基于GIS的区域生态连接度评价方法及应用

快速城市化过程使区域生态用地日益破碎,导致生物多样性不断降低,威胁土地生态安全。对快速城市化地区土地利用及规划进行生态连接度评价,并为土地管理提供决策支持,成为保障区域土地生态安全的必然选择。该文利用第二次全国土地调查数据及土地利用总体规划数据,在生态功能区识别的基础上,采用生态连接度指数对曹妃甸新区土地利用现状和规划情景进行生态连接度评价,评价土地利用对区域土地生态功能联系的影响并提出改善建议。结果表明:曹妃甸新区中等以上生态连接区域仅占曹妃甸新区的56.45%,且呈明显破碎化和孤岛化分布;在7 714.71 hm2规划新增城市用地中有2 027.25 hm2对区域生态连接度影响显著,这些区域应进行生态功能保护和提升。加强对区域重要生态用地的保护、利用现存生态资源对景观进行生态重建、强化建成区内部绿地网络建设是提高曹妃甸新区生态连接度水平的有效途径。研究成果对区域生态保护和建设工作具有重要参考价值。     

基于景观安全格局的曹妃甸新区城镇扩张研究

以景观生态学原理和方法为指导,以曹妃甸新区为研究实体,应用GIS技术对曹妃甸新区城镇扩张安全格局进行分析研究,运用景观生态安全格局理论和最小累积阻力模型,判别生物多样性保护安全格局和无生物保护约束下的城镇扩张格局及其等级分类,最后结合基本农田保护叠加构建城镇扩张安全格局。结果显示,与常规的规划方法相比,这种安全格局下的未来发展的城市空间模式,可以在保障城镇发展水平的同时协调各类用地之间的矛盾,也为未来留足了城市发展空间,为曹妃甸新区城镇用地可持续扩张提供技术支持。     

红门川流域土地利用景观动态演变及驱动力分析

为探讨首都圈水源保护区土地利用景观演变过程及其驱动因素,以密云县红门川流域为研究对象,运用景观生态学、马尔科夫模型等方法研究流域景观动态演变,结合灰色 GM(1,1)预测模型、主成分分析等方法从社会经济、自然条件与区域政策、人口3方面探讨了流域景观变化驱动力.结果表明:1990-2005年间,水域面积迅速减少和居民与工矿用地持续增加是流域景观格局变化的最明显特征;流域景观破碎度增加,不同景观类型斑块分布趋于聚集,斑块形状趋于复杂化;预测2020年流域水域面积较1990年减少67.5%,水域减少会加剧流域用水矛盾;2020年流域森林覆被率降至73.81%,但仍满足以水源涵养为目标的适宜森林覆盖率要求;降水减少是流域水域面积变化的主要原因;区域政策是林地结构发生变化的根本原因;而人口因素则是导致居民与工矿用地面积增加,未利用地、水域等向耕地转化的主要驱动力.研究结果可为该区域土地资源的可持续利用、开发和管理提供科学依据.     

曹妃甸新区土地资源优化配置与模拟

采用线性规划模型,设定生态效益和经济效益作为目标函数,在土地面积、社会经济、生态环境等方面设置约束条件,对曹妃甸新区目标年土地利用结构进行优化配置研究,并将其结果作为CA-ANN模型约束条件,模拟曹妃甸新区土地利用空间布局。研究结果:(1)曹妃甸新区优化后,沿海滩涂和盐田减少较为明显,耕地略有所减,建设用地、港口码头和林地呈现增加趋势;优化后经济效益和生态效益均有所增加。(2)运用CA-ANN模型进行空间结构优化。模拟结果在空间布局以及其他规划的衔接上较为合理,为土地资源可持续利用提供借鉴。基于线性规划的CA-ANN模型能够实现土地资源的优化配置,研究方法较为合理,拓展了土地资源优化配置研究思路。     

基于景观安全格局的曹妃甸新区生态基础设施构建研究

通过对影响曹妃甸新区景观生态安全的水文、地质灾害和海岸防护、生物多样性保护、文化遗产和游憩4种景观过程进行分析和模拟,运用最小累积阻力面模型和加权叠加方法,分别构建了单一因素的高中低3种水平的景观安全格局,进而采用析取运算(V)进行叠加,形成了曹妃甸新区3种安全水平的综合安全格局。结果显示,曹妃甸新区低、中、高3个不同安全水平的生态安全格局用地分别占研究区总面积的14.15%、42.19%、25.02%。其中低水平安全格局为城市发展提供最基本的生态系统服务,是城市发展底线,须严格保护。研究可为曹妃甸新区国际生态城建设提供参考,同时对促进中国东部沿海城市可持续发展也具有一定的参考意义。     

1986-2013年南京市土地利用/覆被景观格局时空变化及驱动力因素分析

以南京市为研究对象,采用南京市1986年、1996年、2002年、2013年的四期土地利用/覆被数据,运用景观生态学原理,借助ArcGIS软件和Fragstats软件,从土地利用类型结构、变化速度、转化关系和景观格局等方面分析南京市近30年土地利用/覆被和景观格局的时空变化状况及其驱动因素。结果表明:（1）南京市近30 a中土地利用/覆被发生了剧烈变化,耕地在整个研究区起到主导作用,其面积比例均在48%以上,但是其优势度逐渐降低,大量自然景观向人为景观转变是研究区土地利用变化最显著的特征;（2）整体景观类型变化速度都在增大,而草地和其他用地变化最为活跃,林地相对最稳定,土地利用结构处于快速调整阶段;（3）耕地的转出最大,主要转向为居民点及建设用地;（4）景观格局变化明显,破碎化程度越来越高,景观格局趋向复杂化,景观结构不稳定性增加;（5）人口增长、经济发展、区域政策和城市规划等共同推动了研究区景观格局的变化。该研究结果对于南京市的科学规划及可持续发展提供重要参考。     

基于不同种类生态安全的土地利用情景模拟

为解决中国城市化进程中日益严峻的生态和环境问题,合理确定未来土地利用结构和布局是关键,开展不同约束条件下的土地利用情景模拟研究对于科学规划和辅助决策具有重要意义。该文首先采用景观安全格局理论构建了曹妃甸新区综合生态安全格局,然后基于GIS和CA-Markov模型,提出了一种基于生态安全格局的土地利用情景模拟方法,并借助于2005年和2013年2期土地利用遥感解译图对曹妃甸新区生态安全格局保护与无生态保护2种土地利用情景下2021年的土地利用结构和布局进行了预测和模拟,结果显示,曹妃甸新区生态安全格局总面积为1 058.80km2,占区域总面积的53.53%,其中底线生态安全格局面积为312.67km2,占区域总面积的15.81%。生态安全格局保护情景下,底线生态安全格局范围内新增建设用地为0,且总生态安全格局范围内新增建设用地比无生态保护情景减少17.47km2。生态安全格局保护情景下,景观更趋于破碎化,景观的形状更趋复杂,建设用地与生态用地的分布更趋合理。该研究方法和结果可为区域城市规划和生态保护提供技术支撑和决策参考。     

基于生物多样性保护的曹妃甸新区城镇用地规划研究

随着我国经济的高速发展,用地矛盾越来越突出,土地生态安全面临着严峻挑战。如何在土地生态安全的状态下实现城镇用地的有序扩展是解决这一挑战的重要途径。以曹妃甸新区为例,以生物多样性保护为目标,运用GIS空间分析技术,建立地表景观类型最小阻力面和“源”间生态廊道,确定了关键战略点,最终构建生物多样性保护安全格局。在此基础上,结合基本农田保护规划,提出城镇空间扩展的优化战略。研究结果显示,运用景观安全格局理论能更好地完善原有规划的不足,在保障城镇发展水平的同时协调各类用地之间的冲突,为曹妃甸新区城镇用地可持续扩展提供理论支撑和技术支持。     

2003—2018年瑞兴于地区土地利用景观格局时空演变及驱动因素

为了解近15年来瑞兴于地区土地利用景观格局时空变化特征及其驱动因素,基于4期遥感影像,结合RS和GIS技术,运用土地利用动态度、土地利用转移矩阵、景观格局指数等分析了瑞兴于地区土地利用、景观格局时空演变特征,选取11项社会经济因素进行主成分分析并结合相关统计信息及政策法规分析其驱动因素。结果表明:林地是瑞兴于地区最主要的土地利用类型,约占研究区域总面积的70%,2003—2018年建设用地呈持续增加趋势,而耕地则呈持续减少趋势,草地和水域处于波动状态; 类型转换以林地与草地、草地与耕地、耕地与建设用地之间的相互转换为主,耕地是建设用地最主要的转入源; 研究区内景观破碎化程度降低,优势性提高,整体多样性及均衡性略有提高,研究区内景观类型区域均衡化、多样化发展。瑞兴于地区土地利用景观格局变化在一定程度上受到地形地貌因素的影响,主要驱动因素为经济发展、人口增加、产业结构调整以及相关政策法规的实施。     

基于适宜粒度的曹妃甸新区土地利用景观格局分析

选取适宜粒度是保证准确分析土地利用景观格局的关键。本文以曹妃甸新区为研究区,应用RS、GIS等手段并结合景观指数法,探讨景观类型比例、景观类型指数以及综合面积损失随分析粒度变化效应,确定适宜分析粒度,从景观组成形态以及景观构型两个方面分析曹妃甸新区景观格局。结果表明:部分景观指数与粒度可拟合为数学函数关系(R20.905 4),并确定适宜分析粒度域(30,50)和适宜粒度50 m;曹妃甸新区土地利用景观类型较为丰富,但无明显优势类型,要素分布较为密集,景观的破碎化程度较高,各景观类型分布极不均匀,不利于景观空间格局的维持。     

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。     

北京郊区土地利用变化及其生态效应研究

以京郊3个具有不同功能的区（县）为例,利用从1996年、2005年TM影像中获取的土地利用数据,在分析研究区近10年的土地利用变化的基础上,通过构建生态价值指数（EVI）和土地利用变化的生态价值转移率（TREV）,从土地利用变化所引起的各类型间生态价值转移的方向、幅度等方面对北京郊区土地利用变化的生态效应进行定量研究。结果表明:1996—2005年研究区的林地、草地、建设用地增加,而耕地、水域和未利用地减少,各土地利用类型的变化速度依次为建设用地 > 水域 > 耕地 > 草地 > 林地 > 未利用地;从区域看,土地利用相对变化速率从快到慢依次是城市功能拓展区（朝阳区）、城市发展新区（顺义区）、生态涵养发展区（密云县）;从类型变化看,以耕地、水域的转出和建设用地的转入为主。研究时段内研究区的生态价值指数总体呈下降的趋势,各区县的区域生态价值指数差异较大,且相对差异还在扩大,其指数下降速度从快到慢依次是朝阳区、顺义区、密云县;同时从分布变化看,EVI中值波动区减少,EVI较低区和EVI低值区增加,导致了研究区总生态价值指数有所下降。     

湟水流域近10年土地利用与景观格局演变分析

以青海省湟水流域为研究区,采用中分辨率TM影像和HJ-1卫星CCD数据,利用2000、2005、2010年3个时相的土地利用遥感解译数据,计算了森林、草地、水域、农田、城镇用地和未利用地6个一级分类的土地利用类型转移矩阵,提取了景观格局指数,在此基础上分析了土地利用变化与景观格局的演变特征。结果表明,湟水流域土地利用变化最明显的是农田、城镇用地和草地,其中农田呈持续减少态势,城镇用地和草地呈增加态势;从土地转移矩阵来看,城市扩张带来的建设用地增加是造成流域农田减少的主要原因,而草地的增加主要受益于退耕还林还草和流域生态建设等政策的实施。从景观斑块类型的变化来看,变化最大的是农田和城镇,10年期间,农田在面积减少的同时景观分离度增加,城镇用地在面积增加的同时景观聚集度增加,这说明城镇用地在由中心向外扩张的过程中,空间分布较紧凑且连接性较好;与此同时,草地的斑块个数、斑块密度呈明显减小趋势,而农田与城镇用地的斑块个数、斑块密度总体呈增加趋势,这说明人类活动的不断扩张导致了湟水流域景观破碎度增加。从景观整体水平来看,景观水平指数中边缘密度、形状指数、香农多样性指数、香农平均度指数均呈增加趋势,这说明湟水流域景观结构异质性呈增加趋势。     

汉中市土地利用变化的动态变化研究

基于汉中市1996—2010年土地利用现状变更调查数据,运用土地利用动态度模型、土地利用程度模型、空间差异模型,对汉中市14 a间土地利用的时空变化进行了详尽的分析。研究表明:汉中市耕地、未利用地面积减少,林地、牧草地、居民及工矿用地、园地和交通用地增加;研究区土地利用变化速度较缓,年变化率为0.17%,其中牧草地年变化率（2.30%）最大,耕地的年变化率也较大;2010年土地利用综合指数为215.64,土地利用程度不太高,汉中市土地利用处于调整期;研究区土地利用的多样化指数、多样性指数和均匀度指数呈下降趋势,而优势度指数则呈上升趋势,说明人类活动对景观格局有较为明显的影响。     

胶东半岛低山丘陵区景观格局变化及其社会经济驱动力研究——以山东招远市为例

以招远市为例,基于1986年和2000年两期TM影像,综合运用RS和GIS技术及景观生态学的基本原理与方法,研究胶东半岛低山丘陵区景观格局变化,并采用偏最小二乘回归模型对景观格局变化的驱动力进行定量分析。结果表明：14年间,研究区的景观格局变化显著。从景观整体尺度看,整个区域景观趋于集中化分布,景观形状更趋复杂,景观异质化程度增大,景观类型有向多元化和均衡化方向发展的趋势。从景观类型尺度看,园地面积显著增加,分布趋于集中,连通性增强;城镇用地、农村居民点及交通工矿用地类型面积增加,斑块形状趋于复杂,连通性增强;林地、水域、耕地和未利用地类型面积减少,斑块更为琐碎和分散,斑块形状变得更复杂。景观类型间主要表现为耕地,林地和未利用地向园地、城镇用地、农村居民点及交通工矿用地转移。人口增加、工矿业和果树产业迅速发展,基本建设投资扩大是景观格局变化的主要社会经济驱动因子。     

松嫩草原西部县域尺度景观格局变化及预测——以黑龙江省杜蒙县为例

景观格局变化及预测是区域土地生态利用与规划的基础理论。基于1979、1990和2004年TM／ETM遥感数据,应用遥感图像处理软件ERDAS9．1、地理信息系统软件ArcGIS9．2、景观生态学研究方法及马尔科夫过程模型,对松嫩草原西部杜蒙县1979--2004年土地利用景观格局的时空变化特征、土地利用转移概率矩阵、景观指数及景观格局变化进行分析以及动态预测。结果表明：1）草地面积1979--1990年锐减,1990--2004年呈现增加趋势,1979--1990年草地转换为农田和盐碱地,1990--2004年农田、林地、盐碱地和苇地转换为草地。2）农田面积大幅增加．1990--2004年有所回落,主要由林地、草地、苇地和滩涂等用地转入。3）苇地面积逐渐减少,主要转出为水域和盐碱地。4）盐碱地面积在增大,主要由草地、农田、建设用地及水域等地类转入。5）景观破碎度加剧,景观形状变复杂、异质性加强,景观趋于不稳定的趋势。6）马尔科夫模型对研究区未来土地利用景观变化预测结果表明,今后一个时期内,农田、草地、水域、苇地等用地面积将逐渐减小,林地、建设用地、盐碱地及滩涂地面积将逐渐增加,由土地利用格局变化引起的生态环境问题将会更加突出。     

蒙阴县土地利用景观格局动态分析

为了解蒙阴县土地利用景观格局的动态变化特征,基于1987年和2007年两个典型时期的遥感影像,运用RegionManager 5.5、Arc GIS等地理信息系统,在Fragstats 3.3软件支持下提取了部分景观指数,对研究区景观格局动态进行了分析。结果表明：（1）2007年蒙阴县的景观类型以耕地、林地、草地为主,植被覆盖率高,各景观类型间所占比例差异较小,结构较均匀。（2）1987-2007年的20a间该区土地利用景观结构发生了明显变化,林地、城镇村及工矿交通用地面积增加,耕地等其他用地面积减少;斑块形状逐渐趋向复杂化,破碎化程度加剧。（3）由于人为活动的加剧,研究区的生态环境尤其难以维持其稳定态。因此,加大景观格局的动态监测可以进一步指导区域的土地利用规划,为其生态环境保护提供参考。     

基于省域尺度的中国城市住宅用地扩张演变过程研究

为探讨我国城市住宅用地扩张演进规律并对其合理利用进行有效调控,该文基于统计年鉴数据,利用空间分析和计量分析方法,分析了我国住宅用地利用总体变化态势,并引入4个测度参数对我国1996-2007年城市住宅用地扩张时空演变进行系统分省区定量研究。结果表明:（1）住宅用地扩张总体变化呈现“三阶段”模式特征;住宅用地利用变化需要国家宏观调控政策的有效积极干预;（2）住宅用地利用区域分异特征明显,利用水平呈现多样性;（3）区域住宅用地利用变化幅度与其相对应的用地比重基本上呈正向关系;（4）住宅用地扩展所占贡献率较高的区域主要位于华东地区及中南地区。研究建议我国未来住宅建设用地调控应适度考虑区域差异。     

基于遥感的矿业用地演变规律分析

矿业集聚区内的矿业用地分布直接关系到区域土地利用安全格局。该文以武安市为例,以1996年、2006年TM图为数据源,采用遥感资料自动识别软件（ENVI）和人工目视解译相结合的方法,利用ARC/INFO软件提取土地利用类型动态变化矩阵反映土地利用面积变化,表明区域内变化率最大的用地类型是工矿用地;通过景观分析软件FRAGSTATS3.3获取土地利用景观指数,表明工矿景观要素在区域中所起的作用在增加,各类用地分布的复杂程度提高,总体景观格局离散程度与变化幅度有限,矿业用地与矿产资源分布的总体集聚性非常强。     

秦岭北麓城市新兴开发区生态系统服务价值变化

[目的]选取秦岭北麓典型城市区域陕西省西安市浐灞生态区为研究对象,从景观格局变化、生态服务价值两方面分析城市新区建设及可持续性,以期为城市生态建设提供决策参考。[方法]以遥感数据为基础,对研究区土地利用类型和景观格局进行定量分析,研究城市新区尺度下的景观生态系统和生态服务价值变化特征。[结果](1)2004—2014年,浐灞生态区城乡转换特征明显,农业景观比重显著降低,建设用地景观增幅达88.2%,生态景观增幅高达201.5%以上,区域"生态含量"明显提高。(2)生态服务价值以农田、绿地和水体景观变化较为明显,其中农田生态服务价值损失近65%,到2014年全区85%以上的生态服务价值来自于绿地和水体景观。[结论]浐灞生态区10a间生态用地动态变化强烈且持续,城市生态服务价值增加明显,反映该区在保障城市化建设的同时,有效且显著提高了环境质量,其生态建设政策有利于区域生态系统的建设和发展。