“三生空间”视角下会泽县土地利用变化及耦合协调度时空格局分析

在生态较为脆弱且位置偏远的欠发达地区,生态环境保护和经济发展之间的矛盾长期共存。为有效破解这一发展困境,以曲靖市会泽县为研究对象,运用ArcGIS 10.8工具对2000、2010、2020年该地区的“三生空间”土地利用变化进行分析。通过时空分析、转移矩阵和耦合协调度模型,探讨“三生空间”视角下土地利用变化的时空特征和影响因素。结果显示:(1)会泽县的土地覆盖以林地、草地和耕地为主,建设用地面积明显增长,主要分布在城镇附近,而未利用地面积变化不明显。(2)建设用地、耕地、林地、草地、水体之间发生相互转变,其中草地-林地的转化量最大,但也有相当一部分林地和耕地转化为草地;此外,建设用地、未利用地和水体均有小部分相互转化,但变化不显著。(3)“三生空间”的耦合协调度变化D与耦合度C的变化相似,主要表现为功能中度协调区占比增加,功能高度不协调区占比减少。总体上看,会泽县土地利用的变化相对于大型城镇仍然较为缓慢。研究结果可为当地可持续发展提供科学依据。

基于CA-Markov模型的云南自由贸易试验区土地利用和景观格局时空演变分析及模拟预测

为探究云南自由贸易实验区土地利用和景观格局变化特征,协调经济发展和生态保护,促进土地资源高效可持续利用。本文通过Arc GIS 10.6、Fragstats 4.0、IDRISI 17.0以自贸区2010、2015、2020年三期遥感影像为数据源,研究分析其土地利用变化和景观格局时空演变特征,并利用CA-Markov模型,模拟预测2025年土地利用类型和景观格局。研究表明,(1)三个片区土地利用结构变化为建设用地增加,林地、耕地和未利用地减少,草地和水体基本保持不变。(2)在研究期前期,建设用地主要来源于林地和耕地,后期为未利用地,并加大对生态环境的保护力度。(3)在发展过程中,其整体景观破碎度逐渐降低,但连通性和集聚度逐渐加强,生物多样性减少;耕地、林地破碎化程度加重,聚集度和景观优势不断下降,并转换为建设用地;随着人类干扰因素不断增强,建设用地优势表现明显,聚集度高,区域景观自我调节能力增强,景观空间结构更加稳定。

基于“三生”空间的天长市土地利用时空格局及驱动因素分析

厘清“三生”空间土地利用的时空演变格局,探明驱动因素,为国土空间规划、土地利用转型提供科学依据。以天长市为研究区域,采用2009—2018年土地利用变更调查数据,借助土地利用转移矩阵、重心迁移等模型,测算研究区土地利用动态度及土地利用程度综合指数,采用灰色关联分析探究土地利用转型的驱动因素。结果表明:1)“三生”空间总体呈现“一增一稳一减”的特点,生产空间面积增长11.68 km 2,生活空间面积相对稳定,生态空间面积缩减了12.44 km 2,其中,农业生产用地一直保持持续增长态势,主要源于农村生活用地和水域生态用地的转入;2)工矿生产用地和城镇生活用地的空间集聚最为明显,其重心逐步向东南方向迁移;3)以2014年为界,天长市土地利用综合动态度前期为0.22%,后期为0.13%,其中,工矿生产用地和城镇生活用地的单一动态度增速最为明显,前期分别为2.95%与5.96%,后期分别为2.73%与1.73%,而土地利用程度综合指数增长1.13;4)人口、已建成水库总库容、建成区面积等因素对天长市“三生”空间的土地利用变化影响较大。

基于土地利用的荆州市三生空间格局演化特征分析

分析三生空间格局演变过程及特征,对优化土地资源配置,促进区域协调发展具有重要意义。以荆州市为研究对象,基于2000-2020年土地利用数据,运用三生空间动态度、转移矩阵、重心迁移模型和景观格局指数等分析工具,对三生空间格局演化特征进行了探讨。结果表明:农业生产空间和水域生态空间构成了荆州市三生空间的主要类型;研究时段内,农业生产空间、其他生态空间面积有所减少,与此同时其他类型的空间均得到了一定的增长;三生空间的演变的主要特征表现为农业生态空间与水域生态空间之间的相互转化,以及农业生产空间向其他类型空间的转移;农村生活空间、林地生态空间、草地生态空间的重心迁移程度较小,其他类型三生空间的重心迁移较为显著;三生空间景观格局总体呈现出破碎化和复杂化的趋势,空间连通性逐渐减弱。城乡建设对农业空间的占用以及湿地保护修复工程的实施是影响荆州市三生空间格局演变的主要因素,建议加强耕地和湿地的保护工作,确保区域粮食安全和生态安全,促进经济社会与生态环境的协调发展。

土地利用转型机制与国土空间格局优化研究

土地利用转型是追求用地效益最大化的过程。在当前全球环境不断变化的背景下,需要进一步加强对土地系统与土地使用关系的研究,致力于优化空间,满足日益增长的用地需求。为进一步优化国土空间格局,首先分析土地利用转型机制,总结国土空间格局优化的现实需求,其次提出优化国土空间格局的策略及途径,最后探讨土地利用转型机制对国土空间格局优化的作用,以期为相关工作提供参考。

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。

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。

信江多流域土地利用空间负荷的河流氮磷输出响应

【目的】近年来流域水体污染问题日益突出,总氮和总磷已成为水体污染衡量指标之一,河流氮磷浓度变化在一定程度上受到流域土地利用的影响,为保障信江流域水环境安全,开展土地利用空间负荷的氮磷输出响应研究对判定流域养分流失风险级别、划定流域优先治理区、促进土地利用结构调整具有重大意义。【方法】选取信江流域的16个子流域作为研究区,利用2000年和2020年地表覆盖数据、高程数据、河网数据和2020年河流断面总氮与总磷监测数据,参考“源-汇”理论并利用洛伦兹曲线,构建土地利用空间负荷比指数,最后通过皮尔逊相关性分析,探讨流域氮磷输出与土地利用的时空关系。【结果】①相对高程、坡度、相对距离和综合的LWLI指数均值不超过0.3,表明流域当前土地利用的氮磷污染风险较低。②从三类空间要素对污染负荷贡献的角度来看,结果显示由大到小依次为LWLI_(s)、LWLI_(e)和LWLI_(d),表明相对高程和坡度对流域空间污染负荷的影响更为显著,因此,流域内位于中高海拔、坡度陡峭地区的土地利用类型应成为重点关注对象。③从“源-汇”地类结构和土地利用空间负荷的角度分析土地利用与氮磷输出的Pearson关系,发现土地利用空间负荷比指数同氮磷浓度的相关系数要比源汇地类面积结构的更高,存在更显著的相关性,能更有效表征流域的总氮、总磷流失量。【结论】从“源-汇”视角出发,将“源-汇”理论应用于流域土地利用空间负荷时空演变分析,定量分析多流域土地利用空间负荷与河流水质的关系,为水污染的治理和管理提供了有益的参考,可进一步为信江流域区划研究提供基础,为信江流域的水污染防治和土地利用结构调整优化提供借鉴经验,为信江流域改善生态环境和水质等方面提供决策支持。

基于“三生”空间的重庆市土地利用演变与城镇化关系研究

[目的]分析重庆市土地利用时空演变规律,探究土地利用转型及景观格局响应的演变特征与城镇化的关系,为重庆市“三生”土地规划与城镇化可持续发展提供数据支持。[方法]基于“三生空间”功能分类的视角构建用地分类标准,利用2000,2010,2020年土地遥感影像和夜间灯光数据,采用转移矩阵、相关性分析及回归分析法进行分析。[结果]①2000—2020年重庆市生产、生态空间总体减少,生活空间持续扩张。2000—2010年,生产、生态空间减少191.87,252.95km^(2),生活空间增大446.03km^(2);2010—2020年,生产空间面积减少13.76km^(2),生态空间减少324.05km^(2),生活空间增大314.87km^(2)。②重庆市生产功能向生活功能转化较为明显。随着城镇化加强,生态空间转向生产空间显著,功能转变明显聚集于重庆市中心区域。③重庆市空间景观破碎度减小,景观复杂度逐渐提高,林草水生态空间占据主导优势。④2000—2010,2010—2020年土地利用面积变化对夜间灯光值的影响存在差异;2000年,城镇生活空间、农村生活空间变化对夜间灯光变化影响起主导作用,而2020年工业生产空间、城镇生活空间变化对夜间灯光变化影响较强。[结论]重庆市各类空间发生相互转换,利用不同“三生”空间类型变化和城镇化的关系,推动土地规划与城镇化协调发展。

基于未来土地利用模拟模型的郑州市“三生空间”模拟及生态环境效应分析

本文选取郑州市为研究区,基于2010,2015和2020年土地利用数据,采用土地利用转移矩阵和生态环境效应评估方法,分析2010—2020年“三生空间”格局变化和生态环境质量时空演变。采用未来土地利用模拟(FLUS)模型,以2015年土地利用数据为基准,结合自然发展情景、生产优先情景和生态保护情景三种情景,模拟2035年“三生空间”格局发展,并计算区域生态环境质量指数及生态贡献率。结果表明:(1)2010—2020年,郑州市生产空间占地面积持续下降,生活空间不断增加,生态空间先增加后减少。(2)2010—2020年,生态环境质量指数从0.3097持续降至0.3058,低质量区域不断扩张。农业生产用地的缩小,以及其他和水域生态用地被占用是导致生态环境质量恶化的主要因素。(3)自然发展情景下,生活空间存在扩张趋势,而生产和生态空间却不断下降,而生产优先情景和生态保护情景下,生活空间缩减,生产和生态空间不断上升。(4)三种情景中,生态保护情景下郑州市2035年的生态环境质量指数最高,且在该情景下郑州市生态环境质量水平也在不断提升。研究模拟未来土地利用格局变化及其引起的生态环境效应,将有利于优化现有土地利用空间格局,促进城市可持续发展。

基于土地利用模拟预测模型分析的城市绿色空间发展多情景模拟及建设时序研究——以湛江市中心城区为例

城市绿色空间是未来中国城镇战略发展的重要生态空间载体。城市中心城区的绿色空间生态系统服务价值可作为未来城市生态空间规划的重要依据。生态服务系统之间的权衡或协同关系可通过不同土地利用方式和利用强度表征显现。通过对湛江市中心城区绿色空间应用土地利用模拟预测(PLUS)模型进行自然发展情景与国土空间规划情景双情景下2035年土地利用变化模拟,采用当量因子法及热点分析对生态系统服务价值及其高低值在空间上的聚集程度进行分析,与人类活动强度空间分布进行叠置,得出国土空间规划政策下湛江市中心城区城市绿色空间发展优先级分区,优先化解建设用地与绿色空间发展矛盾,为规划政策提供空间政策的量化数据基础,为其可行性实施、时序安排及预期结果提供数据支撑与建议。结果表明:(1)规划政策情景与自然发展情景未来土地利用模拟结果相比,耕地、林地增多,整体水域得到有效保护,建设用地蔓延受到抑制。(2)生态系统服务价值在2035年规划政策情景>2020年实际情景>2035年自然发展情景,分别约为12.22亿元、11.89亿元、10.53亿元,规划政策情境下生态系统服务价值总量较自然发展情景下提升约1.69亿元,生态环境效益得到显著提升,调节服务、支持服务、供给服务、文化服务分别提升约1.38、0.13、0.12、0.06亿元,但文化服务与2020年现状相比降低约0.31亿元,在未来建设过程中切勿忽视景观美学的营造。(3)通过生态系统服务及人类活动强度的空间分布分析对绿色空间发展进行优先级分区,建议以赤坎区中部、沿海域建设用地及水域范围、其他区域顺序进行分区建设。

碳中和目标下河北省土地利用碳排放格局演变与多情景模拟

分析和优化土地利用碳排放的格局演变可以为构建低碳排放的国土空间格局、助力碳中和战略目标实现提供参考和借鉴。该研究利用土地利用类型、能源消耗和农业活动碳排放系数法,基于GIS软件和PLUS模型核算了河北省2000—2020年土地利用直接碳排放、间接碳排放和净碳排放量及空间格局演变,模拟了自然发展、碳增汇优先发展和碳减排优先发展3种情景下河北省2030和2060年土地利用格局,并核算了生态系统增汇管理下不同情景土地利用碳排放量,结果表明:1)研究期间河北省土地利用直接碳排放量基本保持稳定,表现为碳吸收;土地利用间接碳排放量和土地利用净碳排放量呈现持续增加趋势,但增加速度明显下降。2)研究期间碳吸收区域和中净碳排放栅格单元空间上呈现收缩趋势,低净碳排放、中高净碳排放和高净碳排放栅格单元空间上呈现扩张趋势。碳吸收区域和低净碳排放栅格单元占比最大,但净碳排放主要产生在中高净碳排放区域和高净碳排放栅格单元。3)碳增汇优先发展情景下,林草地分布范围更广,在环渤海区域水域数量明显增加,土地利用直接碳排放绝对值最大。碳减排优先情景下石家庄、唐山、保定等大城市中心城区向外扩张的范围略有收缩,建设用地集约效果有一定体现,土地利用净碳排放值最小。碳减排是未来实现碳中和战略的根本。

基于土地利用变化的广州国土空间格局优化研究

在乡村振兴和新型城镇化发展的背景下,如何统筹国土空间格局,优化生产、生活、生态空间是目前需要解决的问题。以广州为例,将MCR(minimum cumulative resistance)模型、斑块生成土地利用变化(patchgenerating land use simulation,PLUS)模型、马尔可夫(Markov)模型进行耦合形成MCR-PLUS-Markov模型,应用到城市国土空间格局优化研究中。在生态安全格局下建立生态源阻力面和阻力源阻力面,构建生态安全格局功能分区,设置不同的城市发展情景,进行不同情景下国土空间发展预测模拟与分析,通过预测模拟结果进行国土空间格局优化研究。结果表明,基于MCR-PLUS-Markov模型的预测模拟分析,精度评价相对较高,对广州国土空间格局预测分析具有较好的适用性。

经济快速发展地区县级尺度土地利用空间格局变化模拟

选择位于长江三角洲地区社会经济快速发展的浙江省海盐县为研究区,利用1986年土地利用空间数据和影响研究区土地利用变化的驱动因子,运用CLUE-S模型,分别对其1995和2000年的土地利用空间变化格局进行模拟,经检验,模拟结果与实际情况基本吻合。在此基础上,对研究区未来20a的土地利用空间格局变化进行了3次不同情景的模拟。结果表明,县城周围、各中心镇、重点镇建成区周围以及主要公路干线沿线是耕地非农化的高发区,基本农田保护区的划定对耕地的保护具有重要意义。

中原城市群“三生”空间模拟及生态效应评估——基于未来土地利用模拟模型和共享社会经济路径情景

黄河流域高质量发展背景下,加强该流域典型城市群“三生”空间(PLES)时空演变和生态效应具有重要现实意义。以中原城市群为例,基于2010年、2015年和2020年的土地利用数据,耦合未来土地利用变化情景模拟模型(FLUS)、共享社会经济路径(SSPs)和生态环境效应模型,分析了2025—2100年五种SSPs情景下中原城市群"三生"空间的时空演变特征,以及2035年不同情景下的生态环境效应。结果表明:(1)从2025年到2100年,除SSP4情景外,其余4种情景均表现为生产空间面积持续缩减、生活空间面积明显扩张、生态空间面积略有起伏总体缩减。(2)5种SSPs情景下,“三生”空间的空间分布格局相对一致。城镇生活用地较为聚集呈片状分布,农村生活用地呈点状零散分布。农业生产用地较大,分布均匀。林地和牧草生态用地主要分布在西部和南部,水域生态用地呈东西向带状分布在中原城市群中北部。(3)2035年,研究区生态环境质量空间分布不均衡,呈现“西南高⁃中部低”特征。中间发展情景(SSP2),生态环境质量略高于其他情景。研究结果对中原城市群的国土空间规划和生态文明建设具有一定的理论和实践价值。

基于动态统计规则和景观格局特征的土地利用覆被空间模拟预测

土地利用覆被及其变化是一个区域土地资源可持续利用的状态信号。该文建立依据马尔柯夫链模型和最大似然概率原则的统计概率模型,将景观格局特征利用类别共生概率矩阵表达在模型中,其次采用动态统计来考虑不同位置处模型参数的局部化。通过在北京山区初步验证,考虑景观格局特征,模拟结果总精度提高2.4%,Kappa系数提高0.045。随估计参数局部化,模拟精度大幅度提高,总精度提高到90%以上。结果表明:该土地利用覆被模拟模型是可行的,具有所需要基本数据非常简单优点,免除数据收集处理以及关系量化困难等问题。

耦合FLUS和Markov的快速发展城市土地利用空间格局模拟方法

模拟城市土地利用空间变化格局的研究,对未来区域规划以及实现可持续发展具有十分积极的作用。以往基于FLUS的研究栅格尺度较大,如何模拟快速发展中城市的复杂土地利用变化过程,挖掘土地利用变化驱动机制值得进一步探讨。本文构建了耦合FLUS和Markov的城市土地利用格局拟合框架,创新性地引入房价指标表征社会经济属性,以深圳为研究区,基于30 m空间分辨率小栅格尺度的土地利用分类数据和基础地理、路网河网、感兴趣点等多源空间变量,模拟不同发展情景下的未来城市土地利用空间格局,并通过随机森林进行土地利用变化驱动因素分析。研究结果表明:本文提出的耦合FLUS和Markov方法相较于传统CA模型(RFA-CA和Logistic-CA)精度更高(FoM=0.22),能更准确地模拟快速发展中城市的土地利用变化过程;多情景土地利用格局制图结果验证了城市发展过程中生态控制线的重要性,进一步说明本文拟合框架在未来城市规划布局中的参考价值;医院、娱乐场所等的基础设施和公交、路网密度等的基础交通比自然因素(高程、坡度)对城市发展的影响更大,到海岸线距离会在一定程度上限制深圳内部土地利用变化过程。本研究所构建模型及精细制图结果,可为城市区域规划和空间格局模拟等相关研究提供参考依据和理论基础。

土地利用最佳模拟尺度选择及空间格局模拟

土地利用变化是一个受到多重因素相互影响的动态过程。目前,已经成为全球环境变化和可持续发展的重要内容,而区域土地利用空间格局模拟已成为LUCC研究的关键内容。以2000年以及2010年的TM遥感影像解译数据以及数字高程模型、水系、铁路、公路、降雨量和气温等数据为基础,运用二元逻辑斯蒂回归模型对黄土台塬区的土地利用最佳模拟尺度进行了选择,并在此基础上对研究区的各种土地利用进行了空间格局模拟。研究结果显示:(1)在土地利用格局模拟的十个空间尺度上,土地利用变化空间格局与其驱动力因子之间存在着一定的尺度相关性特征;(2)黄土台塬区耕地、林地、草地的ROC值在十个空间尺度上均呈现出先增加后减少的趋势,转折点在400 m尺度附近,说明黄土台塬区的土地利用在尺度效应和尺度转换的效应下,400 m×400 m是此区域土地利用格局优化的最佳模拟尺度;(3)在400 m最佳模拟尺度上所模拟出的草地和林地的分布格局都与人均GDP和地形综合指数两个变量显著相关,而对耕地的分布影响最为明显的变量则是地形综合指数。

千河流域土地利用空间格局模拟及其影响因素分析

本文以黄土高原生态脆弱区千河流域为研究对象,遴选出影响土地利用空间分布的关键自然和社会经济因子,在考虑空间数据自相关性影响的基础上,综合利用GIS空间分析和二元Logistic回归分析等方法,构建2005年千河流域耕地、林地和草地三种主要地类空间分布概率二元Logistic回归模型,对该流域土地利用空间格局进行模拟和分析。结果表明,模拟结果较为理想,且不同驱动因子对不同地类空间分布格局的影响程度不同。