晋北地区土地利用覆被格局的演变与模拟

区域土地利用覆被变化及未来发展情景对区域土地管理和可持续发展具有重要意义。以地处农牧交错带、土地利用覆被变化剧烈的晋北地区为研究区,获取其2010、2015年的土地利用覆被(Land use/land cover,LULC)数据,选取高程、人口、经济、气温、降水等9种影响因素作为驱动因子,采用CLUE-S模型拟合研究区2015年的土地覆被格局并判断拟合精度,在此基础上,分别设置了3种社会经济发展情景,模拟这些情景下研究区2020年的土地利用覆被格局演变。结果表明:1)晋北地区土地利用覆被以耕地、林地和草地为主,各类型土地主要呈西北斜向的条带状分布;2)Logistic回归模型可以很好地提取LULC与驱动因子之间的关系,反映不同的驱动因素对不同的土地利用类型分布格局的影响效果及程度;3)CLUE-S模型在晋北地区土地利用覆被格局的拟合上有较好的精度,模拟Kappa系数值达0.89,表明该模型能够很好地模拟晋北地区的土地利用覆被;4)情景模拟结果表明,研究区生态保护情景(c)下的土地利用覆被格局明显优于维持现状情景(a)和经济优先情景(b),建议在未来土地开发利用过程中,应当减缓工矿用地增加速度,严格控制建设用地规模,优化土地利用格局。     

基于CLUE-S和InVEST模型的南四湖流域生态系统产水功能对土地利用变化的响应

土地利用/覆被变化对水文过程与水资源利用具有重要影响,是流域生态系统产水功能的驱动力之一.以山东省南四湖流域为研究对象,分析1990—2013年土地利用变化,运用CLUE-S模型预测未来土地利用变化趋势,并基于土地利用变化格局,采用InVEST模型的产水模块和空间制图探讨了近25年、未来城市化增长情景以及流域生态保护管理情景下土地利用变化对产水功能的影响.结果表明: 近25年来,随着南四湖流域城市化进程的加快,城市建设用地增加3.5%,耕地面积减少2.4%,城市用地的增加主要来源于耕地转换;InVEST模型模拟显示,城市建设用地的增加会促进产水,由此引起产水功能在过去25年中先降低后升高,2013年最高达到232.1 mm;CLUE-S模型模拟预测现状增长情景下土地利用变化,按照城市化快速发展的速度,城市建设用地将增加6.7%,由此导致2030年产水量显著增长,流域洪水风险亦会相应升高;湖区周围300 m缓冲区实施退耕还林情景模拟表明,这一生态措施会明显降低流域产水量,较2013年减少1.2%.     

基于斑块评价的三峡库区腹地坡耕地优化调控方法与案例研究

三峡库区腹地坡耕地大量存在,且25°的陡坡耕地实现全部退耕还林难度很大,同时还存在农户自发弃耕撂荒现象。有必要深入探讨库区腹地不同地域特征下坡耕地优化调控的理论与方法。在充分考虑坡耕地的分布现状和未来发展趋势的前提下,设定了坡耕地优化调控的6个原则,提出空间优化适宜性评价和农户对坡耕地资源的需求压力数量评价相结合的坡耕地综合优化调控方法。选取库区腹地典型流域草堂溪流域进行案例研究。根据草堂溪流域特点以及坡耕地分布特征,从坡耕地可达性、生态功能和坡改梯适宜性3方面选取相关指标作为格局适宜性调控体系,选取耕地压力指数和果园对农户需求的补充能力作为数量调控体系。综合优化将研究区坡耕地分为优化利用型、重点整治型、逐步退耕型和优先退耕型4种类型,结合研究区坡耕地特点在保持耕地压力不增加、减少陡坡不适宜耕地和土壤侵蚀的前提下设置了4种退耕情景。最后根据农户自发撂荒地的空间分布特征,验证了评价指标体系建立的合理性和正确性。     

基于CLUE-S模型的密云县面源污染控制景观安全格局分析

探讨了基于安全格局分析和"源-汇"生态过程理论,利用土地利用变化模型,研究以面源污染控制为目标的土地利用空间模拟情景分析。基于"源-汇"生态过程理论,利用空间数据库计算了密云县水库周围面源污染控制的景观安全格局,分析了低安全格局中的有较大面源污染风险的土地利用变化过程。基于现状社会经济驱动因子和邻域因子,利用CLUE-S模型模拟了2个情景下的土地利用发展:情景1为现状趋势发展,情景2为反规划途径,即限制低安全格局中具有面源污染风险的土地转变过程,其余地区按现状趋势。结果表明:情景1现状趋势发展下,未利用地复垦和农业用地结构调整两种土地利用转变过程有较大面源污染风险。情景2低安全格局中被限制发展的耕地和果园在模型模拟中转移到了中安全格局内,低安全格局中植被恢复能够增强了对上游污染物的截留;虽然面源污染"源"类型土地总量没有发生变化,但是由于土地格局的优化,整体面源污染风险会降低。     

基于Markov和CLUE-S模型的敦煌市土地利用/覆盖格局情景模拟

建立Markov过程模型和CLUE-S模型的集成模型,选取海拔、坡度、到河流距离、到道路距离等13个驱动因子,基于敦煌市1996年的土地利用/覆盖变化(LUCC)数据,对2007年的土地利用/覆盖格局进行模拟,模拟效果较好。设置4种情景对敦煌市2018年土地利用/覆盖格局进行预测,揭示不同情景下的土地利用格局变化。情景模拟结果表明:不论是自然发展型情景还是单纯考虑生态保护和经济发展的情景,都仅是单一需求的考虑,不能实现区域又快又好的发展,是不可持续的发展模式。综合发展型情景弥补了上述情景的缺点,比较全面地考虑了生态环境恢复、经济发展等的需要,是一种比较理想的发展模式。     

模拟多情景下白洋淀流域土地利用变化及生态系统服务价值的空间响应

模拟多情景下白洋淀流域土地利用变化引起的生态系统服务价值改变,对保障流域生态安全和提升区域生态系统服务价值能力具有重要意义。选取白洋淀流域上下游所涉及的河北省相关县级行政区为研究区,以1990、2000、2010、2020年4期遥感影像及统计年鉴为基础数据,分析和测算30年间白洋淀流域的土地利用与生态系统服务价值变化,在此基础上利用CA-Markov模型模拟2035年趋势延续、均衡发展和统筹发展等3种情景下研究区土地利用变化情况,估算各情景下生态系统服务价值,利用网格工具可视化表达3种情景下生态系统服务价值的空间分布状况以及集聚程度。研究结果表明：①1990-2020年白洋淀流域土地利用变化最明显的特征是耕地面积锐减,建设用地迅速扩张,30年间耕地面积减少了122776.99hm²,建设用地增加了167369.74hm²。②1990-2020年研究区生态系统服务价值分别为852.59亿元、788.26亿元、796.95亿元和784.68亿元,总体呈波动下降的趋势。③在趋势延续、均衡发展和统筹发展等3种模拟情景下,生态系统服务价值依次为785.36亿元、807.26亿元、812.46亿元。研究区生态系统服务价值整体呈现西北高东南低的空间分布特征。④ESV值的热点和冷点分布范围较大且集聚性较强,热点区域主要集中在西北部山地区域,冷点区域主要分布在研究区东南部平原地区以及研究区西北部的部分区域。模拟白洋淀流域未来土地利用变化趋势,探寻不同情境下生态系统服务价值的响应有利于构建流域国土空间开发保护新格局,为今后全面推进白洋淀流域的可持续发展提供科学基础和决策参考。     

中国土地利用空间格局动态变化模拟——以规划情景为例

土地利用变化研究在环境可持续发展研究领域中具有重要的地位,其空间分布格局的变化影响到生物地球化学循环、气候变化、生物多样性等。采用土地利用动态变化模型Dyna-CLUE模拟了在规划情景下中国土地利用变化未来空间分布格局。将土地利用类型分为六大类,即耕地、草地、林地、建设用地、水域和其它用地。驱动因子包括地形地貌、气候、社会交通等方面,对动态驱动因子如气温、降水、人口交通等,考虑了其在未来情景下的发展趋势。基于土地利用类型与驱动因子之间的定量关系和土地利用类型之间的转换规则等,模拟出至2020年中国土地利用分布格局。结果表明,至2020年,中国东南部、黄淮海平原、四川盆地等地区耕地面积将增加,东北、西北等农牧交错区、农林交错区和沙漠边缘耕地面积将会呈轻度减少趋势;林地面积将增加1417.91万hm2,主要发生在中国东北部以及西南部水热条件好的地区;中国草地在面积上保持稳定,空间上中东部、东南地区草地面积减少,内蒙古中部,青海东部,四川盆地北缘区和青藏高原等地面积增加;建设用地增加531.76万hm2,主要发生在中国的东部地区。     

基于CLUE-S模型的广州市土地利用格局动态模拟

选取海拔、坡度、到河流距离、铁路距离等21个驱动因子,利用CLUE-S模型对广州市土地利用格局进行模拟,模拟结果与实际土地利用的Kappa系数为0.8014,具有较高可信度。利用模型对2010年广州市土地利用格局进行预测,模拟结果表明,耕地和水域分布主要受地形因素的影响,而林地受海拔高度影响更为明显。根据预测,2005—2010年广州市土地利用斑块数增加,土地利用格局进一步破碎化;土地利用斑块形状复杂程度降低,趋于简单;多样性指数略有升高。     

不同情景下河谷型城市建设用地扩张的景观生态格局响应——以兰州市为例

以河谷盆地发育的兰州市主城区为例,利用研究区1995年、2005年和2015年3期的土地利用现状数据,分析建设用地扩张的时空特征并提取相应知识规则,集成Markov模型与CLUE-S模型,模拟2025年3种不同情景下建设用地增长与空间布局,并通过景观学原理分析其景观生态格局响应特征。结果表明:1995—2015年,建设用地扩张以城区各组团的内部填充为主、外部扩展为辅,受地形与政策影响明显; 2015—2025年,建设用地需求量仍持续增长,增长率基准情景综合发展情景生态保护情景,扩张范围主要在城关的黄河北部沿岸、安宁的城区北部和七里河的城区南部边缘;基准与综合发展情景景观斑块形状简单、脆弱性加强、格局不稳定,生态保护情景下建设用地扩张速度得到有效控制,形成斑块组分合理、多样性好且分布均匀的景观格局。     

1980—2015年南四湖流域景观格局及其脆弱性

流域景观格局及脆弱性变化对流域生态环境具有重要影响.为保障南四湖流域生态环境安全,本研究以流域1980—2015年7期土地利用数据为基础,通过计算景观格局指数分析南四湖流域景观格局变化,利用景观适应度(LAI)和景观敏感度指数(LSI)构建景观格局脆弱度(LVI),并分析其空间分布与变化.结果表明: 1980—2015年,南四湖流域耕地面积比例下降4.6%,建设用地增加39.7%,其他土地利用类型呈波动变化,林地、草地、未利用地面积减少,水域面积增加.耕地一直是南四湖流域的优势景观类型.耕地和水域破碎度增加,其他地类破碎度降低.流域景观整体破碎度有所缓和,景观类型之间形成了较好的连接性,景观格局的不规则性和复杂性下降并朝着均匀化和多样化方向发展.各时期流域景观脆弱度大体上表现出东部高于西部、北部高于南部的趋势,其空间分布与流域地形,以及景观类型的分布、土地利用变化有关.研究期间,流域LVI整体下降,东部景观脆弱度严重地区的景观格局开始趋于分散,逐渐被低一级脆弱区所取代,西北部地区脆弱度的回升最明显,南部及西南部一直是低脆弱区.     

Doubling protected land area may be inefficient at preserving the extent of undeveloped land and could cause substantial regional shifts in land use

Projection of land use and land-cover change is highly uncertain yet drives critical estimates of carbon emissions, climate change, and food and bioenergy production. We use new, spatially explicit land availability data in conjunction with a model sensitivity analysis to estimate the effects of additional land protection on land use and land cover. The land availability data include protected land and agricultural suitability and is incorporated into the Moirai land data system for initializing the Global Change Analysis Model. Overall, decreasing land availability is relatively inefficient at preserving undeveloped land while having considerable regional land-use impacts. Current amounts of protected area have little effect on land and crop production estimates, but including the spatial distribution of unsuitable (i.e., unavailable) land dramatically shifts bioenergy production from high northern latitudes to the rest of the world, compared with uniform availability. This highlights the importance of spatial heterogeneity in understanding and managing land change. Approximately doubling the current protected area to emulate a 30% protected area target may avoid land conversion by 2050 of less than half the newly protected extent while reducing bioenergy feedstock land by 10.4% and cropland and grazed pasture by over 3%. Regional bioenergy land may be reduced (increased) by up to 46% (36%), cropland reduced by up to 61%, pasture reduced by up to 100%, and harvested forest reduced by up to 35%. Only a few regions show notable gains in some undeveloped land types of up to 36%. Half of the regions can reach the target using only unsuitable land, which would minimize impacts on agriculture but may not meet conservation goals. Rather than focusing on an area target, a more robust approach may be to carefully select newly protected land to meet well-defined conservation goals while minimizing impacts to agriculture.     

A review of global potentially available cropland estimates and their consequences for model‐based assessments

The world's population is growing and demand for food, feed, fiber, and fuel is increasing, placing greater demand on land and its resources for crop production. We review previously published estimates of global scale cropland availability, discuss the underlying assumptions that lead to differences between estimates, and illustrate the consequences of applying different estimates in model‐based assessments of land‐use change. The review estimates a range from 1552 to 5131 Mha, which includes 1550 Mha that is already cropland. Hence, the lowest estimates indicate that there is almost no room for cropland expansion, while the highest estimates indicate that cropland could potentially expand to over three times its current area. Differences can largely be attributed to institutional assumptions, i.e. which land covers/uses (e.g. forests or grasslands) are societally or governmentally allowed to convert to cropland, while there was little variation in biophysical assumptions. Estimates based on comparable assumptions showed a variation of up to 84%, which originated mainly from different underlying data sources. On the basis of this synthesis of the assumptions underlying these estimates, we constructed a high, a medium, and a low estimate of cropland availability that are representative of the range of estimates in the reviewed studies. We apply these estimates in a land‐change model to illustrate the consequences on cropland expansion and intensification as well as deforestation. While uncertainty in cropland availability is hardly addressed in global land‐use change assessments, the results indicate a large range of estimates with important consequences for model‐based assessments.     

山地社区土地资源可持续管理评估

从联合国粮农组织提出的土地资源可持续管理目标出发 ,采用层次分析法 (AHP) ,以西双版纳地区爱尼族大卡老寨为研究点 ,选择 4 1个因素作为参评变量 ,建立区域土地可持续管理评价指标体系。评估结果表明 ,目前大卡老寨的土地经营管理仍处于初步可持续管理的前期阶段。主要因为土地生产力过低 ,其他保护性、安全性、生产性均处于较低水平。作者针对提出了改变土地经营模式等参考建议 :1发展生态农业模式 ,提高土地生产率 ;2应用科技成果 ,提高良种普及率 ;3保护耕地 ,推进规模经营 ;4充分发挥森林的经济、生态和社会效益 ;5提高人口素质 ,改变就业结构     

城市生态用地分类及其规划的一般原则

城市生态用地的规划布局是城市规划的难点之一,也是急待解决的问题.本文根据城市生态系统的特点,给出了城市生态用地定义,指出城市生态用地同时具有自然属性和社会属性,依据这个特点,将城市生态用地划分为服务型生态用地和功能型生态用地两大类型,并结合具体的城市生态规划对各种类型的生态用地规划进行了定性分析.     

基于RS与GIS的海南西部土地沙化/土地退化动态趋势研究

遥感和地理信息系统技术的发展为研究沙化／土地退化动态趋势变化提供了有效手段,以１９８７年和１９９８年的ＴＭ遥感资料为信息源,综合ＧＩＳ参与监督分类及目视读的方法,以ＧＩＳ为工具提取土地沙化／土地退化动态信息。结果表明海南省西部研究区土地沙化面积在减少,严重沙化区已基本得到整治,但由于对部分地区生态环境的保护不力,使得这些地区继续沙化同;同时,该研究区土地 化区明显的向着逆转的方向发展,但季雨林面积     

Extensive land use and the logic of the latifundio: A case study in Guanacaste Province,Costa Rica

Traditional explanations of extensive land use on large unproductive estates in Latin American have failed to understand important aspects of the economic and political logic behind such enterprises. This article examines the reasons for the low productivity of cattle ranches over a period which spans the consolidation of haciendas in a frontier zone and their subsequent integration into the international beef market. The persistence of extensive land use in a modern export economy is explained as resulting from characteristics of the world beef market, local ecology, the Costa Rican credit and tax systems, and the social composition and political power of the landowning class.     

Land Transitions in the Tropics: Going Beyond the Case Studies

Estimates of the percent of Earth's land surface that has either been transformed or degraded by human activity range between 39 and 50 percent, with agriculture accounting for the vast majority of these changes. Although much of the focus of research on land use and cover change in the tropics has been on deforestation, ongoing socioeconomic changes both locally and globally have made land transitions in the tropics extremely fluid. In addition, feedbacks between land cover change and human behavior constrain the extent and trajectories of land transitions. The sustainability of land use systems in the tropics depends on an understanding of coupled human–natural systems that can lead to general frameworks for management and prediction. The unprecedented availability of land use/cover data together with ecological data collected at large spatial scales offer exciting opportunities for advancing our understanding of socioecological systems. We rely on six studies of land transitions in the tropics to illustrate some promising approaches and pose critical questions to guide this body of research.