京津冀城市群生态网络构建与优化

生态安全是人类生活的基本保障,快速城镇化致使大型生态源地破碎化、岛屿化,生态环境问题日益严重。构建生态网络不仅能加强生态源地间的连通性,完善生态功能,还能提高生态系统的综合能力,改善恶化的生态环境问题。以京津冀为研究区,基于地理空间分析技术确定京津冀生态源地,对研究区内的林地、湿地、草地,结合生态红线等进行区域叠加从而完成源地提取;基于最小成本路径方法,考虑土地利用及高程影响因子,提取京津冀城市群生态廊道,分析统计廊道分布情况;结合重力模型与重要生态源地连通性筛选出京津冀重要生态廊道,叠加现有国道、河流构建生态网络,对重要生态节点进行分析。研究结果表明,生态源地面积占研究区总面积比例为21.76%,林地、湿地、草地面积占总生态源地面积分别为82.78%,11.05%,6.17%;不同地貌区域生态源地类型不同,林地主要分布在山区,湿地主要分布在平原区域,草地主要分布在研究区西北部;景观成本值平原区域高于草原和山区,北京、天津、石家庄城区及周边景观成本值最高;采用最小成本路径模型提取廊道579条,其中张家口、承德区域生态网络较好,平原区域生态源地及生态节点缺失较为严重。最后,对北京、天津、白洋淀、衡水湖等重点生态区域提出修复和保护意见,为京津冀城市群发展提供参考。此外,本研究对其他地区生态网络的构建提供理论依据与技术支持。     

珠三角城市群景观生态格局评价与优化

景观生态格局评价与优化对珠三角城市群森林质量精准提升与城市高质量发展具有重要的理论指导意义。本研究基于2021年森林资源管理“一张图”数据和数字高程模型数据,采用形态空间格局分析与最小累计阻力模型方法,对珠三角城市群景观生态格局进行评价与优化。结果表明：珠三角城市群可作为生态源地的斑块共435861块,面积为7346.60 km²,占珠三角面积的13.4%,通过面积与斑块重要性指数选取30个斑块作为研究区的生态源地,面积为2792.59 km²,占珠三角面积的5.1%。珠三角城市群整体自然环境优秀,生态阻力等级较小,外围生态阻力低,核心生态阻力高,林分类型与景观格局仍有较大调整空间,需通过调整林分树种组成与空间分布的方式进行优化。以30个生态源地、103个重点生态廊道和95个生态节点优化珠三角城市群生态网络,优化后的可能连接度指数和整体连接度指数提升率分别为297.5%和695.1%。优化结果能有效连接各生态源地,扩散生态源地的生态服务功能。     

基于生境质量的唐县生态安全格局构建

生态安全格局作为景观生态学的重点及热点,其识别与构建对维持区域生态安全及实现区域可持续发展具有重要作用.本研究以河北省唐县为研究区,基于2016年土地利用现状数据,利用InVEST模型评估生境质量,确定生态源地;然后选取土地利用类型、生境质量指数、植被覆盖度、距水域距离、距居民点距离、距道路距离等阻力因子构建阻力表面,并采用阻力阈值法进行生态安全分区;最后运用最小累积阻力模型(MCR)判定生态廊道,从而综合构建唐县生态安全格局.结果表明: 唐县生态源地占总面积的3.3%,主要分布在斑块面积较大的林地和水域中,河北省四大水库之一的西大洋水库也位于生态源地范围内;根据耗费阻力突变点,将研究区划分为禁止开发区、限制开发区、优化开发区和重点开发区,各区占地百分比分别为18.9%、43.6%、27.6%和9.9%;唐县潜在生态廊道总长度为333.52 km,优化后生态廊道总长度为263.91 km,有助于各种生态交流.研究结果对唐县土地资源的合理可持续利用具有重要指导意义,可为唐县土地规划布局决策提供理论和技术支撑.     

丘陵山区土地利用生态功能评价及结构优化

针对生态普遍脆弱的丘陵山区实施土地利用生态评价, 科学优化土地利用结构, 对维持良好稳定的土地生态功能、提高土地利用效率具有重要的现实意义。采用传统经典的生态足迹模型, 对西南丘陵区重庆市荣昌区近10年(2007—2016年)土地生态功能实施评价, 并选用多目标规划模型方法, 以土地生态赤字最小化为目标, 对全区土地利用结构进行了优化调整。研究结果表明: (1)近10年, 受土地利用不合理配置的扰动, 荣昌区人均生态赤字持续增长、人均生态承载力逐年降低, 生态赤字由2007年的1.77 hm2·人–1增加到了2016年的3.19 hm2·人–1, 年平均增长幅度为8.02%, 到2016年生态赤字是生态承载力的8.37倍, 土地资源利用呈现出压力较大、生态问题较多的状态。(2)土地利用结构优化会更好提升土地利用生态功能, 促进土地利用生态系统的良性稳定。基于土地生态赤字最小化目标, 经优化, 荣昌区生态调节功能较强的林地和草地面积增加10051.58 hm2, 耕地面积减少9181.64hm2, 城乡建设用地面积减少1379.86 hm2, 自然保留地减少45.44hm2。实现结构调整后, 区域生态承载力预测将提高22.58%, 人均生态赤字将减少0.07 hm2·人–1, 优化后的土地利用结构实现了全区生态、经济和社会效益的统一。     

东部发达区生态安全格局构建——以苏南地区为例

随着城市化进程的加快,东部发达区面临水土流失、生态廊道阻断、栖息地破碎化等生态问题。识别重要生态用地,构建生态安全格局,对区域生态保护和可持续发展具有重要意义。选取苏南地区为研究区,分别基于生物多样性保护价值、水资源安全和土壤保持3项指标进行生态用地识别,结合GIS技术进行生态用地评价,以高等级生态用地作为源地;利用最小累积阻力模型,识别缓冲区和生态廊道,构建区域生态安全格局。取得以下研究结果:(1)生态安全格局由源地、廊道和缓冲区共同构成。研究区内高等级(非常重要)生态用地面积比例为22.97%;将面积大于10 km~2的高等级生态用地提取为源地,生态源地的面积比例为19.17%。(2)基于最小累积阻力模型,确定了生态缓冲区和生态廊道,其中生态缓冲区占研究区总面积的30.52%,潜在生态廊道的主要景观构成为耕地、林地和水域,分别占廊道总面积的31.82%、19.06%和17.27%。(3)通过叠加城市建设用地与生态源地、生态缓冲区图层,识别城市建设用地与生态用地的冲突区域,总面积为603.84 km~2,占源地与缓冲区面积总和的4.38%,空间上主要集中在长江沿线和太湖周边。     

基于生态功能评价的湿地景观格局优化及其效应——以江苏盐城海滨湿地为例

景观格局与生态过程是景观生态学研究的重要内容,基于生态功能和过程影响的景观格局优化是提高景观效益和稳定性重要方法之一。选择江苏盐城海滨地区为研究对象,应用遥感和GIS技术,对2007年湿地景观生态系统服务功能进行定量分析,并采用阻力面模型研究景观格局优化途径。结果显示:(1)湿地景观生态功能强度空间差异性显著,影响区域湿地景观生态过程和功能。(2)以累积耗费距离面、生态源地、耗费路径为依据,构建源地、生态廊道和生态节点等景观组分优化景观格局。(3)景观格局优化改善景观连通度和生态流,废黄河口附近和大丰港附近等关键区域对景观连通性和生态流重要值最大,景观连通性受到显著影响,是景观生态节点优化的首要对象。(4)加强保护核心斑块源地、提高景观连通度是实现景观格局优化的关键。该研究结果为区域土地利用和生态环境保护提供科学的依据。     

成渝地区双城经济圈生态安全格局识别及改善对策

成渝地区双城经济圈位于我国长江上游第二阶梯，具有重要的生态屏障功能。基于“源地-廊道”法，选取生境维持、土壤保持、产水服务三大生态系统服务功能作为主要评价指标，识别该区域生态源地，在综合考虑土地利用类型和社会经济要素的情况下设置阻力面，利用最小累积阻力模型提取生态廊道，构建了区域生态安全格局，识别出现存主要问题。研究表明：(1)全区生态源地共507处，共计面积67191km²,主要分布在东西南三方的山地区域；(2)区域整体呈现“三翼-多轴”的生态安全格局，保证了区域生态安全；(3)区域生态安全格局存在生态源地空间分布不均、生态源地破碎、生态源地与人类活动冲突、生态廊道脆弱四大问题。通过进一步讨论问题背后的原因，提出了对应的改善对策，相关结果有望为成渝地区双城经济圈的国土空间布局建设规划提供参考。     

脱贫期间诏安县土地生态安全时空演化

区域脱贫攻坚期间土地利用结构、方式等变化对土地生态安全具有重要影响。选取福建省诏安县为研究区域, 借助空间主成分分析法对诏安县2014和2017年的土地生态安全状态进行评价, 利用空间自相关分析、地理探测器识别诏安县土地生态安全时空演化特征和驱动因素。结果表明: (1)2014—2017年诏安县土地生态安全等级较高(Ⅳ级、Ⅴ级)的土地面积呈减少趋势, 减少了约33.41%; (2)2014与2017年诏安县土地生态安全空间均表现为正向相关性、集聚分布状态, 并呈现由南向北递增、由中向东西部递减的趋势; (3)人为因素是诏安县脱贫攻坚期间土地生态安全状态变化的主导因素。研究认为, 诏安县土地总体为生态安全状态, 但仍有部分土地生态安全等级降低, 区域不安全土地聚集效应显著。建议加强区域土地生态安全协调治理, 坚持扶贫开发与生态保护并重, 做好脱贫攻坚与乡村振兴相衔接的生态保护修复。     

权衡城市扩张、耕地保护与生态效益的京津冀城市群土地利用优化配置情景分析

京津冀城市群作为影响我国经济发展的重要区域,具有多重战略意义。然而,快速的城市扩张在提高社会、经济水平的同时,伴随着资源供求矛盾加深、耕地被侵占、生态退化,以及水、大气环境污染等众多突出问题,如何优化调整城市空间结构与布局,实现社会、经济发展与生态环境保护等多目标的协同优化是京津冀规划管理与决策的关键。从土地覆盖/利用数量和空间布局两个重点方面出发,通过多目标优化模型和CLUE-S模型的构建,提出了多目标权衡下的土地扩张优化情景预案,以期为京津冀城市群扩张布局与土地利用优化配置规划与管理提供科学参考。结果表明:一方面,利用多目标遗传算法(MOGA)可以很好地实现对京津冀土地利用结构优化配置及其与社会、经济及生态效益等多目标的定量化求解,为决策人提供满足不同权衡目标的多种选择,并通过与CLUE-S模型相结合,实现京津冀城市群土地利用格局的空间优化配置情景模拟;另一方面,研究结果表明,综合考虑了社会、经济和生态效益的优化方案中,林地的增加可以相对满足政策要求,增幅较大,耕地较未优化方案减幅放缓,符合耕地保有量的要求,同时,也从空间上减少了对重要生态用地的侵占。本研究的方法与结果可为京津冀城市群土地利用规划与生态安全格局建设提供理论与应用参考。     

半干旱区县域生态安全格局构建——以临洮县为例

生态安全格局的识别与构建是保障半干旱区生态安全及可持续发展的重要途径。以西北内陆半干旱区黄土高原县级行政单位为研究对象,结合RS和GIS技术,在定量评估生态系统服务功能(生物多样性保护、水源涵养、土壤保持)和水土流失敏感性的基础上,识别生态源地,并利用最小累积阻力模型计算阻力面,构建临洮县生态安全格局。结果表明：(1)临洮县生态源地面积为243.79 km~2,占全县总面积的8.55%,生态源地集中分布在南屏山林区、马衔山兰州军马场、太石镇的水源保护区以及沿洮河的河谷农业区。(2)临洮县生态安全缓冲区划分为高、较高、中、低水平生态安全区四个类别,分别占总面积的12.71%、47.81%、32.51%和6.97%,不同生态安全区应采取不同措施以保障区域生态安全。(3)识别的234条总长为493.56 km的生态廊道,185条总长为551.26 km的辐射通道,以及74个生态战略节点共同组成临洮县生态安全格局。研究结果以期为半干旱区县域尺度生态安全格局构建研究提供相关参考,也将为临洮县国土空间总体规划和城市用地合理布局提供重要指导。     

关中平原城市群扩张对生态用地的多尺度影响

城市扩张与生态空间保护的矛盾是新型城镇化和国土空间规划过程中急需解决的问题之一。作为黄河流域生态保护与高质量发展的核心区域，关中平原城市群面临更加严峻的生态和资源胁迫。但相关研究主要对研究区整体的生态环境变化进行测度，少有研究分析城市群发展对生态用地的多尺度影响，且忽略了城市群中土地变化最剧烈，生态受胁迫最严重的城市边缘区。因此，基于土地利用数据，结合土地利用转移矩阵、景观指数、估算城市扩张间接影响的生态用地面积等方法，研究从城市群、重点城市和主要城市边缘区3个尺度分析1990-2018年城镇扩张对生态用地的直接和间接影响。结果表明：（1）关中平原城市群土地利用类型以半生态用地（耕地）为主，面积占比超过40%。而城市边缘区主要以半生态用地和建设用地为主。1990-2018年城市群建设用地面积比例由3.67%增长至5.93%，耕地面积共计减少3032.11 km²，自然生态用地的面积增加628.03 km²。受耕地占补、退耕还林等多重政策的影响，半生态用地和自然生态用地的变化呈现为"拉锯式"发展特征。（2）城市扩张对半生态用地的直接影响大于对自然生态用地的直接影响，各尺度土地利用转移变化大同小异，新增建设用地的主要来源均为耕地，其中城市边缘区的耕地受城镇扩张的挤占最为突出。（3）城市扩张对自然生态用地的间接影响大于直接影响，且不同城市建设用地对自然生态用地的间接影响因耕地补偿机制的不同而有所差异。因此，对关中平原城市群实施"一刀切"的耕地补偿政策实际上并不合理，应当因地制宜，考虑地区土地资源条件，适当调整发展和约束政策，更有利于城市群的可持续发展。     

基于景观安全格局的建设用地管制分区

旨在探索如何构建一种生态与经济发展兼顾的建设用地管制分区工作体系.以扬州市为例,选择防洪、水土保持、生物保护、乡土文化保护和游憩安全5个要素构建区域多层次综合生态安全格局,利用神经网络CA模型模拟无生态约束下的区域城镇建设用地扩展格局,将二者耦合得到优先建设区、有条件建设区、调整建设区、限制建设区和禁止建设区,并为每类管制区编制相应的管制规则.结果表明:①利用景观安全格局与城镇建设用地扩展格局耦合来进行建设用地管制区划分,优先考虑生态环境保护,再进行建设用地的安排,实现了生态与经济的双赢;②通过调整建设区的划定,为地方政府提供了新增建设用地适宜调整的区域,在建设用地管制的基础上,给予地方政府充分的自主权.     

“多目标”需求下扬州市土地利用布局优化

建模和情景分析是土地利用变化研究的核心内容，面对城市化进程中日益严峻的生态环境以及粮食安全问题，开展不同约束条件下的土地利用模拟研究对于科学规划和政策制定具有重要意义。以国家级生态示范市扬州市为例，构建耦合景观生态安全格局的CLUE-S模型，结合地类间转变速率调整，模拟预测规划目标年（2030年）不同情景下的用地结构和布局。研究发现：①研究区低、中、高安全水平下生态用地面积比例分别为20.68%、36.50%和48.81%；②现状发展情景下，城镇及工矿用地量增加明显，用地在原有基础上沿外围呈紧凑连续型扩散，耕地、园林地锐减且分布呈现更加破碎化的状态；③耕地保护情景下耕地和园林地分布趋于连片和集中，城镇及工矿用地和交通运输用地对于耕地和生态用地的侵占速率降低；④生态涵养情景下园林地面积略有增加，城镇及工矿用地在原有基础上扩张速度减缓，粮食安全和生态安全基本实现。     

土地利用模型CLUE-S在辽宁省中部城市群规划中的应用

土地利用模型在分析、模拟和预测景观格局和过程中发挥着重要的作用。本文应用CLUE-S模型以辽宁省中部城市群为例,探讨了该模型在规划中的应用。在分析研究区1988—2004年景观格局和景观变化的驱动力基础上,对CLUE-S模型进行了参数设置。根据研究区的实际情况设置了3个规划预案:历史趋势预案、生态保护预案和城市规划预案,分别从2004年一直模拟到2024年;并将城市规划方案的结果与辽宁中部城市群的规划进行了对比,结果表明,CLUE-S模型模拟结果更符合实际情况,是区域规划有力的技术手段和科学支撑,能够对规划结果进行预测和评价。     

基于景观安全格局理论的宜兴市生态用地分类保护

生态用地是区域生态服务功能的主要供给者,对控制区域生态环境起到关键作用,开展生态用地分类与保护,对实现经济与生态协调发展、保障区域生态安全具有重要意义。以江苏省宜兴市为例,基于前人对于生态用地分类与土地利用现状分类衔接研究成果,提取土地利用现状中的生态用地,借助景观安全格局理论方法,通过系统分析水土保持、生物多样性保护、乡土文化遗产保护以及自然景观保护4个与生态用地相关的重要生态过程,运用最小累积阻力模型构建区域综合景观安全格局,并将综合景观安全格局与现状生态用地进行叠加,得到低安全水平、较低安全水平、中等安全水平以及高安全水平4种类型的生态用地,各类型面积分别占研究区生态用地总面积的32.07%、44.38%、22.07%以及1.48%,针对不同等级的不同生态用地类型,提出了划定禁止建设区、防止水体污染、建设高标准基本农田等针对性的保护措施与对策。研究结果为宜兴市的土地利用规划与管理、城市可持续发展等提供决策依据,为其他类似地区生态用地保护规划编制提供参考。     

基于土地利用格局变化的北京市生境质量时空演变研究

城市生境质量对生物多样性保护有至关重要的作用,以北京市为例分析2000—2015年北京市不同土地利用类型的空间分布特征和不同区域之间的差异,并借助In VEST-Habitat Quality模型评估了北京市4个时期(2000年、2005年、2010年和2015年)、4个区域(首都功能核心区、城市发展新区、城市功能拓展区、生态涵养发展区)的生境退化程度和生境质量变化情况。结果表明:(1)从2000年到2015年,建设用地增加了近40%,耕地、湿地是其快速扩张的主要来源,城市发展新区的建设用地增加了60%;(2)主要的生态用地(林地、草地、湿地)所占比例总体增加了5.71%,但是总体景观结构异质性减弱,斑块破碎化程度加大;(3)生境质量总体下降了2%,表现出明显的区域差异,首都功能核心区和生态涵养发展区的生境质量总值逐渐升高;生境退化度逐渐增加,最严重的区域在城市功能拓展区以及平原-山区交界地带。对区域生态服务价值评估的有益探索,为今后进一步城市景观格局的构建和优化提供依据和参考。     

平顶山新区生态用地的识别与安全格局构建

生态用地对城市生态安全具有重要意义,关键性生态用地的识别与安全格局的构建是实现城市精明增长和生态保护的重要途径。以河南省平顶山新区为例,结合GIS(Geographic Information System)空间技术,分析得到基于水资源安全、地质灾害规避、生物多样性保护三种单一过程的生态用地,进而综合叠加并重分类为理想型、缓冲型和底线型三类生态用地,并以底线型生态用地为源,现状土地覆被为阻力因子,应用最小累积阻力模型构建了平顶山新区生态用地的安全格局。结果表明:新区内最小生态用地,即底线型生态用地的面积为88.44 km2,占研究区总面积的29.35%;缓冲型和理想型生态用地的面积分别为22.28 km2和43.87 km2。确定了三种安全水平的生态用地范围、"源"与外部联系的辐射道、"源"间连接的生态廊道、关键的生态节点等。关键性生态用地综合安全格局的构建,旨在为研究区城市生态规划和城镇空间布局规划等提供科学参考。     

鄂尔多斯市土地利用生态安全格局构建

合理构建区域土地利用生态安全格局来实施管理对策和改善区域生态安全水平,已经成为区域生态环境保护的新需求。以位于中国北方农牧交错区的鄂尔多斯市为研究区,基于自然地理数据、社会经济统计数据、土地利用/覆被数据等,借助多目标优化模型和GIS空间分析技术,构建了鄂尔多斯市土地利用生态安全格局,结果表明:(1)不适宜性耕地所占比重较大,林地和草地分布比较合理,适宜的未利用地面积所占比重较大,后备土地资源丰富;(2)多目标优化结果显示,耕地、林地、水域和建设用地面积呈现增加的趋势;草地面积基本保持不变;未利用地面积大幅度下降;(3)土地利用生态安全格局显示,耕地面积增加,主要分布在水分条件较好的河流、湖泊和水库等的周边地区以及城镇和乡村居民点周围;林地面积大幅度增加,主要分布在达拉特旗北部和准格尔旗东部;草地略有增加,广泛分布于库布齐沙漠和毛乌素沙地以外的地区;建设用地增加面积主要来自于重点发展城镇的扩展和规划的重点矿产资源开采区;未利用地大幅度减少,主要集中在杭锦旗境内的库布齐沙漠以及乌审旗和鄂托克旗境内的毛乌素沙地。研究结果对鄂尔多斯市土地资源管理和生态安全建设具有重要指导意义。