长三角城市群水—能源—粮食系统压力的演变特征及其影响机制

城镇化的推进加剧资源消耗,水—能源—粮食（Water-Energy-Food）作为核心资源,是保障区域可持续发展的关键。以长三角城市群为例,构建WEF系统压力指数,揭示1990—2018年间长三角城市群WEF系统压力的演变特征,探讨城镇化推进对WEF系统压力的影响机制。结果显示：2010年后,随着长三角一体化进程加快,WEF系统压力明显加大,其中粮食压力猛增、水资源压力稳定、能源压力有所下降,但能源供应仍存缺口。各省市WEF系统压力及其变化特征与资源禀赋、经济发展和城镇化进程相关。城市空间扩展、人口集中、经济发展和居民消费显著影响长三角城市群WEF系统压力。因此,WEF系统管理应立足不同要素演变特征,同时加强不同部门及区域的协同管理,共同促进长三角城市群的可持续发展。     

生态—社会经济系统耦合方法在县域国土空间生态修复规划中的运用——以四川威远县为例

国土空间规划体制具有强烈生态指向意义,生态安全已是国土空间安全的重点。以四川省威远县为研究对象,针对县域生态国土空间的生态资源破坏、生态系统紊乱等问题,利用生态—社会经济系统耦合方法,从要素修复、结构优化、系统价值提升三个角度构筑系统耦合度评价指标体系,计算系统耦合度及子系统综合功效,综合耦合系统时空格局变化分析得出县域生态修复安全目标格局与生态修复对策。研究结果表明：（1）县域生态修复规划具有目标多层次性、系统复合性及途径多样化性,可从宏、中、微观层级提出对策。（2）系统耦合度在0.457~0.497区间浮动,耦合系统现处于拮抗时期向磨合时期发展。（3）依据系统耦合度、子系统综合功效及指标影响度构建“点—线—面”的生态修复格局。研究提出应对县域尺度的生态修复专项规划方法和实践运用,可为当前县域国土空间规划编制提供新的思路和方法。     

石漠化治理区土地利用变化安全性评价——以花江、红枫湖、鸭池石漠化治理区为例

土地利用变化的安全性是可持续土地利用的重要评价标准之一。以花江、红枫湖、鸭池三个石漠化治理区为例,运用“纵横向”拉开档次法,对石漠化治理区土地利用变化的安全性开展评价,为评估石漠化治理区土地利用变化效应和改进石漠化治理区的土地利用方式提供借鉴。结果表明：（1）石漠化治理区的土地利用变化明显。花江、红枫湖、鸭池三个石漠化治理区的土地利用变化面积比例分别为2.85%、3.34%和37.88%,表现为林地和建设用地增加,耕地和未利用地减少。（2）土地利用变化对不同治理区的综合安全性和生态、经济、社会安全性的影响不同。花江治理区和红枫湖治理区的综合安全性分别提高1.44%和0.46%;鸭池治理区的综合安全性下降了1.9%。花江治理区的生态、社会安全性有所提升,经济安全性有所下降;红枫湖治理区的生态安全性有所提升,经济安全性变化不明显,社会安全性有小幅下降;鸭池治理区的生态安全性有明显下降,经济安全性有小幅提升,社会安全性有小幅下降。（3）各治理区的生态、经济、社会安全性对土地利用变化的敏感性存在差异,其中生态安全性对土地利用变化最敏感。揭示石漠化治理区土地利用变化对生态安全性的影响最明显。在后续石漠化治理和土地利用规划中,应重点关注土地利用变化对区域生态安全的影响。     

京津冀城市群土地利用变化对热环境的影响研究

基于2000和2015年两期土地利用数据,运用WRF模式（Weather Research and Forecasting Model）模拟与数理统计方法,设计4组城市气温对比方案,定量模拟京津冀城市群土地利用时空格局变化对区域热环境的影响。结果表明： 1）2000—2015年城市群建设用地增加2 840 km²,94.37%由耕地转换而来; 2）北京土地利用变化对廊坊、天津和唐山气温变化的影响最为明显,天津的土地利用变化对廊坊气温变化的影响最为明显; 3）分季节来看,北京与天津的土地利用变化对城市群季均气温的影响排序为：秋季>夏季和春季>冬季; 4）其他地区土地利用变化使北京市年均气温增加0.07 ℃,且夏季降温作用明显,而该变化对天津市年均气温作用不明显,但秋季与冬季的增温区域形成了京津唐热环境连片发展的空间分布格局; 5）城市群土地利用变化对热环境影响表现出明显的“遥响应”特性,因而有必要从大尺度、泛区域的角度认识城市扩展对热环境的影响。     

基于“乡土—生态”系统韧性的红色旅游资源利用空间格局优化研究——以大别山革命老区为例

红色旅游资源利用与开发将对旅游地的人地关系地域系统产生强烈扰动,基于“乡土—生态”系统韧性水平厘定红色旅游资源利用空间格局,有利于推动红色旅游资源开发与区域可持续发展共促共赢。以大别山革命老区为例,从经济、社会、文化、生态四方面构建红色旅游地“乡土—生态”系统韧性水平评价体系,并对红色旅游资源的空间特征与类型进行识别。研究结果为：（1）各县域“乡土—生态”系统韧性以中低水平为主,呈“中部高、四周低”的空间分布特征。（2）区域内各子系统韧性处于勉强协调状态,县级行政单元的协调度呈现中等水平多、较高与较低水平少的“橄榄型”等级结构。（3）红色旅游资源的冷、热点区分别位于大别山南北两侧及中心地带,呈现出“大集聚、小分散”的特征,根据其规模、影响力划为五种聚类分区。（4）依据“乡土—生态”系统韧性在红色旅游资源高富集区可通过内部要素重构向更高水平发展、在中低密度区因吸纳和适应外界扰动力较弱而与红色旅游资源开发相互抑制这一特征,初步厘定“三区、两带、三核心”的红色旅游资源利用空间格局,并针对不同区域从“乡土—生态”系统韧性视角下提出差异化建议,以期排除红色旅游资源开发对“乡土—生态”系统产生的干扰。     

三峡库区“耕—果”转换时空变化特征及其启示——以草堂溪流域为例

三峡库区坡耕地如何实现功能转型,及其转型过程的作用机制对库区未来的粮食安全、生态安全等问题意义重大。本文利用0.51 m高清遥感影像数据,以草堂溪流域为研究区,结合野外实地考察,通过分析坡耕地向经果林的农地用途转换过程来揭示三峡库区坡耕地功能转型的内在机制。研究表明：（1）草堂溪流域的耕—果转换重心在2012年后,以高程800 m为拐点由西南部低海拔平坝地区向东北部高海拔、坡耕地覆盖地区转移,变化发生点均在坡度 15°~30°范围内;（2）研究区耕—果转换的集聚特征一般发生在8.5 km左右的特征尺度上,且空间分布随时间推移愈发均匀;（3）耕—果转换现象与人为活动关系密切,多发生在河流、道路及农村居民点附近;（4）耕—果转换可在微观与宏观尺度上总结为六种变化模式,受社会经济与自然因素驱动,库区耕—果转换的本质为坡耕地功能转型,且转型重点倾向于经济效益与生态效益的共赢。     

经济差异化增长下生态系统服务价值的时空演变特征——以珠江—西江经济带为例

为了应对经济增长与生态保护双重压力,使用生物量与植被覆盖度修正后的当量因子法测度珠江—西江经济带的生态系统服务价值（ESV）;基于STIRPAT模型构建地理加权回归模型,实证研究人文因素对ESV影响的空间异质性,并着重将经济增长因子的回归系数以表格形式展示。结论认为：（1）珠江—西江经济带的ESV在研究年份截面中呈现先下降、后上升、再下降的变动趋势;（2）人均GDP对地均ESV在研究区域东部表现为持续负向影响、中部和北部地区表现为由负转正的影响态势、西北部和西南部的回归结果不显著。基于上述结论,针对避免东部地区ESV进一步下降、鼓励中部和北部经济追赶,以及提高西北和西南部对经济与生态环境协调发展问题的重视方面提出政策建议。     

基于系统投入产出和生态网络分析的能源-水耦合关系与协同管理研究——以湖北省为例

能源和水资源之间存在紧密的耦合关系。以往的资源管理政策往往只关注单一资源,忽略了两者的关联性。为促进能源和水资源综合管理,有必要开展能源-水耦合关系和协同管理研究。从社会经济网络视角出发,论文综合运用系统投入产出和生态网络分析方法,构建了湖北省2007和2012年能源-水耦合网络核算框架。结果表明：1）2012年湖北体现能源最终消费量为14 304.93万tce,体现水资源最终消费量为346.66亿m³,相比2007年分别增长52.26%和7.89%,其中,体现在最终使用中能源与水资源流有近50%来自制造业;2）2007年湖北省水资源网络和能源网络的循环率都约为2.71%,与2007年相比,2012年水资源网络循环率显著增长至4.23%~4.40%,而能源网络循环率则变化较小;3）能源网络和水资源网络的系统鲁棒性都偏向于冗余度更高、效率更低的一侧;4）由于能源-水耦合网络的引入,2007—2012年间,在能源和水资源网络中,电力、热力生产和供应部门对于大多数部门的控制都呈现不同程度的增强趋势。研究辨识了能源与水资源协同管理的关键部门和路径,为湖北省能源和水资源可持续利用提供了理论与数据支撑。     

中国西部地区水-能源-粮食系统耦合协调度的时空特征

在2005~2018年中国西部地区水-能源-粮食系统综合发展评价的基础上,运用耦合协调度模型和地理加权回归模型对水-能源-粮食系统耦合协调度的时空特征及其影响因素进行实证研究.结果表明:(1)中国西部水-能源-粮食系统及其各子系统的综合发展指数总体呈波动上升趋势,其中,水资源和能源子系统在2011年后长期滞后于粮食子系统,成为西部地区水-能源-粮食系统耦合协调发展的短板.(2)2005~2018年,中国西部水-能源-粮食系统耦合协调度从勉强耦合协调进入初级耦合协调阶段,且耦合协调度呈现“南高北低”的时空特征.(3)居民消费水平和人口规模对甘肃、内蒙古等西北地区的系统耦合协调度具有正向影响,对重庆、云南等西南地区具有负向影响,影响程度在地理空间上均呈现出“北正南负”的空间特征;地方财政环保投入的影响程度从北到南逐渐增大,广西、贵州、四川、陕西的系统耦合协调度受该因素的影响最大;R&D投入强度对系统耦合协调的推动作用相对较小,影响程度呈现“北高南低”的空间特征.基于上述分析结果,提出了多资源系统联合发展视角下的区域资源管理方式,减少对有限资源间的依赖性,改善人口规模及环保科技投入等因素,构建具有西部区域特色、体现资源优势、富有竞争力的水-能源-粮食系统耦合协调发展策略.     

基于序列模式的土地利用变化分析——以广西壮族自治区为例

土地利用变化是一个长期的过程,同时具有一定的复杂性。传统的转移矩阵方法只能在两期土地利用数据之间相互比较而不能总结长期整体的变化规律,频繁项集不能导出变化序列。针对这些方法的不足,本文提出了基于序列模式的土地利用变化序列分析模型。首先给出土地序列数据库的定义,然后根据土地序列数据实际特点和垂直格式的序列模式SPADE算法,给出土地变化序列模式的计算过程和方法。在以中国广西为实例的研究中,计算了1970s—2015年共7期22种二级土地利用类型的变化序列。研究区土地利用变化主要发生在林地之间,部分林地转换为厂矿、采石场、交通道路等建设用地类型;城镇用地主要由旱地和水田转换而来;在研究期内没有任何一个土地单元转化成水田。     

土地利用程度与效益耦合协调方法研究——以阿鲁科尔沁旗为例

以阿鲁科尔沁旗为研究区域,以所属各乡镇为研究单元,运用土地利用程度综合指数、综合效益指数及耦合度与协调度模型,对全旗各乡镇土地利用程度与效益的空间差异及耦合度与协调度进行分析。结果表明:全旗土地利用程度呈中等状态,14个乡镇土地利用程度综合指数平均值为203.2;土地利用综合效益指数平均值为1.160,土地利用经济效益、生态效益、社会效益指数平均值分别为0.451、0.392、0.317;土地利用程度和土地利用效益空间差异较大,土地利用效益从区域中心向外围呈逐渐增加趋势;土地利用程度和效益的耦合度平均值为0.454,总体呈拮抗状态,协调度平均值为0.308,总体呈中度协调状态,土地利用程度与效益间的协调度与耦合度居高的乡镇多为牧草地占多数和以畜牧业为支撑产业的乡镇。     

京津冀城市群环境规制强度与城镇化质量的协调性分析

城镇化与生态环境之间存在复杂的非线性耦合关系,而环境规制作为人类对环境的主动调节行为,能够对城镇化与生态环境间的协调关系产生积极影响。论文以京津冀城市群13个地级以上城市为例,以成本-效益理论和效率-水平理论为基础,分别构建环境规制强度和城镇化质量评价指标体系,结果发现：京津冀城市群环境规制强度和城镇化质量在时空格局上呈现高度吻合,两者均以京津为双峰值点,并向南北两翼梯度递减。之后,采用象限图分类识别方法对京津冀城市群环境规制强度和城镇化质量协调类型进行划分,从而判断两者协调性状况及时空演变特征,结论如下：1）京津冀城市群环境规制在一定程度上促进了城镇化质量的提升,两者相关系数为0.82,但环境规制强度和城镇化质量不协调状态同样显著,两者基本协调的样本数仅占样本总数的13%,说明正处于初级协同阶段;2）京津冀城市群环境规制强度和城镇化质量整体水平偏低,达到高水平的城市仅有北京市和天津市,但两者整体水平增强态势显著,石家庄市、唐山市等次级中心城市,以及秦皇岛市、沧州市等经济较发达城市已由低水平步入中等水平;3）京津冀城市群环境规制强度和城镇化质量协调性呈现圈层状空间格局,主要分为核心圈层、中间圈层和外围圈层3个圈层,且核心圈层协调性优于中间圈层,再优于外围圈层。     

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.     

功能区土地利用碳收支空间分异及碳补偿分区——以武汉城市圈为例

开展功能区土地利用碳收支评估并构建碳补偿分区优化框架,对于制定适应各功能区低碳策略、指导补偿额度流向、推动区域协调发展具有重要现实意义。以武汉城市圈县域为基本单元,在分析主体功能区划下土地利用碳收支空间分异特征的基础上,借助标准显示性比较优势指数法、SOM-K-means模型、二维关联矩阵等方法,对武汉城市圈进行了碳补偿类型区划分及优化。结果表明：武汉城市圈各县域土地利用碳排放总量地区差异显著,呈现“西高东低,中心最高”空间分布格局;主体功能区划下土地利用碳排放、碳吸收均具有明显空间分异特征,碳吸收与碳排放呈现出一定程度的相对空间分布趋势;武汉城市圈共有16个碳补偿支付区、11个碳补偿获补区以及12个碳补偿平衡区;结合主体功能区规划战略目标,最终形成7类碳补偿空间优化区,并对每一类型区提出了相应的低碳发展方向及策略。     

基于生态网络—人类干扰的国土空间生态修复优先区诊断——以长株潭城市群为例

基于整体保护与系统治理思维诊断生态修复优先区,是科学有序推进国土空间生态修复的重要抓手。以长株潭城市群为例,利用人类足迹定量评估人类活动对生态系统的干扰强度,在此基础上通过最小累积阻力模型、电路理论、移动窗口搜索法等,识别生态网络并诊断人类干扰致其结构与功能受损的关键区域为生态修复优先区。研究表明：（1）城市群人类干扰整体呈核心—边缘递减的圈层式分布,且西高东低,北高南低;（2）识别区域生态网络,其中包含140个生态源地斑块以及307条源间潜在生态廊道;（3）诊断得到生态源地修复优先区共计867.17 km²,生态廊道修复优先区共计97.83 km,生态夹点修复优先区共计40处,从面线点相结合角度提出消除或弱化人类干扰的修复策略。研究能为新时代区域国土空间生态修复的规划编制与实施工作提供空间指引。     

区域土地利用转型分析——以长江沿线样带为例

区域土地利用形态与其经济和社会发展阶段相对应,它随着某个区域所处的经济和社会发展阶段的变化而变化。区域土地利用转型,即区域土地利用形态在时序上的变化,它通常与经济和社会发展阶段的转型相对应。论文在划分长江沿线样带土地利用变化的区域类型基础上,结合社会经济统计数据,分析了各区段耕地和建设用地的变化。研究表明,长江沿线样带区域农村建房用地的转型基本上能反映整个样带的区域土地利用转型,且各区段所处的农村建房用地转型阶段非常明显。此外,还发现样带各区段所处的农村建房用地转型阶段与整个样带的社会经济发展水平相吻合。     

中原城市群区域碳储量的时空变化和预测研究

为了有效评估中原城市群碳储量,运用灰色预测模型获取动态碳密度数据,结合Dyna-CLUE模型和InVEST模型,动态评估2005~2030年土地利用变化下不同情景的碳储量演变特征,以及城市发展对碳储量的影响.结果表明,2005~2020年中原城市群碳储量分别为1689.59×10⁶t、2035.36×10⁶t、2066.34×10⁶t和2093.05×10⁶t,呈现持续增加趋势;2030年经济发展情景、生态保护情景和经济生态协调发展情景下碳储量分别为2162.45×10⁶t、2179.39×10⁶t和2174.28×10⁶t,经济发展情景下碳储量最低,生态保护情景下碳储量最高.碳储量变化与土地利用面积变化密切相关,主要表现为耕地面积的下降导致其碳储量减少约250×10⁶t,林地面积的扩张导致其碳储量增加约103.4×10⁶t,建设用地的扩张导致其碳储量增加约87.77×10⁶t;耕地和草地面积与总碳储量呈较弱的负相关关系,林地、水域、建设用地和未利用地面积与总碳储量呈较强的正相关关系.2005~2030年中原城市群30个城市的碳储量分别为11.38×10⁶t~214.24×10⁶t,碳储量的变化反映出城市土地碳排放在2030年之前已经达到峰值,且经济生态协调发展情景可能更适合未来城市发展的目标.