基于CA-Markov多情景模拟的海南岛土地利用变化及其生态环境效应

以海南岛为研究区域,基于2010年和2020年两期土地利用数据,利用CA-Markov模型预测了3种模拟情景下2030年和2040年土地利用空间分布格局,定量分析了海南岛2010—2040年土地利用变化及其生态环境效应。结果表明,(1)2010—2020年间,海南岛土地利用类型以林地为主,面积占比达62%以上,其次耕地。该时期土地利用类型转移的主要特征是林地、耕地、水域转为建设用地,建设用地面积增加483.55 km2,增长率高达53.27%。(2)利用CA-Markov模型模拟3种情景下海南岛2030年和2040年的建设用地均呈现较大幅度的增长,其中耕地保护情景模拟下的耕地面积最多,生态保护情景模拟下的林地和水域面积有所增加。(3)海南岛生态环境质量呈现出中部高、四周低的阶梯式空间分布格局,2010—2040年间海南岛生态环境质量逐期降低,由2010年的0.606 4下降至2040年的0.587 8。在3种模拟情景中,生态保护情景下的海南岛生态环境质量最高,其次是耕地保护情景,基准情景最差。(4)2010—2040年间,林地转为建设用地是导致海南岛生态环境质量恶化的主要类型和主导因素,耕地转为林地则是致使未来生态环境质量改善的主要土地利用变化类型,生态贡献率超过70%。总体而言,海南岛生态环境质量恶化的趋势大于生态环境质量改善的趋势。     

基于PLUS模型和InVEST模型的南京市生态系统碳储量时空变化与预测

土地利用变化对陆地生态系统碳储量变化有着重要影响,研究土地利用变化与碳储量的空间格局,有利于优化国土空间布局,协调生态保护与土地开发利用之间的关系。以南京市域为研究区,基于2000—2020年土地利用数据,采用InVEST模型对此20年间南京市土地利用变化及碳储量变化进行分析,同时采用PLUS模型预测不同发展情景下2040年南京市碳储量分布,结果表明：(1)土地利用变化直接影响研究区碳储量。2000—2020年,城市建设用地扩张65.62%,耕地、林地和草地随之减少,南京市碳储量减少2.62×10⁶ t;(2)根据预测,到2040年,在耕地保护情景下,碳储量下降最少,仅下降2.44×10⁵ t;在生态保护情景下,碳储量下降1.56×10⁶ t;在城镇发展情景下,碳储量下降最多,下降1.78×10⁶ t;在自然发展情景下,碳储量下降1.62×10⁶ t。这表明采取耕地保护和生态保护政策,可以有效控制碳储量减少;(3)碳储量空间分布特征与土地利用分布保持一致,对于碳储量较高的区域,...     

基于InVEST模型的太行山沿线地区生态系统碳储量时空分异驱动力分析

提升区域的碳汇能力是中国生态文明建设的重点战略方向,是促进经济社会发展绿色转型的重要举措。太行山区是中国华北地区重要的生态屏障,其生态系统拥有良好的碳汇能力。研究太行山区生态系统碳储量时空分异特征及其影响驱动机制,对华北地区落实国家“双碳”工程建设,提升区域释氧固碳能力,乃至全面提升区域生态环境质量具有重要的意义。以太行山区为例,基于2005、2010、2015、2020年太行山区四期土地覆盖及碳密度数据,使用InVEST模型估算研究区碳储量,使用地理探测器探索驱动碳储量空间分异的主要因子,分析驱动机制。研究结果表明,(1)在2005—2020年期间,太行山区的土地利用类型发生明显变化。林地、建设用地土地利用面积增加,耕地、草地土地利用面积减少。耕地和草地主要转化为建设用地,同时也有一部分耕地转化为林地。(2)太行山区碳储总量在1.48×10⁹—1.50×10⁹t之间,整体逐渐增加。从土地类型来看,碳储量占比由大到小依次为：林地、耕地、草地、建设用地、水域、未利用地。林地增加是太行山区碳储量增加的主要原因;(3)太行山区碳储量空间分异主要受地...     

基于SSPs多情景目标的2030年成渝经济圈土地利用碳排放预测及其空间优化

快速城市化及人类活动增强,使得土地利用剧变并带来了一系列生态环境及气候问题。中国碳达峰、碳中和战略的提出,对未来土地利用的数量结构及空间分布提出了新的更高要求。碳中和战略下,通过多目标情景模拟土地利用结构和空间优化,预测未来土地利用变化及其碳排放特征,对土地维度碳中和具有重要意义。结合SSPs未来气候情景、历史情景和政策情景,基于PLUS模型模拟了2010-2030年成渝经济圈土地利用变化,包括数量和空间结构特征。并进一步基于经济效益、碳排放量、碳储量、生态系统服务价值四目标函数约束,对2030年不同情景下成渝经济圈土地利用结构进行了空间优化。深入分析了2030年的土地利用变化碳排放特征。结果表明,（1）2010-2020年,成渝经济圈主要表现为耕地、草地面积减少,建设用地、林地、水域和未利用地面积增加。（2）基于5种未来情景预测的成渝经济圈2030年土地利用变化各不相同。SSP126情景、SSP245与历史情景下,整体变化模式类似,但SSP126情景下林地扩张更快;SSP585情景下,建设用地、林地迅速向耕地扩张;政策情景兼顾建设用地与生态用地的发展,耕地减少最多,但耕地面积仍然高于...     

基于土地转移矩阵的生态服务功能研究——以南京市仙林新市区为例

以南京市仙林新市区为例,运用土地转移矩阵方法分析土地利用变化,并采用专家打分法和层次分析法对生态服务功能进行分类评价,对其结果进行空间化表达,分析土地利用变化对生态服务功能的影响。结果表明:(1)2003—2013年仙林新市区耕地和水体面积大量减少,而建设用地、密集型草地和裸地面积大量增加。土地利用类型变化主要体现在耕地、水体向建设用地、密集型草地和裸地的转移。(2)区域生态服务功能整体降低,但生态服务功能改变程度具有空间异质性,西北部和中部的大部分区域生态服务功能降低程度高,而东南部小部分区域降低程度低。(3)耕地、有林地和水体向建设用地的转移是造成生态服务功能降低的主要原因,其作用程度达到70%以上。     

成渝城市群黑碳气溶胶的时空分异特征及其对土地利用/土地覆被变化(LUCC)的响应

基于2000—2015年MERRA-2的黑碳气溶胶(BC)空间分布数据和土地利用/土地覆被数据,利用GIS空间分析手段和地理加权回归模型,识别成渝城市群BC浓度的时空分异和土地利用/土地覆被变化(LUCC)特征,探讨BC浓度对LUCC的响应关系。结果表明:(1)成渝城市群BC浓度在整体上呈现出中部高、四周低的同心圆格局,且这一态势在15 a中没有发生明显改变;2000、2005、2010和2015年的年均浓度分别为3.86、4.97、4.91和4.51μg·m~(-3),以2005年为拐点呈先上升后下降的趋势,且2005年高值区的空间范围最大,经历了扩张-收缩的变化过程;在季度水平上表现出冬季秋季春季夏季的趋势,秋冬季BC污染形势严峻;(2)2000—2015年成渝城市群土地利用/土地覆被的主要类型为耕地、林地和草地,该时期3种地类面积总和的占比均在94.61%以上,土地利用结构未发生明显改变;以耕地与草地连续减少和建设用地持续增加为LUCC的主要特征,水域、林地和未利用地略有增加;(3)不同土地利用/土地覆被类型下的BC浓度总体上呈现出建设用地耕地水域林地未利用地草地的特征;在不同的土地利用/土地覆被转换方式下,当人工用地转为自然用地时BC浓度降低,当自然用地转为人工用地时BC浓度增加;(4)地理加权回归模型计算结果表明,局域拟合系数较高区域的LUCC对BC浓度的影响较为显著,且呈现出明显的空间分异现象。     

长株潭城市群土地利用/覆被变化对碳效应的影响

基于1990、1995、2000、2005、2010年长株潭城市群土地利用数据及植被类型图、土壤类型图,借助Arc GIS10.0软件,从土地利用类型的结构、转变方向、转变带来的碳排放强度及碳汇空间分布的区域差异性等方面,分析20 a间研究区土地利用/覆被变化引起的碳效应。结果表明:(1)1990—2010年间,长株潭城市群土地利用类型变化的显著特征为耕地与林地间的相互转变以及耕地、林地向建设用地的转变;(2)长株潭城市群碳效应变化呈倒"U"形趋势,整体碳汇能力减弱,碳效应空间分异明显。与其他区县相比,长沙、株洲、湘潭3市市区及望城县、长沙县这5个区县的土地利用转变碳效应及碳汇能力变化更明显,差异性大,这与区域人口密度及经济发展的不均衡直接相关;(3)可考虑通过限制林地及草地转出、优化土地利用结构及经济布局、防止生境破碎化及生态系统退化等措施来控制土地利用碳排放。     

基于PLUS模型和InVEST模型的西双版纳碳储量变化研究

为了探究西双版纳州2000—2030年不同土地覆被类型变化特征及其对碳储量的影响,提升区域碳储量的估算精度和准确度,采用PLUS模型和InVEST模型相结合的方法,分别预测了2030年不同情景下西双版纳的土地覆被情况以及不同土地类型下的碳储量的变化。结果显示：(1) PLUS模型在西双版纳的预测结果比较理想,2000年模拟2010年、2010年模拟2020年的Kappa系数分别为0.80、0.81。(2) 2000—2020年,林地、草地、灌木地在逐渐减少,建设用地在不断扩张,20年间城镇用地增加了172.37 km²,至2030年,建设用地进一步扩张,面积达到了381.18 km²,林地和草地转移成一部分转换成耕地,另一部分转换成建设用地。(3) InVEST模型计算出来的2000—2030年西双版纳碳储量总体呈下降趋势,空间上存在着呈块状和条状交错分布的特点。2000年、2010年、2020年西双版纳州的碳储量分别为4.94×10⁷t、4.82×10⁷t、4.76×10⁷t...     

基于InVEST模型的河北省陆地生态系统碳储量研究

研究土地利用变化对生态系统碳储量的影响可为区域碳库管理提供科学依据。以1990—2015年河北省土地利用数据为基础,分析土地流转方向,利用InVEST模型对建设用地侵占生态用地导致的陆地生态系统碳储量减少进行定量评估。结果表明,河北省碳密度较高的植被类型为沼泽湿地和落叶阔叶林,碳储量高值区主要集中在河北省西北部海拔相对较高的山地林区,碳储量低值区主要集中在南部平原区;1990—2015年河北省陆地生态系统碳储量累计减少44.48 Tg,建设用地扩张导致的碳储量减少29.23 Tg,引起碳储量减少的土地利用变化中,建设用地扩张占比最高;石家庄市建设用地扩张规模最大,碳储量减少8.83 Tg,承德市碳储量减少最少,碳储量减少0.44 Tg。河北省陆地生态系统碳储量呈下降趋势,建设用地扩张是导致碳储量下降的主要原因,其对不同区域碳储量的影响程度不同,扩张规模直接影响碳储量变化速率。     

1996—2006年武汉市土地利用/覆被变化研究

以武汉市为研究区,利用1996和2006年Landsat5的TM影像解译结果,基于GIS空间分析与数理统计方法定量研究了1996—2006年11年间的武汉市土地利用/覆被变化。研究结果表明：（1）1996—2006年期间,武汉市土地利用覆被总体特征表现出耕地、草地和未利用地减少,林地、水域和建设用地面积增加的态势;（2）这11年间耕地转化为林地、建设用地和水域这3种变化类型分布最为广泛,转换率最大;（3）11年来武汉市土地利用综合动态度变化幅度较大,并呈缓慢上升趋势。土地利用年变化速度达到1.25%;（4）1996—2006年武汉市土地利用程度逐年提高,土地利用程度变化量和变化率均大于0,说明武汉市处于土地利用发展时期,土地利用集约度会进一步提高。     

区域一体化地区的土地利用与生态服务价值研究——以双莱先行区为例

区域一体化先行区是统筹区域发展的重要保障,在整合区域资源、实现合作共赢、推进经济协调发展的同时,增加了生态用地风险与压力,影响了生态用地规模与生态服务功能。探讨区域一体化背景下的土地利用与生态服务价值关系,对管理区域环境、制定发展决策、平衡地区经济与生态保护均具有重要意义。“双莱先行区”作为山东省首个区域一体化发展先行区,研究其土地利用变化与生态服务价值（ESV）对实现生态文明建设与经济的协同发展具有重要意义。基于此,以双莱先行区为研究区域,选取2000-2020年土地利用数据和经济数据,采用土地利用动态度、ESV当量因子评估、敏感性指数、空间自相关等方法,评估了不同土地类型、不同生态功能、不同区域的ESV变化,分析了土地利用与ESV的空间相关性。与以往研究不同,研究修正当量因子价值时,不采用省份平均粮食单产量,而是莱西、莱阳各自的单产量,尽可能保障计算结果的准确性与真实性。研究表明：除耕地、林地面积减少外,草地、湿地、水体、建设用地面积均增加,建设用地增量最大;各用地类型单一动态度有所差异,例如草地增加10.1%,而耕地降低了0.29%,呈现相反变化趋势;近20年双莱先行区整体生态服...     

珠江三角洲典型地物空间分布特征研究

珠江三角洲改革开放30年以来经历了巨大的发展,但也导致了城市的迅速扩张以及大量宝贵农田的流失,引起了诸多环境问题和社会问题。因此探讨珠江三角洲土地利用的演变规律对于未来土地利用的发展变化具有重要的借鉴和指导意义。空间分析因其能有效揭示隐藏在区域数据之后的规律信息以及提供直观的可视化信息表达,已引起许多学者的关注。引入空间整体统计参数中的平均中心、标准距离和标准偏移椭圆,探讨珠江三角洲耕地和建设用地两种典型地物1990—2005年间空间整体特征变化规律。通过对研究区及研究区各市(区)空间中心转移、空间分布扩散和空间分布偏移的计算,表明珠江三角洲耕地空间特征在1990—2005整个阶段均呈现扩散状态,而建设用地空间特征在1990—2000阶段和2000—2005阶段呈现收缩和扩散两种特征。两类地物空间特征变化强度2000—2005阶段均大于1990—2000阶段。典型地物空间特征的发展变化与社会经济发展相一致。通过对比发现,耕地与建设用地空间中心迁移呈现反向变化,揭示了经济发展中大量的耕地转化为经济价值更高的建设用地。研究区中各市(区)典型地物在不同阶段、不同区域土地利用发展也存在空间差异性。空间统计指标能直观有效地揭示地物空间分布格局变化规律,有利于深入探讨研究区土地利用/覆盖变化。     

南京市土地利用的生态环境问题及对策

在综合分析南京市土地利用与生态环境关系的基础上,提出南京市目前土地利用的主要生态环境问题包括:工业与城镇集中区水环境污染比较严重,在一定程度上威胁饮用水源;重化工业及交通的快速发展导致部分地区空气污染问题突出;城市点源与面源污染物排放导致局部地区土壤污染问题严峻;建设用地与人口集聚区热岛效应明显;生态用地破碎化导致生态系统服务功能下降。结论认为环境友好型土地利用模式是协调土地利用与生态环境关系的关键对策,为协调两者关系,必须实施集约利用建设用地、发展绿色工业、划定生态敏感区、实施土地利用分区管制、构建区域生态安全格局等措施。     

2000—2020年黄河流域土地利用变化特征及影响因素分析

土地利用变化是人类与自然相互作用的重要表征。研究黄河流域土地利用变化特征及其驱动因素,可为黄河流域生态保护和高质量发展战略的实施提供参考。根据黄河流域2000、2010和2020年3期土地利用数据,运用空间分析与数理统计方法定量分析了流域不同尺度下的土地利用变化特征,分析了影响土地利用类型变化的主要因素。结果表明,(1)黄河流域草地和农田占比多年平均值分别为47.9%±0.38%、26.5%±0.69%,草地广泛分布于中上游,农田集中分布于下游,表明黄河上中下游分别承担着保障国家生态安全和粮食安全的重任。(2)2010—2020年的土地利用变化强度远高于2000—2010年,土地利用发生转变的面积和综合土地利用动态度分别增加了约8倍和15倍。(3)2000—2020年黄河流域土地利用类型变化以城镇、草地和森林增加和农田减少为主,城镇扩张了1.08×10⁴ km²,主要发生在黄河中下游的城市群,新增规模的58%是农田;草地和森林等生态用地增加了0.91×10⁴ km²,主要发生在黄河源头区和上游地区的...     

三江源土地利用变化特征及因素分析

根据三江源地区1980年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年7期1∶10万土地利用数据集,运用Arcgis 10.0空间统计分析与数理统计方法定量研究了该区土地利用变化特征、规律及趋势,阐明了影响土地变化的主要因素,为三江源地区土地资源的可持续利用及土地管理决策提供科学依据。结果如下,(1)2015年三江源土地利用类型以草地、林地和水域为主,分别占总面积的71.20%、4.28%、5.47%。低覆盖草地主要分布在研究区西北部,中高覆盖度草地以及林地集中分布在东南部,水域在整个源区都有分布。(2)根据土地利用变化重要性指数(C_i),得知35年间三江源土地利用类型之间的转变主要以低中高覆盖度草地、未利用土地与水域之间的转化为主。1980—2015年,低、高覆盖度草地,水域,建设用地面积波动增加,未利用土地面积有明显的减少趋势,35年间减少了17.61%,中覆盖度草地和林地基本保持不变,草地面积总体增加了13.45%。(3)从土地利用变化来看,建设用地增加最快,1980—2015年,建设用地增加了89.54%,它的开发程度也最大,为2.63%;未利用土地的耗减程度最大,耗减率为0.66%。(4)人口、经济结构变化及政策的实施是土地利用变化的主要驱动机制。     

基于LUCC的密云水库上游流域人为干扰动态变化

人类活动对地球表层的干扰所造成的影响和变化正日益增强,正确估计人为干扰对现在和未来环境变化影响的程度以及叠加在自然变化上的幅度具有重大意义。选择生态系统服务功能突出、人地关系矛盾剧烈的北京市密云水库上游流域为研究区,基于2005和2013年2期SPOT 5遥感影像数据,借助人为干扰度指数和GIS空间分析方法,从结构变化、类型变化、空间变化和人为干扰度4个角度,探讨密云水库上游流域人为干扰时空动态分异及变化特征。结果表明:(1)2005—2013年间,密云水库上游流域景观以林地-耕地-园地格局为主导,土地利用变化速度加快,人类活动对土地资源的集约利用强度增加。(2)农业结构调整、土地开发整理、经济发展、建设占用以及生态恢复工程是流域内土地利用与土地覆被变化的主要因素;旱地、园地、有林地、灌木林地面积减少,菜地、草地、疏林地、建设用地和滩地增加,森林生态系统质量呈退化趋势;工矿用地和未利用土地主要转为园地、林地和草地,生态恢复工程略显成效。(3)半干扰是流域内主导的干扰景观类型,全干扰和半干扰型景观面积增加,无干扰型景观面积减少,流域内景观的人为干扰强度呈现由深山区向浅山区逐渐增强的空间分异特征,交通道路沿线及人类活动活跃地区是人为干扰强度增加最显著的地区。     

开都孔雀河流域近20年土地利用/覆被变化及景观破碎化研究

根据开都孔雀河流域1990、2000和2010年Landsat-TM影像数据和中巴资源卫星数据,结合GIS技术,研究其近20 a土地利用/覆被及景观格局的动态变化特征及变化原因。结果表明,1990—2010年开都孔雀河流域土地利用类型变化最明显的是耕地、建设用地和水域湿地,年均变化率分别为4.76%、-1.61%和1.45%,而未利用地年均变化率最小,为-0.29%。草地面积的8.71%和未利用地面积的1.73%均转变为耕地,草地面积的2.41%转变为水域湿地,建设用地的54.74%转变为未利用地;林地面积在2000年前减少,主要转变为耕地,而在2000年后耕地和草地转变为林地,又使其面积增加。整个研究时段耕地、水域湿地分布趋于集中,逐渐成为研究区的优势景观类型;在2000年前林地分布破碎化明显,在2000年后趋于集中;1990—2010年,草地面积减少,景观优势度下降,景观形状趋于简单。认为人口的不断增加以及经济利益的驱动使得流域内耕地面积不断扩大,从而严重危及流域的生态环境安全。     

基于GIS的乌海矿区土地退化因素分析

为定量研究矿区土地退化特征及其驱动因素,利用遥感和GIS技术分析1990—2010年内蒙古乌海矿区土地利用类型转化特征,在此基础上选取多个经济社会以及空间距离因子,利用Logistic模型对研究区域1990—2000和2000—2010年2个不同时间段土地退化的驱动因素进行探究。结果表明,乌海矿区近20 a的土地利用变化集中表现在草地大面积减少,建设用地和荒漠面积大幅度增加;荒漠和建设用地增长最快,主要源于草地和耕地的转化,土地退化主要表现在沙地等荒漠面积的增长;对土地退化的Logistic回归模型分析表明,土地退化在第1阶段(1990—2000年)的主要驱动因素是到最近采矿点距离、到最近乡镇距离和坡度Ⅱ(5~15°);第2阶段(2000—2010年)的主要驱动因素是到最近水域距离、高程和到最近道路距离。     

鄱阳湖生态经济区土地利用转型热点区域识别及其动力机制研究

识别土地利用转型的热点区域并探究其动力机制可为保护土地生态环境安全提供科技支撑,促进区域经济社会的可持续发展。利用空间热点分析模型探测鄱阳湖生态经济区2000—2014年期间土地利用转型的热点区域,通过典型相关分析定量识别土地利用转型的主导驱动因子,并从供给与需求的经济学视角阐释了土地利用转型的驱动机制。研究表明,(1)滨湖地区2000—2014年发生了剧烈的土地利用转型,耕地、林地、草地、滩地大量向城乡建设用地转化,土地生态面临严重威胁。在距鄱阳湖水面10 km之内,耕地、林地和草地面积分别减少15 740、15 152 hm~2,建设用地面积增加了47 138 hm~2。(2)城市建成区周围及主要道路对土地利用转型具有显著的辐射作用,区内土地利用变化高频区呈现"井"字形空间格局。在距离道路10 km之内,2000—2014年期间土地利用综合动态度由2.765‰衰减至1.059‰。(3)土地利用转型的热点区域数量呈增加趋势,并具有明显的轮换与跃迁特征,基本形成以南昌、九江、景德镇、鹰潭为中心的4个快速转型区。(4)经济、社会发展导致的土地供需矛盾是引发土地利用形态变化的主要动因。亟待建立滨湖生态环境缓冲区,严格控制滨湖地区的土地资源开发利用活动;对土地利用转型的热点区域进行科学规划,通过土地供需调控促进土地资源的集约、高效利用,增加土地经济供给。     

乡村型半城市化地区的土地利用特征和形成机制研究——以潮安区古巷镇为例

半城市化地区是城镇发展过程中形成的不同传统二元城乡结构、土地利用混杂交错且变化迅速的地域类型。该地域城镇发展问题突出,社会矛盾集中,研究该地区半城市化发展特征对深化认识城镇发展,推进半城市化向城市化转变具有重要的理论意义和实践意义。为探析半城市化地域的土地利用特征和形成机制,以潮州市潮安区古巷镇为例,综合研究其土地利用演变规律、空间分布特征、土地利用效率和土地利用转移矩阵,并借鉴程序框图思维,创新半城市化机制研究,发现:2001—2016年间研究区建设用地和未利用地增加,2001年、2006年、2011年和2016年人均建设用地分别为137.3、197.5、257.8和194.5 m~2,超出国家法定水平,耕地、园地和坑塘水面面积减少。工矿用地增长速度快,分布范围广,单位工业用地产值仅692.6元,低于国家水平,存在用地比例过高、增长速度过快以及用地产出效率低等问题。城乡居民用地面积变化缓慢,其人均用地面积先增后减,符合国家规范要求。矩阵转移分析结果表明:建设用地的增加主要是来自耕地、园地、坑塘水面和未利用地。农用地是该地区最容易受到侵占的用地类型。以卫生洁具产业为核心的工业发展是古巷镇建设用地变化的主要驱动力,为半城市化地域形成提供了基础条件。农民充分的自主发展权以及政府监管、规划引导缺位是半城市化地域形成的根本原因,如不介入管理和引导,环境恶化和本地人口外流将进一步促进半城市化地区的固化。