基于累积耗费距离理论的石羊河流域水土资源优化配置

选择干旱内陆河石羊河流域为研究区,以流域内水资源和土地资源利用优化为目标,依据累积耗费距离理论,采用最小累积阻力表面(MARS)和耗费距离表面(MCR)模型,借助表面扩散技术,研究了流域水土资源类型间进行能量交换、传递的阻力大小和耗费阻力空间分区,并进行了空间统计分析。结果表明:石羊河流域代表水土资源的生态核心源为河网、其他水域、耕地和建设用地4类,其中建设用地累积耗费阻力值最大,对生态系统能量流动和传递阻碍作用最大,河网累积耗费阻力值最小;根据水土资源配置方法和分区原则可划分为5种类型:重点优化配置区、有待优化配置区、重点关注区、关注区、生态治理与保护区。需要进行水土资源优化配置的区域在重点优化配置区,这些区域集中在绿洲核心区,且承载了85%以上的城镇和人口,因此要扩大绿洲边缘区以防止外围荒漠逼近,绿洲与荒漠交接区要大力植树造林,提高水源涵养能力并减少耗水作物种植,使抗生态风险能力进一步提高。     

干旱区绿洲城镇景观生态风险时空变化分析——以张掖绿洲乡镇为例

科学评估与分析干旱区绿洲乡镇景观生态风险,对优化绿洲土地资源管控和维护干旱区绿洲生态系统稳定性具有重要现实意义。以张掖市绿洲乡镇为对象,基于土地利用数据和景观格局指数,结合ArcGIS空间分析功能,研究其景观生态风险时空特征及影响因素。结果表明：1987—2018年,耕地和建设用地变化明显,分别增加429.03 km~2和236.26 km~2;整体景观生态风险呈下降趋势,并呈“南北高、中间低”格局特征;各乡镇风险水平在空间上正向聚集,位于绿洲边缘地区的乡镇风险变化明显;人为活动干扰是近年风险水平变化的主要因素。研究成果可为西北干旱区绿洲生态保护与治理提供决策参考。     

渭干河-库车河绿洲景观生态安全时空分异及格局优化

渭干河-库车河绿洲(以下简称渭-库绿洲)是我国西北干旱区典型的荒漠绿洲区,维护其生态安全,是实现绿洲可持续发展的重要保障。以1997年、2006年及2016年3期Landsat TM影像数据为主要数据来源,构建渭-库绿洲景观生态安全评价模型,对近20年来研究区的景观生态安全时空特征进行分析。利用最小阻力模型,以水域、林草地为生态源地,将生态安全水平、海拔和坡度作为阻力因子生成最小累计阻力面,划分生态功能区,识别生态廊道和生态节点,从点、线、面综合视角进行景观格局优化。结果表明:(1)1997—2016年渭-库绿洲生态安全区域面积呈波动变化,相对安全区域面积在不断增加,临界安全、敏感和风险区域面积呈减小趋势,景观生态安全度在空间分布上由高到低呈内向外扩展的态势。(2)研究区景观生态安全的Moran′s I值分别为0.6479、0.7049、0.6587,景观生态安全值的空间集聚性呈先增加后降低的趋势;局部空间自相关主要以高-高聚集和低-低聚集类型为主,呈现出"同质聚集、异质分离"的特点。(3)景观格局优化中选取的生态源地占绿洲总面积的12.76%,构建的绿洲生态廊道基本贯穿整个研究区,关键廊道连接了绝大多数的绿洲生态源地,辅助廊道是连接没有与关键廊道连接的源地之间的通道,识别的生态节点主要分布在绿洲生态廊道的薄弱环节处,共计36个。将划分的生态缓冲区、生态连通区、生态过渡区、生态边缘区5个功能区和生态源地、生态廊道及生态节点景观组分相结合,并提出优化建议,以期为维持及进一步改善该绿洲生态环境提供科学依据。     

基于最小累积阻力模型的北京市生态用地规划研究

生态用地规划强调对区域生态系统结构与功能的保护,增强社会经济发展的生态环境支撑能力。从保障首都基本生态安全、改善大气环境质量、建设宜居城市的角度出发,通过对北京市生态重要性进行综合评价,明确北京市重要生态用地空间分布特征。在此基础上,采用最小累积阻力模型(MCR),以重要生态用地为"源",以土地覆被类型、距道路距离和距居民点距离作为阻力因子生成阻力面,模拟重要生态用地空间扩张过程,进而设置生态用地规划情景,并从景观连通性、生态功能保障度及与现状建设用地冲突情况等3个方面对不同情景下的生态用地规划方案进行保护效能评价,最终提出北京市生态用地的适宜规模和优化布局方案。研究结果表明:北京市重要生态用地总面积为9879 km~2,占市域总面积的60.20%;生态用地的适宜规模为12417 km~2,占市域总面积的75.67%,其中,平原区生态用地的适宜规模为2944 km~2,占平原区总面积的46.45%,主要分布于建成区的外围过渡地带;山区生态用地的适宜规模为9473 km~2,占山区总面积的94.05%。     

基于生态系统服务功能的新疆绿洲生态安全格局识别及优化策略——以拜城县为例

识别生态保护关键区域,优化新疆县域生态空间结构,对促进绿洲区域经济与生态环境和谐发展,提升人类福祉具有重要意义。以拜城县为研究区,通过生态系统服务价值综合评定结果确定生态保护的核心"源"区,利用最小阻力模型,结合GIS空间分析技术及CA-Markov模型,识别拜城县生态安全格局,分析其发展变化趋势,探究生态空间布局调整策略,完善县域生态空间网络体系,结果表明:(1)研究期内,拜城县生态系统服务价值总量逐年上升,其中水源涵养、废物处理价值量增长最高,不同服务类型增长率差异较小。(2)分析2009、2016、2019拜城县生态安全格局特征发现,县域生态安全布局整体存在"源"地分布不均、廊道结构破碎且网络化程度低、生态脆弱区面积较大的现状特征。(3)基于2009、2016、2019年生态保护格局,同时依据生态"源"地及生态保护重要性用地的变化趋势,模拟2029年生态"源"地及其重要性等级区域分布,结合县域自然地理特征及总体发展规划,提出构筑"两带、三功能、四区、多中心、十廊道"的拜城县生态空间布局体系,为绿洲地区生态安全及区域生态文明建设提供参考。     

黑河流域酒泉绿洲景观生态安全格局分析

以1986年和2000年的酒泉市遥感数据为基础资料,利用GIS软件生成研究区的景观类型图,计算各景观斑块的面积、数目、形状等空间特征和基于景观空间邻接的绿洲生态安全指标,进而在空间格局方面对绿洲的生态安全进行评价,以了解在人类活动影响下酒泉绿洲的生态安全状况,为该地区生态环境保护提供科学依据。结果表明：（1）从1986年到2000年,绿洲不断扩张,各绿洲斑块类型面积呈增加趋势,同时强烈的人类活动也造成了沙地和裸土面积的增加;（2）从1986年到2000年,受沙化威胁程度最大的斑块类型由耕地变成了草地,而城乡居民用地始终是受胁程度最小的斑块类型;除了城乡居民用地,各绿洲斑块类型受沙化的潜在威胁程度是增加的,人类有目的性的干扰活动改变了干旱区有限水资源的分布与分配,社会经济发展的同时导致了生态环境的退化;（3）与1986年相比,2000年各绿洲斑块类型受盐碱化威胁呈减弱趋势,表明注水洗盐改良土壤使得局部地区生态系统向良性方向演替。干旱区绿洲生态环境有脆弱性和易变性的特点,加强区域景观生态建设和生态安全控制有利于将景观演化导入良性循环。     

基于生态-经济比较优势视角的建设用地空间优化配置研究——以扬州市为例

随着生态空间日益萎缩,生态环境不断恶化,经济发展与生态保护矛盾日趋加剧。为了协调经济发展空间与生态保护空间的矛盾问题,促进生态、经济协调持续发展,综合运用景观生态学方法与经济学原理,从"生态-经济"比较优势视角对建设用地指标进行空间优化配置。运用景观安全格局方法构建区域综合生态安全格局,据此计算空间单元的生态重要性指数,采用最小累积阻力模型对区域建设用地开发经济适宜性进行评价,计算空间单元的建设用地开发经济适宜性指数;其次运用生态重要性指数与经济适宜性指数计算建设用地开发比较优势度,以比较优势约束性满足程度为目标函数构建建设用地空间优化配置模型,并用蒙特卡洛(Monte Carol)法对之求解。以江苏省扬州市为例作了实证研究。结果显示,未来扬州市建设用地向南部经济发达地区集中,北部地区主要承担生态保护功能;建设用地配置结果呈现出经济发展与生态保护的错位格局,有助于扬州市生态保护与经济发展。从"生态-经济"比较优势视角提出了建设用地空间优化配置方法,为土地利用规划及生态保护规划编制提供了科学依据。     

南方丘陵山区生态安全格局构建与优化修复——以瑞金市为例

构建科学合理的生态安全格局、落实生态保护修复与空间优化是促进区域生态系统健康运行和社会经济可持续发展的重要途径。以南方丘陵山区瑞金市为例，综合生态敏感性评价与最小阻力模型，解构瑞金市生态安全格局及其自然生态与社会经济特点，并提出生态保护修复与空间优化方案。结果显示：(1)瑞金市生态源地共有123.22km~2,占总国土面积5%,主要为重要山林地和水域，环绕中部盆地呈卫星状分布；(2)潜在廊道119条，生态节点72个，在周边山地呈闭合网络状，但中部盆地廊道单一、节点密集，网络连通性较低；(3)瑞金市是典型的高原型阻力面，中部盆地城镇发展区、沟域经济延伸带、西部工矿挖采点生态阻力高、源地辐射弱，应生态预警与重点修复。瑞金市生态保护修复与空间优化应宏观统筹、分区推进、精细落实，划分生态修复核心区、生态监测预警区、生态保护缓冲区和生态保护重点区，明确空间管控原则、分区推进生态保护，围绕“源地-廊道-节点”落实生态修复。     

基于最小累积阻力模型的城镇土地空间重构——以广州市新塘镇为例

根据源-汇景观理论与生态系统服务理论,以城镇中心建设用地为扩展源,生态用地的生态系统服务价值贡献率为扩展阻力系数,对最小累积阻力模型(MCR)进行修正.基于此,模拟广州市新塘镇空间拓展过程,在保障生态安全格局的基础上,提出了重构城镇土地空间的优化路径.结果表明:1988-2008年,模拟的城镇空间发展方向与新塘镇实际发展进程及发展强度吻合性良好;模拟结果将新塘镇空间划分为高阻力、较高阻力、中阻力和低阻力4个片区,各区面积分别为80.84、78.90、24.26、61.88 km2,城镇空间发展路径依次沿着低一中一较高一高阻力区进行;新塘镇生态适宜用地面积为159.74 km2,建设适宜用地面积为86.14 km2,生态冲突区面积为17.37 km2,生态冲突区主要分布在较高阻力区(10.38 km2)和高阻力区(6.99 km2).修正后的MCR可有效揭示新塘镇土地空间分配与空间冲突的关系,并能科学有效地判定城镇空间拓展最优路径.     

基于DTTD-MCR-PLUS模型的三生空间格局优化——以长沙市为例

优化三生空间格局有助于实现区域国土空间可持续高质量发展。研究提出利用动态交通时间数据优化最小阻力成本模型指标体系，对生态累计最小阻力与生活最小累计阻力差值进行聚类分析，利用突变点对各情景下的三生空间数量进行优化，从生活扩张、生态优先及基于资源与环境承载力视角下的粮食安全3个方面，提出了一种基于DTTD-MCR-PLUS的三生空间格局优化方法。研究发现：1) 基于动态数据优化的长沙市生态功能优化分区结果显示生态空间保护核心区面积为4111.41 km2，生态空间保护边缘区面积为2285.29 km2，生产空间开发重点区面积为2144.79 km2，生产空间开发边缘区面积为1928.59 km2，生活空间扩张集中区面积为1235.55 km2； 2) 耦合DTTD-MCR-PLUS模型模拟的多情景结果表明：生活优先情景下，生活空间面积增幅高达43.57%，主要分布在望城区南部，长沙县西部和雨花区东部；生态优先情景下，生态空间转出速度最低，与生活优先情景相比下降了3.11%；粮食安全情景下，生产空间侵占生态空间速度加快，增幅高达58.79%；3) 协调基本农田、生态保护红线、以及自然保护区下的2030 年长沙市三生空间格局优化布局方案结果表明：生产空间、生活空间和生态空间比例分别为37.63%、7.67%和54.70%。     

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。     

基于水-陆耦合生态系统服务的生态安全格局构建研究——以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

快速城市化和国土空间规划大背景下，评估区域生态系统服务、构建生态安全格局是实现城市精细化发展的有效手段。本研究立足生态系统服务供给效能，以长三角生态绿色一体化发展示范区为例，从陆域、水域两个层面进行量化计算，构建水-陆耦合生态系统服务综合评价体系，将高供给区域识别为生态源地，并基于MCR模型和电路理论分别提取廊道和节点，构建区域生态安全格局。研究结果表明：1）分别识别陆域和水域生境斑块面积34.31km²、272.50km²，为江南水乡空间存续和城市绿地空间选址提供了理论依据；2）水-陆耦合度评价得到源地41个，总面积206.79km²，占研究区总面积8.57%，呈现"西北多东南少"的格局；3）提取89条生态廊道和91个生态节点，生态廊道总长度586.35km，呈均匀网状分布，节点包括44个夹点及47个障碍点，主要位于吴江区。通过区域生态安全格局的构建与优先级评价，分级提出国土空间生态保护与修复建议，为我国其他快速城市化地区及都市圈周边区域的国土空间合理布局、土地利用的转化与管理提供参考。     

基于保护生态服务价值的县域城市扩展情景分析——以浙江省安吉县为例

县域城市的可持续发展是推动生态文明建设、实现特色新型城镇化战略目标的重要基础，以保护生态服务价值为目标的县域城市扩展研究具有重要理论和现实意义。运用SLEUTH模型，以两山理论发源地安吉县为例，并与毗邻的广德市进行对比，预置了两县市现有发展模式和生态保护模式两种不同的发展情景，并基于生态服务价值进一步将生态保护情景分为保护调节服务、供给服务、支持服务和娱乐服务4种情景。对不同情景下的2030年建设用地扩展进行模拟和对比分析，以探究生态保护情景下的建设用地扩展对县域经济的影响。结果显示：（1）现有发展模式下，两县市仍围绕当前建设用地向周围蔓延，在明显的外延式增长下还伴随着内部填充，集中扩张区均围绕县城及各镇政府所在地并呈现集中连片趋势，这种模式势必对生态环境产生负面影响；（2）生态保护情景下，两县市均在一定程度上抑制了建设用地的扩张，安吉县扩张面积最低减少1.43%，广德市扩张面积最低减少7.57%。（3）相比于现有发展模式，两县市对林地的占用量显著降低，安吉县对林地的占用减少了1.79km²，广德市减少了2.44km²；（4）安吉县相较广德市的建设用地扩展更多依赖耕地转换，因安吉县最先走生态保护道路，故生态保护情景对建设用地扩展的影响已明显小于广德市。     

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。     

大都市区生态源地识别体系构建及国土空间生态修复关键区诊断

构建生态安全格局是保障城市生态安全的必要手段，科学识别生态源地是构建生态安全格局的基础。以高度城市化的大都市区--上海市为研究对象构建生态源地识别体系，探究不同土地利用数据源与指标权重对生态源地识别的影响。在此基础上，基于最小累积阻力模型(MCR)与电路理论构建生态阻力面，识别生态保护与修复优先区域，对已有研究仅关注保护/修复的情况进行补充。结果表明：(1)自然生态本底仍是识别生态源地的重要指标，加入人类需求指标可填补已有研究对高度城市化源地识别针对性和丰富性的不足。生态系统服务格局、生态环境安全格局与环境友好格局权重为5 ∶ 2 ∶ 1时，源地识别效果最佳。(2)上海市生态源地空间和数量分布极不均匀，破碎化是首要问题。上海市现有(2017年)生态源地202个，共920.96 km²，占总面积14.53%，其中微型源地(面积<3 km²)数量高达82.67%。城市化水平影响生态源地分布，外环是源地数量与总面积的分水岭，郊环是源地平均面积的重要界线。(3)上海市以"面(源地)-线(廊道)-点(优先点)"组成生态保护网络，其中生态廊道442条，生态保护优先点306个，重要点线分布集中于中心城区边界。上海市生态修复优先区域325.47 km²，其中障碍点309.78 km²，需优化的非生态斑块95个(15.69 km²)，大都市区的生态修复重点区域应聚焦于城市化扩散的阻力区域，且应多关注生态价值适中的草地与耕地。研究工作可为其他高度城市化区域，以及处于高速城市化发展进程城市的国土空间生态修复关键区识别提供借鉴与参考。     

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。     

基于生态安全格局的粤港澳地区陆域空间生态保护修复重点区域识别

区域和景观尺度的生态保护修复应以保障生态安全、促进生态过程实现为目标。将生态安全格局构建、生态连通性修复方法引入国土空间生态修复识别领域,以粤港澳大湾区外延范围——粤港澳地区为研究区,基于生态系统服务重要性和敏感性评价、最小阻力模型、电路理论模型,识别了生态源地、生态廊道及障碍点、生态夹点、生态敏感区,提供了一种中尺度的国土空间生态保护修复重点区域识别研究案例。结果表示:(1)研究区生态源地总面积5.27万km~2,潜在生态廊道138条,共同构成了环绕粤港澳大湾区的环形生态屏障,但局部区域仍存在一定的保护空缺。(2)研究区生态障碍点、生态夹点面积分别为442.7、9.1 km~2,对其进行针对性修复可显著改善生态连通性。(3)研究区生态敏感区共4302.48 km~2,青云山、九连山、起微山等重要生态源地内存在部分生态退化区域,对其进行修复可防范生态风险、提升生态功能。未来应通过空间规划途径对重要源地和生态廊道加强保护监管,对生态节点、生态敏感区、生态退化区进行分区分类修复。研究结果可为未来粤港澳地区生态保护修复工作提供科学参考。     

西南喀斯特地区石漠化时空演变过程分析

喀斯特地区石漠化对当地社会经济的可持续发展有严重的阻碍作用，因此，研究喀斯特石漠化时空特征及演变规律，对石漠化治理有着重要的意义。以西南八省为研究区，利用归一化差分植被指数（Normalized Difference Vegetation，NDVI）、净初级生产力（Net Primary Productivity，NPP）、地表反照率（Surface Albedo）和坡度（Slope）数据，借助ArcGIS等软件平台，分析石漠化在不同的坡度、土地利用和生态保护区内的变化。结果显示：（1）轻度和中度石漠化是西南主要的石漠化类型。从空间分布来看，石漠化发生分布面积最广的是贵州，其次为云南和广西。（2）从不同土地利用来看，2000-2015年间无石漠化面积最多，潜在石漠化次之。石漠化主要发生在耕地和林地两种土地类型上，其他用地上石漠化发生面积最少，但是极重度石漠化在其他用地上的发生比例很大，平均在11%左右。（3）从不同坡度来看，石漠化严重程度不随坡度的增加而加剧，在坡度6°-25°之间石漠化发生面积最大。（4）从生态保护区来看，2000和2015年西南喀斯特生态保护区是石漠化面积分布最多的区域，分别为27481.86 km²和21738.65 km²。最少的是大别山山地生态功能保护区，从变化量来看，增加最多的是三峡库区，增加1641.22 km²，减少最多的是西南喀斯特生态功能保护区，减少5743.22 km²。（5）利用NPP、NDVI、地表反照率和坡度能较精准的反演石漠化，其反演权重依次为0.33、0.42、0.15和0.1。研究时段内，西南生态环境逐渐得到改善。