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.     

近30年来鄱阳湖环湖区土地利用与景观格局变化研究

以1988—2018年7期Landsat遥感卫星影像为数据源,采用土地利用转移矩阵、景观格局指数等方法探究了鄱阳湖环湖区近30年来土地利用与景观格局变化特征.结果表明：①近30年来鄱阳湖环湖区建设用地和林地面积显著增加,耕地、草地、水域和未利用地面积减少.②建设用地的转入类型以耕地为主,30年间共侵占耕地面积1243.66 km²,占建设用地面积增加量的71.19%.林地的转入类型主要为耕地和草地,其中,耕地转入占比56.95%.耕地的转出类型以建设用地、草地和林地为主,且1999年以后随着城镇化的发展耕地主要转向建设用地.③近30年来鄱阳湖环湖区景观总体破碎程度逐渐增大,景观斑块个数共增加63492个,增幅为11.68%.景观连通性降低,各类型土地呈均衡化趋势 分布,景观异质性增加.研究结果可为推动鄱阳湖环湖区土地资源保护、生态环境保护和经济协同发展提供参考依据.     

宜兴市土地利用类型与水生态健康相关性研究

利用宜兴市2012年-2014年土地利用数据、水生态健康等相关数据,引用土地利用动态度和土地利用综合程度指数,对土地利用变化和水生态健康现状进行分析,运用相关性分析法测算土地利用类型比例与水生态健康主要指标的相关性.结果表明:耕地、建设用地比例与水生态健康综合指标负相关,湿地、草地、园地、林地用地比例与水生态健康综合指标正相关;建设用地比例与底栖动物负相关;湿地用地比例与营养、底栖动物指标正相关较强.     

不同土地利用情景下四平市生态系统碳储量时空演变

基于1990～2020年四平市土地利用类型数据,运用GeoSOS-FLUS模型,设定自然发展、耕地保护和生态优先三种情景,模拟不同情景下2030年四平市土地利用空间格局,同时结合InVEST模型定量分析研究区1990～2020年碳储量的时空分异特征,并探讨不同情境下土地利用变化对碳储量的影响,评估未来碳储量的潜力.结果表明:1990～2020年四平市耕地和林地分别减少了951.5 5km²和357.54km²,且以1990～2000年间的降幅最大.草地和建设用地呈增加趋势,分别增加了702.97km²和587.64km².2030年在生态优先情景下,林地呈扩张态势,耕地有少量增加,在耕地保护情景下,耕地数量得到有效保障,而林地和草地有不同程度缩减.建设用地在三种情景下都呈现扩张的趋势,在自然发展情景下增长幅度最大.1990～2020年,四平市陆地生态系统的总碳储量及平均碳密度呈连续减少的势态,以1990～2000年的降幅最大,主要原因是该时段内土地利用变化以耕地的减少和建设用地的增加为主.四平市碳储...     

基于LUCC的南四湖流域面源污染输出风险评估

基于1990-2015年土地利用和统计数据,运用输出风险模型、CA-Markov模型及回归模型,结合GIS技术,对南四湖流域的1990-2015年间土地利用覆盖变化情况和面源污染输出风险空间变化情况进行分析,模拟了2020年土地利用变化和输出风险空间分布。结果表明：研究期间,南四湖流域主要的土地利用类型为耕地和建设用地,共占总研究面积的85%以上;TN、TP有明显的风险变化对比,TN风险值分布在0~0.65,TP风险值约在0~0.12之间,氮为流域内主要污染物;在1990-2005年间,TN风险呈先增加后减少的趋势,2010年之后急剧增大。TP风险随着时间的增加一直下降;从空间分布上来看,风险较高的污染区多位于南四湖区以西的平原地带,南四湖东部的山地地区污染风险型较低,多为低风险污染区。较2015年,2020年的未利用地面积变化不大,除建设用地数量增加外,其他用地面积均有不同幅度的减少,TN风险略有减小,TP风险变化不大。为了控制研究区域面源污染的发展,相关部门需把提高农业科技、减少肥料施用作为当下的工作重心,从源头上控制污染发生。     

基于LUCC的艾比湖区域生态风险评价及预测研究

以新疆内陆艾比湖流域典型区域为研究区,基于RS和GIS技术分析1998、2013年土地利用变化,尝试用CA-Markov模型预测2028年土地利用/覆盖变化.借助Fragstats3.4软件,基于土地利用/覆盖变化构建景观生态风险评价模型,分析1998~2028年景观生态风险的时空分异特征.结果表明：（1）1998~2013年,研究区土地类型面积变化明显.耕地面积增加量最大,增加的面积为152139hm²,而未利用地面积减少量最大,减少的面积为67605hm².2013~2028年,耕地和裸露的河床及盐渍地的面积增加明显,增加的面积分别为30730hm²,12427hm²,而未利用地和水体的面积分别从954376hm²和44889hm²,减至921079hm²和37157hm².（2）1998~2028年,研究区生态风险等级空间分布差异明显.高生态风险区面积变化较为显著,其面积分别约占总面积的36.6%,7.3%,23.7%.1998~2028年,全局Moran's Ⅰ值分别为0.436962,0.442202,0.506622,表现为一定程度的正相关.（3）1998~2028年,耕地分布在低,较低生态风险的比重上升,所占百分比分别为58.46%,78.58%,79.9%.林、草地类型的各生态风险等级的所占的比重的波动较大.     

基于GIS的土地利用类型分形维数及稳定性研究——以滇池流域为例

应用GIS技术及分形理论,以云南省滇池流域为研究区,将土地利用类型划分为5类：耕地、林地、草地、水域及城乡工矿居民用地,并进行各土地利用类型图斑分形维数分析。结果表明：土地利用类型的分布具有分形结构,各土地利用类型分维值介于1.09～1.35之间,总分维值1.146。根据分维值对各土地利用类型稳定性排序：林地〉草地〉耕地〉水域〉城乡工矿居民用地。若不考虑水域影响,稳定性指数均介于0.2～0.5之间的土地利用类型面积占研究区土地总面积的80.18%,总体稳定性良好。说明在人为规划影响下,滇池流域土地利用总的发展比较稳定,人为因素、人工措施的实施比较合理。分维值能较好反映各土地利用类型复杂程度及稳定性。     

基于InVEST与CA-Markov模型的昆明市碳储量时空演变与预测

土地利用/覆被变化是引起陆地生态系统碳储量变化的重要驱动因素,影响整个生态系统的碳循环过程.以昆明市为研究案例,在修正碳密度系数的基础上,通过耦合InVEST模型碳储存模块和CA-Markov模型,分析2000～2020年及“三线”约束下未来不同土地利用情景陆地生态系统碳储量变化的时空差异特征.结果表明：(1)昆明市土地利用类型主要以耕地、林地和草地为主,土地利用转移也发生在三者之间.(2)2000～2020年,昆明市碳储量整体表现为南低北高的空间分布特征,碳储量逐年下降,累计损失5.27×10⁶ t,林地和草地退化是碳储量减少的主要原因.(3)2020～2030年,4种情景碳储量均有所减少,其中惯性发展情景碳储量下降最明显,主要是建设用地快速扩张引起;耕地保护情景相比惯性发展情景有效减缓了碳储量减少幅度;生态保护情景则能够增强研究区固碳能力,碳储量达到262.49×10⁶ t,但不能有效控制耕地面积的减少;防止城市扩张情景有效抑制了建设用地无序扩张,间接防止了碳储量进一步减少.因此,研究区可统筹考虑耕地保护情景、生态保护情景和防止城市扩张情...     

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...     

土地利用的经济生态位分析和耕地保护机制研究

土地利用变化包括土地利用结构和土地利用强度两个方面,是土地利用类型从低生态位层次向高生态位转变的自组织行为。对不同层次的土地利用生态位进行控制与协调,才能实现一定耕地保有量下土地利用资源场的均衡。而这种均衡正是耕地总量动态平衡得以实现的前提。在生态位势理论与系统边界理论的基础上,论文构建了土地利用经济生态位的模型,并以江苏省锡山市为例定量分析了不同土地利用类型相互作用的强度。研究显示,经济发达区非农用地与农用地生态位差较大,城市化进程加快,使耕地更易损失。从资源流动的场论分析角度,探讨了建立耕地保护机制的途径和方法。在目前的水平上,把土地利用生态位作为土地利用/覆被研究中的一种新方法论更有意义。     

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。     

基于情景模拟的上海土地利用变化预测及其水文效应

论文基于2000、2003和2006年土地利用数据,借助Terrset CA-Markov模型模拟预测2030年上海市土地利用结构,采用SCS模型探究土地利用结构变化的水文效应。结果显示：1）Terrset CA-Markov模型的模拟精度为0.85,可用于模拟2030年上海土地利用格局。2）预测结果表明,2000—2030年间,工商业用地、居住用地与道路广场组成的城市不透水地面比重由2000年的26.54%激增至2030年的59.19%。3）上海不同区域的平均径流深度整体呈增加趋势,但也存在一定的时空差异性,而这种时空差异是由上海城市化过程中的土地利用转化造成的;2000—2030年间,上海中心城区不透水地面比重较高且变化较小,而郊区不透水地面面积大幅提升,导致郊区地表径流深度增幅大于中心城区。研究结果可为完善城市风险管理与城市规划提供参考。     

基于景观结构的土地利用生态风险空间特征分析 ——以江西兴国县为例

本文以我国典型的红壤丘陵区——江西兴国县为研究对象,基于景观结构中的景观干扰度指数和景观脆弱度指数构建土地利用生态风险指数,并借助空间统计学中的空间自相关和半方差分析方法,进行土地利用生态风险的空间分布和梯度变化特征分析.结果表明,研究区内的土地利用生态风险度存在着一定的空间正相关性,并随着粒度增大,呈现出下降的趋势.1994-2005年的11年中,研究区生态环境质量整体有所上升,土地利用生态风险指数较高的地区有所较少.研究区的中部区域生态风险度高,相邻区域的生态风险度也较高.1994年和2005年,研究区生态风险指数空间分异的步长都比较小,分别为43km和9.3km.     

太湖流域水生态功能区土地利用变化的景观生态风险效应

以太湖流域及其一级水生态功能区为研究对象,以Landsat遥感影像解译获得的2005年和2008年土地利用分类图等为基础数据,基于土地利用类型比例变化、转移矩阵、GIS叠加分析、土地利用综合转换速率、景观生态风险指数和土地利用变化的景观生态风险效应系数等分析方法,综合分析了太湖流域及其不同一级水生态功能区的土地利用与景观格局及其变化特征,在计算相关中间参数的基础上,从景观尺度计算得到了太湖流域及其不同一级水生态功能区景观生态风险值,并在此基础上对太湖流域及其不同一级水生态功能区景观生态风险差异特征进行了比较分析,进而分析了各区景观生态风险与土地利用变化之间的效应关系,从而为流域不同水生态功能区差异化水生态保护决策提供依据。     

基于风沙防治的典型农牧交错区土地利用多情景模拟

作为典型的半干旱沙区,科尔沁左翼后旗（简称"科左后旗"）土地退化严重,土壤风蚀程度较强,有针对性地调整土地利用结构,有助于农牧交错区社会经济和生态环境的可持续发展.采用修正风蚀方程（RWEQ）模拟科左后旗的风蚀状况,并结合CA-Markov模型和当地风蚀状况及区域相关规划,设定了延续现有发展态势的历史发展情景、在全区域内开展风蚀治理的全域治理情景和依照区域风蚀特征实施治理的分区治理情景3种未来可能的发展情景,基于Dyna-CLUE模型模拟各情景下科左后旗2020年的土地利用格局.结果表明:①2010年科左后旗的平均风蚀量为33.86 t/（hm2·a）,风蚀程度较为严重,并且具有明显的西高东低的空间差异.②采用Dyna-CLUE模型模拟2010年土地利用空间分布结果的Kappa指数达0.921,模拟效果良好.③与2010年相比,历史发展情景下,2020年科左后旗荒漠化趋势更加严重,未利用地面积将增加33.76%,草地退化明显;全域治理情景下,风沙治理取得了一定成效,70.30%的未利用地得到治理,其中分别有32.32%和32.52%转化为林地和草地,水域也得到一定恢复,面积将增加5.01%;相比于全域治理情景,分区治理情景下高风蚀地区有更多的未利用地得到治理,低风蚀地区耕地面积将增加4.68%,进行风沙治理的同时也在一定程度上保护了耕地.研究显示,Dyna-CLUE模型在我国农牧交错区具有较好的土地利用格局的模拟能力,采取积极的风沙防治措施可以大幅提高当地的林地和草地面积,而采取有针对性的分区域治理政策在进行风沙治理的同时也可有效地保护耕地.      

天山北坡城市群碳储量时空变化及预测研究

为了有效评估城市群碳储量变化,以天山北坡城市群为研究对象,运用PLUS模型和InVEST模型,动态评估2000~2020年及2030年不同情景下土地利用变化及碳储量变化特征.结果表明,2000~2020年天山北坡城市群碳储量呈现持续增加趋势,且碳储量变化与土地利用变化密切相关,主要表现为2000~2010年林地面积的减少导致其碳储量减少约266×10⁶t,2010~2020年草地面积的增加使其碳储量增加约69.14×10⁶t.2030年自然发展情景、生态保护情景和经济快速发展情景下碳储量预测值分别为8875.88×10⁶t、8895.58×10⁶t和8841.58×10⁶t;经济快速发展情景下碳储量最低,生态保护情景下碳储量最高.土地利用是影响碳储量空间变化分布的第一主导因素,贡献率接近于90%,土地利用强度与碳储量协调性分析与两者双变量空间自相关分析进一步验证了这一结论.土地利用变化在一定程度上能够对碳储量产生积极影响,对于本研究区而言,生态保护发展情景可能更符合未来城市发展模式,研究结果能够为土地利用规划提供参考.     

城市增长边界分析方法研究——以长江三角洲常州市为例

诸多国家已采取城市增长边界(Urban growth boundary, UGB)对策以抑制城市蔓延,我国目前城市与土地利用规划也明确要求划定UGB,但其分析方法研究还较薄弱。综合系统动力学模型、元胞自动机及城市承载力分析研究常州市区UGB,结果表明:预测到2020年常州市区城市建设用地面积为30 847 hm²,北部和南部组团外延增长、主城区及南北组团内部填充同步发展,UGB由沿江-德胜河-沪宁高速-新孟河-德胜河-武宜运河-沿江高速-沪宁高速-市域界限等围合而成;模型预测的UGB与GH-UGB(实际规划UGB)北部和东部空间拟合良好,西部和南部拟合较差,表明模型预测对空间整体和要素联系考虑不足,而用地规模偏差则表明模型预测更为客观;UGB分析方法在政策、空间规划理念和整体格局上有待完善。     

基于景观结构和空间统计方法的绿洲区生态风险分析——以石羊河武威、民勤绿洲为例

论文以石羊河流域武威、民勤绿洲为研究区域,在ArcGIS 10.0、ArcView 3.2 软件和景观格局分析软件FRAGSTATS的技术支持下,采用干扰度指数、景观脆弱度指数、优势度指数和破碎度等指数,并通过分析景观格局与生态风险度之间的关系,将各景观指数进行栅格叠置运算,从而构建生态风险度,在此基础上,利用GIS局部空间统计方法研究分析了绿洲区景观结构格局和生态风险的时空变化特征及聚集模式。研究结果表明:① 城乡用地快速扩展的同时,耕地和草地景观有较大幅度的降低,优势景观类型由耕地、草地向耕地和建设用地转变;② 武威绿洲生态风险经历了从较高到中度的转变,生态风险整体趋于好转,而民勤绿洲生态风险从中/较高到较高/高变化,生态风险有所恶化;③ 武威绿洲主要为高于平均值的要素趋于聚集,表现为低生态风险小区高度聚集,且聚集度有上升的趋势,而民勤绿洲则主要为低于平均值的要素趋于聚集,高生态风险小区高度聚集,随着时间的推移呈现面积增大、空间扩展的态势。     

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。