土地利用/覆被变化(LUCC)环境效应研究综述

土地利用/覆被变化能直接反映当今全球环境变化的主导因子--人类活动,为此土地利用/覆被变化产生的环境问题已引起人类社会的广泛关注,深入研究这些问题具有重要的理论意义和实践价值.针对土地利用/覆被变化引起的环境效应的复杂性、累积性,本文在总结国内外LUCC环境效应的研究成果的同时,把LUCC环境效应分为:土壤环境效应、大气环境效应、水环境效应以及生态效应四类进行阐述,并结合目前研究在内容和方法方面存在缺乏统一的指标体系、研究区域时空尺度单一、以单要素静态研究为主、实验研究相对薄弱以及动态模拟不够等问题对其发展趋势进行了探讨.     

贵州高原典型喀斯特县域生境质量时空演变及定量归因

揭示贵州高原喀斯特县域生境质量时空演变规律及其驱动因素,为平衡喀斯特区域生态保护和可持续发展提供科学依据.利用1989年、2003年、2010年和2020年4期土地利用数据、DEM数据、气象数据和社会经济数据,采用InVEST模型阐明普定县近30年生境质量时空分布格局及演变特征,并对其空间分异的驱动力进行了定量探测.结果表明：①耕地和林地是普定县的主要土地利用类型,构成了地表覆盖景观基质.2003~2010年土地利用变化最显著,其中林地的增幅最大,达86.42%,耕地是流失最严重的土地利用类型,面积减少157.57 km²,主要流向林地和建设用地;②1989~2020年普定县生境质量指数平均值由0.60上升至0.73,空间上由东北部向西南部大体呈现出“高-低-高”的分布格局,生境质量高值区主要分布在东北部林地和草地区,低值区集中在中部和南部的建设用地,生境质量等级上升的区域主要集中在东部及西北部的大部分地区;③土地利用类型是影响生境质量时空分布的首要因素,解释程度为91.00%.在交互作用探测中,任意两种影响因素的交互作用大于单个因素的单独作用,土地利用类型和年均降水量的交互作用最强,达到96.00%,其与岩性因子的交互作用达到94.00%,自然与人文因素共同主导生境质量的时空变化.1989~2020年普定县生境质量总体较好,土地利用类型变化与生境质量关系密切,优化土地利用结构、减小人类活动的影响对提高普定县生境质量具有重要意义.     

土地利用／覆被变化（LUCC）环境效应研究综述

土地利用，覆被变化能直接反映当今全球环境变化的主导因子——人类活动，为此土地利用，覆被变化产生的环境问题已引起人类社会的广泛关注，深入研究这些问题具有重要的理论意义和实践价值。针对土地利用／覆被变化引起的环境效应的复杂性、累积性，本文在总结国内外LUCC环境效应的研究成果的同时，把LUCC环境效应分为：土壤环境效应、大气环境效应、水环境效应以及生态效应四类进行阐述，并结合目前研究在内容和方法方面存在缺乏统一的糟标体系、研究区域时空尺度单一、以单要素静态研究为主、实验研究相对薄弱以及动态模拟不够等问题对其发展趋势进行了探讨。     

天津市热环境时空演变及影响因素分析

随着城市化进程加快,城市热环境发生显著变化,对人类活动造成很大影响。为探究天津市城市热环境时空变化及其影响因素,基于2005—2020年四期Landsat遥感数据,利用辐射传输方程法反演地表温度,计算城市热岛比例指数,用标准差椭圆法分析城市热环境发展和布局,利用地表温度并结合土地利用分类研究城市地物覆盖类型与地表温度的响应关系,并采用地理探测器探究高程、绿地、建筑用地和水体对地表温度变化的影响差异。结果表明：天津市热岛足迹沿主干道由市内六区向环城四区发展,天津城市热环境呈现先增高后降低的趋势;由标准差椭圆分析可知,城市热岛呈现发展主轴维持在东北—西南方向,整体空间格局呈现放射状分布;天津市中心城区建筑用地面积占比逐年增加,水体面积占比逐年降低,各类型地物平均温度排序为：建筑用地＞绿地＞水体;地理探测器分析表明：NDBI和NDVI是影响地表温度变化的主要因子,NDVI和MNDWI对LST交互作用最强,是城市热环境驱动作用最强的因子组合。     

土壤重金属累积对土地利用与景观格局的响应

土地利用/覆被既能反映重金属污染物的主要来源,亦能通过改变土壤物理、化学和生物性质从而控制重金属在土壤中的迁移性和活性,造成土壤中重金属的累积直至污染.基于2003年和2013年宁波市区土壤重金属采样点数据和土地利用数据,采用面向对象的决策树分类方法进行土地利用/覆被分类,采用单项污染指数、内梅罗综合污染指数评价土壤重金属污染状况,采用景观格局指数探索重金属不同累积程度下的土地利用变化和景观格局演变,采用冗余和偏冗余分析识别对研究区土壤重金属累积影响最为显著的景观格局因子及不同因子之间的交互作用.结果表明:①2003～2013年研究区8种土壤重金属元素均出现了不同程度的累积,其中以Hg、Ni和Cr的累积程度最高;研究区大多数区域已受到了土壤重金属的污染且重度污染区的污染程度仍在加剧.②较高的重金属累积程度并不完全出现在土地利用类型一直为建设用地的区域,或由其他类型转为建设用地的区域,有相当一部分发生在利用类型一直为耕地或者是由其他类型转为耕地的区域.③重金属污染地区都有着破碎、复杂和聚集的景观格局特征,其中耕地、住宅用地和工业用地的这种特征与土壤重金属累积的相关性最大;④建设用地的斑块聚集程度越高,大多数重金属元素的累积程度会显著增加;景观的多样性程度和农用地的形状复杂程度越高,Cu、Hg、Pb和Cd的累积程度会显著增加;距离采矿用地越近,Cd含量增加的效应越明显.     

厦门市土地利用及氮负荷变化研究

高强度的人类活动改变了城市土地利用方式和城市内氮素循环,但城市土地利用变化如何影响城市氮负荷时空变化的研究仍缺乏.本研究以厦门市为例,基于物质平衡的城市氮流动估算方法,分析了2005—2010、2010—2015年两个时间段内厦门市土地利用及氮负荷的时空演变特征及土地利用变化对氮负荷的影响.结果表明:2005—2010、2010—2015年期间城市各土地利用类型中工业、居民区及交通用地面积增加最为显著,占总面积的比例从16.9%增加到30.3%,而林地和其他类型面积的比例从53.78%下降至38.01%.大量农林地转变为工业和交通用地,导致单位面积氮负荷强度分别增加了10倍和25倍.城镇居民用地、交通用地等氮排放强度较高的土地利用类型不断扩张,造成城市中活性氮排放增加了2.1倍.同时,土地利用的空间格局也影响着城市氮负荷的空间变化特征,氮排放热点在空间上逐渐向岛外扩张,且强度也随之增加.     

基于RS与GIS技术分析淮南矿区土地利用变化

借助淮南矿区1986、1999、2012年共3期遥感影像和地形图,应用遥感和GIS技术,通过人机交互解译方法获取了矿区土地利用/覆盖变化基础数据,由此计算各年份的土地利用结构指数、土地利用转移指数和土地利用空间指数,并依据计算结果分析矿区土地利用/覆盖类型结构和变化情况。研究表明:耕地是矿区主要土地利用类型,并逐年减少,城镇用地、水域增长最为明显,林地表现为增长趋势,农村居民点面积则呈现出先增加后减少的态势;三个年份矿区的土地利用均处于发展期;1999—2012年,土地利用变化剧烈程度较大,城镇用地、水域、和林地的增加主要依靠耕地的转化,耕地与农村居民点之间的转化是空间上分布最广泛的转化。     

黄土高原地区生态脆弱性时空变化及其驱动因子分析

黄土高原是我国生态系统最脆弱的地区之一,科学评估其生态脆弱性是制定有效环境保护和管理措施的前提.然而,过去研究多关注某一小区域的生态脆弱性,不能反映该地区生态脆弱性的整体特征.基于"暴露-敏感性-适应力"模型框架,结合层次分析、空间主成分分析和地理探测器等方法评估了黄土高原地区2000~2015年生态脆弱性的时空变化特征及其驱动因子.结果表明,黄土高原地区生态脆弱性整体较高,并呈现出从东南到西北递增的趋势,且不同土地利用类型脆弱性差异大;2000~2015年生态脆弱性呈先增后降趋势,整体呈微弱降低趋势,其中约64%地区的脆弱性发生了变化;植被覆盖度和降水是控制生态脆弱性时空变化的主要因子,且所有指标因子间均存在明显的交互作用.说明气候变化和人类活动可能有助于降低黄土高原地区的生态脆弱性,但其作用有限.     

人类土地利用活动对自然保护区影响研究:以黑龙江省为例

基于2012年的高分辨率中巴资源系列卫星影像及中国环境系列卫星影像,选定农业、工业、旅游、养殖、交通等10余个人类土地利用活动影响因子,提取并统计各因子在保护区不同功能分区的斑块数量和面积构建人类活动影响指数模型,分析黑龙江省区域尺度下人类土地利用活动对省级自然保护区的影响。结果表明:就人类活动影响因子的斑块数和面积而言,保护区受干扰最为突出的因子为农业活动;从保护区的功能分区上来看,人类活动干扰程度与保护区功能分区的格局基本一致即实验区缓冲区核心区;黑龙江省38个保护区中有70%以上的省级保护区受到了较好的保护,保护区的功能分区起到很好的隔离人类活动的作用;湿地及水域自然保护区是黑龙江省数量最多也是受干扰最为突出的保护区类型;保护区人类活动干扰强度等级空间规律为东北部三江平原区与西南部松嫩平原区干扰强度大,而西北部大小兴安岭山地地区与东南长白山丘陵地区受人类活动干扰较弱,该种等级划分得出的空间分布规律与黑龙江省土地利用分布规律一致。     

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.      

快速城市化对区域生态环境影响的时空过程及评价

综合景观生态学与地统计学方法,尝试构建基于"遥感(RS)数据分类→土地利用变化制图→景观格局分析→GIS地统计分析"的区域环境影响评价方法,定量研究了区域环境变化的时空变化特征.案例研究采用2000、2004和2006年遥感数据,监测快速城市化背景下连云港港湾地区城市用地扩张特征、盐田湿地损失、填海造地(港口扩建等)以及耕地退化等关键的区域环境变化,分析评价了区域景观格局特征和生态环境效应,进而评价了快速城市化背景下区域环境影响强度的时空分异.在城市规划和区域发展战略驱动下,整个区域环境影响强度分布及变化规律与城市扩张强度与方向基本一致,高环境影响强度区是受人类干扰最大、生态系统最脆弱以及环境被破坏程度最深的部分,也是当前和未来进行环境调控重点地区.     

土地利用动态变化的空间分析测算模型

论文首先从土地利用变化的空间涵义出发,细分出未变化部分、转移部分和新增部分等3种空间类型,并据此对现有测算土地利用变化速率的数量分析和动态度模型进行了评析,提出了修正后的空间分析测算模型,旨在更为精细和准确地测算各土地利用类型的动态变化程度;并以北京城市边缘区的土地利用变化作为案例,对3种模型的测算结果进行了比较分析。结果表明:空间分析测算模型由于细分并同时考虑了各土地利用类型的空间转移及新增过程,能更为准确地测算出各种土地利用类型的动态变化程度与速率。     

环境约束下的福建省城市建设用地利用效率及驱动因素

研究环境约束下的城市建设用地利用效率地区差异特征及其驱动机理,对于引导城市建设用地高效利用、缓解快速城镇化进程中经济社会发展与生态环境之间的矛盾、实现区域协调发展具有重要现实意义。将环境污染作为非期望产出纳入城市建设用地利用效率评价体系,运用非期望产出SE-SBM模型、变异系数、GML指数和灰色关联度模型,系统研究2006—2016年福建省城市建设用地利用效率的时空分异特征、动态趋势演变及其驱动因素。研究表明：（1）2006—2016年福建城市建设用地利用效率总体呈正弦函数式样波动,2012—2016年投入产出效率始终位于有效前沿面。各地区效率差异明显,效率的高低与经济发展水平之间并非是正相关关系。（2）空间格局整体上呈现东部沿海地区的效率值高于西部内陆地区的分布态势,形成明显的集群效应。漳州虽属于东南部沿海地区,但2016年其效率值仍处于无效状态,未发生根本性转变,这进一步说明高效率城市的辐射带动作用较弱。（3）福建全要素生产率表现为正弦函数式样增长态势,整体发展趋势向好。技术进步引起的集聚规模效应是造成地区全要素生产增长率差异的主要原因,技术因素是缩小地区间全要素增长率差距的关键。（4）城镇化水平、生态投入、政府规制、耕地资源禀赋、科技研发投入和产业结构高级化是影响福建省城市建设用地利用效率时空分异与演变的主要驱动因素。     

矿区耕地土壤重金属污染评价模型与实例研究

为对湘南某矿区耕地土壤重金属污染情况作出客观实际的评价,将层次分析理论用于环境评价领域,引入重金属毒性响应系数和重金属在粮食中限量值双重准则,以确定重金属元素之间的权重,并结合加权平均法建立综合评价模型.同时,结合GIS对耕地土壤重金属空间分布、重金属富集特征及综合污染情况进行分析.对该矿区4种重金属Pb、Cd、Cu和Zn的综合污染评价结果表明,该矿区耕地土壤重金属综合污染情况严重,综合污染指数变化范围为1.25～427,属重度污染.因子分析结果表明,4种重金属的来源具有一定相似性,主要来源于矿区有色金属采选冶炼活动.空间分析表明,4种重金属的含量及综合污染的空间分布特征呈明显富集.该评价模型可用于对矿区耕地土壤重金属污染评价的研究,为土壤重金属污染评价提供了新的思路.     

Modelling interactions and feedback mechanisms between land use change and landscape processes

Land use changes and landscape processes are interrelated and influenced by multiple bio-physical and socio-economic driving factors, resulting in a complex, multi-scale system. Consequently in landscapes with active landscape processes such as erosion, land use changes should not be analysed in isolation without accounting for both on-site and off-site effects on landscape processes. To investigate the interactions between land use, land use change and landscape processes, a case study for the Álora region in southern Spain is carried out, coupling a land use change model (CLUE) and a landscape process model simulating water and tillage erosion and sedimentation (LAPSUS). First, both models are run independently for a baseline scenario of land use change. Secondly, different feedbacks are added to the coupled model framework as ‘interaction scenarios’. Firstly effects of land use change on landscape processes are introduced by means of a ‘changed erodibility feedback’. Secondly effects of landscape processes on land use are introduced stepwise: (i) an ‘observed erosion feedback’ where reallocation of land use results from farmers’ perception of erosion features, and (ii) a ‘reduced productivity feedback’ whereby changes in soil depth result in a land use relocation. Quantities and spatial patterns of both land use change and soil redistribution are compared with the baseline scenario to assess the cumulative effect of including each of the interaction mechanisms in the modelling framework.Overall, total quantities of land use change (areas) and soil redistribution do not differ much for the different interaction scenarios. However, there are important differences in the spatial patterns of both land use and soil redistribution. In addition, by incorporating the perception and bio-physical feedback mechanisms, land use types with stable or increasing acreages are increasingly relocated from their original positions, suggesting a current location on landscape positions prone to soil erosion and sedimentation. Implementing the ‘reduced productivity feedback’ causes most of these effects. Another important outcome is that on-site land use changes trigger major off-site soil redistribution dynamics. These off-site effects are attributed to down slope or downstream changes in sediment transport rates and/or discharge caused by changes in land surface characteristics.The results of this study provide insight into the interactions between different processes occurring within landscapes and the influence of feedbacks on the development of the landscape. The interaction between processes goes across various spatial and temporal scales, leading to difficulties in linked model representation and calibration and validation of the coupled modelling system.     

改进的层次分析法在大同矿区环境污染治理中的应用

基于改进的层次分析法,在系统分析影响大同矿区环境污染治理的环境因素的基础上,构造环境污染治理层次结构模型。基于该数学模型,确定了矿区环境污染因素指标权重值,得出方案层中指标的总体排序结果,反映了大同矿区的环境污染治理状况。     

矿区土地复垦与生态重建效益演变与配置研究

矿区复合生态系统的重建是对未来空间系统结构和功能的超前安排,其效益的演变极大地受到自然、社会、经济的影响。论文从资源经济、生态经济角度,讨论了矿区土地复垦与生态重建效益的概念和内涵,分析了矿区生态系统演变、矿区生态重建目标、矿区生态系统类型、矿区生态重建措施及矿产资源综合利用对矿区生态系统“三大效益”配置的影响;并以平朔安太堡露天煤矿1985～2015年土地复垦与生态重建过程中的土地资源利用结构动态演变为实例,初步揭示矿区生态重建过程中“三大效益”的有序配置和高度统一问题;为优化矿区土地资源利用结构和建立矿区复合生态系统重建的效益评价指标体系提供理论基础。     

甘肃白龙江流域景观生态风险评价及其时空分异

以我国典型生态环境过渡带——甘肃白龙江流域为对象,借助GIS技术和Fragstats软件,基于土地利用变化的生境脆弱度和景观生态损失度构建了流域景观生态综合生态风险评价模型,并利用空间自相关分析方法,开展了土地利用变化及其生态风险评价与时空分异研究.结果表明:1990~2010年白龙江流域土地利用变化明显,林地和建设用地呈现增长趋势,耕地和草地面积呈现减少,未利用地和水域则呈波动变化.研究区景观生态风险空间分布差异明显,白龙江流域西北部和北部的生态风险高于流域的西部、东部和南部.同时,各风险等级上呈现“两头小中间大”的趋势,即中等风险区面积呈扩张的态势,低风险区和高风险区呈减弱的趋势.流域景观生态风险具有显著的空间集聚特征,其生态风险值呈现显著的空间正相关关系,这可能是流域生态风险时空分布与土地利用强度、土地利用结构及人类活动之间关系密切.     

Assessing the high impacts of land use change: spatial characteristics of land uses and ecological compensation based on payment for ecosystem services model in a mountainous area,China

Most impacts on ecosystem services (ESs) are related to land use changes that may cause ecosystem fragmentation and loss of ecosystem functions. Spatial planning focused on sustainable landscape development should consider the local potential for providing ESs as well as ecological conservation due to land use changes. To better address the issues that are related to ecological and the ecological and environmental conservation, ecological compensation could coordinate the development of the energy, the economy, and the environment by internalizing environmental externalities and adjusting for the relationships with stakeholders’ benefits. In this study, we developed a framework for analyzing the spatial characteristics of land uses and calculating ecological compensation based on pay for ecosystem services (PESs) from 1995 to 2010 in the upstream of Min River, China. In terms of lacunarity analysis, we firstly explored the spatial patterns of land uses in these two periods that occurred at different spatial characteristic scales. We also observed a strong relationship between lacunarity values and the different distribution patterns of land uses. We then investigated changes in ESs in response to land use change through the assignment of per unit area ecological service value (ESV) method. The total value of ESs dropped from 449.97 billion yuan in 1995 to 441.35 billion yuan in 2010, exhibiting decreasing rate, mainly due to the degradation of woodlands. Soil formation and retention, gas regulation, and biodiversity protection were the three largest ESs, contributing about 50% of the total ESV. Considering the changed relation between social and economic indicators and ESV based on spatial visualization and analysis, we finally constructed a quantitative estimate model for ecological compensation taking a village as study unit and determined standard value so as to evaluate ecological compensation from 1995 to 2010. Spatial differences of the ecological compensation were significant among all the villages and towns. The maximum ecological compensation account (ranged from 1.68 to 8.54 billion yuan) appeared in the villages approximated to Li County, Heishui County, and Songpan County, Sichuan, People’s Republic of China. This proposed framework provides a better understanding of spatial characteristic scales of land uses and enables evaluation of the ecological integrity of landscapes. It also fills up the gap in the field of quantitative evaluation of regional ecological compensation and provides a feasible way to reconcile the conflicts among benefits in the economic, social, and ecological sectors.

     

乡村转型发展影响因素及其作用效应的空间分异——以陕西省为例

以陕西省为例,围绕人口、土地、产业等乡村社会经济发展要素构建乡村转型发展评价指标体系,借助ArcGIS平台分析陕西省乡村转型发展时空格局演化特征;利用逐步回归、地理加权回归模型（GWR模型）对陕西省乡村转型发展影响因素及作用效应的空间分异进行探究,以期为陕西省乡村高质量发展路径设计与政策制订提供参考依据。研究结论如下：（1）2005—2017年间,陕西省乡村转型发展程度呈现持续上升趋势,在空间上整体呈现西安及其周边以及榆林北部能源区发展程度高,其余地区发展程度低的特点,且乡村转型发展经历了低度转型主导到较低、中度转型主导的发展过程。（2）地均固定资产投入、加权路网密度、人均生产总值、规模以上工业企业个数和人均耕地资源量是陕西省乡村转型发展的主要影响因素。（3）影响因素中除人均耕地资源量对乡村转型发展整体呈现负向影响外,其余因素均呈现正向影响,且对不同县域影响程度不同,影响效应的空间分异明显。研究对因地制宜地制定陕西省乡村转型发展的差异化政策措施具有重要的参考意义。