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。     

转型背景下城乡建设用地演变特征及驱动力——以江西省为例

科学厘清城市与乡村建设用地不同演变模式及其驱动力差异对于统筹城乡土地资源配置具有重要意义。选取江西省为案例区,以城乡建设用地矢量数据为基础,综合运用数理统计、空间分析和土地利用转移网络等研究方法,定量分析了城乡建设用地的时空演化特征及其驱动机制。结果显示:(1)江西省城镇用地与农村居民点面积呈现"双增"态势,城镇用地扩张速度快于农村居民点面积增长速度,城镇用地集聚特征明显,农村居民点散乱化特征突出。(2)城乡建设用地增量扩张型区域均占据主导地位,城乡建设用地增减变化具有显著地域差异。(3)既有城镇用地性质相对稳固,新增用地来源较为广泛,而新增农村居民点主要来源于耕地。(4)尝试从市场层面和政策层面探究城乡建设用地变化的驱动力差异,发现在城乡土地资源二元化制度安排下,市场力和政策力对城乡建设用地的驱动作用表现出明显差异性。     

基于Markov-FLUS模型的广西土地利用变化模拟预测

耕地保护是确保粮食安全和社会经济稳定的头等大事,土地利用变化预测分析则是调整耕地保护政策的重要依据。为了探究广西耕地保护工作成效、促进土地资源合理配置,围绕耕地保护,运用Markov-FLUS模型,分别基于非限制性与耕地保护两类情景,预测2025年广西土地利用数量及空间变化状况,对比了两类情景下耕地变化差异。结果表明:(1)广西城市建设效果明显,2005—2015年,城镇用地、交通基础设施用地等其他建设用地面积增长了893 km²,增长率达77.25%。两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,城镇用地面积均保持增长趋势,但耕地保护情景下,其扩张速度受到限制;(2)广西生态保护成效良好,两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,林地、草地、水域等生态用地面积均保持增长趋势;(3)广西耕地保护任重道远,2005—2015年,耕地面积减少626 km²,两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,耕地面积均延续减少趋势。但耕地保护情景下,耕地面积减少态势得到一定程度遏止;(4)不同发展阶段,影响广西耕地保护的主导因素各异:2005—2015年,交通道路等基础设施建设是影响广西耕地保护的主要因素; 2015—2025年,随着社会经济加速发展,南宁市、桂林市、柳州市以及“钦北防”沿海城市建设用地的扩张和桂西北、桂南地区林业用地的增长,将成为广西耕地减少的主要原因。     

基于Logistic回归模型的土地利用格局模拟分析——以新疆吐鲁番市为例

土地利用/土地覆被变化(LUCC)是当前研究全球变化的重要内容,而区域土地利用格局模型模拟是LUCC研究的核心内容之一.本文采用2005年吐鲁番市土地利用现状图,将其转化为grid格式,将土地利用类型分为:耕地、园地、林地、草地、城镇用地、农村居民点用地、独立工矿用地、未利用地、其他用地.运用Logistic回归分析的方法,选择了对该地区土地利用/覆盖变化有重要贡献的12种驱动因子,在ArcView中进行空间分析,生成驱动力文件,利用SPSS 13.0的Logistic regression功能分析每种驱动力的权重(β值),建立logistic回归模型,并使用ROC方法对所有回归模型的拟合优度进行了检验,采用GIS软件绘制研究区土地利用格局卒间分布的经验统计概率图.ROC检验结果显示,各种土地类型的拟合度分别为:耕地0.934,园地0.915,林地0.858,草地0.793,城镇用地0.999,农村居民点用地0.929,独立工矿用地0.874,未利用地0.816,其他用地0.762.拟和度均大于0.75,拟和度较好.研究结果揭示了居民点、道路、渠系和地形分布等因素对研究地区土地利用格局形成与演变的重要决定作用,这为进一步研究吐鲁番市未来的土地利用动态变化情景奠定了基础,同时也可为该市的土地利用管理提供科学依据.     

基于CLUE-S模型的矿业城市土地利用格局情景模拟

运用CLUE-S模型对典型矿业城市——双鸭山市辖区进行未来土地利用模拟,基于遥感和地理信息系统技术,通过设定趋势发展、耕地保护、经济建设和生态保护4种情景,模拟了2025年当地不同情景下土地利用变化情况,结果表明:各土地利用类型均通过ROC检验,回归方程拟合程度高。1995年和2005年模拟正确比例分别为88.15%和92.10%,Kappa系数均超过0.75,准确率达到可信的效果。各情景土地利用模拟结果差异明显,在趋势发展下,耕地和其他用地面积持续较少,建设用地增长幅度最大;耕地保护情景下,耕地仍保持下降态势,但速度明显下降,建设用地和工矿用地的扩张趋势有所抑制;经济发展情景下,建设用地面积增长速度显著上升,将大量侵占其周边的耕地和园林地,工矿用地面积增长幅度最大;生态保护情景下,耕地、其他用地和工矿用地面积以不同程度趋势下降,园林地和水域用地面积显著增加。研究结果为当地相关规划的合理编制及土地资源保护提供了参考依据。     

基于灰色模型-元胞自动机模型的佛山市土地利用情景模拟分析

通过模拟土地利用变化情景,了解土地利用变化趋势,可为制定科学的土地利用管理策略提供支持,根据近年来建设用地扩张在佛山市土地利用类型变化中占主导地位的特点,选择灰色模型作为数量模型,元胞自动机模型作为空间模型,设定3种建设用地扩张情景:适度约束、中度约束和强力约束,结合数量模型和空间模型的优点,模拟2015年土地利用空间布局。研究结果表明:在设定的3种建设用地扩张情景下,建设用地增加的面积分别为278.3、216.5和154.6km2,相应来源于耕地的比率分别为42.28%、48.38%和55.96%,说明耕地仍然是建设用地增加的主要来源,也即耕地保护和经济发展的矛盾将会进一步增大,可为政府和土地管理部门制定政策提供一定的参考,从而采取更有针对性的措施。     

基于IPAT-S脚本语言的土地利用情景分析及其应用

建立一种土地利用情景分析方法,该方法以土地利用转换系统最小变动为原则,对不同土地利用的情景设置,利用线性目标优化的Markov链方法生成逐年土地利用面积转换矩阵和各土地利用类型面积。IPAT-S脚本语言实现了上述方法,并提供了上述方法与土地利用空间格局模拟进行耦合的接口。应用上述方法对海淀区2002～2015年土地利用变化进行了多情景分析,结果表明不同的土地利用情景设置对土地利用结构具有明显影响,城镇和工矿用地的集约度对耕地和园地面积的缩减速度具有决定性的作用。     

快速城市化地区土地利用变化研究——以广东省东莞市为例

以东莞市为研究区域,利用1988年、1995年、1998年、2002年和2005年5期不同时相的Landsat TM/ETM+遥感影像,从土地利用变化幅度、土地利用变化速率、土地利用重心转移和土地利用变化空间分异特征四方面探讨了研究区的土地利用变化。结果表明:(1)1988—2005年,东莞市土地利用变化总的态势是耕地大幅减少、城镇用地迅速扩张,大量的农业用地转化为城镇用地,城镇用地快速扩张和耕地大量流失是研究区土地利用变化的主要特征。(2)从土地利用变化的空间特征来看,各土地利用类型重心的转移距离都较大,且农业用地的重心转移方向和城镇用地重心转移方向大致相反;耕地分布的空间正相关性明显减弱,城镇用地分布的空间正相关性明显增强。     

基于Logistic-CA-Markov耦合模型的彬州市LUCC多情景模拟

土地利用变化多情景模拟可为区域的土地规划、生态城市建设和区域生态环境保护提供科学的参考依据。基于彬州市2009年和2019年土地利用数据,运用GIS软件空间分析功能和土地利用动态模型对研究区土地利用变化进行时空分析,从自然因素和社会经济因素中选取7种驱动因子,用Logistic模型进行回归分析,再运用Logistic-CA-Markov耦合模型,以研究区2009年土地利用为基期,模拟2019年土地利用变化并对预测结果精度验证。最后以2019年为基期数据,在自然发展、生态保护和限制城市过度开发3种情景下,预测了2029年研究区土地利用类型的空间格局。结果表明:研究区10年间的土地利用综合动态度为5.57%,土地利用变化显著; 驱动因子的回归分析通过有效性检验,预测2019年土地利用变化的Kappa系数值为0.761 2,预测结果可信。在自然发展情景下,2029年彬州市建设用地面积增长40.54%,耕地和水域面积分别减少27.31%,3.84%,或对研究区的生态平衡造成威胁; 在生态保护和限制城市过度开发两种情景下,建设用地面积得到控制,水域、耕地等生态用地得到保护,有利于彬州市的可持续发展。     

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。     

考虑农村建筑安全性的居民点整理潜力界定及估算方法研究

目前推广运用的农村居民点整理潜力定义和测算方法不能测算危房改造潜力,无法满足当前农村居民点整理的要求。针对上述问题,该文首先从农村居民点和农村居民点整理的定义出发,运用推理分析法重新界定了农村居民点整理潜力;然后根据研究区居民点空心化成因,提出了基于居民点用地分类的整理潜力测算方法,居民点用地分为3级,一级依据用途分为5类,二级依据建筑设施安全性分为安全、不安全、无使用功能3类,三级依据利用状况分为使用、闲置、废弃3类;将不安全、无使用功能的二级用地和其他建设用地中的未利用地和边角地定义为整理潜力,并将用于居民点用地的潜力定义为改善生存条件潜力,其余潜力定义为土地利用扩展潜力,再根据整理的难度,将不安全使用类用地的潜力定义为难实现潜力,其余潜力定义为易实现潜力;最后运用该方法测算了下吐京村的居民点整理潜力。结果表明:该村有居民点整理潜力10.66 hm~2,改善生存条件潜力0.76 hm~2,土地利用扩展潜力9.90 hm~2,易实现潜力8.19 hm~2,难实现潜力2.47 hm~2。该文提出的农村居民点整理潜力定义和测算方法可以测算危房改造潜力,依据测算结果进行农村居民点整理,可实现农村危房改造和空心村整理。     

基于多元国土空间整治情景模拟的生态系统服务功能分区

生态系统服务功能分区是科学管理生态系统的重要手段。国土空间整治能够通过综合治理闲置、低效和生态退化国土资源,改变国土空间结构与布局,从而对生态系统功能产生影响。现有研究较少关注土地整治措施对未来生态系统服务空间集聚模式的潜在影响作用,整治措施的生态导向性有待提升。因此,该研究以山东招远市为例,设计了基准情景、废弃矿区修复情景以及城乡建设用地整治情景,定量化预测生态系统服务变化特征,并运用模糊C均值聚类算法开展生态系统功能区划定。结果表明,整治情景下土地利用数量结构变化显著,各生态系统服务能力均有所提升。全域可以划分为生态综合区、生境保育区、固碳释氧区、固碳产粮区、生态维护区5个生态功能区。与基准情景相比,废弃矿区修复情景下各生态功能区60%生态系统服务水平持平,28%处于劣势,仅12%显著提升。城乡建设用地整治则能够显著提升全域自然娱乐能力,总体增长了1.89%。生境保育区的水源涵养和粮食生产能力平均值分别增加了0.25和0.10,固碳释氧区的生境质量、水源涵养能力分别增长了20.69%和100%。研究表明全面提升生态系统多功能性需要综合开展多元的国土空间整治措施。     

黄土丘陵沟壑区沟道农业生产功能空间演变特征及其启示

基于5期遥感影像和实地调研数据,定量分析黄土高原延安碾庄流域1985－2018 年乡村转型发展进程中农业生产功能时空演变规律。结果表明：1）沟道农业生产功能定量诊断体系和监测模型可有效识别沟道农业生产功能空间格局以及经济社会与资源生态多重导向的多元演化路径。2）研究区沟道农业功能空间由传统向现代生产主导功能转向,2012 年为沟道生产功能转型拐点。沟道传统农业生产功能特征为“小幅扩增—相对平稳—急剧缩减”,沟道现代农业生产功能演变则呈现“相对平稳—小幅扩增—急剧增加”的阶段特征,且功能多样性不断增加。3）整体上沟道传统农业生产功能空间范围和强度值呈减少趋势,现代沟道农业生产为主的功能空间不断扩张,主导方向发生转变;局部微观上传统农业生产功能以流域城镇所在地为中心呈同心带状缩减。4）新时期黄土丘陵沟壑区沟道农业高质量发展的核心目标在于推进“四转”,全面构建“三循环”模式,推进形成黄土高原产业内循环及其与黄河流域双循环互促共进发展的新格局,深入探究优化农业生产方式和创新经营管理模式的新动能、新途径。研究结果提供了黄土高原典型流域农业功能转型微观案例,对区域土地资源优化配置及乡村转型高质量发展具有启示意义。     

气候情景下典型开垦与退耕区耕地动态变化的定量模拟

全球气候变化是当前关注的热点问题,研究气候情景下中国典型开垦与退耕区耕地动态变化对保障中国粮食安全具有重要意义。该研究以东北地区作为典型区,基于设计的土地利用规划情景和RCPs（representative concentration pathways）气候情景,采用土地利用变化动态（DLS,dynamics of land system）模型模拟了在规划情景和RCPs气候情景下开垦与退耕区2010－2030年耕地的空间分布格局,分析不同耕地类型未来的变化趋势。研究结果表明：规划情景下水田呈持续减少的态势,而旱田在2000－2010年有小幅增长的态势,而后出现大面积减少;AIM（Asia-Pacific integrated model）气候模式情景下旱田增长趋势也较明显,水田则保持小幅减少的态势;MESSAGE（model for energy supply strategy alternatives and their general environmental impact）气候模式情景下,耕地面积呈减少的态势。从不同用地类型之间的转移分析得出,该区域开垦与退耕相逆的现象在未来情景下仍会延续,但是发生的频率却随时间的推移逐渐降低。该研究为开垦与退耕区应对气候变化,合理进行农业规划和耕地保护提供参考。     

基于地理空间适宜性指数自相关的农村居民点整理分区

农村居民点整理是提高建设用地节约集约利用水平的重要手段,为研究基于地理空间属性的区域农村居民点差异化整理方向和模式,提高整理效率,该文以甘肃省临夏县北塬地区为例,从农村居民点地理环境、空间区位、空间分布和空间形态4个方面构建居民点整理地理空间适宜性评价指标体系,通过对各指标标准化值加权求和并进行空间自相关分析,获取适宜性程度的空间聚集特征并结合各行政村超标可整理面积进行农村居民点整理分区,针对不同分区特征提出差异化的整理方向和模式。结果表明：1）地理空间适宜性值为32.093～85.226,空间分异明显,指标体系可较好地反映区域农村居民点地理空间属性差异;2）全局Moran指数为0.66,在0.01显著水平上极显著,呈显著正空间自相关性,LISA 图显示只存在显著高高、低低聚集,与全局分析一致;3）分区划为优先整理区、次级整理区、并点整理区和选择性整理区,包含空间聚集特征,可较好地识别居民点整理适宜性和整理效益差异。研究可为农村居民点整理实践作参考,为农村居民点整理分区研究提供新的思路和方法。     

基于生态敏感性分析的江川区土地利用空间格局优化配置

为优化江川区土地利用空间格局,促进土地可持续发展,该文以云南省玉溪市江川区为研究区,将CLUE-S（conversion of land use and its effects at small region extent）模型和生态敏感性分析应用于江川区土地利用空间格局优化配置。以高度敏感区为CLUE-S模型中区域约束文件,突出研究区生态保护重点区域,并以综合生态敏感性分区为影响研究区土地利用变化的驱动力因子,提出一种将生态敏感性融入土地利用空间格局优化配置的过程和结果中的土地利用情景模拟方法,并借助2006年和2016年土地利用数据对江川区自然发展情景和土地生态优化情景2种模式下2025年的土地利用空间格局进行优化配置,并基于生态敏感性分区对优化配置模拟结果进行对比分析。结果表明：2种情景下2025年江川区土地利用格局既有共同特征也存在差异。在2种情景下均有效的保护了原有林地、耕地、未利用地和建设用地格局,但新增林地、草地等空间分布格局不同。根据2025年2种情景与2016年土地利用现状在不同敏感性区内主要土地利用类型分布情况表明,情景二土地利用空间格局优于自然发展情景和2016年土地利用现状。研究结果认为土地生态优化情景更为合理,该结果可为江川区生态保护和城镇发展提供参考。     

乡镇规划调控下的农村居民点空间布局优化

为科学确定农村居民点空间布局优化类型,有效指导农村居民点空间布局优化及新农村建设实践。该文以武川县可可以力更镇为例,在乡镇规划调控的前提下,按农村居民点不同演化方向,将位于城镇建设用地扩展边界范围内的农村居民点确定为城镇化型,位于扩展边界范围外的农村居民点确定为非城镇化型。针对城镇化型农村居民点,因其未来演化方向而将其空间布局优化类型确定为社区化管理型;针对非城镇化型农村居民点,从乡镇总规协调度、生产生活便利度、居民点活跃度3大方面构建农村居民点斑块综合影响力评价指标体系,评价其综合影响力,并据此将其空间布局优化类型划分为综合发展潜力型、原地整治保持型、迁村并点扶持型3类。结果表明,可可以力更镇确定为社区化管理型的农村居民点6个,面积15.29 hm2;综合发展潜力型46个,面积178.28 hm2;原地整治保持型53个,面积189.20 hm2;迁村并点扶持型40个,面积141.22 hm2,并针对4种农村居民点空间布局优化类型提出较为具体的优化方案。研究结果符合可可以力更镇实际情况,能为农村居民点空间布局优化与整治提供新的思路。     

不同空间约束条件下的城镇土地利用变化多预案模拟

为研究不同预案下辛庄镇未来几十年的土地利用变化情况,基于高分辨率遥感影像获取辛庄镇四期土地利用历史数据,结合GIS空间分析技术,从城镇土地利用发展趋势、耕地保护和生态安全角度设计了目前趋势发展、城镇规划和基本农田保护、生态环境保护3种预案,对研究区土地利用变化进行相应约束,利用CLUE-S模型模拟不同预案下辛庄镇未来20 a土地利用变化过程,并从时空特征、空间格局和生态风险等方面对不同预案下的土地利用预测结果进行比较分析。结果表明,在设计的3种预案下,未来的村镇建设用地均将持续增加,其中目前趋势发展预案尤为显著,并以消耗大量的耕地资源为代价。不同预案下的土地利用变化特征、景观格局和生态安全存在明显的分异特征,综合比较结果表明城镇规划和基本农田保护预案是辛庄镇未来土地利用变化的推荐预案。CLUE-S模型模拟结果能较好地反映不同约束条件下的未来土地利用变化以及潜在生态风险,基于该模型的预案设计和空间模拟方法可很好地辅助土地利用规划决策。     

农村居民点整理后耕地质量评价与应用

农村居民点整理作为耕地占补平衡的一项重要途径,其补充耕地应统筹质量与数量。该文以北京市平谷区为例,利用农用地分等方法与数据,辅助于GIS空间分析功能与邻域替代法,评价了农村居民点整理后耕地质量等别,将研究成果应用于农村居民点整理规划,核算了规划补充耕地的生产能力,探讨了规划实施的目标设定、时空安排与关键性工程措施。研究表明,全区农村居民点整理后耕地自然质量分值在0.3910～0.9745之间,划分为5个等别,可实现单产浮动区间为5769～12758kg/hm2;平谷区农村居民点整理规划中拆迁农村居民点面积为2442.60hm2,适宜整理为耕地的面积为1922.07hm2,整理后一等耕地到五等耕地分别占12.75%、21.69%、40.54%、15.36%和9.66%;近期优先整理Ⅰ级区,推进耕地规模化经营与用养结合,中期重点整理Ⅱ级区,加强培肥地力和农田水利工程建设,远期适度整理Ⅲ级区和Ⅳ级区,需长期开展山地土地平整和生态保护工程建设。该研究尝试将农用地分等理论与方法应用于农村居民点整理研究,以期为耕地占补"双平衡"的实践与管理提供科学依据。