融入功能分区的土地利用变化多情景模拟——以福建南平市建阳区为例

土地利用变化多情景模拟是合理配置土地资源的重要依据。已有研究通常聚焦于省级、城市群等较大尺度区域,较少关注南方山区城镇土地利用变化及其面临的生态安全约束。本文以福建省南平市建阳区为研究区,应用RSEI-MCR-PLUS耦合模型,将生态约束下的土地功能分区融入土地利用变化模拟,分析惯性发展、经济发展优先、生态保护优先、可持续发展四种情景下2030年建阳区土地利用空间格局。结果表明:(1)建阳区内适宜开发区、缓冲开发区、限制开发区、生态缓冲区和生态保护区面积占比分别为3.17%、27.94%、26.73%、25.68%和16.48%,各功能区以适宜开发区为中心空间上呈环状分布。(2)惯性发展情景下,建设用地呈现多点扩散,土地资源利用效率相对低下;经济发展优先情景下,新增建设用地侵占林地和耕地,加剧空间冲突;生态保护优先情景下,土地资源利用效率低下,并限制经济快速发展;可持续发展情景下,建设用地呈组团式发展,生态系统得到保护,土地资源配置更为合理。本成果可为合理配置土地资源、优化山区国土空间开发保护格局提供科学参考。

气候和土地利用变化情景下闽江流域水沙变化模拟

[目的]模拟未来土地利用和气候影响下的流域水沙变化有利于制定适合的流域管理计划。[方法]基于土地利用和气象数据,结合CMIP6气候模式数据、PLUS模型和SWAT模型,定量模拟2030年土地利用及不同气候情景下径流和泥沙的时空变化。[结果](1)SWAT模型在闽江流域月尺度模拟精度较好,其中径流模拟的R 2范围为0.80~0.95,NSE范围为0.75~0.91;泥沙模拟的R 2范围为0.75~0.98,NSE范围为0.64~0.94。(2)利用2020年土地利用数据对PLUS模型进行精度评估的Kappa系数为0.77,模拟2030年闽江流域建设用地和耕地将分别增加325.64,1157.51 km^(2)。(3)SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,2025-2035年平均降水量分别增加0.15%和2.18%,年平均气温分别增加0.23,0.62℃。(4)低碳情景和高碳情景下,仅土地利用变化导致年平均径流量相较于基准期分别增加0.08%和0.07%,年平均输沙量分别增加0.24%和减少0.05%;仅气候变化导致年平均径流量相较基准期分别减少4.76%和4.11%,年平均输沙量分别增加18.12%和0.13%;土地利用和气候综合影响导致年平均径流量相较于基准期分别减少4.57%和3.93%,年平均输沙量分别增加18.28%和0.33%。(5)未来气候和土地利用综合变化情景下,地表径流和产沙量较高且增幅较大的区域集中在以南平邵武市为中心的流域西北部和以三明将乐县为中心的流域西南部。[结论]研究结果为未来闽江流域的合理开发建设提供一定参考依据。

近30a城市土地利用变化模拟研究进展

城市土地利用变化模拟研究是当前土地科学领域的热点,基于文献综合法、归纳总结法和逻辑推理法,梳理国内外城市土地利用变化模拟的理论研究与实践进展方面的文献,论述研究中取得的成果、不足及未来研究趋势,以期为城市土地利用变化研究及城市土地管理制度的制定和科学决策提供参考.结果表明,城市土地利用变化模拟研究已从单一的数量或空间预测,向多情景、多模型的耦合方式发展;城市土地利用变化模拟的理论体系和模拟方式逐步完善,利益相关者在情景设置、情景模拟和结果验证等过程中的参与度逐步提升;城市土地利用变化模拟研究仍存在局限性,即缺乏全球和局地尺度方面的研究,模拟方式相对单一,模拟结果验证方法尚未成熟,存在过度依赖历史验证的问题.城市土地利用变化研究应聚焦增强模拟模型的可扩展性和可靠性,从而进一步预测和解释土地利用变化的格局和过程,推进情景模拟在决策支持系统中的应用.

基于CA_Markov模型多情景模拟的三峡库区土地利用变化及其生态环境效应

[目的]探究三峡库区土地利用与生态环境质量时空演变特征,揭示土地利用变化引起的生态环境效应,为研究区土地资源整合和生态环境保护提供依据。[方法]选取2000年、2010年、2020年土地利用遥感监测数据,采用CA_Markov模型分别预测自然变化情景(NCS)和生态保护情景(EPS)下2030年土地利用空间格局,并通过转移矩阵、生态环境质量指数、地统计分析、生态贡献率等方法,对三峡库区长时间序列土地利用变化及生态环境效应进行定量分析。[结果](1) 2000—2020年,三峡库区土地利用类型间转化明显,其中耕地转向建设用地,草地转向林地和耕地,建设用地面积增长量1 321.56 km^(2),增长率达275.02%。(2)模拟结果显示2030年生态保护情景下林地、草地面积比例均高于自然变化情景,而建设用地扩大规模相比自然变化情景显著减少。(3)三峡库区生态环境质量呈现出自西向东逐渐升高的阶梯式分布格局,2000—2030年其生态环境质量略微下降,由2000年的0.547 9降低至2030年的0.533 6。(4) 2000—2030年,降低三峡库区生态环境质量的两大主导因素是林、草地转为耕地,提高其生态环境质量的主要有利因素是耕地转为林地,生态贡献率比重超过70%。[结论]退耕还林还草和城市快速发展使三峡库区同时存在生态改善与生态恶化,但总的来看,研究区生态环境质量表现为改善略小于恶化的态势,建设用地、林地、耕地、草地之间的转化是其主要原因。

基于Markov-PLUS模型的福州市土地利用变化及情景模拟

为探究福州市土地利用变化规律,基于2000、2010和2020年GlobeLand30数据集,运用土地利用动态度和转移矩阵对2000—2020年土地利用演变进行剖析,采用Markov-PLUS模型对2030年土地利用的多情景变化趋势进行模拟。结果表明:2000—2020年,建设用地和水域面积增加,建设用地主要由耕地转入,其他用地面积减少。Markov-PLUS模型模拟总体精度为0.89,Kappa值为0.80,模拟效果较好。自然发展情景延续历史发展趋势,建设用地持续增长,以市辖区和闽侯县扩张最为突出,其他区(县、市)建设用地侵占周边耕地且集聚特征明显;城镇发展情景下,耕地、林地和草地均大面积减少,建设用地大幅增加,耕地和建设用地重心分别向东南和东北方向偏移,空间集聚特性进一步增强;耕地保护情景下,耕地主要向林地和建设用地转化,面积缩减的态势得到有效控制,重心迁移幅度较小;生态保护情景下,林地、草地和水域面积显著增加,建设用地增速得到有效控制,此情景更符合研究区区域发展和生态保护的双重诉求。研究可为福州市未来土地利用规划编制和土地可持续利用情景预测提供科学参考。

基于CA-Markov模型的成都市土地利用变化情景模拟及碳效应分析

本研究基于成都市2005年、2010年、2015年、2020年土地利用现状分析,应用CA-Markov模型和情景预测模型,通过设置3种土地利用变化情景预测2030年成都市的土地利用结构变化,并对成都市土地利用变化导致的碳效应变化进行分析。结果表明:(1)成都市土地利用格局变化总体呈现耕地和草地减少、建设用地增加的趋势。2005—2020年,建设用地面积增加最多,耕地面积减少最多。(2)3种土地利用变化情景下都出现建设用地面积增加,耕地和草地面积减少的趋势。自然发展情景建设用地增加3.39×10^(4)hm^(2),城市发展情景建设用地增加5.66×10^(4)hm^(2),生态保护情景建设用地增加1.67×10^(4)hm^(2),生态保护情景建设用地增速明显低于自然发展情景和城市发展情景。(3)城市发展情景下的总碳效应是自然发展情景的1.62倍,是生态保护情景的3.76倍。建设用地扩张是影响碳效应的主要因素,在城市建设中严格限制建设用地过度扩张,是实现城市绿色低碳发展的重要路径。

基于PLUS模型的三门峡市土地利用变化及模拟研究

研究土地利用结构变化特征、转移情况及未来趋势,对优化土地资源空间布局,实现区域经济与生态环境协调可持续发展具有重要意义。因此,采用河南省三门峡市2000年、2010年、2020年3期土地利用数据,通过土地利用转移矩阵探究三门峡市2000—2020年土地利用变化,并利用PLUS模型模拟预测4种情景下2030年三门峡市土地利用格局。结果表明,2000—2020年三门峡市土地利用变化总体稳定,优势地类为耕地和林地,耕地面积先增加后减少,总体小幅增加,建设用地面积不断增加,草地面积持续减少,水域和未利用地面积均先减少后增加,总体小幅增加,建设用地和耕地之间转换频繁,耕地始终是建设用地主要转入来源。城镇发展情景下,2030年三门峡市耕地面积大量流失;耕地保护情景下,2030年三门峡市耕地面积有微弱涨幅,建设用地扩张得到抑制;生态保护情景下,2030年三门峡市林地、水域面积明显增长。为实现土地利用可持续发展和生态环境保护,三门峡市未来土地利用规划应关注耕地保护、合理规划建设用地、加强草地恢复和生态保护等方面工作。

甘肃省2000—2020年土地利用变化分析及基于PLUS的生态空间多情景模拟

在甘肃省经济快速发展的背景下,通过分析甘肃省土地利用时空演变特征与预测“三生”空间变化趋势,能为甘肃省推动区域高质量发展提供决策辅助。先分析20年间甘肃省土地利用变化特征并挖掘诱因,再模拟甘肃省的“三生空间”在四种情景下的变化趋势。由结果可知:在2000—2020年期间,甘肃省草地和耕地持续缩小,主要集中在酒泉、张掖;建设用地持续扩大,定西、甘南、临夏交界处的水域、林地小幅增加;未利用土地增加;草地与建设用地转换程度最剧烈。由多情景模拟结果可知:除了强调发展生产情景外,生产空间均呈萎缩趋势;林地、水域持续扩张,草地大面积缩小,导致生态空间在各情景模拟中呈缩小趋势;生活空间则均呈扩张趋势。“三生空间”在发展综合优化情景中的预测变化趋势与生活条件提高情景的模拟结果相似,但前者更平缓。甘肃省应该抓住发展机遇,推动产业转型并促进土地高效利用,重视酒泉生态恶化问题并及时提出应对措施,改善北山山地区荒漠环境,走上可持续发展道路。

交通与土地利用要素供给对通勤圈空间特征的协同优化机制——以武汉市为例

在交通矛盾日益制约大城市高质量发展的背景下,基于居民时空大数据的通勤圈空间特征研究为精细化交通与土地利用等要素配置提供了有效视角。以武汉市为例,利用手机信息数据识别出商业(务)型、工业型两类通勤圈,结合情景模拟探究交通与土地利用要素供给对通勤圈形态变化及内部交通结构特征的协同影响。研究发现:(1)商业(务)型通勤圈呈现“圈层+轴带”和“核心集聚+圈层扩展”两种结构模式;工业型通勤圈则呈现“纺锤模式”布局,通勤方向性更为明显。(2)轨道交通要素供给会重点影响通勤圈的形态、拉长通勤距离;土地利用要素的紧凑布局有利于促进通勤圈圈层集聚,缩短其通勤距离和时耗。针对两种类型的通勤圈,从促进通勤圈绿色出行的角度提出完善交通设施布局和服务设施配套的优化策略。

基于PLUS与InVEST模型的昆明市土地利用变化动态模拟与碳储量评估

[目的]评估不同情景下的土地利用变化与碳储量变化,为优化生态服务与可持续性发展提供科学依据。[方法]基于PLUS模型与InVEST模型,模拟和预测不同情景下的土地利用变化与碳储量。[结果]①在自然发展与生态保护情景下,土地利用变化相似,耕地、草地、水域减少,建设用地急剧扩张,其中建设用地在自然发展情景下扩张更快,变化率达27.70%;在耕地保护情景下,土地利用变化与其他两种情景不同,这是由于林地面积的减少与建设用地的迅速扩张造成的;②昆明市2000,2010,2020年的碳储量分别为3.37×10^(8),3.34×10^(8),3.28×10^(8)t,呈现逐年下降的趋势。到2030年,耕地保护与生态保护相较于自然发展情景碳储量较高,说明采取保护措施,能有效控制碳储量的减少;③土地利用变化导致碳储量减少9.15×10^(6)t,土地利用变化与碳储量变化呈现高度一致性。[结论]落实耕地保护、生态保护政策,控制建设用地向耕地、林地的扩张,优化土地利用结构,有利于减缓区域碳储量损失。

基于土地利用变化的洞庭湖生态经济区生态系统服务价值时空演变及相关性分析

土地利用变化是导致生态系统服务价值(ESV)变化的重要原因,以洞庭湖生态经济区为研究区,在3km×3km格网尺度下,基于2000—2020年土地利用变化定量测度洞庭湖生态经济区ESV并分析其时空特征及空间相关性。结果表明:洞庭湖生态经济区土地利用格局总体稳定,耕地、林地以及水域为主要用地类型。耕地在2000—2020年减少规模最大,建设用地始终保持增长态势;2000—2020年,研究区ESV呈先增加后减少趋势,价值总量共增长10.12亿元,水域和林地是ESV主要贡献者。ESV高值区主要集中于中部洞庭湖区及四水流域,四周林地为次高值区;研究区ESV空间分布具有正相关性,存在显著集聚效应,但ESV空间分异效应逐年增强。

基于PLUS模型的金佛山自然保护地毗邻区土地利用变化模拟与多情景预测

位于自然保护地边界以外的毗邻区,土地超载、破坏性利用及管控乏力现象普遍,对自然保护地本体造成严重威胁。科学预测土地利用变化趋势,是理解毗邻区土地利用变化对自然保护地本体生态安全影响,进而制定针对性管控措施的重要前提。运用PLUS模型,基于2000年、2010年、2020年三期土地利用数据,分析2000-2020年重庆金佛山自然保护地毗邻区土地利用变化时空格局及其驱动力,并设置自然发展、城镇发展、生态保护三种情景,模拟预测2040年保护地毗邻区土地利用情况。结果表明:(1)金佛山自然保护地毗邻区土地利用类型以林地、耕地为主;2000-2020年间,耕地、林地面积减少,建设用地面积大幅增加,转入来源主要为林地和耕地;(2)PLUS模型对金佛山自然保护地毗邻区土地利用驱动因子的解释能力较好,其中,对耕地、林地、建设用地面积变化解释力度最大的驱动因子均为NDVI指数和人口密度;(3)PLUS模型在金佛山自然保护地毗邻区的适用性较强,总体精度为0.95,Kappa系数为0.92,远高于0.75;(4)三种情景下,地类变化趋势均为林地、耕地面积减少,建设用地面积由保护地毗邻区逐渐向本体边界处蔓延。研究表明,PLUS模型适用于同类型自然保护地毗邻区土地利用模拟研究;仅对毗邻区生态类用地进行保护限制不足以遏制建设用地向本体扩张,亟需对毗邻区人类活动进行更为精细化的管控。

东北地区土地覆被格局变化模拟:基于CLUE-S和Markov-CA模型的对比分析

研究以遥感解译的东北地区2000年、2010年、2015年的土地覆被变化为基础,充分考虑自然和社会因素对土地覆被变化的影响,分别通过CLUE-S模型和Markov-CA模型对东北地区2015年和2030年土地覆被格局进行模拟,研究结果表明:通过与遥感解译的2015年实际土地覆被类型数据对比验证,CLUE-S模型和Markov-CA模型模拟结果的总体Kappa指数分别为0.9700和0.9649,结果表明2种模型的模拟结果较为理想,CLUE-S模型的模拟精度较Markov-CA模型更高。2015—2030年东北地区草地、耕地、湿地、其他用地和水体面积呈现下降趋势,林地、人工表面面积呈现增加趋势,人地关系越发紧张。东北地区作为生态环境相对脆弱的区域需警惕不可持续的土地覆被变化,需权衡生态保护、粮食增加与基础设施建设的用地需求和协调发展。

基于SWAT和PLUS模型的窟野河流域径流对土地利用变化的响应及预测

[目的]为揭示窟野河流域径流对土地利用变化的响应,并预测未来径流变化。[方法]以窟野河流域为研究区,基于SWAT和PLUS模型,通过2000年、2005年、2010年、2015年、2020年和预测得到的自然发展情景下2025年、2030年7期土地利用数据,定量分析径流在不同土地利用情景下的变化。[结果](1)SWAT模型率定期和验证期的R 2和NS均>0.7;PLUS模型总体精度为0.8774,Kappa系数为0.8021,2个模型在窟野河流域适用性较好;(2)2000—2020年,窟野河流域林地、建设用地面积分别增加102.92,600.90 km 2,耕地、草地、水域和未利用地分别减少277.15,366.25,40.44,19.98 km 2;(3)窟野河流域年平均径流深整体呈现“上游低,下游高,西部低,东部高”的空间分布格局;(4)在保证其他输入数据不变的情况下,改变土地利用数据,情景分析结果表明,林地、草地面积减少会促进径流,建设用地面积增加同样会促进径流;(5)自然发展情景下,2025年和2030年窟野河流域土地利用空间分布格局未发生显著变化,仍以耕地和草地为主,年平均径流量较2020年分别增加3.21%,5.00%。[结论]土地利用与径流变化关系密切,情景分析角度下,林地、草地对径流起抑制作用,建设用地对径流起促进作用。未来自然发展情景下,随土地利用变化,径流呈增加态势,研究结果可为窟野河流域的土地利用结构优化和水土资源的合理规划提供科学依据。

基于文献计量学的近40年土地利用变化研究综述

土地利用变化反映了气候变化与人类活动之间的复杂相互作用,并与生物多样性、地表能量平衡、大气循环和碳循环等各种陆地过程密切相关。以中国知网平台为文献数据源,利用CiteSpace文献计量学软件,分析了1980—2022年以土地利用变化为主题的学术论文。结果显示,2002—2009年关于土地利用变化的论文发表量明显增加,并且在2020年和2021年突破600篇/年。中国科学院地理科学与资源研究所、北京师范大学和南京大学等是主要的研究机构,《水土保持研究》《安徽农业科学》和《水土保持通报》等知名期刊的发文量较多。研究热点主要包括土地利用变化的驱动力和机制、生态环境效应、经济社会影响、空间模式与规划研究等方面。最后,探讨了土地利用变化研究中存在的问题,提出了加强数据收集与处理、探索新型有效的研究方法、综合考虑各种影响因素以及强化可持续发展观念在土地利用变化研究中的应用等建议。研究结果可为土地利用变化与可持续发展等相关研究提供参考。

国家重点生态功能区生态系统服务价值对土地利用变化的时空响应

【目的】研究国家重点生态功能区用地结构转变对生态系统服务功能的影响,对编制地方经济社会发展计划和调整国土资源合理配置有重大参考价值。【方法】利用安徽省太湖县2000、2010、2020年3期土地利用数据,建立转移矩阵分析土地利用变化规律,在600 m×600 m格网尺度下计算生态系统服务价值的空间定量,并运用空间自相关探究生态系统服务价值对土地利用变化的时空聚集特征与冷热点分异规律。【结果】(1)2000—2020年太湖县土地利用面积变化的速度总体缓慢,建设用地增长了1.43%,耕地减少了1.00%,草地、林地、耕地面积逐年下降,建设用地逐年增加;(2)土地利用综合变化指数高于0,全县的土地利用变化结构正处于成长期;(3)20 a来,太湖县各土地利用类型的生态系统服务价值均出现一定程度的下降,其中水域和林地对研究区生态系统服务价值总量的贡献率最高;(4)土地利用变化对生态系统服务价值空间分布呈正相关,以低-低聚集区和高-高聚集区为主,随着土地利用结构的改变,集聚的相关度也随之增加。从冷热点分布状况看,太湖县生态系统服务价值变化量在总体上呈现“中热北冷,南部冷热分异明显”的分布特征。【结论】太湖县不同土地利用类型生态系统服务价值的数量和空间分布差异明显,需要关注水体面积保护与南部建设用地扩张两者的土地资源配置优化问题,加强对土地利用结构的优化和生态用地空间格局的提升。

基于土地利用模拟的生态保护红线划定方法研究——以广州市为例

针对生态保护红线划定精度低、无法量化等问题,提出来一种基于MCR-PLUS模型的生态保护红线划定方法。该方法基于研究区内生态系统服务价值的演变规律构建生态安全格局,利用生态安全格局进行生态保护红线的初步划定。通过对研究区未来土地利用模拟预测结果,识别研究区生态保护红线易被侵蚀的风险区域,对初步划定的生态保护红线进行优化调整,最终得到研究区生态保护红线的最终划定范围。结果表明,基于MCR-PLUS模型的生态保护红线划定方法可以用量化的指标划定研究区生态保护红线范围,划定的生态保护红线具有较高的精度。

基于FLUS模型多情景土地利用变化对陆地生态系统碳储量影响——以江西萍乡为例

[目的]揭示萍乡碳储量时空分布特征,阐明土地地类变化与碳储量之间的关系,为探明区域生态系统碳储量状况提供数据支撑。[方法]利用FLUS(future land use simulation)模型与InVEST(integrated valuation of ecosystem services and trade-offs)模型,预测了2030年萍乡市3种不同情景下(自然发展、耕地保护和生态优先)碳储量值。[结果](1)2010—2020年萍乡市碳储量整体呈下降趋势,共减少1.47×10^(6)t;(2)耕地、建设用地、草地、水体和建设用地面积增加和林地与灌木面积减少,是导致碳储量变化的主要原因;(3)2030年自然发展、耕地保护和生态优先情景下陆地生态系统碳储量分别约为4.906×10^(7),4.919×10^(7),5.038×10^(7)t,其中生态优先情景下碳储量损失最少。[结论]萍乡生态系统碳储量呈下降趋势,主要受耕地与建设用地增大的影响,未来应加强对安源区与经济开发区重点变化区域的监测研究。

反现实分析下生态保护对土地利用变化的影响——以武汉城市圈为例

选取武汉城市圈,采用反现实法构建两种情景:反现实情景(考虑生态系统服务价值)和现实情景(不考虑生态系统服务价值)。基于2010-2018年土地利用数据,运用CA-Markov模型模拟2025年土地利用变化,以其为生态用地保护提供科学指导。结果表明,(1)2018-2025年,反现实情景和现实情景下建设用地规模均增加,增幅分别为3.61%和42.39%,反现实情景下耕地、林地、草地和水域向建设用地转换的面积均小于现实情景。(2)2025年反现实情景下闲置建设用地复垦为生态用地的规模约为现实情景的1.72倍。(3)现实情景下,林地、草地、水域表现为向耕地的过度转换,不利于生态安全,而反现实情景更能同时确保粮食安全与生态安全。

基于1990—2020年土地利用变化的西秦岭生境质量时空演变研究

为进一步了解西秦岭区域生境质量状况、空间分布特征及其与土地利用类型变化之间的关系,以期解决该区域生境质量退化、生态系统受损、空间格局失衡、自然资源开发利用不合理等国土空间问题。本研究借助InVEST,利用生境质量模型、土地利用程度指数、双变量空间自相关等方法,以西秦岭三县区秦州区、康县、碌曲县1990—2020年土地利用数据为基础,对西秦岭近30 a的生境质量进行模拟评价。结果表明:(1)西秦岭东北部耕地面积降幅明显;南部和西部以草地和未利用地减少为主,其他土地利用类型面积增加;(2)西秦岭东北部、南部生境主要变化是由较高向高等级生境过渡,而中、较低等级生境向低等级生境过渡;西部主要是由较高向中等级生境变化,较低向低等级转化的过程,整体生境质量处于中等偏上水平;(3)西秦岭东北部、南部生境质量与土地利用程度整体呈负相关,相关程度有减弱的趋势;西部土地利用程度与生境质量呈正相关,且空间上存在集聚现象,空间集聚性先增强后减弱。(4)30 a来,西秦岭生境退化度一直为上升趋势,空间分布总体表现为东北部、东部及南部高,西部和西北部低。对西秦岭近30 a的生境质量进行模拟评价,为西秦岭生境质量提高、土地资源保护、区域土地利用方向等方面提供科学参考。