基于多情景模拟的洞庭湖流域LUCC与生境质量耦合演变分析

以洞庭湖流域为研究区域,本文设定自然发展(情景1)、快速发展(情景2)、耕地保护(情景3)、生态保护(情景4)和可持续发展(情景5)5种情景模式,利用PLUS模型和InVEST模型模拟2030年5种不同情景下的土地利用和生境质量格局,并采用耦合协调度模型探究不同情景下LUCC与生境质量耦合协调特征.研究结果表明:1)土地利用变化模拟结果基本符合情景设置的要求,能较好地反映洞庭湖流域土地利用的演变规律和规划方向.2)2030年洞庭湖流域生境质量水平为:情景4>情景5>情景3>情景1>情景2.3)2030年情景1、情景2和情景3耦合协调发展水平呈下降趋势,且情景3下降程度略高于情景1和情景2;而情景4和情景5呈上升趋势,且情景4上升程度略高于情景5.4)结合情景设置原则,可以发现情景5为洞庭湖流域LUCC与生境质量耦合协调发展空间格局优化提供了规划发展可行性.     

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...     

新疆水资源承载力的系统动力学仿真与情景模拟

新疆作为丝绸之路经济带核心区迎来了前所未有的发展机遇,但长期以来新疆受到水资源短缺的困扰,这在一定程度上阻碍了丝绸之路经济带核心区建设的步伐。为此,研究新疆水资源能够承载的最佳可持续发展模式成为了当前亟待解决的问题。该研究在分析新疆水资源承载力系统模型结构以及系统基本反馈回路的基础上,构建了新疆水资源承载力的系统动力学模型,设计了现状延续、高效节水、区内调配、跨区调水以及协调发展等5个情景,并分别对每个情景的经济发展与人口增长的高速、中速、低速发展的31种方案进行了仿真与预测。研究认为,不顾水资源的承受能力单纯追求经济与人口的高速增长,或是为了减少水资源消耗而牺牲经济与人口的增长,都无法保证新疆水资源与经济社会的可持续发展。为此,该文认为经济与人口的中速发展,高效节水与跨区调水相结合的方案31是新疆水资源与社会经济可持续发展的最优选择。     

基于达标约束的南京市环境空气质量情景模拟

以2030年南京市6项污染物达标为约束,在2015年大气污染物排放清单基础上,利用CMAQ模型分析了PM_(2.5)对南京本地不同前体物排放的敏感性,通过情景分析预测排放清单,模拟了4种减排情景的空气质量变化,最终获得达标约束下大气污染物总量控制指标.模拟结果显示,减少一次颗粒物PPM (primary particulate matter)排放对降低大气中的PM_(2.5)浓度最为有效;在周边地区减排的基础上,本地减少PPM排放对PM_(2.5)年均浓度下降的相对贡献可达88%,其次为NH_3、NOx、SO_2与VOCs减排,其相对贡献分别为10. 3%、5. 5%、3. 2%与0. 5%;相比2015年,4种情景下南京市主要大气污染物减排比例在22%～53%,未来控制活动水平对减排SO_2、NH_3与CO较有效,而NOx和VOCs末端治理方面还有较大空间;将SO_2、NOx、PM10、PM_(2.5)、BC、OC、CO、VOCs及NH_3的排放量分别控制在2. 43×104、8. 47×10~4、9. 42×10~4、3. 74×10~4、0. 19×10~4、0. 30×10~4、26. 56×10~4、13. 08×10~4及1. 50×10~4t以内时,预计南京市6项污染指标可以达到国家环境空气质量二级标准.     

贵溪市土地利用转型对生态系统服务价值影响的多情景模拟

研究土地利用转型和生态系统服务价值,对于解决国土空间合理发展,以及反映生态文明与可持续发展之间的关系具有现实意义。文章基于2010-2018年贵溪土地利用与生态系统服务价值变化规律,利用FLUS模型与生态系统服务价值(ESV)评估方法,模拟了2026年自然发展、城市发展、耕地保护、生态保护4种情景下土地利用转型对生态系统服务价值的影响。结果表明：（1）2010-2018年林地是研究期内转出量最多的地类,其次是草地,转入量最高的是建设用地,除耕地、建设用地外,其余用地类型的转入量明显低于转出量,导致用地面积减少。（2）2010-2018年贵溪市生态系统服务价值总体上呈下降的趋势,其中2010-2014年ESV总价值下降明显,2014-2018年下降趋势得到有效缓和。生态系统服务一级类型中调节服务和支持服务是贵溪市ESV总价值的主要贡献者。（3）多情景模拟下,贵溪市2026年在自然发展、城市发展、耕地保护下ESV值均存在不同程度的损失,林地面积变化是造成这3种情景下ESV发生变化的主要因素。生态保护情景下由于林地、水域等受到保护ESV增加了0.26亿元。生态保护情景可作为贵溪市优化区域土地...     

气候干旱和经济发展双重压力下的北京水资源承载力变化情景模拟研究

水资源是人与其他生命系统不可缺少的一种宝贵资源,是社会经济发展的基本支撑条件。通过影响农业生产、工业生产、居民生活和环境质量,水资源影响着城市的社会经济水平。在改革开放以来的30年内,北京经历了快速的国民经济发展,但这也对水资源造成了更大的压力,使得北京成为世界上严重缺水的大城市之一。由于未来的经济和人口发展规划对水资源供给提出更高的要求,因此,本文利用系统动力学（SD）的原理和方法,首先构建了气候干旱和经济发展双重压力下的北京水资源承载力模型,进而在中国北方干旱化大背景和北京城市规划目标的基础上,设计了规划发展情景、气候干旱情景和适应对策情景并进行了模拟分析。1990~2005年的模型检验结果表明该SD模型具有一定的可靠性,能在一定程度上模拟北京水资源的复杂变化过程。2006~2020年的模拟结果显示气候干旱下北京水资源可供应量减少到29.88×108m³,比起2005年减少了7.62%,远低于按规划目标发展下的水资源需求量52.83×10⁸m³。在水资源的约束下,人口和经济发展受到限制,北京可承载农业总产值、工业总产值和人口分别为128.05×10⁸元、3152.69×10⁸元和1167.18×10⁴人,远低于北京城市总体规划设想。比较3种适应对策,开展调水工程对人口承载力影响最大,依靠科技进步对经济发展影响最大,产业结构调整的作用比较小。综合各种适应对策和气候干旱作用之后,水资源可供应量、人口和经济发展承载量接近或超过规划目标要求。     

多情景下鄱阳湖滨湖区生态系统服务价值预测

生态系统服务价值（ESV）是区域生态福祉的重要测度指标,探析ESV演变规律对区域生态保护政策制定和绿色发展具有重要参考意义。该研究以鄱阳湖滨湖区为研究区域,基于1990、2000、2010与2018年的土地利用数据,采用当量因子法对ESV进行评估,探究土地利用变化对其ESV的影响,并借助FLUS模型设置基准情景与生态保护情景,分析2026年与2034年不同情景下研究区ESV的差异。结果表明：（1）1990-2018年,鄱阳湖滨湖区建设用地和水域面积整体呈增长趋势,耕地、林地、草地与未利用地面积均呈减少趋势。（2）研究期内生态系统服务价值总量增加了21.43亿元,总体呈现波动增长的趋势。（3）基准情景下,与2018年土地利用情况相比较,预测年份耕地、林地与未利用地面积减少,建设用地、水域与草地面积增加,建设用地的增长幅度最大。2026年及2034年的ESV较2018年分别减少21.13亿元和41.38亿元。（4）生态优化情景下,与基准情景相比较,建设用地扩张放缓,林地和未利用地面积有所增长。2026年及2034年研究区生态系统总价值为2 790.98亿元和2 792.43亿元,较基准情景...     

基于多主体行为决策的城市居住用地利用效用情景分析

构建包含智能主体和环境主体的城市居住空间演化情景模型,旨在探讨土地利用主体的行为决策与居住空间演化形态和土地利用效用之间的关系。调整城市政府主体的土地利用政策设定紧凑型、松散型和适度型三种居住空间演化情景类型,通过综合分析城市居民、住宅开发商和城市政府三类微观主体的相互作用求取每种情景下住宅用地开发的综合优先级函数。在VC和ArcGIS的实验环境下,以武汉市洪山和武昌区为实验区模拟了三种规定情景下实验区在1998年至2008年期间的居住空间演化情况,并与实际演化情况进行扩张形态和土地利用社会效用的概略对比,对比结果表明,多主体模型能有效比对不同主体空间决策情景下土地利用的效用,在表现土地利用主体的意愿方面更有优势,更能反映城市土地利用结构演变的内在规律。     

基于FLUS模型的湖北省生态空间多情景模拟预测

改革开放以来,中国经济在飞速发展的同时,生态环境问题日益严峻。为保障国家和地区的生态安全,对未来生态空间进行模拟预测十分必要。在长江大保护和长江经济带绿色发展背景下,以湖北省为研究区,利用FLUS模型基于湖北省2010年、2015年土地利用数据及包含自然和人文因素的15种驱动因子数据,对2035年的湖北省生态空间进行模拟预测。结果表明:利用2010年土地利用现状模拟出的2015年湖北省土地利用变化情况,总体精度达到0.976,Kappa系数达到0.961,模拟精度较高。设置的生产空间优先、生活空间优先、生态空间优先以及综合空间优化4种不同情景,基本满足未来湖北省不同发展导向的需求。从地貌单元角度来看,在不同情景下,湖北省生态空间主要分布于湖北省边陲四大山区,中部江汉平原生态空间零星分布。从数量规模上来看,不同情景下各个用地类型数量规模差异较为明显,生产空间优先情景下耕地面积增加1216 km²,生活空间优先情景下城镇用地规模增加5959 km²,生态空间优先情景下生态空间用地增长722 km²,综合空间优化情景下生态空间...     

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.      

基于熵权可拓决策模型的重庆三峡库区水土资源承载力评价

针对目前水土资源承载力评价中存在的信息屏蔽和主观性问题,以重庆三峡库区为例,在构建区域水土资源承载力评价指标体系的基础上,结合可拓学和熵权理论,对其水土资源承载力进行定量评价.结果表明:重庆三峡库区水土资源承载力超载区及向超载转化区包括渝中区、大渡口区等6个区县,占库区总区县个数的27.27％;满载区及向满载转化区包括北碚区、渝北区和巴南区3个区县,占库区总区县个数的13.64％;承载平衡区及向承载平衡转化区包括万州区、涪陵区等7个区县,占库区总区县个数的31.82％;可盈余承载及向可盈余承载转化区包括巫山县、巫溪县等6个区县,占库区总区县个数的27.27％.单指标评价结果表明,重庆三峡库区水土资源承载力主要影响因子是人均水资源量、废水排放率、人均耕地面积等.研究结果对于促进重庆三峡库区水土资源开发利用,并为类似地区的水土资源承载力评价提供了一种新方法.     

亚热带流域氮磷排放与养殖业环境承载力实例研究

畜禽养殖业粪便排放已经成为我国农村地区主要的农业面源污染源之一,也是制约养殖业良性发展的主要瓶颈.本文以湖南省长沙县典型亚热带流域为研究单元,基于流域水环境定位观测、耕地氮(N)磷(P)消纳能力以及养殖业调查和土壤分析资料,初步分析了亚热带丘陵区的面源污染现状及畜禽养殖业的环境承载力.结果表明,研究区金井河流域134.4 km2范围内N、P年负荷分别为N 2.72 t·km-2和P0.11t·km-2,其中养殖粪便对水体总氮(TN)、总磷(TP)负荷的贡献率分别约为42.2％和62.0％.区内平均畜禽养殖密度为3.46 AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪24.39万头),显著高于现有化肥用量条件下流域的实际承载力1.13 AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪6.35万头),因此养殖密度过高是导致研究区水体NP负荷较高的主要原因.区内N、P盈余量分别为N 35.8 kg·hm-2、P 18.61 kg·hm-2.研究区基本不施用化肥条件下畜禽养殖业的最大环境承载力为7.26 AU·hm-2,在有机肥占合理施肥量30％条件下,当地畜禽养殖业的环境承载力为2.74AU·hm-2(相当于流域内年出栏生猪19.50万头).降低养殖密度、调整养殖业空间布局以及提高养殖废弃物的资源化利用率是防治当前面源污染的有效途径.     

北方农牧交错带降水极值变化空间特征

农牧交错带是我国生态环境脆弱带,以109个气象站1971～1998年间的逐日降水资料,分析了农牧交错带年降水量、侵蚀性降水及暴雨等方面降水极值的时间变化及空间分布。结果显示农牧交错带平均每年发生侵蚀性降水的日数在3.5～17.6d之间,暴雨日数在0～2.6d之间;大部分地区的年降水量、侵蚀性降水量及暴雨量等都呈现不同程度的增加趋势,但暴雨量以及侵蚀性降水量等降水极值指标增加趋势更明显,反映出多数地区降水强度增加、降水侵蚀的潜在能力增强的特征;局部地区的降水极值呈减少趋势。     

西藏土地资源承载力的现实与未来——基于膳食营养当量分析

土地承载力是人地关系的基础表征,开展土地承载力评价可以为实施农业空间治理、制定农业发展政策等提供参考。以西藏自治区为例,基于人体每日所需热量、蛋白质和脂肪评价土地的现实承载力及其变化。评价结果表明：（1）西藏自治区土地承载指数从2004-2016年一直维持在80.66%~89.84%之间,处于平衡有余状态。（2）未来西藏自治区土地承载指数将会持续保持在87.5%之上,呈现先升后降的变化态势,在2032年达到峰值,届时土地承载指数将会超过92.56%;此后将会持续下降,在2050年将低于90%。以土地承载力评价为基础,根据未来食物消费需求变化和西藏自治区的自然条件,提出不增加农牧业开发强度,保持农牧业生产空间规模稳定,并逐步优化调整农牧业发展结构,适度降低粮食种植面积,在适宜地区扩大蔬菜、瓜果种植,以及发展草牧业经济等建议。     

黄河流域水资源承载力评价

定量评价水资源承载力,可为有效调控水资源,提高水资源承载力和消除水资源超载区提供依据。从水资源承载力新内涵出发,构建“量—质—域—流”的四维水资源承载力评价指标体系,确定指标评价等级标准。针对水资源承载力评价涉及许多不确定因素以及指标间存在耦合关系等特点,采用可考虑指标间耦合关系的EFAST算法计算权重,结合可处理评价不确定性问题的联系熵模型进行水资源承载力评价。以黄河流域为例,计算得权重与熵权法进行比较,对2015年流域61个地市的水资源承载力状况进行了综合评价。结果表明：EFAST算法计算权重比熵权法更合理;黄河流域水资源承载力处于Ⅰ级（极高）、Ⅱ级（较高）、Ⅲ级（中等）、Ⅳ级（较低）和Ⅴ级（极低）的地市数量占评价总地市数的比例分别为0、4.9%、18.1%、63.9%和13.1%,其中Ⅳ级和Ⅴ级分布在除青海省外的其他省区的地市。     

长江三角洲地区城市水环境承载力评估

基于压力-状态-响应(PSR)结构模型,应用环境承载力预警分析方法,分析了长江三角洲(长三角)16个城市水环境承载力演变情况,并按照压力-状态-响应的逻辑关系,提出了水环境承载力提升的建议.结果表明,2005~2010年,长三角半数城市承载力状态改善明显,包括浙江省内6个城市和江苏省内2个城市,但整体形势依然严峻,表现在2010年江苏省内6个城市和上海仍处于危机状态.此外,区域流域间承载力状况不平衡,分异性特征显著,表现在浙江省内城市显著好于江苏省内城市和上海市,太湖以南城市显著好于太湖以北和以东城市.承载力状况好坏主要与城市容量资源多寡,排污基数大小和污染减排起效快慢有关.长三角城市宜从持续减排,优化布局,提升效率的角度出发,减少承载压力,改善承载力状态,促进承载力响应.     

基于系统仿真的提升赣江流域水生态承载力的方案设计

保护和改善流域水生态环境已成为环保工作的重要内容和科学研究的重要课题.基于承载力理论和复合生态系统理论,构建了赣江流域水生态承载力系统的概念模型、主导结构模型和系统动力学模型.以2000—2030年为系统仿真区间,仿真结果表明,到2016年赣江流域水生态承载力达到上限,此时可承载人口规模为2566万人,可承载经济规模为11034亿元.赣江流域水生态承载力现状不容乐观,需采取一定的措施.以"节流"、"控污"、"治污"为问题导向,基于"供给管理需求管理"、"末端治理根源治理"、"观念调节行为调节"等公共政策设计的不同视角,初步提出了提升水生态承载力的27个政策干预点,通过政策干预点对系统作用的灵敏性检验,基于识别出的16个灵敏政策干预点,设计了提升赣江流域水生态承载力的综合发展方案.仿真结果表明,到2029年(推后13年)赣江流域水生态承载力达到上限,此时可承载人口规模为2702万人(提升了5.3001%),可承载经济规模为28547亿元(提升了158.7185%).降低人口增长和经济发展速度,提高技术进步和优化产业结构是提升赣江流域水生态承载力的重要途径.     

基于景气指数法的中国环境承载力预警

针对目前环境承载力预警相关研究不足的问题,采用景气指数法构建针对我国环境承载力的预警方法体系,并对我国2001年~2014年的环境承载力预警进行实证研究：在此基础上对我国31个省（直辖市/自治区）（不含港澳台地区）2004~2014年的环境承载力预警进行实证研究.结果表明：本研究建立的预警系统结果与真实社会经济发展趋势和环境承载情况吻合良好,预警效果显著,方法具有一定的可行性;预警结果显示：我国各地区环境承载力状态有所差异,全国整体环境承载力承载状态趋好,但未来依然要警惕可能面临环境承载力的超载情况,采取相应措施,减少经济发展对环境造成的压力,提高环境自身承载能力.     

青藏高原农牧业生态风险时空变化特征与分区防控

青藏高原地区是我国重要的生态安全屏障、战略资源储备基地,农牧业是青藏高原涵盖范围最广的产业,明晰其生态风险对实现青藏高原农牧业可持续发展具有重要意义。构建了青藏高原农牧业生态风险评价体系,并以216个县域为评价单元,分析1990—2015年农牧业开发综合生态风险的时空分布及其重心转移规律,并结合区域农牧业开发强度实现农牧业生态风险权衡分区。结果表明：（1）青藏高原综合生态风险总体有上升趋势,呈“东部多核聚集、西部零星散列”的分布格局。（2）风险重心向西北方向移动,风险主趋势方向转为西北—东南走向。（3）青藏高原限制开发区面积占比最大为50.84%,其次为发展预警区与自然恢复区,青藏高原整体农牧业开发强度较高,应在保障高原生态安全屏障功能的情况下减缓农牧业开发。针对区域特征提出农牧业发展方案,以期为青藏高原地区农牧业开发生态风险防范及发展规划提供科学指引。     

基于生态系统健康的生态承载力评价

针对自然生态系统和传统生态承载力研究中评价标准相对单一、评价结果简化、不利于实际应用等问题，提出了基于生态系统健康的生态承载力概念，探讨了其内涵和基本特征；建立了水电梯级开发对生态承载力影响和基于生态系统健康的生态承载力计量模型；给出了基于生态系统健康的生态承载力评价指标体系和标准的确定方法，初步构建了基于生态系统健康的生态承载力理论框架．以黄河流域青海片为研究区域，建立了适合该区域的基于生态系统健康的生态承载力评价指标体系、权重和评价标准，并对青海片内水电梯级建设对生态承载力的影响进行了深入分析．结果表明，黄河流域青海片水电梯级开发规划实施的不同阶段对共和县生态承载力指数均为正面影响．但对青海片和沿黄其它县均为负面影响；梯级开发规划全面实施后，将使青海片的生态承载力指数下降9．9％，生态系统健康等级也将由亚健康状态降至不健康状态。