2010—2017年中国典型城市群土地利用格局变化及其驱动力比较分析

明确典型城市群土地利用格局变化及其驱动力,对生态环境保护与国土空间规划有重要意义。以2010与2017年哈长城市群、山东半岛城市群和海峡西岸城市群土地利用变更调查数据为基础,采用土地利用变化幅度、土地利用变化速率、土地利用类型转移矩阵等定量和定性方法对2010—2017年三大城市群的土地利用格局变化及其驱动力进行比较分析。结果表明,三大城市群的主要土地利用变化表现为其他土地利用类型向建设用地的转化,其规模由大到小依次为:海峡西岸城市群(2186.27 km^(2))>山东半岛城市群(1056.45km^(2))>哈长城市群(897.91km^(2));海峡西岸城市群的耕地面积表现为净增长(192.00 km^(2)),其中流失面积为18755.00km^(2),新增面积为18948.00km^(2),而其余两个城市群的耕地变化则以净流失为主。人口增长、经济发展、交通建设是三大城市群建设用地扩张的主要驱动力,而气候变暖促进了哈长城市群新增耕地的北移。研究得出三大城市群土地利用格局变化及其驱动力存在明显差异。

基于GEE和Landsat时间序列数据的海南岛土地利用分类研究

土地利用/覆盖变化(land use/cover change,LUCC)是当前全球变化研究的核心内容之一。土地利用遥感监测是土地利用变化相关研究的重要技术手段,尤其是高分辨率遥感技术和谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)云计算平台的出现,为土地利用空间信息的获取提供了新的途径和方法。本研究基于GEE云平台提供的Landsat-8 OLI时间序列卫星影像数据,采用随机森林(random forest,RF)和支持向量机(support vector machines,SVM)分类算法,对海南岛土地利用类型进行了遥感分类研究。结果表明:RF与SVM算法对海南岛土地利用中水体和建筑用地的分类精度均较高,对耕地、园地和林地分类精度较低。与SVM方法相比,RF分类方法能够更准确识别各类地物信息,更适于海南岛土地利用分类的研究。海南岛林地(包括天然林、橡胶林等)所占比例最大,主要分布在海南岛中部;耕地和园地面积接近,相间分布于海南岛大部分区域;水体和建筑用地面积较小,在海南岛均呈零散的分布状态,以沿海地区为主。GEE平台对于开展大区域土地利用分类与遥感动态监测具有重要的意义。

京津冀潮白河区域2001—2017年耕地利用变化时空特征分析

京津冀协同发展战略的推进,使众多非首都核心功能逐渐疏解至津冀两地,三地接壤的潮白河区域逐渐成为协同发展的缩影,土地利用的协同在区域协同发展的过程中有至关重要的作用。本文以京津冀潮白河区域为研究对象,采用土地利用转移矩阵、土地利用变化图谱和空间基尼系数方法,分析耕地在2001—2017年的时空演变特征。数量结构上,区域土地利用结构表现出耕地持续减少、城镇用地持续增加的趋势,耕地总面积减少3.77万hm2,耕地变化面积占变化总面积的32.61%;空间格局上,区域耕地由2001年各地均匀分布的格局逐渐转变成沿潮白河东南方向耕地面积较大、西北方向耕地呈小块分布的零散格局。耕地变化活跃区主要分布在通州区、顺义区及周边地势较平缓地区,且耕地与城镇用地、农村居民点和水域的转化过程较为显著。研究区耕地空间集聚水平整体偏低,破碎化严重,2001—2013年耕地的空间基尼系数由0.00068波动上升至0.00414,2017年京津冀协同发展战略提出后,研究区耕地的空间基尼系数快速减少至0.00104。综上,潮白河区域在2001—2017年耕地利用变化特征显著,空间分异性较明显,土地利用景观破碎化程度不断加剧。

陆域自然资源综合评价指标体系研究

针对单项自然资源评价指标体系无法反应区域自然资源整体情况,单一主题的自然资源评价指标体系不能满足统一自然资源评价和管理的需要,该文提出一套目标-主题-指标构成的新自然资源评价指标体系方案。采用压力-状态-影响-响应模型解决自然资源综合评价中多要素和多目标难以归一的问题。围绕自然资源统一管理的目标,从海量指标中选择表征自然资源特点的核心指标和关联指标,确保指标的有效性。充分考虑数据获取的可能性,选择方便获取的可靠指标,确保指标的可操作性。结果表明,自然资源综合评价指标体系可以为构建统一自然资源调查、监测和评价制度,提高统一自然资源管理的科学化水平提供参考。

基于PS-InSAR技术监测土壤侵蚀可行性研究

近年来,永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术(Persistent Scatterer Synthetic Aperture Radar Interferometry,PS-InSAR)快速发展,为宏观尺度的地表形变监测提供了契机,但该技术在国内尚未应用于土壤侵蚀监测研究。该研究尝试利用PS-InSAR方法监测内蒙古和林格尔县的土壤侵蚀情况。首先通过Sentinel-1A卫星数据时序差分干涉,获取地表累计形变点云;然后基于土壤侵蚀物候特征,构建时间域和空间域的多尺度滤波流程,从地表累计形变点云中筛选出土壤侵蚀点;最后将土壤侵蚀点与多源数据叠加分析,评价区域土壤侵蚀分布的时空特征。方法运行结果表明,研究区2017至2018年共计有10596处土壤侵蚀点。侵蚀点云主要分布在山区平原过渡区域,平均侵蚀速率为15 mm/a,侵蚀营力为风力水力混合。经实地验证,监测侵蚀点与实际侵蚀发生地的对应准确度为86.4%,高程方向总体监测精度为厘米级。研究表明,改进后的PS-InSAR技术可以用于监测土壤侵蚀,且具有宏观性、精确性、长期性、经济性的优点。

撂荒地监测方法与生态影响述评

撂荒地是多重驱动力下的复杂人地交互系统,对生态环境具有多维影响。目前,撂荒地监测方法在全球范围内仍处于起步和探索阶段,已有的方法可分为遥感图像分类和变化检测2种类型。制约遥感图像分类法的瓶颈是撂荒地与草地、裸地、灌木和低强度耕地的区分;制约变化检测法的瓶颈是非耕地变化噪声干扰及监测周期外的历史撂荒地识别。相关研究逐渐趋向使用多源数据、高分数据、集成方法、精细分类等以提高监测精度。从撂荒地的生态影响角度分析,其自然演替存在正向和逆向2种可能性。部分撂荒地会因土壤侵蚀、野火多发而导致生态系统退化,但绝大多数撂荒地的生态系统会持续向好发展,包括植物群落恢复、土壤恢复、增加碳汇、丰富生物与景观多样性等。中国已有耕地中,旱地和陡坡耕地比例较高,较易形成撂荒现象。研究认为,撂荒地研究应具有前瞻性,充分考量全球气候变化、中国人口结构老龄化、人口分布城市化对耕地撂荒的潜在影响。同时,撂荒地研究应面向管理,积极契合乡村振兴、精准扶贫、土地整治、退耕还林还草、永久基本农田保护、生态保护红线划定、国土空间规划等国家战略,统筹权衡粮食安全、生态安全和经济社会发展间的相互关系,为相关政策制定提供依据。最后,研究认为应由国家层面统一部署,开展全国撂荒地精准调查,摸清家底、优化配置,按照国土空间的生态适宜性来科学地确定撂荒地治理方式。

国内外耕地撂荒的过程与影响因素研究进展

农地撂荒伴随的森林植被自然演替最早发生在欧洲,并逐渐演变为全球性土地利用现象,深刻地改变了广大农村地区土地景观。梳理了国外耕地撂荒的规模和过程、国外耕地撂荒的影响因素、中国的坡耕地撂荒与农地边际化,总结了国内外耕地撂荒研究存在的问题,并对中国的耕地撂荒研究进行了展望。

基于MCR模型的农村居民点空间布局优化研究——以河北省平山县为例

以河北省平山县为例,分析了农村居民点空间现状分布,选取评价体系,确定空间划分标准与基本单元,制定评价指标并选取评价模型,运用MCR模型计算最小累积阻力,总结农村居民点空间分布特征。基于现状提出平山县农村居民点空间布局的优化对策,确定优化方向,针对适宜区、比较适宜区、不适宜区、极不适宜区4种分区,提出城镇转化、逐步并点、异地搬迁、限制发展4种空间布局的优化模式,并对农村居民点未来发展进行了展望。

N%理念下的全球保护地管护方案初探

栖息地破坏是全球生物多样性危机的重要诱因之一。虽然《生物多样性公约》与历届缔约方大会都较为关注保护地议题,但由于未能实现主流化,保护效果一直欠佳。本文基于满足人类理性需求的自然保护地比例(N%)这一理念,分析其在全球推广过程中可能遇到的科学与制度瓶颈,初步提出了基于科学研究的“自上而下”和国家自主承诺的“自下而上”相结合的全球保护地管护方案,以求在不同利益诉求的国家间凝聚共识,为2020年于昆明召开的COP15大会贡献智慧。

重点区域林地时空变化特征及驱动力分析

针对林地的保护与建设问题,选取我国3大林区中林地面积占辖区比最高的黑龙江省、广西壮族自治区和云南省,结合土地利用遥感监测数据和社会经济数据,采用土地利用变化动态度、聚类分析、核密度估计、主成分分析等方法,进行像元尺度的长时序林地时空变化及驱动力研究。结果表明:1)1980—2015年,黑龙江、广西和云南的林地面积均为净减少,黑龙江省的净减少面积最大;2)该3省(自治区)的林地转化集中在林地和耕地、草地之间,在林地二级类型转化中,有林地的变化最为明显;3)该3省(自治区)林地空间分布的集聚程度35年来均未发生较大波动,林地退化区域集中且范围较小;4)城镇化率和交通发展水平、经济发展水平是影响林地面积变化的主要驱动力。本研究为林地资源的监测、管理和可持续发展提供参考。

中国耕地生态管护制度碎片化困境与整体性治理研究

中国耕地生态管护呈现主体与政策双重碎片化倾向。一方面,国土、农业、环保、水利、林业、发改、财政等部委皆在耕地生态管护中发挥作用,"九龙治水"的格局明显;另一方面,耕地生态管护相关政策在理念和工具层面也存在着空白、重叠和冲突,未能形成合力。鉴于此,文中以整体性治理理论为基础,结合2018年国务院机构改革方案和相关部委"三定"规定,以协调与整合为手段,以破解碎片化困境为目标,提出优化中国耕地生态管护制度的实现路径。即,在管护体制层面,清晰决策者、参与者、监督者和协调者的职责,建立国家耕地生态信息平台,明确剩余治理权归属;在管护政策层面,建立耕地生态管护政策的三级协调与整合机制。

采伐与人工更新对红壤丘陵区森林面积和地上生物量的影响模拟——以会同县磨哨林场为例

我国人工林生态系统正面临着结构退化、功能降低等问题,迫切需要通过合理的森林管理方案实施有效的管理措施加以改善。本文以湖南省会同县磨哨林场为研究区,应用生态系统过程模型PnET-II和森林景观模型LANDIS-II,采用情景模拟的方式研究未来100年低、中、高强度的采伐措施以及人工更新对森林面积和地上生物量的影响。结果表明:(1)随着采伐强度增加,人工针叶林面积持续减少、森林AGB下降幅度加大;(2)人工更新措施能够使人工针叶林面积保持稳定,促进其AGB积累,有利于人工林更新与生长;(3)对人工林采取中等强度采伐且实施伐后人工更新的管理方案有利于我国南方以杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)为主要树种的人工林地区实现森林可持续经营。

基于时序定量遥感的冬小麦长势监测与估产研究

遥感技术是高效、客观监测农作物生长状态的重要手段,对农业生产管理具有重要意义。以安徽龙亢农场为研究区,收集了中高分辨率多源卫星遥感数据并进行了定量化处理,构建了冬小麦叶绿素密度、叶面积指数的遥感反演模型,生产了长时序冬小麦植被参数卫星遥感产品。通过监测冬小麦叶绿素密度、叶面积指数的时序变化规律,分析了不同品种冬小麦的长势情况,发现高产量小麦在越冬期长势显著优于低产量小麦。在此基础上,构建了基于归一化植被指数(NDVI)的冬小麦估产模型,结果表明:利用小麦抽穗期和乳熟期的累计NDVI值可以实现产量的精确估算,据此绘制了龙亢农场2017年冬小麦产量遥感估算地图,产量分布与实际种植情况吻合良好。实现了基于时序卫星定量遥感数据的冬小麦长势监测和产量预测,为区域范围内农作物长势监测提供了一种有效途径。

基于多源数据的村域撂荒驱动力分析及模型模拟

耕地撂荒受多重驱动力影响,从多重驱动力中梳理出主要驱动力、次要驱动力或伪驱动力,对撂荒地的研究和管理有重大意义。本研究以内蒙古和林格尔县为研究区,采用高分遥感数据(哨兵二号、资源三号、高分一号)结合土地变更调查数据,利用联合变化检测方法提取撂荒地,提取结果的总体精度为97.6%。在此基础上,结合村干部的问卷调查数据,设计了可能影响区域撂荒的9个自变量。将70个样本村分为训练集(50个)和验证集(20个),用多元线性模型对训练集进行逐步回归,最终进入模型的4个自变量为常户比、地形、耕村比、城市距离。该模型的调整R方为0.811,验证集的预测值与真实值拟合效果良好,说明模型对村域撂荒驱动力的解释能力较强,输出结果较为稳定。模型模拟认为,村域撂荒主要驱动力为村庄地形、人口流失程度、农垦程度和城市距离;次要驱动力为地表水资源;伪驱动力为村庄海拔、乔木林覆盖率、人均收入和小农机普及率。本研究可为判别区域撂荒驱动力、定向提升撂荒地管理提供依据。

基于季相变化特征的撂荒地遥感提取方法研究

在我国西南地区耕种条件差,地块比较破碎,地块类型比较复杂,中低分辨率遥感数据难以满足撂荒地提取的需要。选取贵州修文县为试验区,基于高分辨率卫星遥感数据(哨兵2号),探索单期或多期影像在中国西南地区的撂荒地检测能力,构建撂荒地遥感监测方法,为今后我国西南地区撂荒地统计调查提供参考。结合野外调查数据,在划分不同撂荒地类型基础上,综合遥感影像的光谱特征、植被指数特征以及多时相植被指数变化特征分析,优选不同类别撂荒地遥感提取敏感特征集,利用CART决策树分类方法,提取不同类型的撂荒地。结果表明:①单个时相对不同类型的撂荒地识别能力差异显著,基于单时相影像,难以开展撂荒地高精度遥感监测提取;②不同时相的植被指数变化特征对撂荒地的识别能力较强,其中比值植被指数优于差值植被指数和归一化植被指数;③以贵州修文县为例,开展了撂荒地空间分布制图及撂荒面积统计分析,修文县撂荒地面积约为6 460 hm2,占修文县耕地面积的13%;④基于多时相高分辨遥感数据,通过季相变化特征构建的撂荒地检测方法,能够满足我国西南地区撂荒地高精度遥感监测提取,为大范围撂荒地遥感调查和制图提供技术参考。

基于主被动遥感协同的山体隆升动态监测研究

近年来,永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术(PS-InSAR)快速发展,为宏观尺度的地表形变监测提供了契机,但该技术在国内尚未广泛应用,尤其在山体动态监测领域仍处于起步和探索阶段。文中利用PS-InSAR方法监测内蒙古和林格尔县的山体隆升情况,并对方法进行面向对象的改进。基于主被动遥感数据协同增加信息维度,构建多尺度滤波方法剥离人类活动及气候变化引发的地表形变,使监测对象锚定于山体隆升形变;再使用分水岭方法使监测窗口缩小至山脊区域,进一步提高了信噪比。监测结果表明,本区现今地质构造运动正处于差异性隆升阶段,东南部蛮汗山区以正向隆升形变为主,西北部土默川平原以负向沉降形变为主。其中,指示山体隆升的形变点多达745812个,占累计形变点总数的73.99%,平均隆升速率为17.59mm/a,构造运动特征为连续性应变、蠕变。该区近年来构造运动异常活跃,应在地震、地质灾害预测预警、重要工程选址时予以重视。