基于SD和CLUE-S模型的区域土地利用变化对土壤有机碳储量影响研究

土地利用/土地覆被变化改变土壤呼吸条件,进而对土壤有机碳储量变化产生影响,而土壤有机碳储量则是影响农业可持续发展和全球碳平衡领域的重要因素。以上海市崇明岛为例,运用系统动力学模型(System Dynamics Model)预测2020、2030年土地利用需求变化,结合CLUE-S模型(Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent Model)得出各种用地类型的空间分布,并引用碳密度法估算三种发展幕景下土地利用变化对土壤有机碳储量的影响。结果表明:2030年三种发展幕景土壤有机碳储量分别为:低速发展幕景为3 093.03×106kg,惯性发展幕景为3 079.47×106kg,高速发展幕景为3 059.81×106kg;研究期内土壤有机碳储量呈现缓慢下降趋势,但人类活动对其扰动较小;SD和CLUE-S耦合模型可以从时间和空间两方面对土壤有机碳储量进行模拟,具有可行性;建议通过加强城镇用地集约利用、农田保护、林地建设来减少人为活动对土壤有机碳储量的影响。     

湖北省土地利用减碳增效系统仿真及结构优化研究

土地利用变化是引起碳排放的重要原因之一,土地经济效益是利用土地的目标之一,如何通过优化土地利用结构实现土地利用减碳增效是值得研究的重要问题。基于系统结构与功能相互作用的视角,梳理复杂系统内变量间的反馈关系,运用系统动力学(SD)进行建模,将约束条件纳入到多目标规划(MOP)中,实现MOP与SD模型整合,进行系统仿真并得出优化后2020年湖北省土地利用结构。结果显示,利用SD-MOP模型能够实现减碳增效目标下土地利用结构优化,与2008年真实值相比,耕地、林地、牧草地及建设用地分别增加了0.33×10~4、30.17×10~4、0.08×10~4和16.37×10~4 hm~2,其他农用地及未利用地分别减少7.23×10~4、33.15×10~4 hm~2;与无约束SD单模型仿真相比,土地利用碳排放量减少了58×10~4 t,经济效益年增长率维持在3.58%,优化方案具有可行性。SD-MOP模型优化的土地利用结构符合区域可持续发展要求,兼顾了土地利用碳减排和经济效益增长的双重目标,能为区域土地资源优化配置提供参考。     

扬子江城市群土地利用时空变化及其对陆地生态系统碳储量的影响

扬子江城市群是江苏省城市化进程最快,土地利用变化最明显的区域。研究该地区地利用变化及其对陆地生态系统有机碳储量的影响,对江苏省低碳土地利用研究具有重要意义。该文利用五期30 m土地利用栅格数据、土壤样点数据、林地植被清查数据、农作物数据以及经验数据,分析了1995～2015年扬子江城市群土地利用时空变化、核算了其对有机碳储量的影响。主要结果如下:(1) 1995～2015年间,扬子江城市群约有15. 90%的土地发生了转移,其中,耕地作为主要的转出者,建设用地作为主要的转入者,耕地转移为建设用地的面积约为4 161. 78 km~2,占扬子江城市群耕地转出面积的85. 86%,是主要的土地转移类型;(2) 1995～2015年间,由于土地利用类型转移变化,扬子江城市群有机碳储量总量减少了472. 63×10~4t,其中土壤有机碳储量总量增加110. 28×10~4t,植被碳储量总量减少582. 91×10~4t;(3)建设用地占用耕地是区域有机碳储量减少的主要原因,导致有机碳储量减少406. 40×10~4t,占整个区域有机碳储量减少总量的85. 99%;(4)未来扬子江城市群可通过增加生态用地、控制建设用地、优化土地利用结构,提高区域碳储量,减少对陆地生态系统碳平衡的扰动。     

耦合PLUS-InVEST-Geodector模型的三峡库区碳储量时空变化及其定量归因

探明区域长时期陆地生态系统碳储量时空变化及其影响因素对于碳中和目标实现具有重要的理论与现实意义。研究耦合PLUS-InVEST-Geodector模型，探究三峡库区1990～2035年不同情景下碳储量时空变化规律，并从土地利用变化以及自然-社会经济复合关系角度定量揭示其影响碳储量变化归因。结果表明：(1)1990～2020年三峡库区碳储量表现为“减少-增加-减少”的波动性，整体减少6.66 Tg,减幅为1.25%,其中耕地大面积转移至建设用地是导致碳储量减少的主要原因；(2)1990～2035年三峡库区碳储量空间分布与土地利用变化具有高度一致性，其空间异质性较为显著，总体呈现出“东高西低，南低北高且库首>库腹>库尾”的分布特征；(3)2035年自然发展情景和生态保护情景碳储量较2020年分别减少7.53和0.37 Tg,生态保护情景较自然发展情景能显著降低库区碳储量损失；(4)影响碳储量时空变化因素较为显著，其中土地利用变化是其主导因子，其次则为温度、人口密度、高程和土壤类型，且各因子交互作用均对碳储量变化解释力增强。研究可为库区碳库管理以及碳储功能的可持续发展提供科学参考...     

区域土地利用总体规划碳效应分析——以青海省海东市为例

土地利用变化直接或间接地改变着陆地生态系统碳源、碳汇的分布和大小,进而影响其碳循环过程。因此,进行区域土地利用及其碳效应定量研究和评价,对区域土地资源科学管理和可持续发展具有重要意义。本文以青海高原东部的海东市为研究区,在确定土地利用类型碳循环参数的基础上,对规划情景下土地利用变化引起的碳平衡进行分析测算。研究结果表明,在规划情景下,到2020年土地利用结构调整对区域碳平衡有较大的影响。相对于2009年,规划目标年土地利用变化导致区域碳储量增加628.79万t,并以农用地的碳储量为主;规划情景下,区域碳排放量呈增长趋势,碳排放量增加191.91万t。虽然规划情景下,土地利用变化导致区域碳排放的增加,但土地利用结构的优化调整却有利于区域碳储量增加。     

基于CA Markov的土壤有机碳储量空间格局重建研究——以泛长三角地区为例

选取了泛长三角地区的高程、坡度、坡向、GDP、人口、温度、降雨量、河流距离、城市距离和海岸线距离10个驱动因子作为土地利用变化驱动力，基于这些驱动力因子，利用Logistic分析制作土地适宜性图集；运用CA Markov模型模拟得到2000年、1995年、1990年、1985年、1980年、1975年6期的土地利用格局；采用全数检测的方法对模拟结果进行精度检验；在此基础上，得到了泛长三角地区土壤有机碳储量，进而重建历史土壤有机碳储量空间格局。研究结果表明：（1）模型模拟精度为8873%，说明CA Markov模型对历史土地利用模拟具有一定可行性；（2）泛长三角地区历史土壤有机碳储量从今往前逐期递增，且明显高于2010年土壤有机碳储量水平，1995、1990、1985、1980、1975年土壤有机碳储量分别为3235 1、3241 9、3247 6、3251 8、3255 3；（3）各时期泛长三角地区土壤有机碳储量空间格局呈现出南高北低的趋势，土地利用类型与土壤有机碳储量密切相关，城市建成区有机碳储量低于其他区域，土壤有机碳储量增加区域主要出现在其高值区周边；（4）耕地与林地面积的增加，建设用地面积减少，导致了1995~1975年间有机碳储量的增加。基于CA Markov模型可以有效重建历史土壤有机碳储量的空间格局     

湖北省土地资源遥感调查与评价

根据1999年TM影像解译了湖北省土地利用现状，然后以土地利用现状图为基础，采用地理信息系统技术，结合湖北省的实际情况，选择土壤、地形、坡度等评价因子，对湖北省土地资源进行了适宜性评价，简要地将全省土地资源划分为九等。评价结果表明：湖北省水热条件好，土地适宜性广，宜农林牧业同时利用的土地广泛分布；但是该省的基本农田面积小，土地垦殖率高，低产田面积大，后备耕地资源严重不足；土地利用结构与土地资源的供给条件、利用要求不相适宜，利用效益末得到充分发挥。     

基于PSR模型的土地利用系统健康评价及障碍因子诊断

土地利用系统健康评价及障碍因子诊断是土地资源可持续利用的重要基础。在界定土地利用系统健康内涵的基础上，构建了基于PSR模型的评价指标体系，采用熵值法和障碍度模型，对四川省土地利用系统健康进行了评价。研究结果表明：（1）2000~2008年四川省土地利用系统健康水平总体不断提高，综合指数从0394 5增加到0557 3，健康等级经历了“不健康 临界状态”的演变历程；（2）压力指数总体上呈现下降趋势，状态指数和响应指数总体上呈现上升趋势；（3）长远来看，系统压力是影响土地利用系统健康的首要因素，2000~2008年系统压力和系统状态的障碍度分别以年均881%和097%的速度增加，而系统响应的障碍度以年均766%的速度下降；（4）影响土地利用系统健康的主要障碍因子包括固定资产投资增长率、人均耕地面积、土地垦殖率、水土流失程度、地均GDP等。为了促进土地利用系统健康水平不断提高，需要进一步转变经济发展方式，加强土地利用监督管理，加大环境治理力度，有效控制水土流失程度     

基于Dyna-CLUE模型的太湖流域建设用地空间扩张模拟

从区域尺度模拟建设用地空间扩张是理解和解释区域土地利用变化过程与趋势的有效途径之一。基于Dyna-CLUE模型，通过1985年以来5个时段太湖流域遥感影像数据及自然与社会经济数据提取先验转换规则，模拟未来太湖流域在耕地保护、生态保护与综合保护3种不同情景模式下建设用地空间增长过程。结果显示：3种模拟情景下Kappa 系数均大于0.75，具有较高的一致性，表明Dyna-CLUE模型在太湖流域建设用地空间扩张模拟中有较强的适用性；3种情景下，综合保护情景下建设用地扩张模拟精度最高；2020与2030年流域建设用地扩张均以大城市周边为主导，其中2010～2020年扩张总量位居前列的城市依次为上海、嘉兴、无锡和湖州等，而2020～2030年依次为嘉兴、苏州、上海和无锡等。2020年、2030年建设用地空间扩张模拟结果基本符合太湖流域建设用地空间扩张的趋势。研究方法及模拟结果相对可靠，以期为未来太湖流域城市化进程中的土地利用规划实施，特别是土地利用宏观需求的空间配置提供一定的借鉴与参考     

湖北省土地整治项目实施的时空分异及其协调性分析

以县域为研究单元，采取数理统计和重心模型法分析1998～2017年湖北省土地整治项目的时空分异特征；基于整治强度、整治潜力和整治难度等土地整治实施的核心指标，借助耦合协调度模型，综合评判1998～2017年湖北省土地整治实施的协调性。结果表明：（1)1998～2017年湖北省土地整治总体呈现出上升的发展态势，投资规模、建设规模、新增耕地规模和项目数量均表现为先快速增长后有所回落最后趋于平稳的特点，在空间分布上表现为鄂中平原地区高，鄂东和鄂西地区较低的格局特征。（2）1998～2017年湖北省土地整治项目各实施要素的重心均位于江汉平原腹地，并在天门市-钟祥市-京山县一带呈波动式变化。(3）1998～2017年湖北省土地整治项目实施协调度呈现低度耦合协调、中度耦合协调和高度耦合协调3种状态，低度耦合协调状态主要集中在鄂北和鄂东低丘岗地区，高度耦合协调状态主要分布在鄂中平原地区，中度耦合协调状态分布较广，全省范围内均有覆盖。对区域土地整治项目时空格局特征及其实施协调性研究可为新时期我国统筹区域土地整治事业发展及实施差别化管控策略提供有益参考。     

安徽省陆地生态系统碳储量变化对未来土地覆被情景的响应

基于2017年安徽省土地覆被现状，结合文献调研设定碳密度参数。在三条控制线的框架下，构建5种2035年可能的土地覆被情景，据此评估碳储量变化的响应。结果表明：(1)2017年，安徽省陆地生态系统总碳储量为1 005.4 Tg。皖西、皖南山地林区碳储量较高，皖北平原、江淮丘陵的农田和城镇区较低，沿淮、沿江河流湖泊最低；(2)5种情景下，由于建设用地(碳密度较低)的扩张对周边农田和林地(碳密度较高)的占用，总碳储量出现了16～50 Tg的下降，下降幅度取决于建设用地占用类型碳密度的高低。生态修复力度的增强对皖北、江淮和沿江区碳储量损失的减缓效果相对较好；(3)建议国土空间规划中应关注绿色低碳导向的土地利用结构和布局优化，提升城市更新质量，减少碳储量损失。     

鄱阳湖生态经济区土地生态安全警情研究

土地生态安全研究是当前土地可持续利用研究的前沿课题。为了确保土地生态安全，就必须对土地生态安全系统预警进行研究。结合预警理论，从压力 状态 社会响应3方面构建了土地生态安全预警指标体系，运用物元模型对鄱阳湖生态经济区2001~ 2008年的土地生态安全的警情进行分析。结果显示：2001年鄱阳湖生态经济区土地生态安全警情为轻警状态；2002~ 2004年处于中警状态；2005~ 2006年下降为重警状态；2007~ 2008年土地生态安全警情状况有所好转，处于中警状态。通过研究表明，利用物元模型进行区域土地生态安全预警研究是可行的，具有计算简便、意义明确、评价精度高等优点，可为土地生态安全预警研究提供了另一种途径     

规划管制下土地发展权受限的多情景测度:数量与价值

在统筹推进国土空间规划及用途管制的背景下,揭示土地发展权受限的数量及其价值,对于完善中国空间治理体系、解决不平衡不充分发展尤其是区域差异问题具有重要的理论和现实意义。文章以湖北省为"生态资源优势区"代表性省份,首先运用柯布-道格拉斯(C-D)生产函数模型测算各生产要素在农业与非农业部门中对经济增长的弹性以及土地资源在两部门的边际收益,揭示土地发展权受限的客观现实和成因;然后基于缩小湖北省与"经济发展优势区"经济发展差距的不同情景,测度2009—2018年湖北因处于生态资源优势区而使土地发展权受限的数量与价值。结果显示:(1)土地要素投入对湖北省经济增长具有重要影响。2009—2018年,湖北省非农部门经济增长仍依赖土地要素投入,且土地要素对经济增长的贡献难以被其他生产要素替代。(2)高额的机会成本是土地资源由农业部门向非农部门转移的重要潜在驱动力。2009—2018年,湖北省非农部门的土地边际收益是农业部门的17.03~44.14倍,且呈逐年递增趋势,规划管制的存在导致了土地发展权受限。(3)规划管制背景下,对受限的土地发展权进行补偿具有必要性和可行性。在经济发展水平差距缩小10%~100%的不同情景下,2009—2018年湖北省土地发展权受限数量处于0.53×104~5.35×104hm2之间,对应的价值量占同时期"经济发展优势区"总GDP的比重较低,为0.02%~0.19%。基于此,应开展土地发展权受限补偿的制度建设,从土地发展权产权确认和利益分配机制改革两方面量化和落实土地发展权,并以对土地发展权的底线补偿情景为起点逐步提高土地发展权补偿水平,直至实现完全补偿。     

碳氧平衡约束下武汉市土地利用结构优化情景模型研究

碳氧平衡法可通过比较人类活动引起的释碳耗氧量与生态用地的固碳释氧能力之间的平衡关系来测算碳氧平衡标准下生态用地需求量。以武汉市为例,遵循"环境友好、资源节约"的两型社会建设原则构建了土地利用综合效益最优的多目标函数,以2013年为基期年且2020年为目标年,探索了碳氧平衡约束条件下武汉市土地利用结构的优化方向。研究结果表明:土地利用结构优化后2020年较2013年增加了40 908hm2标准生态用地,产生431亿元的综合效益,年固碳能力和释氧能力分别达到532.03万t和1 418.33万t,分别占武汉市释碳耗氧量的43.25%和30.29%,能完成区域内的固碳任务且有盈余,但不能实现区域内的氧平衡。研究结果表明仅通过增加生态用地来维持碳氧平衡将难以为继,长期来看,必须转变发展方式来维持碳氧平衡状态。     

红壤丘陵区土壤有机碳储量模拟

土壤的有机碳蓄积量及其动态变化,不仅是维持农业生产可持续发展的重要因素,而且在全球变化碳循环研究中具有重要地位.本文基于GIS技术和DNDC模型,以江西省余江县为例,模拟研究了典型红壤丘陵区不同土地利用方式下的土壤有机碳储量及其变化.结果表明:余江县表层土壤有机碳储量为3.52×109 kg,平均土壤有机碳密度为4.24 kg m-2.不同利用方式中,灌溉水田的土壤有机碳密度最高,其次是望天田、园地、林地和菜地,旱地的较低,草地的最低.该县土壤有机碳库的年度变化量为8.63×107 kg, 变化率为+2.45%.土壤有机碳密度下降的地区多位于农田区内,特别是旱地,部分灌溉水田的碳密度略有增加,林地、园地、草地的土壤有机碳密度是增加的,其中园地的增幅最大.在不考虑土壤流失的情况下,自然植被覆盖下的土壤碳截留能力强于农业植被下的土壤,但是灌溉、施肥、种植绿肥等保护性农业措施可以减少土壤碳的损失,甚至增加有机碳的储量.     

2000～2007年湖北省耕地变化的遥感调查与分析

以中国科学院资源环境数据库为基础，利用2005和2007年获取的遥感数据，结合地面调查，对湖北省2000～2007年的耕地动态变化进行了监测，并进行了制图分析。研究结果表明：2000年以来湖北省耕地面积在不断下降，7a间净减少125 387 hm2；水域扩张是耕地流失的最主要原因，占到耕地流失面积的54.6%，其中又有88%是转变成坑塘；耕地资源变化存在明显区域差异：江汉平原水域的扩张导致超过湖北全省的一半耕地流失发生在江汉平原，建设用地占用耕地主要发生在湖北中东部和平原地区，湖北中西部耕地减少则是生态退耕造成；2005年以来，建设用地扩张明显，是2005年以来耕地流失的主要原因。因此，今后湖北应继续实行严格的耕地保护政策，着力解决粮渔争地问题和加强对建设用地的控制，以实现湖北省耕地资源的可持续利用。〖     

近25年三峡库区土地覆被变化及驱动力分析

基于1990、2000、2005、2010和2015年五期30 m空间分辨率土地覆被遥感数据，利用动态度模型和转移矩阵，综合分析了近25 a三峡库区土地覆被的时空格局、变化特征及驱动力。研究结果表明：2015年三峡库区土地覆被以森林和耕地为主，分别占总面积的41.45%和24.58%；1990~2015年三峡库区人工表面、湿地、森林和其他用地的面积增长明显，耕地、灌丛和草地的面积整体减少，区域综合土地覆被动态度呈先增加后稳定的变化趋势，人工表面是最为活跃的土地覆被类型，其次是湿地和耕地；前10 a三峡库区人工表面占用耕地较为突出，后15 a土地覆被类型转换主要为森林、灌丛和耕地转为人工表面和湿地；三峡工程建设、移民安置与迁建、经济发展与城镇化导致人工表面不断扩张，水库蓄水导致湿地面积迅速增加，农业结构调整促使园地面积扩张。三峡库区近25 a来，在退耕还林等生态保护政策影响下，生态环境状况趋于改善，库区森林面积显著增加，坡耕地面积持续减少，但人地矛盾日益突出，研究结果可为后三峡时代库区生态环境保护与社会经济的协调发展提供数据支撑。     

中国林业碳贡献区域分布及潜力预测

"国家自主贡献"(INDCs)鼓励各国自觉承担减排责任,林业部门的碳贡献及潜力对我国承担减排替代及合理制定INDCs目标具有积极意义。通过生物量转换因子连续函数法和土壤有机碳储量推算法,利用第八次森林资源清查数据,模拟预测三种森林生长情境下各林区承诺期内碳贡献分布变化情况。研究结果表明:①至第八次森林资源清查结束,三大林区总碳储量为48.63 PgC,总蓄积量为188.02×10~8m~3。②至2030年,自然增长情境(Ⅰ)、按原面积比例分配情境(Ⅱ)和人工林高配比情境(Ⅲ)下林区总碳储量将分别增加1.70、6.90和7.11 PgC,蓄积量分别增加53.04×10~8、61.70×10~8和62.38×10~8m~3。③2013—2030年期间,各林区碳贡献均保持增长,但东北和西南林区贡献率逐年下降,南方林区贡献率上升趋势明显。④敏感性分析结果表明,每提高5%南方林区新造林面积比例,三大林区的碳储量和蓄积量将提升6 TgC和7×10~5m~3。为充分发挥林业在缓解气候变化中的潜力,应提高南方林区的新造林面积比例,为用材林制定合适的采伐模式,增加杉木和桉树等速生树种面积,以维持较高的碳贡献增长速度和保障木材生产安全的优势。在东北林区和西南林区发展混交林,对过熟林进行可持续经营管理,人工促进更新过熟林以提高森林更新速度,从而改善碳贡献率下降和林龄偏大的现象。     

三峡库区乔木林生物量和碳储量的估算

以三峡库区为研究地点,建立库区优势树种立木生物量模型,并测定乔木含碳系数,结合库区第7次和第8次森林资源连续清查数据,估算了整个三峡库区乔木林的生物量和碳储量。研究结果表明:(1)整个库区乔木林生物量和碳储量第7次调查为12 583×104t和6 471×104t,单位面积生物量75.70t/hm2,碳密度38.93t/hm2,第8次调查为14 253×104t和7 396×104t,单位面积生物量77.46t/hm2,碳密度40.20t/hm2。可见,这5a中,三峡库区生物量和碳储量都有所增加。(2)对于不同森林植被类型来说,松类的生物量和碳储量都显著高于其他类型,分别占三峡库区生物量和碳储量的40%和50%。(3)三峡库区森林植被生物量和碳储量随龄级增大先增大后减少,在中龄林时达到最大,比较两次调查的生物量和碳储量,森林植被主要以幼林龄和中龄林占优。(4)两次调查显示三峡库区森林植被生物量和碳储量主要分布在天然林中,对于碳汇起到主要作用,同时,人工林所占的比例有所提高,其碳汇能力也逐步提高。     

我国土地用途管制之耕地保护绩效的定量研究--以山东省为例

本文采用虚拟变量模型。以软件Eviews为分析工具。以农业大省山东省为例。首次对土地用途管制在耕地保护中的绩效进行了定量研究。结果表明，实施土地用途管制后。每1万元基本建设投资可节约占用耕地0．00195hm^2。1998-2002年。山东省共节约建设占用耕地80430．48hm^2。但GM(1，1)预测结果表明。到2010年，山东省耕地保护形势仍然非常严峻。据此文章提出了政策建议。