基于FLUS模型的湖北省生态空间多情景模拟预测

改革开放以来,中国经济在飞速发展的同时,生态环境问题日益严峻。为保障国家和地区的生态安全,对未来生态空间进行模拟预测十分必要。在长江大保护和长江经济带绿色发展背景下,以湖北省为研究区,利用FLUS模型基于湖北省2010年、2015年土地利用数据及包含自然和人文因素的15种驱动因子数据,对2035年的湖北省生态空间进行模拟预测。结果表明：利用2010年土地利用现状模拟出的2015年湖北省土地利用变化情况,总体精度达到0.976,Kappa系数达到0.961,模拟精度较高。设置的生产空间优先、生活空间优先、生态空间优先以及综合空间优化4种不同情景,基本满足未来湖北省不同发展导向的需求。从地貌单元角度来看,在不同情景下,湖北省生态空间主要分布于湖北省边陲四大山区,中部江汉平原生态空间零星分布。从数量规模上来看,不同情景下各个用地类型数量规模差异较为明显,生产空间优先情景下耕地面积增加1216 km²,生活空间优先情景下城镇用地规模增加5959 km²,生态空间优先情景下生态空间用地增长722 km²,综合空间优化情景下生态空间用地规模变化更趋于平缓。从生态空间变化分布来看,四大山区的生态空间变化不大,但中部江汉平原生态空间变化较为明显,其中从行政区划上来看,变化范围主要分布于武汉城市圈、襄阳市、宜昌市中西部地区及随州市中部地区。总而言之,FLUS模型对于湖北省生态空间模拟的适用性较好,多情景模拟结果可为湖北省未来国土空间规划及未来生态空间管控提供多角度、多方向的政策决策参考。     

乡镇尺度大娄山区生态系统服务价值时空变化研究

乡镇尺度生态系统服务价值(Ecosystem Service Value,ESV)核算对于制定乡镇差异化发展调控政策具有重要参考价值.以大娄山区水源涵养与生物多样性保护功能区(简称“大娄山区”)为研究对象,基于2000年和2018年2期土地利用数据,通过单位面积价值当量核算、地貌、地表粗糙度、空间统计等方法,研究了乡镇域ESV,并分析其地形效应和空间关联特征.结果表明:①2000—2018年大娄山区ESV整体呈稳定且微弱增长趋势,由1 891.44×108元增至1 895.73×108元;有28个乡镇ESV呈下降趋势,其中22个分布在贵州省.②在大娄山区4种地貌类型中,以缓坡区域的ESV最高(2018年),为811.69×108元;而区域单位面积ESV由高到低依次为峡谷底(0.21×108元/km2) >山脊(0.07×108元/km2) >缓坡(0.06×108元/km2) >陡坡(0.01×108元/km2).③2000年和2018年大娄山区ESV全局Moran's I值分别为0.111和0.109,且P值均小于0.05,表明研究区有显著的空间自相关性和空间聚集效应.2000—2018年,乡镇尺度ESV变化主要有5个空间热点聚集区和2个冷点聚集区.研究显示,建议对大娄山区28个ESV下降的乡镇、ESV冷点聚集区所涉及的乡镇、Ⅲ级地表粗糙度和缓坡重叠区域应优先开展“三生”空间优化.      

耦合MOP与GeoSOS-FLUS模型的县级土地利用结构与布局复合优化

在自然资源整合不断加强,土地利用结构日趋复杂的形势下,采用单一土地利用结构优化方式难以有效满足区域土地利用合理规划的需求。综合考虑生态文明、乡村振兴、城乡融合等土地可持续利用目标,构建土地利用结构优化与布局优化的集成体系,对提升规划适用性具有积极作用。选取常州市金坛区为研究区,以经济效益与生态效益为优化目标,设置自然演变、经济优先和生态优先三种发展情景,在通过MOP(多目标规划)模型进行土地利用结构优化的基础上,利用GeoSOS-FLUS模型实现土地利用布局优化。结果表明:通过集成MOP和GeoSOS-FLUS模型,采用"结构+约束+布局+准则"研究模式探索县域单元下的土地利用结构布局优化,对调整土地利用结构,优化土地利用空间布局有一定帮助。从案例分析结果看,城镇工矿用地数量在自然演变和经济效益优先情景下分别增加了39%和95%;林地在生态效益优先情景下增加了40%;农村居民点在三种情景下分别减少33%、66%和66%。在三种发展情景下,空间格局都将面临城镇空间与生态空间两级分化的现象,后期区域发展中应加强城乡土地利用与生态保护协调发展,促进空间布局均衡化。     

多情景模拟下的新疆生态系统服务价值评估

研究多情景下的新疆土地利用变化及生态系统服务价值（ESV）,探讨区域内最优的土地利用分布格局,对干旱区的可持续发展与土地利用规划具有重要意义。该研究耦合多目标优化和斑块生成土地利用模拟(PLUS)模型对自然发展情景、经济发展情景、生态优先情景、可持续发展情景4种情景下的土地利用需求及空间分布进行预测模拟,采用价值当量法计算新疆未来情景下的生态系统服务价值。结果表明：（1）2000-2020年,新疆土地利用类型以荒地为主,土地利用变化主要表现为耕地的增加和荒地的减少。2035年4种情景下的土地利用变化不同,空间模拟结果整体上扩张趋势一致,局部变化明显。（2）利用PLUS模型对新疆的土地利用变化模拟效果较好,Kappa系数均值达到0.899 1,总体精度均值达到0.954 8,可以有效模拟新疆2035年的土地利用空间格局。（3）2035年自然发展、经济发展、生态优先、可持续发展情景下的ESV分别为18 717.25、17 816.36、19 221.52、18 134.45亿元。加强草地、水域、林地、湿地等生态用地的保护,有利于提高ESV价值总量。可持续发展情景可作为兼顾生态保护和经济发展...     

面向SDGs的城市扩张多情景模拟——以“一带一路”中亚区为例

在全球倡导可持续发展目标（SDGs）的背景下,城市作为人类活动的主要场所,既是SDGs的聚焦区域,更是世界各国落实SDGs的着力点。以“一带一路”沿线中亚五国首都城市区为例,面向SDGs设定发展情景和相应参数,采用Markov-FLUS模型模拟2030年自然发展、生态优先与经济优先情景下的城市发展格局,权衡SDGs与多情景城市格局演化规律,从空间视角协调城市的社会、生态与经济,提供城市发展的决策依据。结果表明：（1）2010—2015年来,研究区均出现建设用地总量增加、生态用地总量减少的现象。（2）未来情景模拟中均表现出由建设用地扩张引致的生态用地破碎化;生态优先情景有效抑制了建设用地扩张;经济优先情景下转化为裸地的土地有所减少,建设用地出现连片扩张。（3）未来城市发展应协调生态保护与经济发展,将生态保护理念融入城市建设,实现国家政策推动土地资源可持续利用,促进实现2030年全球可持续发展目标。     

基于生态价值与生态产品价值实现潜力权衡的全域土地综合整治用地优化

全域土地综合整治用地优化是满足不同整治目标下差异化的用地需求,缓解潜在用地冲突的重要途径。以海南省儋州市全域土地综合整治起步区国家级试点项目区为研究区,基于生态价值增长目标与生态产品价值实现目标之间的权衡,为全域土地综合整治用地设定生态价值优先和生态产品价值实现潜力优先两种整治情景,以2019年试点项目区三调成果为现状,运用多目标规划模型和GeoSOS-FLUS模型分析两种整治情景下的用地结构优化和用地布局优化。结果表明：生态价值优先整治情景下,与现状相比,试点项目区红树林地和水田规模增加明显;整体景观分离程度较高,分布更加均衡且破碎。生态产品价值实现潜力优先整治情景下,与生态价值优先整治情景相比,试点项目区红树林地和水田增加规模有所变小,但商业服务业用地规模明显增加;整体景观进一步破碎化。两种整治情景的用地布局与《儋州市全域土地综合整治起步区国家级试点实施方案》中的全域土地综合整治建设项目布局相似与差异并存。因此全域土地综合整治若增加生态价值与提高生态产品价值实现潜力需要统筹配置各用地类型,同时也要关注优化用地后可能对景观格局产生的影响。     

基于土地利用/覆被动态变化的粤港澳大湾区碳储量评价与预测

土地利用/覆被变化会增加区域碳储量或引发碳损耗,进而影响全球气候.研究湾区土地利用与碳储量变化的影响机制,对区域生态系统保护及社会经济可持续发展具有重要意义.基于InVEST模型和PLUS模型,分析了粤港澳大湾区土地利用与碳储量的动态变化特征及影响机制,进一步模拟预测了2030年3种发展情景（自然趋势情景、建设用地优先情景和生态优先情景）下土地利用类型变化对碳储量的影响.结果表明：(1)2000～2020年粤港澳大湾区的耕地（减少5.38%）和建设用地（增加8.68%）变化最显著,其余用地类型的变化较小.林地作为大湾区的主要用地类型,同样也是重要的碳库,空间上集中分布于东、北、西三面的台地和丘陵地区,碳储存低值区集中于中部平原,以建设用地为主.(2)受不同用地类型相互转化的影响,粤港澳大湾区的碳损失了20.12×106 Mg.耕地和林地面积的减少以及建设用地面积的增加是碳损耗的主要原因.(3)模拟研究发现生态保护措施将有效提高区域碳储量.具体来说,当耕地、林地和草地向建设用地的转化减少20%,湿地和水体向建设用地的转化减少30%时（生态优先情景）,区域碳储量可增加2.58×106 Mg...     

广州市城市生态用地空间冲突与生态安全隐患情景分析

生态安全隐患区域的空间检测和获取对城市生态安全保护起到重要的作用。论文利用智能计算模型和空间分析技术,对广州市城市生态用地空间冲突与生态安全隐患进行了多情景模拟和分析。研究表明：① 空间冲突区域主要分布在城市边缘区。在城市生态用地占广州市总面积的15%、30%和50%情景下,分别占空间冲突总面积的95.40%、86.28%和77.45%,白云、花都、天河和番禺是空间冲突发生的主要区域。与之相反,城市核心区冲突区域面积所占比例逐渐增加。在50%情景时,空间冲突区域面积急剧增加,广州市城市生态用地控制指标面临着巨大的空间冲突压力。② 城市生态安全隐患区域主要分布在城市边缘区,在50%情景时,城市边缘区的隐患区域面积占隐患区域总面积的74.13%,白云区和花都区是生态安全隐患区域分布最集中的区域。而位于城市核心区的隐患区域,面临着更大的生态安全压力。研究结果可为城市生态安全的监控和预警提供参考,为城市生态保护提供可借鉴的方法和分析工具。     

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.     

京津冀城市群建设用地扩张多情景模拟及其对生态系统碳储量的影响

量化分析建设用地扩张对陆地生态系统碳储量的影响,探索模拟建设用地扩张的优化方案以提高未来生态系统碳储量,对区域可持续发展和生态文明建设具有重要的现实意义.基于土地利用和地理空间数据,利用生态系统服务与权衡综合评估（InVEST）模型和基于栅格的斑块生成土地利用模拟（PLUS）模型,以2 km网格为基本单元,核算分析了京津冀城市群2000~2020年生态系统碳储量和格局演变,拟合回归了建设用地变化和碳储量变化两者关系,设置不同城市扩张发展情景对京津冀城市群2030年土地利用格局进行了模拟并分析了不同发展情景下2020~2030年建设用地扩张对碳储量的影响.结果表明：①京津冀城市群2000、2010和2020年生态系统碳储量（以C计）分别为2 088.02、2 106.78和2 121.25 Tg,其中林地碳库占比最大.研究期间碳储量减少的网格单元集中分布在北京、天津、石家庄和唐山等大城市周边,建设用地扩张的区域是碳储量变化最为剧烈的区域.②在建设用地占比10%以上的各等级网格单元区域,建设用地扩张和碳储量变化回归拟合关系良好,两者回归系数均呈现波动上升趋势.③在自然发展、建设用地扩张增速减少15%和建设用地扩张增速减少30%这3种发展情景下,2030年生态系统碳储量（以C计）分别为2 129.12、2 133.55和2 139.10 Tg.2020~2030年建设用地扩张和碳储量变化两者回归拟合效果均明显优于2000~2010年和2010~2020年,回归系数随着建设用地占比等级的增加均呈现波动增加的趋势.在各建设用地占比等级区域,回归系数值均呈现：自然发展情景<建设用地扩张增速减少15%发展情景<建设用地扩张增速减少30%发展情景.在“双碳”目标下,京津冀城市群应优先选择建设用地扩张增速降低发展情景,对建设用地的扩张应优先控制在建设用地占比较高的区域.     

横断山区干旱河谷土地合理开发

横断山区干旱河谷热量丰富、降水偏少,农事旱象较著,但拥有众多宜农、宜林土地资源,尤宜生长亚热带与温带经济林果。目前,不合理耕樵坡地,已有严重水土流失,土地趋退化,河谷生态不稳定,经济生态效益不良。发展灌溉,提高集约耕种水平和逐步退耕陡坡地,扩大经济林果用地及保护与改造谷地现状植被等是提高当地人民生活水平、改善与保护干旱河谷以至整个横断山区生态环境的重要措施与战略治理方针。     

工业城市防护绿色空间布局适宜性评价——以内蒙古包头市为例

城市绿色空间是城市生态系统的重要组成部分,与其他类型的城市相比,工业城市生态环境问题相对突显,应更加重视防护型绿色空间网络化布局与建设。2000—2017年间,工业城市包头市区高质量的绿色空间大量被城市建设占用,城市绿色空间破碎化程度加剧,片状和带状绿色空间分布减少,尚未形成绿色空间生态网络体系;随着工业化、城镇化进一步发展,现状绿色空间承担着比以往更大的生态保护和修复压力。根据包头市工业城市防护型绿色空间建设需求性特征,基于隔离/保护理念、弹性理论、GIS空间分析技术等,评估包头市防护绿色空间布局适宜性,进一步结合2017年绿色空间分布特征,对防护绿色空间建设进行优先级分区。结果表明：（1）研究区防护绿色空间布局适宜区449.59 km2,占研究区总面积（629.59 km2）的71.41%,与现状绿色空间覆盖率（44.71%）相比,可增加26.7%的绿色空间覆盖率;（2）适宜区面积内存在较大面积的无绿色空间和低质量绿色空间,分别约占适宜区面积的25.73%、47.64%,防护绿色空间网络化程度低;（3）根据防护绿色空间布局建设分区结果,41.02 km2的区域可考虑优先建设绿地面积。结果可为包头市及同类型城市防护绿色空间布局与建设提供理论和实践参考。     

县域国土空间主体功能区土地资源空间配置效率及管制策略——以江苏赣榆为例

从县域出发,深化主体功能区概念应用,探究土地资源空间配置效率及其管制策略对深化我国国土空间治理体系具有重要意义。通过梳理主体功能区与土地资源空间配置理论关系,借助C-D生产函数考察江苏赣榆主体功能区土地资源空间配置效率,并差别化提出管制策略。研究表明,主体功能区建设实质是“以地为本”,功能区划理念下土地资源空间配置应遵循边际净收益相等的转化度,具有增进用地效率、减少自发优势竞争效率损失的可能。对赣榆区研究发现,不同主体功能区农用地转为建设用地数量存在过量配置,具有帕累托改进空间,其根源在于现行土地计划管理缺乏弹性机制调节指标,造成实际落地中的空间错配。因此,赣榆区应从全区统筹主体功能定位,协调国土空间发展格局,其中优化开发区“革新土地空间结构,转变经济与产业发展方式”、重点开发区“助力城镇工业化进程,确保土地资源利用效益”、限制开发区“着力粮经产品安全,创新农业生产用地经营模式”、禁止开发区“划定生态空间红线,探索农旅生态用地结构布局”。     

基于生态系统服务多情景权衡的生态安全格局构建——以大连市瓦房店为例

以辽宁省瓦房店市为研究单元,在评估2000年与2014年的食物供给、NPP、产水量及土壤保持四种典型生态系统服务基础上,引入OWA模型,模拟出研究区2014年生态系统服务优先保护区作为生态源地;利用最小累积阻力模型识别生态廊道与缓冲区,构建研究区生态安全格局。研究表明:（1）2000-2014年,瓦房店市生态系统服务时空变化显著,除产水量外,其他生态系统服务均有所增强。（2）综合考虑生态系统服务保护效率（E_i>1）与权衡度（0.68）,选取情景5下的优先保护区作为瓦房店的生态源地。（3）瓦房店生态源地面积为564.92 km²;生态廊道总长度为642.62 km,一级廊道（220.76 km）纵贯南北,次级廊道（421.86 km）呈网状连通分布离散的生态源地。研究结果可为瓦房店市生态系统可持续管理和土地利用优化提供决策支持。     

基于“三生”视角的中国林地分类提取

林地具有多重功能,在生态优先区和生产生活区承担不同功能。传统林地分类难以兼顾区域主导功能和开发保护定位,且对不同功能区内林地的时空特征尚缺乏定量刻画。建立基于“生产—生活—生态”视角的林地分类,利用土地利用图、功能区划、植被物候特征和统计数据,使用专题图叠加、遥感识别和决策树分类技术,提取林地各类型。结果表明:2018年中国林地遥感面积为228.18万km ²,1990—2018年生态优先区域林地减少2.49万km ²,2000年后降速变缓;防风固沙、水源涵养和土壤保持区等核心生态功能区内局部林地增加,主要位于内蒙古部分草原和沙区、河北西北部和黄土高原;东北地区、西南喀斯特区和新疆北部的林地转换为耕地和草地,生物多样性保护区内林地降幅最小;用材林地在2010年后减少变缓,园地扩大主要来自东南地区的耕地和用材林,城市林地在广东、浙江、江苏和北京迅速增加。研究表明,发挥核心生态功能的林地在生态修复工程范围和自然保护区内局部恢复,但剧烈的人为扰动仍导致其面积整体降幅较大。建议分区域差异化恢复生态林地、提升主导生态价值。     

基于地域功能的土地利用协调研究——以长株潭生态绿心暮云镇为例

论文以长株潭生态绿心暮云镇为例,基于地域功能及其格局视角,采用整体协调性(C₁)和有效协调性(C₂)等指标,分析土地利用现状态势与地域功能规划的数量协调性、 空间协调性、 主要协调问题及效应。研究结果表明:暮云镇生态空间C₁为54%,C₂为69.81%,存在较大缺口,应新增面积高达802.95 hm²,绿心建设任重道远,需重点加强东北部-东部山林生态和北部绿带建设;农业空间C₁为38.08%,C₂为91.28%,转换潜力较大,但应加强区内土地整理和村庄整治,提升生产效能和生态服务功能;建设空间C₁为36.11%,C₂为82.94%,增长速度过快,威胁生态绿心功能定位及格局形成,扩展速度与空间布局亟需优化调整。研究区应实行功能空间三重保障、 统筹城乡人口与用地、 建设适度复合功能空间及构建区域协调长效机制,促进土地利用与地域功能协调发展。     

资源型城市工矿用地系统修复的生态安全格局构建

资源型城市可持续发展的关键是对其工矿用地进行系统修复,在空间上统筹工矿用地的生态修复,使其从整体上参与区域生态安全格局构建十分必要。基于生态安全格局与电路理论,以典型资源型城市内蒙古自治区乌海市为例,分别识别2000年、2005年、2011年、2017年生态廊道和关键点,根据优先修复程度设置修复分级方案。研究结果表明：（1）2000-2017年,廊道路径上工矿用地面积增加和城市扩张导致生态廊道质量下降、位置发生变化。7条最小耗费路径总长度从120.74 km增加到125.71 km;加权耗费总距离从692.58 km增加到1162.28 km。（2）识别出2017年障碍点14处,总面积为16.06 km²。其中关键点12处,总面积14.09 km²。 （3）修复区域为识别出的2000-2017年四期生态廊道和2017年关键点,共划分三个修复等级,总面积为475.86 km²。研究通过区域生态安全格局理念统筹工矿用地生态修复,使之成为国土空间系统修复的有机整体,为资源型城市可持续发展提供决策参考。