环境约束下大都市城郊土地利用结构评价——基于信息熵和非期望产出模型分析

土地利用过程中会产生期望和非期望产出,针对以往土地利用结构评价中忽略环境产生的非期望产出而影响土地利用结构效率真实性问题,以大都市城郊的上海青浦区为例,宏观上,运用信息熵模型对该区2005~2014年土地利用结构有序性进行评价;微观上,运用非期望产出模型测算青浦区研究期间土地利用结构效率,为寻求区域土地利用结构效率损失的原因及改善途径提供参考。结果表明:(1)2005~2014年青浦区土地利用结构信息熵值时序上呈现"M"形变化趋势,空间上由中部向东西两翼递减;(2)2005~2014年青浦区土地利用结构效率变化趋势在时间序列上呈现"W"形变化趋势,空间上由中部的中心城区向东西两翼递减格局;(3)将环境的负产出纳入非期望产出模型进行土地利用结构效率评价,能更加准确的反映土地利用结构效率的真实性;(4)影响青浦区土地利用结构效率水平变化的主要因素为纯技术效率的变化,资源过度消耗和环境污染物排放过量是制约青浦区土地利用结构效率提升的主要原因。针对土地利用结构效率损失的原因及区域差异提出效率提升途径。研究结果可为青浦区土地利用结构优化和可持续发展提供科学借鉴。     

土地利用结构优化研究综述

从系统分析的观点出发总结了目前土地利用结构优化模型,包括模型的发展回顾、建模方法和建模的步骤等。土地利用结构优化以建模理论进行划分,可分为：基于适宜性评价理论的优化模型、基于景观生态学理论的优化模型和基于复杂适应系统理论的优化模型;以建模的方法划分,可分为：线性模型和非线性模型。通过优化模型建立的方法对线性规划模型、多目标规划模型、灰色线性规划模型和系统动力学模型进行归纳。在此基础上概括出基于GIS的土地利用结构优化的两种模型：以数量优化和适宜性评价为核心的空间配置优化模型和以元胞自动机模拟演化为核心的优化模型,归纳出空间优化配置模型的建模步骤：预处理、数量优化、空间优化、评价结果4个步骤;元胞自动机演化模型的建模步骤：系统定义、系统抽象、模型实现、方法验证、模型校正和应用6个步骤,并针对模型的优缺点进行评价。指出作为土地资源可持续利用的有效手段,以元胞自动机模型为核心的多模型耦合和系统集成的土地利用优化模式将会是今后土地利用结构优化的发展趋势。     

基于信息熵和数据包络分析的区域土地利用结构评价——以常州市武进区为例

土地利用结构评价是地理学、统计学支撑的区域可持续发展研究的重要课题。旨在运用新的方法和视角评估土地利用结构的合理性。以常州市武进区土地利用结构作为研究对象,以该区的16个乡镇作为评估的单元,研究区独特的区位和土地利用结构为课题研究提供了天然的实验室。在宏观层面上,运用信息熵理论对区域土地利用结构的有序性、均衡度、优势度进行了分析,结果表明常州市武进区土地利用结构有序性具有明显的空间差异,这种差异跟各板块内部社会经济结构有密切关系;在微观层面上,采用数据包络分析方法,结合武进区社会经济等多项指标,从土地利用结构效率角度,指出武进区各乡镇土地利用结构优化调整方向。研究结果表明:基于信息熵和数据包络分析模型的研究方法可有效克服传统的基于多元统计方法的综合评价技术不足的缺点,能够更加全面地反映区域土地利用结构的差异情况。研究表明:在武进区未来发展过程中,政府应加强土地调控,必须以提高技术效率为主线,加大单位面积土地上的技术投入,优化资源投入结构。各级政府在编制土地利用总体规划时,应当将土地利用结构评估作为规划的一项内容,明确各土地资源类型的布局安排、数量指标和质量要求。另外,此评价方法对区域土地利用结构优化研究有一定的参考价值。     

基于信息熵和数据包络分析的区域土地利用结构评价

土地利用结构评价是地理学、统计学支撑的区域可持续发展研究的重要课题。旨在运用新的方法和视角评估土地利用结构的合理性。以常州市武进区土地利用结构作为研究对象,以该区的16个乡镇作为评估的单元,研究区独特的区位和土地利用结构为课题研究提供了天然的实验室。在宏观层面上,运用信息熵理论对区域土地利用结构的有序性、均衡度、优势度进行了分析,结果表明常州市武进区土地利用结构有序性具有明显的空间差异,这种差异跟各板块内部社会经济结构有密切关系;在微观层面上,采用数据包络分析方法,结合武进区社会经济等多项指标,从土地利用结构效率角度,指出武进区各乡镇土地利用结构优化调整方向。研究结果表明：基于信息熵和数据包络分析模型的研究方法可有效克服传统的基于多元统计方法的综合评价技术不足的缺点,能够更加全面地反映区域土地利用结构的差异情况。研究表明：在武进区未来发展过程中,政府应加强土地调控,必须以提高技术效率为主线,加大单位面积土地上的技术投入,优化资源投入结构。各级政府在编制土地利用总体规划时,应当将土地利用结构评估作为规划的一项内容,明确各土地资源类型的布局安排、数量指标和质量要求。另外,此评价方法对区域土地利用结构优化研究有一定的参考价值     

基于生态效益的武汉城市圈土地利用结构优化

满足生态安全的土地利用结构优化是协调社会经济发展与生态环境间矛盾、实现土地持续利用的有效途径。以武汉城市圈为研究区,基于2002~2009年土地利用变更调查汇总数据,引入土壤有机碳储量和土地利用绿当量两个生态指标,评价了城市圈发展不同阶段土地利用结构的生态效益;并通过TOPSIS模型对历年土地利用结构生态合理度进行了评价。在此基础上,以经济效益和生态效益的最大化为目标,构建了2020年多目标优化模型,获得了符合城市圈发展需求的土地利用结构优化方案,呈现"四增三减三稳定"的数量格局,且生态效益指标和生态合理度均呈正向的发展趋势;进而提出了土地资源可持续利用的建议。研究结果对武汉城市圈土地利用总体规划修编、土地利用调控方案的优化以及土地可持续利用具有重要指导意义。     

基于生态效益的武汉城市圈土地利用结构优化

满足生态安全的土地利用结构优化是协调社会经济发展与生态环境间矛盾、实现土地持续利用的有效途径。以武汉城市圈为研究区,基于2002～2009年土地利用变更调查汇总数据,引入土壤有机碳储量和土地利用绿当量两个生态指标,评价了城市圈发展不同阶段土地利用结构的生态效益;并通过TOPSIS模型对历年土地利用结构生态合理度进行了评价。在此基础上,以经济效益和生态效益的最大化为目标,构建了2020年多目标优化模型,获得了符合城市圈发展需求的土地利用结构优化方案,呈现“四增三减三稳定”的数量格局,且生态效益指标和生态合理度均呈正向的发展趋势;进而提出了土地资源可持续利用的建议。研究结果对武汉城市圈土地利用总体规划修编、土地利用调控方案的优化以及土地可持续利用具有重要指导意义     

开发区土地利用的可持续性评价及实践研究—以芜湖经济技术开发区为例

目前国内土地资源可持续利用的研究主要集中在城市和县域尺度,关于开发区这一特殊经济区域的相关研究还较少。开发区是我国当前经济的重要增长点,所具有的良好示范和带动作用可促进其腹地甚至其他地区的可持续发展,因此评价和监测开发区土地可持续发展的状态和程度具有重要意义。以芜湖经济技术开发区为例,从土地开发利用状况、社会影响和环境质量三方面构建了开发区土地可持续利用的综合评价指标体系,运用模糊数学的方法对芜湖经济技术开发区土地利用的可持续性进行了综合评价,评价结果为该区土地利用的可持续性对中度可持续的隶属度0.539最大,根据最大隶属度原则,该区土地利用的可持续性为中度可持续。     

土壤基础生态位适宜度模型在耕地土壤肥力综合评价中的应用

将生态位理论引入到土壤肥力评价中,利用GIS和土壤基础生态位适宜度模型,对江汉平原后湖地区耕地土壤肥力进行了综合评价。首先,确定土壤肥力评价指标体系及权系数,按照评价指标对采集的样品进行室内理化分析;然后,根据平移·级差变换法对样点数据标准化,计算各评价单元的土壤基础生态位适宜度值,通过分析土壤基础生态位适宜度值与水稻单产的关系,表明二者存在显著相关;最后,利用聚类分析法划分研究区土壤肥力级别,并借助ArcGIS实现评价结果图的输出。结果表明：研究区土壤肥力整体较高,1、2、3、4级肥力土壤分别占33.430%、35.990%、22.701%、7.879%;引入土壤基础生态位适宜度模型是对土壤肥力评价新方法的一种探索,其结果对农业生产实践具有重要的理论和指导意义。     

安徽省土地利用变化及其驱动力分析

利用GIS技术，基于20世纪，80、90年代中期和2000年三期土地利用数据，分析了安徽省的土地利用变化，土地利用变化在空间上表现为：变化范围广，几乎遍及全省各个角落；西部和南部山区其土地利用变化的幅度相对较小，中部，东部和北部地区变化幅度较大；在合理－巢湖－芜湖－马鞍山一片其变化幅度最大，土地利用变化在数量及时间上表现为：耕地（含水田和旱地）大幅减少，其次为草地和林地，代之以城镇用地，农村建设用地和水域的迅速增加，1987－1995年变化的幅度明显小于1995－2000年的变化幅度，随后运用典型相关分析方法对安徽省90年代中期和2000年之间的土地利用变化的驱动因子进行了统计分析，定量诊断出各驱动因子对安徽省土地利用变化的贡献作用大小，对1987－1995年安徽省土地变更数据进行统计分析，揭示了期间土地利用变化的驱动力。     

柳州市城市土地利用空间格局演化特征分析

在GIS空间分析和统计分析模型的支持下，运用多种数学模型对柳州市土地利用空间格局演化从土地利用的数量结构和空间格局变化的两方面进行定量分析，通过比较定量分析结果，得出研究区土地利用空间格局变化表现为土地利用结构日趋合理、城市圈层由外向内土地利用多样性降低、土地利用功能集聚趋势加强、城市逐渐由工业导向型向居住、公共设施导向型转化等特征。     

三峡库首地区土壤养分状况与年际变化

三峡库区长期以来人地矛盾突出,蓄水和移民搬迁使土地资源进一步减少,过度开发引起的土壤肥力下降和生态退化问题日趋严重。通过布点调查和土壤取样,对秭归县水田坝乡区域不同海拔高度和农业土地利用管理方式土壤养分状况及其变化趋势进行分析。结果表明: 研究区域内山地农业已普遍采用梯田进行保护性耕作,海拔600~700 m区域主要开辟为脐橙园,700~900 m区域山地主要种植常规作物;研究区域土壤有明显粗骨化和沙质化特性,其肥力特征是蓄水力偏弱,持水保肥性较差,但通气和透水性好,易耕作;研究区域土壤有机质含量偏低,中高海拔区域土壤有机质、全氮含量相对较高,而低海拔区域土壤全磷、全钾含量较高;坡改梯有利于改善土壤肥力状况,提高土壤氮磷养分含量;根据2005~2010年研究结果,研究区域土壤肥力退化趋势仍未得到控制,同时因水土流失和化肥大量使用,该区域大多数土壤有机质含量、全氮、全磷和全钾含量呈降低趋势,而土壤速效养分含量有增高趋势     

三峡库区小集水区复合生态系统的水分及养分动态

以三峡库区小集水区复合生态系统为对象 ,定量研究了其中不同子系统的水分和养分动态过程。结果表明 :(1)平均径流系数是裸地 >草地 >菜地 >柏木林 >桔园 ;(2 )年养分流失量是裸地>桔园 >菜地 >草地 >柏木林 ,桔园和菜地的径流系数较小 ,但其径流中养分含量较高 ,导致其输出养分总量较大 ;(3)菜地和桔园由于输出果菜 ,导致系统N、P循环效率的降低 ;(4)各子系统中P的流失较厉害 ,而柏木林在防止该地区养分流失特别是P的流失上是要优于草地的     

基于空间信息技术的巫山县土地利用时空变化分析

巫山县位于三峡库区腹心，又地处山区，县境虽然辽阔，但山多坝少，且农业人口比例很高，因此土地资源十分有限。近十几年来，三峡工程的兴建，导致移民搬迁、城镇迁建及伴随工程的基础设施的建设占用大量优质土地。迫于生计，部分农民不得不毁林开荒造田，坡耕在因此而增多，继而造成水土流失加剧，土壤日趋贫瘠，最终导致该县土地利用类型、数量、方式发生了急剧的变化。以空间信息技术为研究手段和技术支持，首先从理论角度探讨山区土地利用时空变化的研究方法；然后以典型山区县城－－巫山县为例，以该县1986－2000年的TM图像数据为主要研究基础，采用地理信息系统软件和计算机技术相结合的方式分析了这个山区县城15年土地利用变化的特点和规律，并结合当地的各种自然、人文和社会环境等驱动因子，进一步详细分析了各种主要土地利用类型的具体原因。旨在为当地政府或管理部门提供土地资源合理开发、利用和正确管理的理论依据和科学方法，同时也为山区土地利用时空变化研究提供方法借鉴。     

土地利用变化情景下牧羊河水文响应研究

土地利用方式变化影响水量平衡各要素的分配,进而导致流域水源涵养能力发生变化。选用长江流域金沙江水系下段牧羊河小流域内及周边气象站气象资料,植被、土壤以及地形数据,构建了研究区SWAT水文模型,分析其在牧羊河适用性后,结合1986~2009年的土地利用以及设置的人类活动增强和生态环境改善的4种土地利用变化情景,用率定好的SWAT模型分析了土地利用变化下牧羊河水文响应。结果表明：径流依次按1986、2000、2009、1995年土地利用方式减小,而蒸散依次按2009、1986、2000、1995年土地利用方式减小,土地利用对径流和蒸散的影响在汛期大于非汛期,随着林地面积的增加径流将减小;将现有耕地变为林地或变为草地都有助于减少径流,从流域水源水量涵养角度出发,构建适宜的生态系统将有助于减少径流和蒸散,而增加入渗。这一结果为牧羊河水源涵养林建设提供科学依据     

三峡库区坡地果园间植草篱的水土保持效应

坡地果园水土流失对三峡库区生态环境和农业可持续性发展构成双重压力。以皇竹草篱为纽带间植于坡地果园营建复合生态模式,对草篱拦蓄泥沙、径流的效应进行了长期观测。结果表明：草篱间植的应用能有效减少坡地果园的水土流失,尤以侵蚀量减少更为显著,与传统果园经营模式相比,径流量减少了5871%~6574%,侵蚀量减少了7070%~7792%。同时,草篱间植的应用对减少养分的流失总量效果也相当显著,对减少库区面源污染,保持和提高坡地果园的土地生产力具有重要作用,为三峡库区坡地果园的利用与保护提供了技术与模式支撑。     

柑橘果园扩张对寻乌水径流和输沙的影响

土地利用变化的水文效应是当前人类活动环境影响的研究热点.柑橘果园扩张是近20年来寻乌水流域最主要的土地利用变化.利用寻乌水流域3个时期的土地利用数据,设定不同土地利用情景,以SWAT模型模拟不同土地利用情景下的径流与输沙,并结合2000年以来柑橘果园扩张的遥感制图成果和寻乌水径流和泥沙观测资料,分析柑橘果园扩张对流域径流和输沙的影响.研究表明:SWAT模型模拟径流的效果较好(Re =-0.05;R2 = 0.79;Ens = 0.72),输沙模拟效果也在合理范围(Re = 0.75;R2 = 0.8;Ens = 0.71);1990～2015年间,寻乌水流域林地面积减少36.83％,果园面积增加42.48％,径流与输沙变化率分别为2.57％和4.27％;新垦果园面积与河道输沙量的关系不显著,这是因为河道输沙不仅与土壤侵蚀有关,同时也与土壤侵蚀地块与河道之间的区位关系有关,同时,在反坡水平阶等水保措施的作用下,果园水土流失得到有效控制.     

经济发达区不同土地利用方式下土壤中镉的含量特征——以江苏省昆山市为例

通过对江苏省昆山市高中低产水稻田、菜地、园地和抛荒地等土地利用类型98个土壤样点的检测分析，探讨了不同土地利用方式对土壤镉浓度含量的影响。研究结果表明，高中低产水稻田、菜地、园地土壤镉浓度都超过土壤背景值（0.110 mg/kg）。6种土地利用方式中，低产水稻田土壤的镉浓度最高，其次分别为中产水稻田、园地、菜地、高产水稻田和荒地。与土壤标准值（0.20 mg/kg）相比，中产水稻田有20%样点超标，低产水稻田、园地、菜地分别有18.75%、11.11%、9.09%样点超标，而高产水稻田和荒地没有超标样点。工业废物排放和磷肥的使用可能是影响不同土地利用类型下土壤镉浓度的重要原因，应该引起重视。     

江汉平原土地资源数据库的建立与功能

根据所收集的江汉平原土地资源数据及相关图件（包括１９８３年版１：５万地形图,１：５万各县市土壤图,利用多时相卫片编制的１：２５万专题图）,以ＰＣ－５８６微机为主机,以ＰＣ ＡＲＣ／ＩＮＦＯ地理信息系统工具软件为支持,建立了江汉平原土地资源数据库,其内容包括行政区划空间数据库（各县市行政区划图１：５万）,水系空间数据库（各县市河流,沟渠及水面图,１：５万）,土壤空间数据库（各县市１：５万土壤图）,土     

中亚热带红壤丘陵集水区不同开发利用模式

以湖南省桃源县3个地貌完整且地理条件基本一致的集水区为代表,设置耕地集约型、土地半集约型和土地全面集约型3种垦殖模式。11年的定位观测与研究表明：（1）3种模式耕地的产、投水平基本相同,但非耕地的产、投差异甚大,形成了显著不同的土壤肥力演变特点、生物产量和经济效益,即土地集约经营的集水区,土壤侵蚀模数已接近或低于土壤允许流失值（500 t/km\+2·a）,土壤有机质、N等的养分含量稳步提高（增幅＞10%）,坡地和旱地的土壤贮水量在少雨季节增加20%以上,农作物大幅增产（增幅＞20%）,林、果、茶、鱼等的产量以及土地生产率成倍增长;（2）不同垦殖模式代表了红壤丘陵集水区开发利用的三个发展阶段,即集水区的开发利用将由耕地集约型向土地半集约型、土地全面集约型方向发展,发展进程的快慢主要取决于主导产业或项目的生产要素容量大小、比较利益高低以及科技进步推动等的作用机制;（3）集水区土地开发利用的潜力是水面 ＞坡地 ＞旱地 ＞ 稻田,合理开发与利用非耕地土地资源的效益巨大。     

苏南地区耕地质量评价与分区保护研究

耕地质量监测与评估研究是我国耕地保护工作的重要支撑。针对苏南地区耕地保护面临的新问题,整合农用地分等定级、多目标地球化学调查和土壤侵蚀等相关研究资料,重构耕地综合质量评估指标体系,综合运用空间分析、加权综合和聚类分析方法,根据耕地基础地力、耕地健康和耕地外部环境的空间分异和组合特征,识别优先保护、地力提升、污染治理和水土保持等耕地类型,分类讨论耕地保护与整治路径。分析表明:苏南地区现状耕地中,优质耕地占比不足65%,近30%的耕地基础地力较差,超过5%的耕地受到水土流失、重金属污染威胁。其中,优质耕地集中于茅山以东的太湖平原和沿江平原地区,茅山以西地区基础地力相对较差,宁镇沿江、太湖东北岸部分地区土壤重金属污染和水土流失风险较高,需要因地制宜开展地力提升、土壤修复、水土保持和农业结构调整等治理措施,以增强地产农产品质量安全。