等提供的LUPOlib1.0软件包基础上,采用C/C++语言进行程序的二次开发,以德清县为例,对其土地的空间布局优化进行了计算机动态模拟仿真。通过优化模型,虽然工业和城镇用地的集聚度有所降低,但耕地、园地、林地和农村居民点用地等的集聚程度都有所提高,整体而言,土地的细碎度得到了降低。研究结果表明,该模型可用于优化土地的空间布局,减少土地的细碎度。     

基于耕地保护价值空间特征的非农化区域补偿方法

耕地资源是中国重要的基础性、战略性资源,保护耕地资源是国家重大战略。基于耕地价值评价模型对中国31个省（市、自治区）耕地保护价值进行测算,通过定量刻画耕地保护价值空间特征,并建立耕地非农化区域补偿模拟,以期为耕地保护与耕地非农化区域补偿机制构建提供创新性思路。研究结果表明:1)耕地资源保护价值地区差异明显,最高为北京市,达185.21万元/hm~(2),最低为青海省,为44.61万元/hm~(2),两者相差近4.2倍。2)全国31个省（市、自治区）单位面积耕地保护价值具有一定的空间分布特征,经济价值呈现出东北及东部高、西部低的空间分布特征;社会价值中西部区域较高,主要受人口、耕地资源禀赋、经济社会发展水平等因素影响;生态服务价值整体呈现出北部及西北低、东南高的空间分布特征。3)根据耕地非农化区域补偿机制,中央政府作为耕地保护主体之一,2012年需向各省（市、自治区）支付耕地社会稳定与生态服务价值26764.068亿元,占当年全国GDP的5.15%;上海、安徽、广东、广西、宁夏减少的耕地保护收益与耕地非农化补偿支付成本总额分别达10.907亿元、10.283亿元、74.680亿元、66.495亿元、8.529亿元。基于此理论模型,地方政府与中央政府在耕地保护博弈过程中,耕地非农化成本收益自然会成为一个重要决定性因素,这也是耕地资源保护由单一的行政管理向市场配置管理转变的理论和实践基础。     

基于压力-状态-响应模型的土地整治空间格局及障碍诊断

科学开展土地整治空间格局及其影响因素分析,是明确区域土地整治方向、分解整治规划指标和实施差别化整治策略的重要依据。该文以"压力-状态-响应"的概念框架作为理论依据,构建土地整治的PSR(pressure-state-response)评价指标体系,综合熵权TOPSIS模型、组合矩阵模型和障碍度模型等系统算法,划分土地整治空间格局,探讨不同区域土地整治的障碍因素及调控策略,基本形成了土地整治空间区划的理论与方法体系。实证分析表明:1)山东省139个县(市、区)中土地整治压力分值高于全省均值的比例为69.04%,状态和响应分值低于全省均值的比例分别为50.68%和70.51%,表明山东省整体土地整治的压力较高、状态水平中等和响应程度偏低。2)山东省"3+6"的土地整治空间格局中,3大主区包含县(市、区)的数量比例相对均衡,分别是37.41%、28.78%和33.81%,空间分布也比较集中;而对应6种整治类型的县(市、区)数量比例差异较大,在7.91%~20.86%之间,且空间异质性显著;说明土地整治空间区划过程中需要将"自上而下"的区域综合评价与"自下而上"的区域差异识别统筹兼顾。3)山东省土地整治障碍因子作用频次具有区域相似性和差异性的双重特征,土地整治潜力和经济支撑能力的薄弱是约束土地整治响应的主要阻力,建议引入市场机制,探讨因地制宜的多元治理模式。本研究是对"自下而上"土地整治空间格局划分方法的有效补充,藉此完善土地整治区划的理论与方法,并为"十三五"土地整治规划提供有益参考。     

基于综合多尺度特征决策树模型的土地利用变化分析

针对当前土地利用变化模型研究中较少考虑多尺度融合的问题,尝试构建综合空间多尺度特征的决策树模型(decision tree model,DTM),并与典型数据挖掘方法模拟效果进行对比。选取1995年、2000年和2005年的南京市土地利用现状为数据源,并以1995年和2000年两期数据为训练样本,以空间剖分的土地利用单位(9.5km2大小的格网单元)为模拟单元,构建综合模拟单元内部特征、邻域特征和全局特征的空间多尺度DTM,利用此模型对2000-2005年南京市土地利用变化进行模拟与分析,同时将该模型与朴素贝叶斯(naive Bayes,NB)、BP神经网络(back propagation neural network,BPNN)和支持向量机(support vector machine,SVM)模型进行模拟精度的对比。结果表明:DTM模拟精度为88.97%,高于NB、BPNN和SVM模型的模拟精度(分别为84.44%、87.13%和83.46%)。本文提出的综合多尺度特征的DTM具有与典型数据挖掘方法相类似或更好的精度,而且还具有运算效率高、可解释性强以及简单易扩展等突出特点,有利于LUCC模型的异地复用和决策支持。     

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。     

松嫩平原西部地区土地利用/覆被变化的驱动力分析

利用1986年和2000年两期TM影像资料,在空间图形库系统支持下全面分析了松嫩平原西部地区土地利用/覆被数量变化和土地利用空间格局变化,揭示了近15年来研究区土地利用时空变化特征.表现为耕地、盐碱地从整体上呈现集中化,林地、草地不断破碎化.耕地与草地、草地与盐碱地空间相邻度增大,草地开垦和土地盐碱化日益严重.对不同经济类型区即农区、半农半牧区和牧区土地利用变化的社会经济因素的区域相似性和差异性分析表明,人口的压力、落后的畜牧业和经济利益驱动是近15年该区土地利用变化的主导因素.