基于粒子群算法的城镇土地利用空间优化模型

土地利用结构优化是土地资源优化配置的核心,包括数量结构优化和空间结构优化。针对传统的优化模型如线性规划、多目标、灰色系统和景观生态等不能实现土地数量结构和空间结构的有效统一,在研究现有智能优化模型如元胞自动机、遗传算法的基础上,采用近年来新兴的粒子群优化算法,利用其空间飞行搜索特性和较强的全局优化能力,构建了基于粒子群算法的土地利用空间优化模型。研究表明,该模型能利用粒子的群体空间分布模拟土地利用空间格局,并能在多目标控制下进行全局优化处理,实现土地利用数量结构和空间结构的有效统一。     

长株潭地区生态系统服务价值分析及趋势预测

为促进区域土地资源的可持续利用和生态环境建设,该文以长株潭地区为研究对象,采用Costanza生态系统服务价值计算方法,参照修正后的长株潭地区生态系统单位面积生态服务价值系数,结合敏感性分析,探讨研究区域1996-2008年土地利用变化对生态系统服务价值的影响,并利用灰色模型对其发展趋势进行了预测分析。结果表明:研究期内,研究区域生态系统服务价值从1996年的405.03×108元减少到2008年的399.83×108元。同时根据预测出的研究区域2011-2020年各类土地利用数量情况,得到2020年区域生态系统服务价值将减少到392.61×108元,区域价值受损的主要原因是生态系统服务价值系数较高的农用地转为无生态价值的建设用地,研究区域快速城市化的进程已给生态安全带来了巨大压力。区域生态环境持续退化的趋势应当引起当地政府部门高度关注并采取有效对策,以科学推进资源节约型和环境友好型社会的建设。     

生态系统服务价值在土地利用规划中的应用

生态系统服务价值在理论、评价尺度、核算方法等方面的研究取得了很大的进展,但其结果的应用方面研究较少,以河北省易县为例,将生态系统服务价值应用到土地利用规划的生态效益定量研究中,这对维持生态平衡,采取合理的土地利用方式,建立可持续的土地利用模式具有指导意义。依据易县1997年、2001年和2010年的3期土地利用规划数据,估算了土地利用规划所引起的易县及其28个乡镇的生态系统服务价值的变化。结果表明,易县的生态系统服务价值从1997年的16.87×108元增加到2010年的20.06×108元,增加值为3.20×108元,总生态系统服务价值每年增长率为1.46%。土地利用变化的生态价值呈上升趋势,表明该区的土地利用规划基本是合理的,土地利用规划在取得经济效益的同时,又提高了土地利用的生态效益;但此规划还存在一些不足,如未利用土地面积占的比例较大,应对此规划进行修改,提高土地利用的生态效益。     

2000 ~ 2020年阿尔泰山土地利用与生态系统服务价值的动态变化

  目的  分析阿尔泰山不同生态功能区土地利用与生态系统服务价值的变化动态,探索引起变化的原因,为阿尔泰山区域土地利用格局的优化及生态保护与修复措施的制定提供理论依据。  方法  基于GlobeLand 30的遥感数据,结合土地利用转移矩阵、生态系统服务价值当量因子法,分析了2000 ~ 2020年间土地利用情况及生态系统服务价值的动态变化。  结果  ① 草地和林地是阿尔泰山的主要土地利用类型,占到研究区总面积的80% 以上,且近20年来,这两种土地利用类型面积增加明显,分别增加了1156.42 km2和827.26 km2。② 研究区内共有6715.91 km2土地利用类型发生了改变,其中转出面积最多的是裸地,为2962.41 km2,主要转为草地（85.9%）和林地（11.3%）;转入面积最多的是草地,为3676.91 km2,主要来自于裸地（贡献率69.2%）和林地（贡献率30.0%）。③ 与2000年相比,2020年研究区内生态系统服务价值增长了10.47%,其中草地和林地生态系统服务价值增加值最大,分别增加了18.52 × 108元和20.03 × 108元。④ 近20年来各生态功能区生态系统服务价值均呈增加趋势,其中高山冰川与泰加林景观保护亚区（25.77 × 108元）和生物多样性保护与矿区修复亚区（9.07 × 108元）增加最为明显。各生态功能区中,高山冰川与泰加林景观保护亚区单位面积生态系统服务价值最高,两河源水源涵养生态亚区最低。  结论  2000 ~ 2020年间,高山冰川与泰加林景观保护亚区及生物多样性保护与矿区修复亚区的生态系统服务价值的显著增加,促进了研究区内生态系统服务价值的增加,而林地和草地价值量的增加是引起两个生态功能区生态系统服务价值增加的主要原因。     

小流域综合治理工程对生态服务价值的影响

以第5期长江上游水土保持重点防治综合治理工程凉山州治理区为研究对象,参照中国陆地生态系统单位面积生态系统服务价值当量表,结合研究区粮食平均产量和收购价格,分析了研究区生态系统服务价值的变化情况,并构建了小流域综合治理措施与生态服务价值模型。研究结果表明,1999-2003年治理区土地利用类型变化较大,其中未利用地和耕地分别减少36 038.67和5 498.50hm2,林地和草地分别增加35 614.30和5 889.53hm2。通过实施治理工程,治理区生态服务总价值从1999年的1.37×109元增加到2003年的1.85×109元;单项生态服务功能除食物生产功能的价值量减少3.31×105元外,其余均有不同程度增长;各土地利用类型只有林地和草地对生态服务价值增量起到正效应,其中林地对生态服务价值变化的贡献率为89.04%,是治理区生态服务价值变化的主要原因。小流域综合治理措施与生态服务价值的PCA-RBF模型表明,网络平均预测精度为94.8%,可准确反映小流域治理措施对生态服务价值变化的影响。     

山东省土地利用变化及其对生态系统服务价值的影响

[目的]对山东省土地利用变化及其对生态系统服务价值产生的影响进行分析,为区域环境保护和粮食安全提供保障。[方法]运用GIS技术获取山东省1995,2005,2015年土地利用类型数据,结合相关评价模型,对研究区生态服务价值的时空动态演变及其特征进行剖析。[结果](1)山东省土地利用类型主要以耕地为主,1995—2015年,耕地、林地、草地以及未利用地面积减少,建设用地和水域面积持续增加,建设用地的扩张主要由耕地转变而来;(2)1995—2015年,研究区内生态系统服务总价值共减少6.62×109元,变化率为-2.07%。20a间,水文调节的生态服务价值增加迅速,其他单项生态服务价值均呈现为减少的态势;从空间上来看,生态系统服务价值差异较大,表现为鲁东、鲁南地区高,鲁中和鲁西北地区低的空间分布格局,生态增值区范围较小,生态减值区广泛分布且面积增大。(3)山东省生态系统服务价值缺乏弹性,所采用的生态价值系数是可靠的。[结论]今后应着力优化土地利用结构和布局,通过规划等措施综合调控土地利用变化,从而促进山东省生态环境的稳定发展。     

长沙-株洲-湘潭市主城区土地利用变化的生态环境效应

根据长株潭(长沙—株洲—湘潭市)主城区1996-2008年土地利用变更调查数据,采用Costanza生态系统服务价值的计算方法,参照谢高地的生态服务价值系数,结合敏感性(CS)分析,评估了研究区域土地利用类型的生态系统服务价值,并利用灰色模型对其发展趋势进行了预测分析.结果表明,研究期内,研究区生态系统服务价值从1996年的1.69×109元减少至2008年的1.48×109元.根据灰色模型的预测结果,得到2035年研究区域生态系统服务价值将减少至1.08×109元.区域价值受损的主要原因是土地利用转化导致生态服务价值的流向变化,耕地、林地、水域向建设用地的转移导致生态服务价值的负流向.研究区域快速城市化和以追求GDP高速增长的发展模式已给生态安全带来了巨大压力.     

生态政策对库布齐沙漠土地利用格局及生态系统服务价值的影响

为了探讨生态政策对库布齐沙漠土地利用格局及生态系统服务价值的影响,以内蒙古自治区杭锦旗为例,运用CA-Markov模型及生态系统服务价值评估法预测了非政策干预情景下的土地利用格局及生态系统服务价值,并与政策干预情景下的值进行了对比。结果显示:与非政策干预情景相比,政策干预后耕地面积降低了0.95万hm²,林地面积提高了9.26万hm²;生态系统服务价值增加了21.49亿元,其中气体调节功能、土壤形成与保护功能的生态系统服务价值分别增加了7.85亿元和7.59亿元,林地对生态系统服务价值的贡献率提高了13.41%。以上表明生态政策通过降低耕地增长速度、加快林地增长速度等途径优化了土地利用结构,促进了杭锦旗的生态系统服务价值增长及生态恢复。但实施生态政策后,仍存在生态效益空间分布不均匀及水域退化等问题,有待进一步解决。     

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。     

奈曼旗土地利用动态及其生态系统服务功能

[目的]研究内蒙古自治区奈曼旗土地利用动态及生态系统服务功能与价值的演变情况,为该区土地的合理利用及生态治理工作提供科学依据。[方法]基于奈曼旗2000,2010与2018年土地利用数据,运用ArcGIS,Envi Classic计算土地利用动态度与土地利用转移矩阵,分析土地利用变化及生态系统服务的演变特征。[结果](1)2000—2018年间奈曼旗呈"林地—水域—沙地"主导的土地类型演变特征,即林地、水域面积增加,沙地面积减少;其中林地面积净增312 100 hm~2,水域面积净增500 hm~2,沙地面积净减142 100 hm~2。(2)时间上,生态系统服务价值变化呈"一减一增"的趋势,其服务价值由2000年的3 050.7万元减至2010年的至1 991.58万元再增至2018年的4 728.55万元。(3)空间上,生态系统服务高值区、中值区与低值区分别位于南部、中部和北部,形成了"高—中—低"的区域分布格局。(4)生态系统服务功能上,气候调节的变化最为明显,其对应的服务价值由2000年的801.64万元增至2018年的1 349.85万元。[结论] 2000—2018年间,研究区土地利用变化明显,其覆被结构明显优化,生态系统服务功能与服务价值也均提高。     

快速城市化地区土地利用变化的生态环境效应——以杭州市中心城区为例

[目的]评价和分析杭州中心城区1995—2014年土地利用变化的生态环境综合效应,为土地利用管理和城市生态环境治理提供依据。[方法]基于杭州市中心城区1995,2000,2005,2010和2014年5期TM影像数据,获取不同时段土地利用变化数据,并利用生态系统价值评估、碳排放核算和景观格局指数等分析方法。[结果]近20a来,杭州市生态系统服务总价值从1995年的32.43亿元下降至2014年的23.96亿元,共减少26%,占同期GDP比重从5.86%下降至0.56%;土地利用净碳排放从1995年的4.26×10t增加至2014年的1.51×107 t,碳吸收从7.22×105 t下降至6.49×105 t,2014年碳排放的社会成本已高达145亿元;生态服务低价值区主要以中部为中心向周围蔓延,土地利用生态景观分析结果显示破碎化程度降低,连通性提高趋势,但多样性锐减。[结论]研究区内林地和水体面积减少,建设用地增加是生态系统服务总价值减少的主要原因。建设用地碳排放急剧增加和林地的碳吸收锐减是土地利用净碳排放增加的主要原因。研究区土地利用变化引起的生态景观格局变化明显,生态服务价值空间分布不均。     

土地利用变化对长江上游生态系统服务价值的影响

该文以典型生态脆弱带——长江上游地区1980、1990和2000年的土地利用动态数据为基础,参照中国陆地生态系统单位面积服务价值表,结合敏感度分析,探讨了土地利用变化及其对生态系统服务价值的影响。结果表明,1980－1990年研究区林地、草地和湿地面积都有不同程度增长,生态系统服务价值呈增加趋势;但在1990－2000年间,建设用地、耕地和未利用地面积大幅度增加,且大多来源于林地和草地等地类的转化或退化,使得整个研究期间内各项生态系统服务功能都出现不同程度的衰退。生态系统服务价值也从1980年的11 119.16亿元减少到2000年的11 077.85亿元,净减少值为41.31亿元。该区域快速城市化和以经济利益为目的的发展模式给生态系统服务功能和可持续发展带来巨大压力,这种生态环境急剧退化的趋势必须引起高度重视并进行有效控制。     

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。     

中国耕地空间格局变化及其生态系统服务价值响应

研究耕地空间格局变化对耕地生态系统服务供给能力的影响,能为我国耕地空间格局优化和耕地生态保护提供科学参考,具有重要的理论和实践意义。以往研究缺乏全国耕地生态系统服务供给能力动态变化的综合研究,因此在深入分析耕地空间格局演变的基础上,构建了图斑尺度的耕地生态系统服务价值时空异质评估模型,全面评估2000—2015年我国耕地生态系统服务价值,探究了我国耕地生态系统服务供给能力时空变化规律。结果表明:(1)2000—2015年,中国耕地重心持续向西北方向迁移,水田和旱地重心分别向西北和东北迁移。北方干旱半干旱区旱地持续增加,东北平原区水田持续增加,其他农业区耕地持续减少;(2)2000—2015年我国耕地生态系统服务总价值和单位面积价值均减少,减幅分别为1.35%和0.55%。耕地供给服务总价值和单位面积价值增加,调节服务、支持服务和文化服务总价值与单位面积价值均减少。(3)中国耕地生态系统服务价值变化空间分异明显。北方的北方干旱半干旱区、东北平原区耕地生态系统服务总价值增加,单位价值减少; 青藏高原区耕地生态系统服务总价值和单位价值均减少; 其他农业区耕地生态系统服务总价值减少,而单位价值增加。应通过优化耕地空间格局、精准实施耕地休养生息策略、建立耕地保护生态补偿机制等有效提升耕地生态系统服务供给能力。     

成渝城市群生态系统服务价值与人类活动强度空间关系

科学揭示生态系统服务价值与人类活动强度的空间关系,对土地管理和城市规划具有重要意义。以成渝城市群为例,基于2000年、2010年、2018年三期土地利用数据,构建土地利用转移矩阵、生态系统服务价值评估模型及流向损益模型、人类活动强度指数评估模型,综合运用双变量空间自相关和多尺度地理加权回归方法,探究了成渝城市群地区人类活动强度与生态系统服务价值的空间关系,揭示人类活动强度对生态系统服务价值的深刻影响。结果显示：(1) 2000—2018年生态系统服务价值由5 064.6亿元下降到5 061.27亿元,建设用地过度侵占耕地已经成为了生态系统服务价值降低的主要原因;(2) 2000—2018年人类活动强度呈现出“双核圈层式”的空间特征,人类活动强度高值区主要集中于成都、重庆两地,边缘地区人类活动强度较弱;(3)人类活动强度增强会导致生态系统服务价值减少,二者存在显著空间负相关,中部地区恶化明显,2000—2018年总体而言负向效应加剧。研究表明退耕还林以及植被恢复对区域生态系统恢复而言至关重要,未来应更加重视区域生态保护,制定合理规划措施,共筑城市群绿色可持续发展一体化。     

喀斯特石漠化生态系统服务价值对生态治理的响应——以贵州花江峡谷石漠化治理示范区为例

为揭示喀斯特石漠化生态系统服务功能价值对生态治理的响应,以贵州花江峡谷为例,将提供产品、涵养水源、保持土壤、土壤肥力、固碳释氧5项功能作为服务价值评估指标,选择生态治理两个时段(前期2000—2005年、后期2005—2010年),基于实测与调查数据,采用物质量和价值量相结合的方法对生态系统服务价值进行了估算。研究区10 a的生态系统类型变化过程中,发生转变的面积14.29 hm2,占总面积的27.7%。其中林分、灌丛、其他生态系统面积有所增加,而耕地、裸岩荒地面积大幅度减少。2000—2005年研究区生态系统类型发生转变的面积11.83 hm2,占土地总面积的22.9%,主要变化区域集中在河岸两侧实施退耕还林区域。2005—2010年研究区生态系统类型发生转变的面积仅占总面积的4.8%,与上一阶段相比转变强度明显降低,变化区域较为分散。研究区生态治理后系统服务价值显著增加,2000—2010年共增加9.61×107元,其中前期增额占18.2%,后期占81.8%。前期年均增长3.49×106元,后期年均增长1.57×107元,后期生态服务价值增长更为显著。其中固定CO2、释放O2价值,产品供给价值和土壤肥力都是服务价值主要组成部分。功能价值的增加一方面源于服务价值低的生态系统向服务价值高的演变(10年间研究区耕地和裸岩荒地向经济生态系统转出868.60 hm2),另一方面归功于生态系统内部服务价值的增加,其贡献率大于80%,是驱动服务价值变化的主导因素。生态治理后生态系统类型间发生明显的空间转变,转变强度、场所与所实施生态治理工程的数量、区域密切相关。治理后生态系统类型间发生转变时间响应较快(前期转变面积占总转变面积的83.0%),但主要服务功能恢复期后才大幅度增加(后期增加功能价值占总增额的81.8%),相比较服务价值变化响应有一定滞后性。     

基于土地利用变化的黄河三角洲生态服务价值损益分析

综合利用遥感和地理信息系统技术,对黄河三角洲1992－2005年间的土地利用变化进行解译判读,构建区域生态系统服务价值评价模型,对生态系统服务价值进行系统核算,量化土地利用变化对黄河三角洲生态系统服务价值的影响。结果表明：黄河三角洲区域生态系统服务价值在1992、1996、2001和2005年分别为48.75×108、49.75×108、58.18×108和 49.22×108元。滩涂地、灌草地和水域是生态系统服务价值构成中贡献最大的3种土地利用类型,占到总生态系统服务价值的80%以上。利用马尔柯夫过程对2010年的土地利用构成和生态系统服务价值进行预测,2010年区域生态系统服务价值将减少为47.77×108元。如果考虑海岸线蚀退的趋势,区域生态系统服务价值将会进一步减少。     

土地整理项目影响的评价方法及应用

土地整理项目中各类工程措施的实施,会对土地整理区域中的生态系统以及社会经济系统产生广泛而深刻的影响.分析由于土地整理项目实施所引起的变化,并量化这些变化所带来的影响,不仅可以提高土地整理的理论水平,而且可以对土地管理部门的决策提供帮助.该文选择湖北省天门市土地整理项目作为实例研究,采用GIS分析方法、综合指数模型、生态系统服务价值的评估方法分析了土地整理前后项目区土地利用类型、田块、田间道路以及灌排沟渠的变化,量化了变化所引起的影响.研究结果表明土地整理项目的实施既带来了正面的影响,也产生了负面的影响.农业生产能力指数由整理前的41.06提高到整理后的76.86,平均耕作时间由整理前的65 min/hmz减少到整理后的50 min/hm2,农户平均的田块数目由整理前的2.69块减少到整理后的1.25块,而生态系统服务价值由整理前的12.26× 106 元:年1减少到整理后的11.62×106元·年1.