基于CLUE-S模型的昆明市域土地利用预案模拟

模型方法在分析、模拟和预测土地利用变化中发挥着重要的作用。本文基于遥感方法得到1986、1996和2006年昆明市域土地利用图,在GIS技术的支持下对CLUE-S模型在地形复杂的昆明区域的适用性进行了评价。在考虑不同政策和发展趋势的影响下,设定了3个预案对昆明市域2007—2020年的土地利用进行了模拟。结果表明:CLUE-S模型在20年的时间尺度内能够较好模拟昆明市的土地利用变化。"历史发展趋势预案"下,作为研究区景观基质的林地面积将不断减少,建设用地和草地面积将不断增加,景观破碎化程度不断加剧;"规划预案"下,建设用地上升最快,耕地和林地面积下降,景观格局破碎化的趋势比历史发展趋势下有所放缓;"生态优先预案"下,林地面积不断上升,耕地和草地面积下降,景观格局将向着优化的方向发展。CLUE-S模型模拟结果能够对区域规划和相关土地利用政策制定提供有力的技术手段和科学支撑。     

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%.     

多情景模拟下重庆市土地利用变化对生态系统健康的影响

模拟多情景下区域土地利用变化引起生态系统健康状况改变,对优化用地格局和保障区域生态安全具有重要意义。基于重庆市2000-2020年土地利用和生态系统健康动态演变特征,运用生态系统健康模型和斑块生成土地利用模拟(PLUS)模型模拟自然发展(ND)、生态保护(EP)和城镇发展(UD)三种情景下土地利用变化对生态系统健康的影响程度。结果表明:(1)2000-2020年建设用地扩张迅速,耕地面积减少最多,主要向林地和建设用地转移;生态系统健康状况整体呈现向好趋势,但区域差异显著。(2)2030年土地利用类型仍以耕地、林地为主,ND、EP和UD情景的建设用地规模较2020年分别增加63.59%、44.54%和100.13%,中心城区成为建设用地扩张集聚地。(3)2030年ND和UD情景的生态系统健康值较2020年均减小,建设用地增加和林地减少成为其健康退化的重要原因;而EP情景的健康值呈上升趋势,与反映生态系统健康对土地利用变化响应弹性结果相反,可见EP情景下的土地利用优化是实现区域生态系统健康可持续发展的有效途径。研究结果可为研究区生态系统保护管理与土地利用政策优化提供参考依据。     

上海城市空间扩展过程模拟预测的多模型对比

模型模拟预测是开展城市扩展时空过程研究的有效方法之一。本文以上海市为研究地区,选用CLUE-S、LTM和SLEUTH模型并借助GIS技术手段对上海市城市空间扩展进行了模拟预测及结果的对比分析。结果表明:CLUE-S、LTM、SLEUTH3种模型模拟机理有所不同,CLUE-S模型和LTM模型均是首先进行城市扩展需求预测,进而通过对影响因子的综合分析,计算城市空间扩展的可能性(概率),从而实现城市扩展的空间分配;而SLEUTH模型则无需进行城市扩展需求预测,模型直接根据城市扩展的历史轨迹进行模拟预测;CLUE-S、LTM、SLEUTH3种模型模拟的2005年上海城市空间扩展结果与遥感监测结果的一致性程度均较高,其中SLEUTH模型模拟结果精度最高,Kappa系数为0.85,较CLUE-S模型与LTM模型具有一定的优势。2005—2020年上海城市空间扩展的面积为207.7～320.87km2,2020年上海市城市面积将达到1121.96～1235.13km2,未来15年上海城市扩展速率将达到13.85～21.39km2.a-1。CLUE-S、LTM、SLEUTH3种模型各有其优势与不足之处,整合3种模型的优点,研发出具有开放性的综合模型将是未来城市扩展模拟预测的发展趋势。     

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。     

基于未来情景模拟的安徽省潜山市生态网络构建与优化

城市快速发展对多山型城市景观格局产生不利影响，探究山区生态网络时空演变，对实现区域生态安全极具现实意义。以潜山市为例，基于2012、2020年土地利用数据，以PLUS模型模拟2036年用地情况，并分别构建2020和2036年生态网络，进而分析其时空演变特征，探讨生态网络的优化路径。结果表明：2020—2036年，潜山市各类用地规模变化较小，建设用地以已建区为中心，呈点状和块状向四周扩张，生态空间不断被挤压、蚕食。潜山市生态网络整体复杂程度和连通性提高；生态源地数量和面积增加，空间上向西南、东北方向扩张；生态廊道总体密度和数量上升，但东西向仍缺乏生态廊道连接，亟须改善。可通过保护修复源地、优化培育廊道、分区管控三大措施提升生态网络稳定性。     

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。     

太湖流域建设用地与耕地景观时空演变及驱动力

以2000、2010及2015年的土地利用数据集为数据源,利用格网化、景观梯度、Logistic回归模型及CLUE-S模型研究方法,对太湖流域建设用地与耕地景观时空演变特征及驱动机制进行分析。研究结果表明:2000—2015年间流域内建设用地景观面积增加与耕地景观面积缩减趋势明显,高建设用地景观梯度区主要集中在沪宁线沿途城市地区,并逐渐向周边扩展,尤其是苏州市、无锡市、常州市、上海市以及杭州市周边地区,动态变化程度最为显著,原有大城市中心以及西部和西南部丘陵地区,动态变化幅度相对较小。两种景观类型的变化深受自然环境与社会经济因素的影响,且后者为主要驱动因素。结合CLUE-S模型模拟,不同情境下2030年两种景观类型时空演变存在显著差异,自然发展情景下高景观梯度值区间的建设用地面积最大;生态保护情景下,建设用地增幅明显降低,但耕地仍大幅缩减,多转为生态用地;而耕地保护情景下高景观梯度值区间的耕地面积最大。研究揭示了流域内耕地被建设用地占用过程的空间规律性,从而为太湖流域土地管理决策及城市规划建设提供依据,对解决流域内经济建设与用地矛盾提供一定的借鉴与参考。     

基于FLUS-InVEST模型的京津冀多情景土地利用变化模拟及其对生态系统服务功能的影响

研究未来不同情景下土地利用变化对区域生态系统服务的影响,可以为城市可持续发展的规划和决策提供有效支持。以京津冀城市群为研究区域,首先利用未来土地利用模拟（FLUS）模型模拟2045年自然发展情景、耕地保护情景和生态保护情景下的土地利用空间分布格局,并结合InVEST模型模拟研究区不同情景下的生境质量、产水量、碳储量、土壤保持量和水质净化服务,在此基础上运用层次分析法构建综合生态系统服务指数（CES）,从空间上反映多种生态系统服务的供给总量,研究不同情景下土地利用变化对生态系统服务功能的影响。研究结果表明：①FLUS模型的模拟精度较高,适用于研究区的土地利用模拟。②在生态保护情景下,除产水量相比2015年下降2.47%外,其他几种生态系统服务均有最大幅度的上升,且这4种生态系统服务在西北山区都出现增加的现象;自然发展情景下,城镇用地和农村居民点的扩张引发了大量的碳储量和生境质量损失;耕地保护情景下,水质净化能力出现最大程度的下降。③自然发展情景下京津冀区域CES的损失最大。CES下降幅度最大的区域主要发生在林地被城镇用地侵占,其次是林地被农村居民点侵占的地区,导致生境质量、碳储量和水质净化能力同时下降;在生态保护情景下,林地的增加促进了多种生态系统服务功能同时提升,京津冀区域的CES大幅提高,表明生态保护情景是最有利于可持续发展的土地利用方案。但同时需注意大量造林可能带来的水资源短缺,要因地制宜保护生态环境。研究结果可以为京津冀城市群可持续发展政策的制定提供参考依据,为研究未来不同政策情景下土地利用变化对生态系统服务的影响提供新思路。     

太湖流域景观空间格局动态演变

基于2000、2010和2015年的土地利用数据集,利用景观格局指数、动态变化模型、景观转移矩阵及CLUE-S模型预测的研究方法,对太湖流域景观空间格局动态演变进行分析.结果表明: 2000—2015年间,流域景观类型始终以耕地、建设用地为主,景观破碎化程度加强,分布呈现均匀趋势.从动态转移变化来看,耕地和建设用地变化显著,分别以2.1%和8.4%的速度减少和增加了6761和6615.33 km²;由景观转移可见,耕地减少部分主要转变为建设用地,有7866.30 km²的耕地转变成建设用地,占耕地变化量的91.6%,对建设用地增加的贡献率达到96.5%.各县市的耕地、建设用地变化趋势与整个太湖流域相同,其中,上海市中心城区、浦东新区、临安市、宝山区、闵行区、嘉定区和常州市的耕地和建设用地面积变化尤为突出.结合总量变化与CLUE-S模型模拟2030年景观格局动态演变表明,自然发展情景下耕地和建设用地的变化幅度最大;在生态保护情景下草地面积猛增,动态度达到54.5%;在耕地保护情景下耕地和建设用地的变化幅度骤减.     

“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。     

CLUE-S模型在长白山自然保护区外围规划中的应用

受自然保护区旅游业快速发展影响,长白山自然保护区外围土地利用变化加剧。因此,对区域土地利用布局进行科学规划具有十分重要的意义。以长白山自然保护区外围30 km区域为研究对象,探讨了CLUE-S模型在小尺度土地利用规划中的应用。在分析研究区1991—2007年土地利用变化的驱动力基础上,根据区域规划预案,模拟2020土地利用布局。利用模拟结果划定空间管制区和乡镇布局,并与现有规划进行了对比。结果表明,基于CLUE-S模型的土地规划明显抑制了区域景观破碎化进程,减弱了人为活动对景观的影响,该方法可以为长白山区域土地利用规划提供有力的技术手段和科学支撑。     

旅游生态安全约束下张家界市土地利用优化

土地利用多以经济、社会和生态效益最大化为目标进行数量结构优化,很少对旅游生态安全约束下的土地利用进行空间结构优化,鉴于此,为提高旅游城市土地利用综合效益和改善生态环境,在旅游生态安全约束下,不仅对土地利用数量结构进行优化,而且实现了土地利用空间结构优化。以典型旅游城市张家界为例,构建旅游生态安全评价指标体系,运用灰色线性规划法中的Lingo模型求取旅游生态安全约束下的最优土地利用结构,并根据分布规则把优化后的数量结构配置在空间上,借助CLUE-S模型进行土地利用空间优化。结果表明:(1)2015年旅游生态安全综合指数为0.7394,旅游环境状况和旅游人文社会响应的安全度均比旅游资源环境压力低。(2)在数量结构优化下,林地、水域、建设用地面积增幅明显,耕地、草地和未利用地的面积有所减少,2025年旅游生态安全综合指数为0.8196,比2015年提高了0.0802,处于安全的状态。(3)在空间结构优化下,林地主要分布在桑植县和慈利县的山地丘陵区、武陵源区以及永定区南部;建设用地主要集中在慈利县、桑植县及永定区城区;草地主要位于桑植县和慈利县的山区以及武陵源区;耕地主要分布在慈利县和永定区的平原和丘陵地区;未利用地零星分布在慈利县、桑植县及永定区。研究结果可为张家界市土地资源永续利用和旅游生态安全建设提供规划指导和技术借鉴。     

京津冀城市群景观格局变化机制与预测

"城市群"是我国新型城镇化的主体形态,对推进国民经济发展具有重大意义,但其聚集连片的快速扩张模式对资源环境的压力持续增加,已经成为制约未来可持续的瓶颈。以我国经济发展最为活跃,但生态环境问题十分突出的京津冀城市群为例,基于CLUE-S模型,模拟分析了1990—2010年京津冀城市群景观格局的变化特征及其驱动机制,并预测了未来景观格局的变化趋势。结果表明,(1)1990—2010年京津冀城市群景观格局变化显著。其中,人工表面持续增加,耕地明显下降,林地和草地格局的变化也存在明显的时序差异;(2)京津冀城市群景观格局的变化主要受自然和社会经济要素的综合影响,且不同景观类型之间的驱动机制存在明显差异。其中,林地更易在地势较高、坡度较大的西部地区分布,而河流、人工表面等更易在平坦低洼的区域分布;此外,不同景观类型变化的驱动机制存在显著的时序差异,例如,人工表面受地形的影响程度逐步降低,呈现更加离散的分布,且其分布特征由较早时期的向市中心集聚分布发展为逐渐远离市中心并向铁路、高速路周边集聚的趋势;(3)经检验,CLUE-S模型能够较好地动态模拟京津冀城市群的土地覆盖格局的变化特征,模型的Kappa指数达0.84。模拟预测结果显示,未来(2020年)景观格局演变的显著特征是人工表面将持续增加,耕地将继续显著减少。北京、天津、唐山和石家庄等核心城市的景观格局变化将最为显著。     

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。     

基于土地利用变化的黄土丘陵区生境质量时空演变特征——以榆中县为例

生境质量是生态系统服务水平的重要表征,是区域生态安全保障和人类福祉提升的关键环节,评估土地利用变化引起的生境质量时空演变可为区域生态保护和土地管理提供科学依据。以典型黄土丘陵区县域——榆中县为例,基于Arc GIS平台和InVEST模型探讨了该县1995、2005和2015年生境质量空间格局及其演变特征。结论如下:(1)研究区土地类型和景观格局变化明显,主要土地利用变化是耕地转向建设用地和林地,以及草地和耕地之间的相互转变,这些变化导致景观异质性增强和破碎度上升。(2)生境质量空间格局一直表现为"南部高、中部居中、北部低"的态势。生境质量上升区域主要在北部,原因是"退耕还林"及"生态北山"工程的实施使得林地面积增加,下降区域主要在中部,主要是由建设用地扩张占用耕地造成的。(3)生境质量热点以及"H-H"型聚集区主要位于南部山区,而冷点和"L-L"聚集区主要位于北部黄土丘陵区,2015年生境质量空间集聚程度较1995年有所增强,"H-H"聚集区增加0.68%,"L-L"聚集区增加0.67%。对该类型区域生境质量优化提出了相应的政策建议。     

基于CLUE-S模型的不同情景下区域土地利用布局优化

土地利用规划要求把土地资源最终配置在空间上,而现有文献更多是对土地利用结构的优化,很少对全局土地利用布局优化,鉴于此,为减轻土地利用规划的多目标冲突,同时为提高资源配置效率,释放空间效应,对不同情景下的土地利用布局优化进行研究。用非线性优化模型中的理想点法求取了不同情景下最优土地利用结构,用Logistic回归提取了不同用地的优化布局规则,以不同情景下的土地优化结构为数量约束,借助CLUE-S模型的全局配置能力对各情景下的用地布局作优化,并以扬州市为实例进行阐述。结果表明:(1)优先发展经济情景下,2025年扬州土地利用经济产值是10.4×10~7万元,优先保护生态情景下,目标年生态服务价值是9.7×10~5万元,保障公众福利情景下,公众福利大小是351271 hm~2;(2)经济增长目标对土地利用结构的情景变化最为敏感,而公众福利目标的敏感性最小;(3)与基期年比,发展经济与保育生态情景下的土地优化布局变化最大,前者主要是市区城镇工矿用地向东部及西北扩张,后者则是在西南丘陵及南部长江岸边配置了大量园地、林地。提出的不同情景下土地利用布局的优化方法可为土地利用规划及生态规划提供有力技术支持。     

区域生态服务价值对土地利用变化的响应——以重庆市沙坪坝区为例

土地利用通过生态进程与服务间的相互作用影响生态系统提供的产品与服务.本研究以重庆市沙坪坝区为例,采用GIS与实地调查,运用Costanza等提出的生态服务价值系数,结合敏感度分析,探讨了区域生态服务价值对土地利用变化的响应.结果表明,重庆市沙坪坝区在1992～2002年间生态服务价值从1.74×10⁷ ＄降低到1.68×10⁷ ＄,净损失5.40×10⁵ ＄,平均土地净损失生态服务价值13.62＄·hm^-2;赋予各种土地利用类型生态服务价值系数的大小对区域总的生态服务价值变化影响不明显,其变化趋于相对稳定;耕地、林地和园地生物量生态服务价值系数总和接近于区域真实值,水域生态服务价值系数偏大,调整30%为每年5 667＄·hm^-2,更接近于真实值;运用现状数据库、变更数据库和Costanza模型估算区域土地利用变化导致生态服务价值变化切实可行,可为区域土地利用效益评价及土地利用规划提供借鉴.     

耕地生态补偿实践与研究进展

摘要：耕地资源稀缺的特殊国情决定耕地需要承担着重要的职能,为此我国政府采取世界上最严格的耕地保护政策,但指挥和控制性的政策并没有发挥其应有的功效,因此,寻求一种保护稀缺耕地资源有效手段,是当今我国耕地资源保护与生态建设急需解决的问题。本文采用文献回顾法、归纳法对国内外相关的耕地生态补偿研究进行归纳分析。研究发现：国外对耕地的生态补偿的研究主要集中在美国和欧盟国家,研究案例主要涉及到有机农业、生态农业、生态多样性、湿地保护、自然资源保护、栖息地保护等方面。国外研究的热点主要是：1.生态补偿定量核算。试图量化耕地的外部效益,为补偿标准建立提供参考。2.生态保护成本。保护成本核算能确保对土地所有者或者保护者充分补偿。3.补偿的效率分析。它是评价补偿工具成败的一种有效手段。4.补偿的空间外部性。能确定涉及到的利益相关者。总之,国外的研究能够形成翔实地块数据并对已做决策效果进行分析和评价,而我国对具有生态功能价值和社会保障价值的耕地生态补偿的研究涉及较少,还处于探索阶段。国外的研究对于推动我国耕地生态补偿研究有很好的促进作用,借鉴国外发展模式与经验,根据我国国情与耕地生态补偿发展状况提出建立耕地生态补偿机制的政策建议。