基于CLUE-S模型的黑河中游土地利用情景模拟研究 ——以张掖市甘州区为例

由于传统的土地利用空间统计分析问题中存在固有的空间自相关效应,进而影响到不同土地利用类型空间分布概率模拟的精度.研究在CLUE-S模型中传统的二值Logistics回归的基础之上引入了空间自相关因子形成Autologistic回归模型,并将其用于区域土地利用情景模拟.结果表明:(1)考虑了土地利用类型空间自相关性的Autologistic回归模型在模拟土地利用空间格局时能更好地反映真实土地利用分布格局.耕地、林地、草地、水域及未利用地的空间格局拟合优度ROC值分别从0.914、0.820、0.697、0.635和0.798提高到0.924、0.892、0.766、0.716和0.835;(2)基于Autologistic回归分析的建模对CLUE-S模型的模拟精度有一定的提高.Autologistic回归分析下模拟结果的Kappa指数0.935 4大于Logistic回归模拟结果0.888 0;(3)通过模拟2020年研究区5种情景方案下土地利用格局,表明在不同情景方案下的土地利用/覆被格局存在显著的空间差异:①自然增长情景方案下,耕地的增加对于保障粮食安全有重要意义,而建设用地的扩张则会促进研究区经济建设的快速发展,但林地和草地转化为未利用地会加剧土地的退化和生态环境的恶化;②在3种水资源约束情景方案下,水资源对干旱区土地利用/覆被变化的制约非常明显,提高水资源利用率是改善干旱区生态环境的一个重要措施;③土地结构优化情景方案下土地利用比较全面地考虑到了流域粮食安全、生态保护以及经济发展等需要,具有较强的合理性;④经济发展情景方案下建设用地快速扩张,大量侵占周边耕地和草地,粮食安全会受到较大的威胁;⑤生态保护情景方案下林地、草地和水域等生态保护用地面积呈显著扩张,区域生态环境质量明显改善.     

采伐与人工更新对红壤丘陵区森林面积和地上生物量的影响模拟——以会同县磨哨林场为例

我国人工林生态系统正面临着结构退化、功能降低等问题,迫切需要通过合理的森林管理方案实施有效的管理措施加以改善。本文以湖南省会同县磨哨林场为研究区,应用生态系统过程模型PnET-II和森林景观模型LANDIS-II,采用情景模拟的方式研究未来100年低、中、高强度的采伐措施以及人工更新对森林面积和地上生物量的影响。结果表明：（1）随着采伐强度增加,人工针叶林面积持续减少、森林AGB下降幅度加大;（2）人工更新措施能够使人工针叶林面积保持稳定,促进其AGB积累,有利于人工林更新与生长;（3）对人工林采取中等强度采伐且实施伐后人工更新的管理方案有利于我国南方以杉木（Cunninghamia lanceolata）、马尾松（Pinus massoniana）为主要树种的人工林地区实现森林可持续经营。     

三峡库区社区水平乡村路网对森林景观变化的影响

人为扰动是短时空尺度内森林景观变化或用途转换的主要动力,而乡村路网则成为人为扰动拓展的主要通道。基于1992、2002、2014年三峡库区重庆市石柱县西沱镇3期遥感影像和实地调研数据,在ArcGIS平台支持下,研究社区水平乡村路网对森林景观变化的影响。结果表明：1）1992—2014年研究区乡村路网影响域内次生林、退化林地和耕地的动态变化较显著,集中分布在中西部平坦区。1992—2002年乡村路网缓冲区内森林景观整体呈退化趋势,退化类型以次生林→退化林地、次生林→耕地、退化林地→耕地为主,演化量达1 705.91 hm²;2002—2014年乡村路网缓冲区内森林景观主要呈恢复趋势,恢复类型以耕地→退化林地、耕地→次生林、退化林地→次生林和原始林→退化原始林为主,演化量达1 674.52 hm²。2）相比发现,前一时期研究区乡村路网长度的增加和路网材质的提升很大程度上驱动森林景观的退化,而后一时期低等级路段的消失、废弃或利用率的降低则有助于森林景观的恢复,消失路段恢复率近100%。3）研究有助于丰富人们对社区水平乡村路网影响森林景观变化的理解与认识,为生态文明建设中合理规划乡村路网提供科学依据。     

北部湾南流江流域土地覆盖及生物多样性模拟

以北部湾独流入海河流南流江流域为研究对象,基于研究区2000年和2015年遥感数据解译的土地利用数据以及社会经济等数据,采用CLUE-S模型对未来2030年生态保护情景、自然增长情景以及粮食安全情景的土地利用格局进行了模拟预测,在此基础上采用InVEST模型对流域过去和未来不同情景的生物多样性进行了评估,探讨了流域生物多样性的生境质量和生境退化程度.结果表明：2000~2015年南流江流域建设用地、园地、水域和未利用地呈现出增加趋势,其中建设用地的增幅最大,而耕地和林地减幅最大.流域土地系统中共存在着34种土地网络转移流关系,上游存在24种,中游20种,下游28种,耕地与建设用地、耕地与林地以及林地与园地之间的转换占到流域总土地利用变化的70.74%.CLUE-S模型模拟未来土地利用的Kappa系数达到0.86,表明模型模拟未来情景的土地利用精度满足要求.2000年、2015年、2030年生态保护情景、2030年自然增长情景以及2030年粮食安全情景流域生境质量总得分和平均得分分别为866630,900357,921055,876231,865370和0.7457,0.7747,0.7925,0.7539,0.7466.2030年3种情景的中上游和下游地区生物多样性都呈现出不同程度的改善趋势,而中游地区则表现出退化趋势.     

生态红线保护下的两江新区土地利用/覆盖情景模拟及生态价值评估

生态保护红线的划定对于维护国家和区域生态安全具有非常重要的作用,是我国在生态环境保护方面的重要举措.为分析生态保护红线划定后区域生态系统服务价值的变化情况,以重庆市两江新区为例,采用CLUE-S模型对未来的土地利用变化情况进行情景模拟,并在此基础上对各地类价值系数进行优化调整构建生态系统服务价值评估优化模型,对不同情景下的生态系统服务价值进行定量计算,分析生态系统服务价值的敏感度及变化度.结果表明:①采用CLUE-S模型对两江新区的未来土地利用进行空间模拟效果较好（Kappa系数达到0.82以上）,模型的普适性较好.②生态价值敏感度结果表明两江新区的生态系统服务价值对价值系数的变化缺乏弹性,结果的可信度高.③2020年生态保护情景下,林地的面积增加量大于自然增长情景,城镇和工矿用地则相反,生态保护红线对于城镇扩张起到了一定的约束作用.④2014年现状、2020年自然增长情景和2020年生态保护情景下的生态系统服务价值分别约为10.53×108、10.50×108和10.88×108元,两种未来情景下耕地的生态系统服务价值减少最为明显,林地、水域服务价值均表现出增加的趋势.⑤林地和水域的生态价值变化度表明其面积变化对生态系统服务价值的影响较大.研究显示,CLUE-S模型进行小区域的土地利用变化情景模拟效果较好,构建的生态系统服务价值评估优化模型计算结果的可信度较高.政府相关部门可以根据生态保护红线及生态系统服务价值评估结果,进一步优化生活、生产和生态空间,使其在城市规划、绩效考核和生态补偿中得到实际运用,在区域的经济可持续发展中起到支撑作用.      

快速城市化进程中海岛景观格局演变及驱动机制以大长山岛为例

城市化进程改变了区域的景观结构,引起了景观格局的变化。以大长山岛两期景观分布图为数据源,运用景观生态学的理论与方法,利用景观格局指数定量分析了1995~2006年景观格局的动态变化特征,在此基础上借助CA-Markov模型对大长山岛2017年景观格局进行了模拟与预测,并探讨了景观格局演变驱动机制。结果表明:大长山岛在快速城市化的进程中,景观格局演变的总规律为自然景观向人文景观转变。1995~2006年间,主要表现为农用地、草地、商业及工矿用地面积减少,园林地、水体及水利设施、居民点及公共服务和其它用地增加;而2006~2017年间,表现为农用地、草地、园林地面积减少,居民点及公共服务、水体及水利设施、商业及工矿用地和其它用地增加,但在此期间各景观类型的面积减少和增加的速度有所放缓。     

景观格局对河流水质影响的尺度效应Meta分析

景观格局决定了陆域污染物的源汇过程,是影响河流水质状况的关键因素.由于尺度效应,不同尺度下景观格局与河流水质关系的研究结果不尽相同.然而,景观格局对河流水质影响的尺度效应问题尚缺乏系统研究.收集了国内外4 041条研究数据,采用Meta分析法定量分析了不同尺度下景观格局对河流水质的作用特征,识别了影响河流水质的关键时间和空间尺度以及景观指数.结果表明,相对于降水事件、平水期和年际尺度,丰水期下景观格局对河流水质的影响最大;相对于流域尺度,缓冲区尺度的景观格局对河流水质的影响更大;丰水期-缓冲区尺度是景观格局影响河流水质的关键时空耦合尺度.与耕地、水域、草地以及流域整体景观相比,林地和城镇用地的景观格局对河流水质的影响更大;破碎度是影响河流水质最重要的景观格局因子.在河流水质治理中,应重点考虑缓冲区的景观配置,增加缓冲区林地面积、减少林地和水域的斑块密度和减少城镇用地的面积占比和聚集度,以有效保护河流水质.     

京津冀“生态系统服务转型”及其空间格局

以1980年、2000年、2015年土地利用类型、NPP和统计数据为基础,运用GIS和生态系统服务价值测算方法,分析京津冀食物生产与固碳释氧两种服务的变化及其空间格局,揭示“生态系统服务转型”的原因。结果表明:（1）35年来,京津冀土地利用变化以建设用地扩张和耕地减少为主。1980年和2000年,NPP的高值区主要位于山区,2015年NPP的高值区主要位于平原。（2）1980-2000年京津冀生态系统服务变化以食物生产服务增加与固碳释氧服务降低为主,2000-2015年京津冀以食物生产服务与固碳释氧服务同时增加为主。“生态系统服务转型”模式为“食物生产+固碳释氧–”→“食物生产+固碳释氧+”。（3）农业生产力提升、林地面积与质量和耕地质量、草地质量提升是“生态系统服务转型”的主要原因。     

林业减少源的碳排放和提高汇的碳清除方案分析

森林生态系统是重要的碳库和吸收汇,同时又是一个极易受到人类干扰而释放出二氧化碳的碳源。扩大森林面积以增加碳吸收、减少因毁林和森林退化导致的森林碳排放、增加木质林产品碳储存、保持或增加林地及景观层面的碳密度、促进木质林产品碳替代等方案是实现林业减少源的碳排放和提高汇的碳清除的主要途径。     

基于APACK的额济纳天然绿洲景观空间格局分析

基于研究区2001年Landsat7ETM+遥感影像资料,综合运用遥感与GIS技术手段,利用景观格局分析软件APACK分别从景观生态类型面积统计、景观水平指数、斑块类型水平指数及斑块类型间水平指数定量化分析了2001年额济纳天然绿洲景观空间格局特征,并结合研究区1987年和1994年的景观格局指数进一步探讨了关于格局指数间的相关性问题。研究结果表明:①研究区景观具有典型的“基质-廊道-斑块”结构特征;②研究区景观具有较高破碎化、较低多样性及粗糙质地特征,景观稳定性差;③各景观格局指数相互之间并不完全独立,有些指数之间具有明显的相关性。     

Effects of forest policy on landscape pattern of late-seral forest of the Western Olympic Peninsula,Washington

Forest harvest policies and regulations in the Pacific Northwest region of the United States have changed considerably across all land ownerships over the last 25 years, primarily in response to concerns over threatened and endangered species. For example, in July 2001, Washington State adopted new forest practice rules for private ownerships, which were aimed primarily at improving habitat for aquatic and riparian species. Before adopting the new rules, an environmental impact assessment was conducted in which three alternatives were considered in detail for their contributions to riparian habitat. Implications for upland species were not considered, although riparian protection has the potential to make contributions to habitat for obligate late-seral species.Effects of the three management alternatives were projected on private lands 200 years into the future, holding constant current practices on other lands managed for timber (federal, tribal, and state). The resulting distribution of late-seral forest across the Western Olympic Peninsula was compared. Simulations predicted that late-seral forest would cover between 39 and 48% of the landscape, well above the 8% that it currently occupies. Five to 21% of this late-seral forest would be on private lands (compared to <1% currently), and 71–85% on public lands (compared to 91% currently). Landscape pattern analysis indicated that the total amount of late-seral forest was significantly different among the three scenarios. However, there was no discernible difference in interior forest area, edge density, and mean distance between patches between a “no-action” alternative and the alternative that was ultimately adopted into rule. The most protective alternative had significantly more interior forest area and greater mean distance between patches, but it also had significantly higher edge density as a result of the linear nature of the riparian reserves and small patches of steep, unstable slopes. Our analysis framework will be useful for evaluating the effects of alternative management scenarios on landscape pattern across broad geographic areas with complex ownership.     

乡村路网对三峡库区社区水平森林结构的影响

道路作为人为扰动介质被认为是短时空尺度森林景观演化或用途转换的主要驱动力之一,体现为明显的“通道-阻隔”效应。论文以重庆市石柱县西沱镇为例,以3期遥感影像和调研数据为基础,利用ArcGIS的缓冲叠加功能,基于路网动态变化角度,从类型、林龄、起源等主要森林结构方面分析路网变化对森林结构变化的影响。结果表明：1）研究区道路数量先增加后减少,道路质量以等外公路和村级公路的改善为主。2）道路对森林景观干扰性明显。森林从类型、起源、林龄三方面在道路缓冲区内的破碎度均高于非缓冲区内的破碎度。1992—2002年及2002—2014年两个时期相比,前一时期其他灌木林、幼龄林以及萌生林大幅减少,基本表现为道路缓冲区内减少量大于非缓冲区内减少量。后一时期乔木林、中龄林以及萌生林有所增加,其他灌木林和成熟林轻微减少,其中,乔木林在道路缓冲区内增加量大于非缓冲区内增加量,中龄林及萌生林则表现为道路缓冲区内增加量弱于非缓冲区内增加量。3）道路影响域范围内,在无政策性干预条件下,道路的增加和质量的提高很大程度上导致森林景观的退化,低级路段的消失则有助于森林景观的恢复。     

东辽河流域土地利用变化对非点源污染的影响研究

采用国际前沿的SWAT模型及CLUE-S模型,基于3S技术和统计分析方法,分析了吉林省东辽河流域土地利用2000~2005年的土地利用动态变化,并借助于Logistic回归结果探讨了2000~2005年土地利用变化的驱动力空间特征;运用2000年和2005年土地利用数据,结合CLUE-S模型,模拟不同预测方案下东辽河流域未来20a土地利用变化情况.在此基础上,应用SWAT模型分别对研究区2025年2种情景下非点源污染负荷进行模拟.结果表明:不同的土地利用条件下,情景2比情景1的多年平均径流减少了12.26mm、泥沙减少了8.4×103t、溶解态氮减少了8.29kg、有机氮减少了9.49kg、总氮减少了8.4kg、溶解态磷减少了8.61kg、有机磷减少了7.18kg、总磷减少了7.18kg,情景2比情景1更能有效的控制非点源污染.     

岩溶山地撂荒地演变研究—以郎溪槽谷区为例

中国山区面积广、坡耕地比重大,耕地撂荒不仅关系到山区农地的合理利用和可持续发展政策的制定,还对生态环境问题产生影响.因此,本文以2004年、2010年、2014年、2017年朗溪槽谷遥感影像等为数据源,通过景观格局指数、缓冲区分析及结合槽谷高程分析朗溪槽谷撂荒地分布格局、演变规律、驱动机制和撂荒效应.结果得出:耕地撂荒...     

高速公路对沿途土地利用及景观格局的影响——以内蒙古省道103线蒲滩木刀口到城壕段为例

利用2002年和2006年公路建设前后的两期遥感数据,分析了公路对沿线土地利用和景观格局的影响。结果表明：公路建设使公路用地面积增加了4.10km^2,主要由侵占农业用地和沙地所导致;居民区、森林面积分别增加了1.12km^2和0.08km^2,其余土地利用类型面积有所减少;道路、居民区和森林的景观破碎化指数增加,农田、草地、灌木、沙地和水域下降;景观多样性指数增加,景观优势度降低。     

Relevance for decision making of spatially explicit,participatory scenarios for ecosystem services in an area of a high current demand

Participatory ecosystem services scenarios can be used to inform decision making on the sustainable or wise use of biodiversity and ecosystem services (ES). To establish the plausibility and coherency of the recently constructed Biscay participatory scenarios, and to analyze policy options for improving sustainability of land use and the supply of ecosystem services, a spatially explicit analysis of land cover change was carried out. The modelling used an innovative methodology which included feedback from key stakeholders. Our study showed that scenario mapping can be a way of testing the credibility and internal consistency of scenarios, and a methodology for making them more coherent; it was also useful for highlighting land use trade-offs. The sustainability analysis for the ES supply side showed the benefits of promoting two land use/cover trends in the Biscay region: (i) an increase of sustainable arable land in the valley zones to reinforce biocapacity and self-provisioning while preserving agroecosystems’ ES flow; and (ii) natural forest regeneration in mountainous and other zones to increase carbon storage and sequestration while enhancing biodiversity and other ES flows. We argue that even if already protected public agro-forest lands may be the best places to start promoting these changes, additional measures are needed to involve private landowners and guarantee changes at a landscape level. Finally, we reflect on the need to make complementary analyses of ES supply and demand as a way of contributing to a broad sustainability agenda.