基于多智能体和土地转换模型的耕地撂荒模拟研究——以陕西省米脂县为例

多模型耦合已经成为国内外模拟LUCC有效途径之一。论文通过如下步骤阐明宏观耕地撂荒格局和微观主体行为间的互动机理。首先,将微观主体间的相互作用纳入其决策,构建有限理性多智能体决策模型(Multi-Agent System,MAS);其次,通过SNNS平台的训练学习以及与历史数据对比分析,验证土地转换模型(Land Transformation Model,LTM)模拟研究区宏观撂荒格局的有效性;最后,依据多模型耦合机理,耦合MAS模型与LTM模型,形成耕地撂荒模拟模型(Cropland Abandonment Simulation Model,CASM),并基于研究区耕地撂荒的实际数据,探讨模型的合理性和可行性。结果表明:与2013年历史土地利用数据对比,CASM模型的PCM(Percent Correct Metric)系数为71%,比单独利用LTM模型的模拟精度提高3%,不仅表明CASM能够较好地模拟分析米脂县耕地撂荒空间格局分布,而且可有效揭示宏观耕地撂荒格局的微观驱动机理;同时,文章指出未来研究中要考虑政策和市场的影响,进一步完善不同层次主体决策对撂荒的影响,以此来提高模型对现实耕地撂荒的解释力。     

基于CBDI的农户耕地撂荒行为模型构建及模拟研究——以陕西省米脂县冯阳坬村为例

目前,建立于复杂性科学基础上的多智能体模型（MAS）已成为模拟研究土地利用变化的重要方法。论文在MAS理论之上,构建一个基于Category-Belief-Desire-Intention（CBDI）决策结构的MAS模型,结合NetLogo软件平台,模拟分析农户Agent土地利用行为,并将结果与Belief-Desire-Intention（BDI）模型进行比较。论文以陕西省米脂县冯阳坬村为例进行研究,分析结果表明：1）通过对基于CBDI的MAS模型验证（模型精度为87.19%）,相比于传统的BDI决策模型精度有所提高;2）NetLogo平台能够展示农户决策的过程,直观地显示MAS模型的模拟结果;3）不同类型农户耕地撂荒的主要原因有所不同,该村种植户撂荒的主要因素为地理环境认知的差异和其他类农户的影响。有待进一步解决的问题：1）不同类Agent相互影响及其量化;2）高精度基础数据的获取和梯田DEM的引入。     

东北黑土区典型地域耕地生态退化时空分异——以富锦市为例

耕地生态退化严重威胁黑土区耕地的可持续利用,明确其时空分异规律是提高黑土耕地产能实现农业可持续发展的重要科学命题。以东北黑土区典型地域富锦市为研究区,立足于耕地外部扰动变化所引发的环境胁迫与生态恢复,利用遥感驱动的多源环境胁迫监测模型、改进的CRITIC模型、优化的InVEST模型,明确二者间的作用结果,揭示研究区2000—2020年耕地生态退化的时空分异规律。研究结果表明：（1）研究区耕地外源环境胁迫强度整体偏低,呈现出以东部、西部、北部高,中部、南部低为主基调的时空分异格局;（2）研究区耕地內源生态恢复强度高于胁迫强度,表现出以西部—东部—中部梯度衰减的时空分异格局;（3）研究区共有968.12 km²耕地发生生态退化,展现出以团块状集中分布在研究区东部和中部,零星分布在其他区域的空间分异格局。研究明晰了多源环境胁迫/多源生态恢复之间的交互效应,实现了各耕地图斑对多种环境胁迫力和生态恢复力的动态敏感度测算,进一步刻画出了生态退化过程,测度结果与现实耕地利用强度吻合,为准确诊断黑土区耕地生态退化提供了理论参考和技术支撑。     

森林转型的微观机制——以重庆市山区为例

20世纪80年代以来,我国进入森林转型阶段。系统认识森林转型的微观机制,有利于提出针对性的促进森林面积增长的措施,而已有研究未做深入分析。利用重庆市“两翼”地区的1 015份农户调查数据,论文从农户尺度分析了森林转型的微观机制及其主要影响因素。结果显示：在农户尺度上,森林转型的微观机制有薪柴替代、耕地撂荒、牲畜养殖数量减少及林果种植。农业劳动力向非农就业转移能够加快薪柴替代、林果业发展,同时也能造成耕地撂荒、牲畜养殖数量减少。此外,提高煤炭等替代能源的可获得性及加快政府沼气政策的实施和普及能加快薪柴替代;耕作半径、劣质地及野猪破坏会造成耕地撂荒,而地质灾害隐患和缺少灌溉及其他农户耕地撂荒行为等也对耕地撂荒具有一定影响;地方鼓励政策会加快林果业发展。最后,提出了加快森林植被恢复的建议。     

绿洲型城市空间扩展的模拟及多情景预测——以酒泉、嘉峪关市为例

论文基于1987、1995、2000、2006和2011年多时相TM、ETM卫星遥感影像数据,以典型绿洲城市酒泉市和嘉峪关市为研究对象,运用目前较为成熟的集成元胞自动机模型（CA）和人工神经网络模型（ANN）的土地转换模型（LTM）,依据干旱绿洲区城镇发展特点及趋势,设置自然增长、酒嘉一体化、集约增长和生态保护情景,对城镇空间扩展进行模拟预测。结果表明：运用LTM模型对研究区1987年以来的城市扩展进行模拟,具有较好的模拟精度和可靠性,可以用于未来研究区城市空间扩展的预测;酒泉市中心城市未来扩展的重点在南部和西部,嘉峪关市中心城市未来扩展的重点在南部和东部,两市相向发展进程进一步加快,城市一体化趋势明显;受区域一体化及生态保护战略的影响,论文设定的酒嘉一体化、生态保护及集约增长情景模式能较好地反映研究区未来城市空间扩展的主要趋势;在自然背景和开发现状的基础上,以政府战略决策驱动为主的方式是绿洲型城市空间扩展的内在机理。     

移民搬迁是否加剧了山区耕地撂荒?——基于陕南三市1578户农户面板数据

山区移民搬迁是否加剧耕地撂荒关系到移民稳定性及国家粮食安全,具有重要的研究价值。基于陕西省南部地区商洛、安康、汉中3市8县（区）1578户农户调查数据,运用面板Logit和Tobit模型回归得出,移民年数对是否撂荒、撂荒面积及撂荒耕地占比在1%的水平上有正向影响;仅当移民距离超过0.5 km时,农户耕地撂荒面积及撂荒耕地占比显著增加;不同移民类型中,工程移民对耕地撂荒的影响程度最大,避灾移民影响程度最小;另外,户主特征、家庭特征、资源禀赋特征、农地流转特征显著影响了农户的耕地撂荒行为。可以得出,移民搬迁加剧了山区耕地撂荒,城镇生活的转变及务农时间机会成本的增加是耕地撂荒的主要原因。建议政府对工程移民农户进行有土安置,加大生态移民区退耕还林支持力度,扶持扶贫、避灾移民农户发展特色产业,加快农地流转信息平台建设。     

不同农地整治模式对耕地生产价值和生态价值的影响——基于天门、潜江部分农户的实证分析

基于耕地生产价值和生态价值理论及其评估方法,构建农地整治背景下耕地生产价值和生态价值的分析框架,利用湖北省天门市和潜江市的农户问卷调查数据,采用DID模型和OLS模型,分析不同农地整治模式影响耕地生产价值和生态价值的作用机理。研究发现： （1）农地整治能较大促进耕地生产价值的提高,且新型经营主体主导模式的促进作用要优于政府主导模式;（2）农地整治能显著促进耕地生态价值的提高,但两种模式的促进效应没有明显不同;（3）耕地生产价值的提升有助于耕地生态价值的提高。基于此,今后不仅要继续加大农地综合整治的投资力度,还要在农地综合整治中重视生态整治,更要创新农地整治实施模式。     

新农保能促进农户土地流转吗?——基于CHARLS三期面板数据

基于2011年、2013年和2015年中国健康与养老追踪调查（CHARLS）数据库,构建了三期具备农村户口且拥有耕地的微观农户 面板数据,采用固定效应模型实证分析我国农村老龄化问题背景下新农保能否促进农户土地流转。研究发现：（1）2015年中国耕地的平均转出率和转入率仅为14%和6%,2011-2015年中国耕地呈现转出率逐年递增、转入率逐年递减的趋势,凸显中国耕地出现集聚现象。（2）中国土地流转行为区域差异性明显,耕地转出率顺序为：东北地区>东部地区>中部地区>西北地区>西南地区;耕地转入率除西北地区较高外（2015年为9%）,其余各区均在5%左右。（3）新型农村社会养老保险能够促进60岁以上老年农户的耕地转出。政策启示是：提高农村养老保险水平以弱化土地的养老保障功能,进而促进农村土地流转;完善耕地集聚化背景下的土地管理制度,培育一批具有带头作用的新型农民;发展区域差异化的农村耕地管理政策,首先重点针对土地流转潜力大的地区推行土地流转交易。     

土地利用变化对区域水—能源—粮食系统耦合协调度的影响——以京津冀城市群为研究对象

将土地因素引入水—能源—粮食系统,运用耦合协调模型对京津冀城市群2005— 2018年水—能源—粮食—土地系统的时空变化特征进行研究。结果表明：（1）从空间尺度上来看,京津冀城市群建设用地由中心向四周扩散;从京津冀城市群土地利用格局来看,耕地和建设用地面积分别呈现较为明显的下降和增长趋势。（2）将土地纳入水—能源—粮食系统降低了京津冀城市群大多数城市水—能源—粮食系统间的耦合度和耦合协调度。（3）土地与水—能源—粮食子系统组成的两要素系统的协调水平会进行叠加或抵消进而影响水—能源—粮食—土地系统耦合协调度。本文的研究启示在于：京津冀城市群在考虑水、能源、粮食协调发展的同时,应考虑土地对水—能源—粮食系统整体及内部子系统的影响,根据城市自身资源优势合理配置资源、优化产业布局以实现可持续发展。     

基于“情境—结构—行为—结果”分析的上海市低效工业用地减量化治理

探索低效工业用地减量化治理对优化土地资源利用格局、促进产业升级和城市高质量发展具有重要意义。在分析低效工业用地治理复杂系统特征的基础上,建构“情境—结构—行为—结果”分析框架,以超大城市上海市为例,采用扎根分析方法,揭示减量化过程和运行机理。结果显示：（1）低效工业用地减量化具有规划限制性、公共利益性和乡村嵌入性特征,由外部环境、用地效益、主体角色和减量化治理共同构成“外缘—内核”式的复杂适应系统。（2）建设用地“天花板”刚性约束下的宏观资源—环境—发展压力与微观用地效益是减量化的外部情境;内源性主体治理能力不足与外源性主体基于公共利益主动介入共同构成基于价值共享的治理结构;刚性政策、激励政策和支持政策形成了“三元互补”系统推动了集体行动;结果则呈现出城市高质量发展与资源再配置的协调,而平衡生态保护与经济发展、解决减量化短期压力将成为持续开展减量化的重点与难点。研究结果可为长三角其他城市开展低效工业用地治理提供经验和案例的借鉴。     

基于Agent的城市扩张占用耕地动态模型及模拟

与传统的在景观尺度上对城市扩张占用耕地时空特征及其演变规律的研究不同,论文从微观层面提出基于Agent 的城市扩张占用耕地动态模型（Urban Encroachment on CroplandDynamic Model,UECDM）,多角度深入探索耕地向城市用地转变的驱动机理及其时空动态特征,并提出协调二者平衡的可持续发展对策。在UECDM模型中引入视域分析,通过模拟地形和观察点将视觉景观的量化评价结果应用到居民居住区位决策过程,从而分别构建包含可视域的能够更全面表征环境要素及其内部关系的元胞自动机层和不同类型Agent 相互作用的多智能体层,兼顾人类决策行为和城市空间生长自组织性。应用该模型对天津城市扩张占用耕地进行动态模拟研究,并从数量与空间格局两方面展开精度验证,Kappa 系数达到0.795,依据4 个景观格局指数计算得到模拟结果的平均相对误差为3.86%,表明模型具有较高可信度。对不同时期模拟结果的分析表明,天津城市扩张占用耕地空间主要表现为“摊大饼”式外延扩展和跳跃式“卫星城”,研究结果将为未来城市发展规划和耕地保护提供决策支持。     

Multi-Agent System 模型在土地利用/覆盖变化中的研究进展

在微观与中宏观尺度上,MAS模型可以反映景观中具有自动性、异质性和分散性的人类决策,利于阐明智能体对自然与社会经济环境的适应机制。因而在自然资源管理、农业经济和城市模拟等领域得到广泛应用。目前,该模型的研究主要集中在智能体决策、智能体相互作用、模型多尺度、模型检验与验证等几个方面。综合分析得出如下结论:①智能体决策框架还需进一步完善,特别有限理性决策框架(Bounded Rationality)还需进一步完善;②智能体之间相互作用的研究仍停留在定性的、概念性的水平,还需进一步研究定量分析智能体相互作用的方法;③在多尺度研究中,第一种尺度转化途径机理明确,但决策的空间显性(spatially-explicit)表达较为困难;第二种途径可以表达空间显性,但决策与土地利用变化之间的逻辑解释不强;第三种途径可以表达土地利用过程中决策与复杂性关系,但智能体之间的相互作用处理较为简单;④还需加强对模型的检验与验证方面的研究,探索验证人类复杂行为的技术方法。     

中国粮食主产区耕地撂荒程度及其对粮食产量的影响

耕地撂荒严重地影响着我国的粮食安全。以我国粮食主产区为研究区域,在识别撂荒地分布的基础上,测度了撂荒地空间分布格局,并建立耕地撂荒中介效应模型,探究了耕地撂荒对区域粮食产量的影响机制。结果表明：（1）中国粮食主产区耕地撂荒规模为405.53万hm²,撂荒率约为5.85%;空间上撂荒地规模分布呈“T”字形空间格局,黑龙江东北部、吉林西北部以及内蒙古南部地区为撂荒地主要集聚区。（2）耕地撂荒对于粮食主产区粮食产量具有显著负向影响,2017年我国粮食主产区因耕地撂荒损失的农田生产潜力达到1339.15万t,损失的粮食产量高达2265.6万t,损失比例达4.69%;内蒙古自治区成为粮食产出损失量和损失比例最大的地区。（3）粮食播种面积、农田生产潜力和农业技术投入均发挥了部分中介作用,系数分别为-0.194、-0.025和0.006。（4）应遵从城乡融合以及农业农村发展态势,强化粮食主产区农业生产现代要素投入与政策扶植,构建粮食生产—耕地休耕空间转换弹性机制,保障我国粮食安全。     

北京及周边地区一次典型大气污染过程的模拟分析

利用区域中尺度大气数值预报模式(MM5)和美国国家海洋和大气局(NOAA) 后向轨迹模式(HYSPLIT-4),对2002年10月7 —13日发生在北京及周边地区的典型大气污染过程进行了模拟与分析,揭示了该污染过程的形成机理和生消过程.结果表明:该污染过程具有区域性特征,是由本地污染源和外来污染源在特殊的气象条件下共同造成的混合型污染.HYSPLIT气流来向轨迹分析表明,北京周边地区的污染对北京有显著影响,南部周边城市污染物外源的输入是造成北京地区重污染的主要原因.      

用ALMANAC作物生长模型模拟冬小麦生长

冬小麦是黄淮海地区的主要农作物。精确模拟冬小麦产量能够帮助生产者获得更好的经济效益。根据实验资料调整了ALMANAC作物生长模型部分参数后,用其对该地区的冬小麦生长进行了模拟,结果显示ALMANAC模型能够较好地模拟冬小麦的叶面积指数和产量。叶面积指数的模拟结果与实测结果的比值为1.0552,可决系数R2为0.7021;生物量模拟的最大误差为-6.01%,经济产量模拟的最大误差为-5.41%。模型还可以揭示影响冬小麦生长的主要胁迫因素。     

耕地集约化利用研究进展评述

耕地集约化利用是人类作用下的一种耕地发展模式,对于国家粮食安全、农产品供给保障、生态安全和经济社会可持续发展等具有重要作用,开展耕地集约化利用研究具有重要的科学意义。论文基于文献回溯和综合概括的方法,从科学内涵、描述指标、时空格局探测、归因分析、环境效益评估等方面对国内外耕地集约化利用的研究进展进行系统总结和评述,并提出了未来耕地集约利用研究的重点方向。从现有的研究进展来看,耕地集约化利用研究呈现如下特点：1）集约化利用的科学内涵既涉及到社会经济层面,也涉及到自然地理层面,不同学者从不同学科角度逐渐丰富其内涵,但尚未形成广泛认可的、综合自然属性和社会经济属性的耕地集约化利用内涵;2）集约化利用的评价指标具有多样性,不同指标描述了不同的特性,实际应用需要根据研究目标和区域特点,对各类指标进行筛选,选取具有典型代表性的单一或多指标;3）集约化利用时空格局及其变化的研究方法多样,统计方法和空间技术法是现有的主流方法,两种方法各有优势和不足,两者的结合是未来重要的发展方向;4）影响耕地集约化利用的因素具有复杂性和动态性,由于区域差异和尺度效应,尚不存在统一的主导因素;5）耕地集约化利用具有多功能和多效应,目前研究多关注于集约利用的粮食产出功能,对生态环境效应分析较为薄弱。未来研究需要注重社会经济科学和自然科学等多科学、多方法的交叉,重点加强耕地集约化利用的研究范式、时空格局探测技术、综合效应评估等方面的研究,实现耕地“可持续集约化利用”的最终目标。     

长江三角洲跨界流域生态产品交易机制——以天目湖流域为例

生态价值多元化实现是落实区域一体化生态保护格局的经济政策保障。针对当前生态产品交易制度不完善与市场活跃度问题,以天目湖流域水质净化服务产品为例,提出一条生态保护市场化与生态产品增值的双向促进道路：基于长序列监测数据与水文水质过程模型,提出流域生态保护基准概念及其约束下生态产品交易边界,精准核算基准年水质净化产品的可交易量为1.37 t,基准价格为1186.71万元/t/年;面向近10年产品实际供需主体的内在联系,揭示了“三类五种”生态产品交易机制类型,并选择设计了低端产品退出—高端产品激励的典型交易模式。生态产品交易实施为研究区生态价值实现提供市场化路径,为国内同类地区一体化生态保护格局保障提供思路。     

不同种养结合区农田系统氮磷平衡分析

山东禹城和湖南桃源是位于我国不同地区均以种养生产为主的两个县(市),根据养分平衡原理对这两个县级区域尺度的农田系统氮、磷收支状况进行了计算分析,结果表明:自1980年以来,单位面积耕地上氮磷的输入量与输出量均表现为不断增加,但是,因为输入增长高于输出增长,导致农田系统产生较多氮磷养分盈余,两个地区存在明显差异。禹城农田系统氮磷盈余量呈逐年增长趋势,氮盈余量从133.8 kgN·hm^-2增加到目前的450 kgN·hm^-2以上,磷盈余量从6.2 kgP₂O₅·hm^-2增加到目前的148.9 kgP₂O₅·hm^-2;在其11个乡镇中有10个表现为氮盈余、9个表现为磷盈余,其中氮盈余量最多的高达841.8 kgN·hm^-2,磷盈余量最多的达到297.8 kgP₂O₅·hm^-2。桃源农田系统氮磷盈余量表现为先增后降,氮盈余量从100 kgN·hm^-2左右增加到2002年达到峰值253.7 kgN·hm^-2后,逐渐下降到目前的150.0 kgN·hm^-2左右,磷盈余量从20.0 kgP₂O₅·hm^-2左右增加到2002年的峰值95.9 kgP₂O₅·hm^-2后,下降到目前的34.4 kgP₂O₅·hm^-2;在其40个乡镇中有36个表现为氮盈余、26个表现为磷盈余,其中氮盈余量最高的达到561.7 kgN·hm^-2,磷盈余量最高的为171.1 kgP₂O₅·hm^-2。农田系统氮磷养分大量盈余主要是源于投入化肥量和承载粪便量较高,山东禹城明显高于湖南桃源,所以,为了减少养分盈余损失,应根据农田作物生长养分需求尽可能地减少化肥投入,并根据耕地粪便承载容量在区域内外合理调配畜禽粪便的施用。     

Description of adsorption of hydrophobic organic compounds on sediment using multi-component adsorption model

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｎｄｆａｔｅｏｆＨＯＣｓｉｎｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｓｈｉｇｈｌｙｄｅｐｅｎｄｅｎｔｕｐｏｎｔｈｅｉｒｓｏｒｐｔｉｖｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｎｓｏｉｌａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔ.ＭａｎｙｓｔｕｄｉｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｒｅｐｏｒｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｓｏｒｂｅｎｔｏｆＨＯＣｓｉｎｓｏｉｌ ｓｅｄｉｍｅｎｔｉｓｎｏｒｍａｌｌｙｔｈｅｓｏｉｌ ｓｅｄｉｍｅｎｔｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒ (ＳＯＭ)ｆｒａｃｔｉｏｎ ,ａｎｄｔｈｅｓｏｒｐｔｉｏ…