沂河流域土地利用时空变化图谱特征分析

基于沂河流域1995年、2005年和2015年土地利用空间数据,运用地学信息图谱方法构建1995-2005年和2005-2015年两个时序单元的土地利用转移图谱和涨落势图谱,分析了沂河流域近20年来的土地利用时空变化规律及发展过程。结果表明：（1）1995-2015年,沂河流域土地利用结构以耕地和林地为主,其中耕地和草地减少,林地和建设用地增加是主要变化趋势。（2）土地利用转移图谱以耕地与林地、草地之间的相互转换以及建设用地占用耕地为主,林地、草地转变为耕地主要发生在费县和平邑县中部地势平缓的山前平原,耕地转变为林地、草地则主要分布于研究区北部和西南部土壤侵蚀较为严重的山区,耕地转变为建设用地主要集中在各县市城区周边经济相对发达的区域。两个时序单元中,发生变化的主要图谱单元类型及面积存在显著差异,2005-2015年土地利用发生转换的空间进一步扩张。（3）土地利用涨势图谱中新增耕地面积最大,占新增面积的比例为33.87%;落势图谱中耕地萎缩面积最大,占萎缩面积的比例为51.38%。两个时序单元中,各县市涨落势图谱变化存在明显差异。该研究可为沂河流域土地资源的可持续利用及生态建设提供科学依据。     

1995～2000年河西走廊土地利用变化研究

目前,人类面临的许多环境问题都与土地利用/覆被变化有关。利用1995和2000年两个时期的Landsat5的4、3、2(RGB)波段合成影像的解译结果,采用中国科学院资源环境数据库中的全国1∶100000土地资源利用分类系统,基于GIS软件平台ArcInfo7.1中文版对河西走廊近5年来的土地利用变化进行了研究。结果表明,近5年来,河西走廊发生了大规模的土地利用变化:①土地利用类型斑块数量和总边缘长度基本呈增加之势,表明研究区内景观的破碎程度增加;②土地利用结构变化表现出耕地、林地和建设用地有明显增加,水域、草地和未利用地都呈减少趋势,反映出区域城镇化进程的加快和生态环境恶化的趋势;③土地利用变化的区域差异明显,表现为地处河西走廊西段的酒(泉)嘉(峪关)地区以耕地、林地、水域和建设用地增加,未利用地和草地减少为主要变化特点,走廊中段的张掖市以耕地、林地和建设用地增加,草地、水域和未利用地减少为主要变化特点,走廊东段的武(威)金(昌)地区以耕地和建设用地增加,草地和水域减少为主要变化特点。     

江苏沿海地区耕地利用转型及其生态系统服务价值变化响应

论文以江苏沿海地区1990、2000和2010年3期土地利用空间数据为基础,在GIS、地学信息图谱理论和Costanza等生态系统服务价值测算方法的支持下合成时间序列表征下的耕地利用转型图谱、耕地利用转型模式图谱和生态系统服务价值图谱,据此揭示江苏沿海地区耕地转型时空变化特征及其生态系统服务价值变化响应规律。结果表明：1）1990-2000年阶段耕地以建设用地、水域和林地占用为主,补充耕地来源除建设用地、水域和林地外,还包括了草地,耕地占用大于补充。空间差异以“耕地→建设用地”、“草地→耕地”最为明显,空间分离度低。2）2000-2010年阶段耕地占用的去向增加了未利用地,草地仍是主要的耕地补充来源。空间上以“耕地→建设用地”和“耕地→水域”图谱变化最为显著,空间分离度变大。3）1990-2010年耕地利用转型模式以后期变化最为显著。4）近20 a间,江苏沿海生态系统服务总价值由170.85×10⁸元提升为182.23×10⁸元,水域是提高生态系统服务价值最主要的贡献类型。耕地利用转型导致耕地的生态系统服务价值降低,“耕地→建设用地”是最主要的生态减值图谱 类型。     

干旱区绿洲内城市(镇)扩展的空间辐射效应

近几十年来,干旱绿洲区城镇村居民用地的增加加剧了相邻区域土地利用/覆被的变化。以甘州区、临泽县城和高台县城1985年的城市(镇)空间域为辐射核心,在辐射半径不相交的条件下,以间隔2 km为辐射半径,采用GS技术中的缓冲分析对黑河中游张掖绿洲1985、1995和2006年3个时期的土地利用/覆被时空变化进行了分析。结果表明:张掖绿洲的土地利用/覆被变化以农田和城镇村居民用地增加、草地和未利用土地减少为主要特点。在空间尺度上,农田和城镇村居民用地随离核心城镇区的距离的增加而减少,而草地和未利用土地则相反。在时间尺度上,农田和城镇村居民用地在不同的时间段都呈增加的趋势,其中农田的增加主要在辐射距离10 km的范围,城镇村居民用地的增加主要在辐射距离4 km的范围;而林地、草地、水域和未利用土地基本呈降低的趋势,但是在1985—1995年间林地、水域和未利用土地在距离核心区6~8 km和12~14 km内也有增加。从土地流转特点来看,绿洲内部城镇扩展是以农田、草地和林地转换为城镇村居民用地为主,这一变化趋势随距离城市核心区的距离增加而逐渐降低。     

近20a三峡库区农林地利用变化图谱特征分析

土地利用变化图谱单元能够把表示"空间单元特征的图"与表示"时间发展之起点与过程的谱"合为一体,并建立起空间—属性—过程一体化数据信息。论文以TM/ETM影像为空间数据源,构建三峡库区1990—2000年和2000—2010年两个阶段农林地利用变化信息图谱,以及融合1990、2000、2010年这三个时期土地利用现状的变化模式图谱,以探讨库区近20 a来的农林用地变化轨迹和特征规律。结果表明:1 1990—2000年阶段的农林地利用变化图谱主要以农林地间及其和草地互换、建设用地占用农林地的图谱单元类型为主。空间差异上最为显著的是"耕地→建设用地(编码15)"、"草地→林地(编码32)"和"林地→草地(编码23)",空间分离度较低。2 2000—2010年阶段的农林地利用变化图谱单元分离度增大,农林地利用发生转换空间进一步扩张。最显著变化的是"耕地→林地(编码12)"和"耕地→建设用地(编码15)"图谱单元类型,其次是农林地转换为水域图谱类型(编码14和24)的面积增大。3库区农林地利用变化模式以前期变化型和后期变化型为主,反复变化型和持续变化型发生概率较小,库区农林地利用的转换具有明显的时间阶段性特征。     

基于地貌类型单元的京津冀近10a土地覆被变化研究

基于资源与环境信息系统国家重点实验室提供的2000、2005、2010年京津冀土地覆被数据和1:100万数字地貌数据,研究2000—2010年间京津冀不同地貌类型单元下土地覆被的时空分异特征,挖掘土地覆被变化主导程度、叠合度、动态度在不同地貌类型单元下的变化规律,进一步探讨不同地貌类型单元下的土地覆被变化。结果表明:京津冀以耕地转变为城镇用地为主,平原、台地和丘陵城镇扩张加剧,耕地缩减明显;不同地貌类型单元的土地覆被总体变化差异较大,平原、丘陵和小起伏山地的变化较剧烈;林地和草地初期不断扩张,以平原、大起伏山地和丘陵最为典型,后期变化不明显。最后讨论了基于地貌类型单元研究京津冀地区土地覆被变化的意义,并提出探究地貌与土地覆被变化内在联系的建议。     

多情景下鄱阳湖滨湖区生态系统服务价值预测

生态系统服务价值（ESV）是区域生态福祉的重要测度指标,探析ESV演变规律对区域生态保护政策制定和绿色发展具有重要参考意义。该研究以鄱阳湖滨湖区为研究区域,基于1990、2000、2010与2018年的土地利用数据,采用当量因子法对ESV进行评估,探究土地利用变化对其ESV的影响,并借助FLUS模型设置基准情景与生态保护情景,分析2026年与2034年不同情景下研究区ESV的差异。结果表明：（1）1990-2018年,鄱阳湖滨湖区建设用地和水域面积整体呈增长趋势,耕地、林地、草地与未利用地面积均呈减少趋势。（2）研究期内生态系统服务价值总量增加了21.43亿元,总体呈现波动增长的趋势。（3）基准情景下,与2018年土地利用情况相比较,预测年份耕地、林地与未利用地面积减少,建设用地、水域与草地面积增加,建设用地的增长幅度最大。2026年及2034年的ESV较2018年分别减少21.13亿元和41.38亿元。（4）生态优化情景下,与基准情景相比较,建设用地扩张放缓,林地和未利用地面积有所增长。2026年及2034年研究区生态系统总价值为2 790.98亿元和2 792.43亿元,较基准情景...     

中国土地资源退化时空变化分析

在GIS技术的支持下,利用土地利用现状变更调查数据(1991～2003年),在辨析土地资源退化定义和分类基础上,将土地资源退化分为沙漠化、石漠化、次生盐渍化、非农建设用地占用、森林砍伐、天然草地退化和湿地萎缩7大过程.通过全面分析这些退化过程的动态变化和空间分布,揭示出中国土地资源退化的整体态势和时空变化规律.结果表明:①我国土地资源退化总体态势较为严重,尽管部分改善,但总体恶化;土地资源总体退化指数呈增加趋势,其中非农建设用地占用和湿地萎缩过程指数变化最为明显,造成土地资源退化程度最为严重.②土地资源退化集中于天然草地退化和非农建设占用过程,占66.27%,土地资源改善主要是沙漠化治理和森林恢复过程,占57.5%.③土地沙漠化和石漠化过程发生了逆转,面积总计减少了约15 578km2,但我国沙漠化治理过程主要分布在生态脆弱的西北部地区,而东部地区,尤其是江河流域沿线地区,沙漠化土地面积正在不断扩大.④约60%的非农建设用地增加来源于耕地占用,其中70%以上分布在东北、华北和沿海地区等高产粮区,严重威胁到我国的粮食安全.⑤耕地的损失必然造成土地开发复垦压力的增加,随之而来的大量生态用地被开垦为农田,如湿地资源退化面积的50%以上转化为耕地.这些分析和评价结果将为我国制定土地资源退化治理和保护对策提供科学依据.     

近40 a秦岭生境质量时空变化特征及驱动机制

运用InVEST模型,研究秦岭生境质量时空变化及驱动机制,以期为秦岭生态文明建设与秦岭区域可持续发展提供理论依据。结果表明：秦岭土地利用方式以林地和草地为主,主要分布于中、西部,耕地与建设用地主要分布在东、南部。人类对秦岭干扰程度在2000年后开始增加,土地利用变幅超过总面积的2%。1980年、1990年、2000年、2010年、2020年,秦岭的平均生境质量（范围0—?1）分别为0.7592、0.7594、0.7586、0.7585、0.7617,均处于“较高”等级。空间分布上,秦岭生境质量中、西部等级高,而东、南部等级低。在像元尺度上,秦岭生境质量较为稳定,显著变化的区域面积仅为2.74%。显著升高的区域主要集中在西南部略阳、勉县等区县,显著降低的区域主要集中在东部的洛南、商州等区县。秦岭的生境质量表现出显著的空间集聚特征,21世纪后,秦岭高质量生境集聚区域面积扩张,低质量的生境集聚区域面积降低。土地利用程度是影响秦岭生境质量最大的驱动因子,与之呈现显著的负相关关系,且影响范围分布于全域。秦岭生境质量的降低源于人类活动引起生境威胁源——建设用地与耕地的扩张,而生境质量的升高可能源于...     

基于土地利用变更调查的2010-2016年新疆尉犁县生态系统碳储量时空变化

为全面认识干旱区不同土地利用类型时空变化对区域生态系统碳储量的影响,以地处塔克拉玛干沙漠边缘生态脆弱区的新疆尉犁县为研究对象,基于详细的土地利用变更调查数据（2010-2016年）,利用ArcGIS平台和InVEST模型,分析生态系统碳储量对土地利用变化尤其是二级土地利用类型变化的响应.结果表明:①研究区内,无论是区域平均碳密度还是灌木林地、其他林地、其他草地等主要土地利用类型的碳密度均较低,而面积较少的有林地和天然牧草地碳密度相对较高,因此对这些土地利用类型应着重加强保护.②2010-2016年新疆尉犁县碳存储量净减少24.23×104 t,这主要是由于其他草地、其他园地和果园等土地利用类型被开垦为水浇地,或被建设用地、交通用地占用所导致,而同时研究区内有林地和水浇地面积增加带来了碳储量的提高.③从空间变化看,受不同区域土地利用变化方式的影响,碳储量变化特征也有显著差异,但总体上变化敏感区域集中在塔里木河周边县、乡镇及兵团所在地等人类活动聚集区,这些区域平均碳密度较高,土地利用变化也更为剧烈.④尽管由于开垦行为带来耕地面积增加,从而使得研究区耕地总碳储量增加242.77×104 t,但由于塔里木河沿岸碳密度较高的耕地被建设用地占用,新增耕地多来源于土壤碳储量较低的其他草地等土地利用类型,导致耕地平均碳密度有所下降.研究显示,建设用地占用耕地、林地、草地等地类是尉犁县碳储量减少的重要原因,而林业建设能够带来碳储量增加.因此建议:一方面,推进林、草地建设提高区域生态系统固碳能力;另一方面,重点保护塔里木河周边碳密度较高区域,严控耕地开垦或建设用地占用,同时加强耕地保护,防止通过补充碳密度较低的耕地来弥补碳密度较高区域耕地的流失.      

中国城镇扩展占用耕地的遥感动态监测

论文在1988～2000年全国土地利用矢量图的基础上,分析了城镇占用耕地的空间分布特征。利用城镇占用耕地指数将全国分县市占用剧烈程度进行分级,沿海及平原地区侵占剧烈程度为3～6级的占全国耕地损失的88.68%,华北平原、长江三角洲和珠江三角洲地区造成耕地损失分别占全国总数的31.27%、17.8%和6.02%,这3个地区是全国城镇扩展最快、耕地损失面积最大的地区。按地区分析,城镇占用耕地面积最大的是江苏、山东、河南、河北和广东,占全国的50.99%;其次是北京、浙江、四川、广西和上海,占全国的22.85%;从城镇造成耕地资源减少的速度看,北京、上海占用耕地最快,其次是江苏、广东、浙江、天津、山东、河北、海南等。耕地资源减少在某些地区已经造成了粮食产量减少的问题,北京、上海、浙江等地区粮食总产量降低较快。随着城镇化及经济的快速发展,城镇扩展与耕地资源的矛盾将会更加突出,只有加强土地资源的管理才能取得耕地资源的动态平衡和维护中国的粮食安全。     

大清河阜平流域生态系统结构变化的服务价值响应研究

生态系统通过物质循环、能量流动和信息传递为人类提供必要的生态服务功能,其结构变化可引起生态系统过程和服务功能的改变。研究区域的生态服务功能对生态系统结构变化的响应规律对高效配置环境资源和合理制定环境政策具有重要意义。论文以大清河阜平流域为研究对象,利用1985—2015年每隔5 a的遥感影像,采用监督分类法及价值量法,研究了该区域生态系统结构、服务功能近30 a的变化规律趋势,分析了研究区服务功能对生态系统结构变化的响应规律。结果表明：1）1985—2015年研究区生态系统结构发生明显变化,建设用地、林地、耕地、水域生态系统呈正变化,变化幅度分别为139.57%、90.66%、68.79%、6.55%;未利用地、草地生态系统呈负变化,变化幅度分别为-83.48%、-54.92%;其中林地面积的增加主要是由草地和未利用地转变而来,耕地面积增加主要由未利用地构成,建设用地的扩张主要占用耕地和未利用地。2）研究区服务价值变化趋势以2000年为界,前15 a呈增加趋势,后15 a呈减少趋势。2000年总服务价值最高,为58.08亿元;不同时期林地服务价值对研究区总服务价值贡献率最大,其次是耕地和草地;单项服务价值中,保持土壤服务价值贡献率最大,其次是维持生物多样性、气体调节和气候调节服务价值。3）研究区服务价值的增加得益于草地→林地的服务价值流向和未利用地→林地的价值流向,服务价值的损失来自于耕地转变为建设用地的服务价值损失和林地转变为耕地的服务价值损失。     

乌鲁木齐都市圈空间变化及其发展模式研究

以乌鲁木齐都市圈为例，基于1989-2002年的LandsatTM/ETM＋卫星影像和多期城市用地信息，运用GIS空间分析功能研究了都市圈宏观与微观层次的空间变化，得出以下结论：①1989-2002年间研究区内面积增加的用地主要有农业用地、城镇用地、农村居民点与道路，增加的部分主要来源于裸地、天然植被和原有农业用地。农业用地、城镇、农村居民点和道路向北部冲积平原扩张的趋势明显，建设用地的迅速扩张在一定程度上加剧了干旱区景观的破碎化。②1998-2006年间，都市圈内各城市用地面积总体上增幅不大，但是每个城市在某些局部方位用地增幅显著，并且有向核心城市趋近的现象。核心城市乌鲁木齐主要功能用地具有一定的圈层分布特征，周边中小城市还未形成圈层结构，但是昌吉和米泉在城市外围已有较为成型的工业集中区。③都市圈在空间发展中存在核心城市拓展受限、脆弱的生态格局受到胁迫和用地不合理布局的问题，针对这些问题提出区域发展“一体化”、城镇格局“大聚小散”和职能空间“重组化”的构想。     

矿业城市景观生态安全研究——一种双层复杂网络分析方法

以土地利用变化（LUC）和景观生态安全指标（LESI）分别作为上、下层网络,通过确定LUC和LESI单层网络的节点、节点重要度和节点连接强度,以及LUC与LESI上下层网络之间的节点连接系数,形成LUC-LESI双层复杂网络模型,并构建度中心性、聚类相关性和节点影响强度等3个复杂网络指标,定量分析区域土地利用变化与景观生态安全之间的内在有机联系,为土地利用调控提供指导.大冶市案例研究结果表明,2005~2015年大冶市景观生态安全状况相对稳定,7个乡镇景观生态安全状况得到提高,8个乡镇景观生态安全状况降低,景观生态安全总体处于第4等级;耕地减少和建设用地增加在LUC网络中处于核心位置,是整个网络的骨架,香农多样性指数SHDI在LESI网络中处于核心位置,对区域景观生态安全的影响最大,耕地减少和建设用地增加在区域景观生态安全变化中起主导作用;建设用地扩张主要占用耕地,耕地-建设既有相对集中的大面积开发区,又存在工矿建设的遍地开花,且建设主要沿道路线性展开,导致耕地-建设的平均斑块面积大、斑块聚集度较低、斑块形状指数较高;耕地改种树木现象在各乡镇已较为普遍,单块面积较大且相对集中,而耕地抛荒主要发生在山丘区域,虽集中度高但单块面积较小,耕地改种树木和耕地抛荒多表现为成片进行,导致耕地-林地平均斑块面积较大而耕地-草地平均斑块面积小,两者斑块聚集度均较高,斑块形状指数均较低.LUC-LESI双层复杂网络实现了景观生态安全与土地利用变化之间关系的定量化表达,可以作为区域景观生态安全研究的一种有效分析工具.     

呼伦贝尔森林-草原交错区景观格局动态分析及预测

在Arc/Info和ERDAS等软件的支持下,以1995,2000和2005年三期呼伦贝尔地区的遥感影像和地形图为基础数据,解译提取了森林-草原交错区景观格局空间分布信息,并运用景观生态学原理和方法,选取景观斑块分维数、分离度和景观优势度等指标,分析了该区1995—2005年的景观格局动态变化. 同时,利用马尔柯夫链模型对该区景观格局变化进行了预测. 结果表明:在以人类活动为主的一系列外界环境因素的影响下,预计到2020年,草地和林地面积减少最多,其中草地面积所占比例将由1995年的41.200%下降到32.529%,主要转变成为耕地和未利用土地,耕地和未利用土地占交错区总面积比例将分别达到7.573%和6.132%.      

绿洲浅层地下水位与水质变化对人为驱动LUCC的响应——以三工河流域为例

以新疆三工河流域绿洲为例,应用遥感、地理信息系统、空间插值和统计分析的方法,初步分析干旱区绿洲土地利用/土地覆被变化对绿洲浅层地下水位水质变化的影响。研究数据包括1978、1987和1998年三期遥感数据和近25年8口常年观测井水位数据及1987和1998年两期20口观测井水质数据。结果表明,绿洲随着城市、工矿用地为主的非农业用地和以耕地为主的农业用地的持续增加,浅层地下水水位与水质发生了显著性的时空变化。冲洪积扇绿洲主要城镇聚居区地下水位以年均45cm的速率下降,冲积平原下部绿洲地下水位以年均7cm的速率呈现缓慢的上升趋势;绿洲地下水水质趋于恶化,矿化度总体呈现上升的态势,且冲积平原绿洲地下水矿化度上升的幅度普遍大于冲洪积扇绿洲,这与地形、水文地质条件、土地资源开发、灌排强度、地表蒸发、化学肥料和农药的使用密切相关。     

基于城市空间扩张与人口增长协调性的高铁新城研究

论文基于改进后的城市用地扩张与人口增长协调性系数和城市紧凑度,利用49个高铁城市2004、2013年城市人口和城区面积等数据,对中心城市的用地扩张与人口增长进行定量分析;在此基础上,依据高铁新城和母城的空间位置关系选取4个案例城市进行新城建设与规划的适宜性实证分析。结果表明：1）高铁新城中心城市的土地扩张与人口增长之间的协调性较弱,以土地快速扩张为主,占65.31%,相应地人口与城市用地分别占55.01%、58.13%;其次是人地基本协调型,数量为13个,相应地拥有39.75%的人口和33.57%的城市建设用地。2）在高铁战略下新建的案例高铁新城主要分为“飞地式”、“城市副中心式”和“双城式”3类,不同城市空间形态下的新城模式对城市发展及人地关系的影响有所不同。未处理好新城与母城的空间形态、内部结构、土地与人口增长的关系,导致新城的建设/规划大多不合理,从而陷入城市土地资源浪费和盲目扩张的困境。     

中原城市群区域碳储量的时空变化和预测研究

为了有效评估中原城市群碳储量,运用灰色预测模型获取动态碳密度数据,结合Dyna-CLUE模型和InVEST模型,动态评估2005~2030年土地利用变化下不同情景的碳储量演变特征,以及城市发展对碳储量的影响.结果表明,2005~2020年中原城市群碳储量分别为1689.59×10⁶t、2035.36×10⁶t、2066.34×10⁶t和2093.05×10⁶t,呈现持续增加趋势;2030年经济发展情景、生态保护情景和经济生态协调发展情景下碳储量分别为2162.45×10⁶t、2179.39×10⁶t和2174.28×10⁶t,经济发展情景下碳储量最低,生态保护情景下碳储量最高.碳储量变化与土地利用面积变化密切相关,主要表现为耕地面积的下降导致其碳储量减少约250×10⁶t,林地面积的扩张导致其碳储量增加约103.4×10⁶t,建设用地的扩张导致其碳储量增加约87.77×10⁶t;耕地和草地面积与总碳储量呈较弱的负相关关系,林地、水域、建设用地和未利用地面积与总碳储量呈较强的正相关关系.2005~2030年中原城市群30个城市的碳储量分别为11.38×10⁶t~214.24×10⁶t,碳储量的变化反映出城市土地碳排放在2030年之前已经达到峰值,且经济生态协调发展情景可能更适合未来城市发展的目标.