土地系统动态模拟方法研究进展

土地系统动态模拟对土地利用规划、国土资源管理具有重要指导价值.基于经验统计的方法、多智能主体分析的方法、栅格邻域关系分析的方法以及近年来发展起来的土地系统动态模拟系统(DLS)方法是当前开展土地系统动态模拟的主要手段.本文综述了上述4种方法的原理、特点与应用案例,概括了相关方法在理论依据和推广应用等方面的优点与不足,展望了DLS在土地系统动态模拟方面的广阔应用前景.     

RCPs气候情景下珠江三角洲地区城市用地扩展的预测与模拟

随着社会经济的快速发展,中国城市规模和数量不断扩大,城市土地利用系统内部变化错综复杂.本研究以珠江三角洲地区城市群为例,研究了在自然环境条件和社会经济条件共同作用下城市化进程中城市用地动态变化的驱动机制,并设计了规划情景和RCPs气候情景,运用决策树元胞自动机模型对这几种情景下珠江三角洲地区城市用地的动态变化进行预测模拟.结果表明: 非农业人口和社会经济的增长对城市化过程起着决定性的推动作用,交通干线在整个城市化进程中始终起着重要的基础性作用,高程较高和坡度较大的区域制约了该地区的城市化进程.随着时间的推移,无论哪种情景,城市用地扩张的态势不变,但扩张速度到一定时间节点将会减缓,不同情景下减缓的时间点不同;规划情景、MESSAGE模式和AIM模式下的城市用地发展速度依次增加,但MESSAGE气候模式下的城镇发展较符合当前的城镇发展态势;城市用地扩张的区域主要集中在广州、东莞、佛山、珠海、深圳、湛江和潮汕等城市化相对较高的区域.
     

中国中东部平原亚热带湿润区湖泊营养物生态分区

湖泊营养物生态分区是实现湖泊分区控制的前提和基础。以中国中东部平原亚热带湿润区为案例区,根据区域特点,从自然地理要素、生态系统和人类活动三方面建立指标体系,对各指标进行归一化得到各指标数据的分值;采用AHP方法确定各指标的权重值,结合各指标分值计算栅格尺度上湖泊营养物生态分区综合评价分值;根据研究区域DEM数据划分小流域,将栅格尺度的湖泊营养物生态分区综合评价分值投影到小流域尺度上,采用双约束空间聚类算法对小流域尺度上湖泊营养物生态分区评价分值进行聚类得到湖泊营养物生态分区结果。结果表明:(1)AHP可以用来确定复杂指标体系中各指标的权重,适合用于确定湖泊营养物生态分区指标体系中各指标的权重;(2)采用双约束空间聚类进行湖泊营养物生态分区,保证了分区结果在空间上的连续性和评价分值上的接近性;(3)根据自然地理条件、土地利用和人类活动强度的不同,可以将中东部平原亚热带湿润区划分为长江中下游平原湖区、湘赣平原丘陵湖区、湘渝山地湖区、四川盆地湖区、川西—大巴山山地湖区5个营养物生态区。     

锡林河流域综合管理信息系统研发与应用

流域综合管理信息系统是集成多主题流域信息,服务流域综合管理决策的工具。本文基于GIS技术,设计了锡林河流域水质评价、流域分析和灌溉需水估算模型,研制了锡林河流域综合管理信息系统,并在系统中集成了数据管理、查询、更新、处理、模型分析和输出等多种功能,在栅格水平上实现了模型参数的输入、传递、计算及显示与分析。其中,水质评价模型以遥感影像为基本信息源,实现水质评价指标实时监测与估算,应用影响因子与水质评价指标的回归系数,分析影响水质变化的关键影响因素;流域分析模型具备确定流向、估算流域累积流量并判定流域分区等功能;农业灌溉需水计算模型实现了在已有降雨条件下锡林河流域年灌溉需水量的估算。锡林河流域综合管理信息系统为该流域现代化管理和综合治理提供了决策参考。     

黑河流域生态系统服务价值预测及权衡分析--以张掖市为例

土地利用变化将改变区域生态系统服务的稳定供给能力,进而对区域生态稳定和可持续发展构成威胁。中国西部地区快速城镇化背景下,扩张的经济发展需求对土地利用变化产生了重大影响。以丝绸之路经济带规划的重要节点城市张掖市为例,基于土地利用变化均衡分析(CGELUC)模型及土地利用动态模拟(DLS)模型,模拟了多情景下张掖市2010-2030年的土地利用变化时空分异特征,并通过生态系统服务价值(ESV)估算、空间自相关分析等方法分析并预测了ESV及其时空演变特征,集中分析了多情景下2030年张掖市ESV各项服务间的权衡与协同关系。结果表明:(1)2010-2030年张掖市土地利用格局变化显著,建设开发情景下城镇建设用地扩张最为剧烈,建设用地增长7.41%,耕地面积减少11.05%;生态保护情景下城镇扩张最为和缓,同时未利用地减少明显,面积降低1088km²,主要向林地、草地、水域等生态用地发生转化。(2)2010-2030年张掖市ESV在基准情景和生态保护情景下分别增长6.43、13.16亿元,建设开发情景则整体仅增加1.53亿元。(3)供给、调节、支持与文化4种单项ESV,基准和生态保护情景下均呈现显著上升趋势;建设开发情景下有3项呈现缓慢的增长趋势,且该情景下供给服务则始终呈现下降趋势。(4)各单项生态系统服务协同关系明显,东南-西北轴线南北两侧区域表现为协同关系,仅有少数区域表现为权衡关系,且供给-文化服务的权衡关系较为明显。本研究可为西部城镇化快速发展地区统筹经济发展与生态保护提供科学方案。     

基于超效率DEA的呼伦贝尔地区草牧业生态效率评价及影响因素分析

选取内蒙古呼伦贝尔市作为研究区域,采用超效率DEA模型及Malmquist指数考查该地区草牧业生态效率的时空变化并对影响因素进行分析。结果表明:呼伦贝尔各旗县生态效率在2001年均处于较低水平; 2001—2015年间,整体呈上升趋势,但并无某一旗县具备明显优势,2015年,牙克石市(1.59)、海拉尔区(0.96)、莫力达瓦达斡尔族自治旗(0.90)生态效率较高,陈巴尔虎旗(0.57)、新巴尔虎右旗(0.67)生态效率较低,莫力达瓦达斡尔族自治旗上升幅度较大,由0.09上升至0.90; Malmquist指数及其分解结果显示,技术进步是提高生态效率的主要驱动因素,也是目前制约当地草牧业发展的重要原因; Tobit模型结果显示,气候变化、要素投入以及政策实施均会对当地生态效率产生较大影响。因此,一方面要加强科技投入,提升产业科技化水平,另一方面,要加大草原地区生态保护力度,划定生态保护红线,完善草原补偿制度,同时兼顾草地生产功能,实现草原地区可持续发展。     

城市居民行为与生态社区建设研究

简评了城市居民行为与社区生态环境的关系及其对生态社区建设的启示,归纳了相关研究的进展及存在的问题,并提出下一步研究方向。研究发现,当前城市居民行为对生态环境的胁迫及社区环境对居民行为的影响研究方法多样、内容分散,研究设计及其逻辑尚无系统完备的研究体系做支撑。此外,目前生态社区建设研究大多集中于新型生态社区的设计与开发,少有针对已有社区的生态化改造的分析,也没有充分针对不同城市社区类型及资源、能源、环境禀赋提出因地适宜的建设生态社区的建议。研究还发现,即使是针对新型生态化社区,在构建过程中也是重视生态社区的规划和生态基础设施的建设、忽视生态社区的后续管理,更是缺乏针对管理机制创新方面的探讨。另外,现有城市生态社区建设多重视单个具体指标的提升,轻视全面建设生态社区中的系统性思考,缺少具有普适性的生态社区评价指标体系及对指标间关联关系的考量与分析。现有社区物业管理信息化平台,大多包含了社区环境卫生管理,并没有从社区生态系统建设和保护的角度出发将社区物质能量代谢、碳氮循环、生态系统性管理理念纳入进来,更缺少实时、动态的面向社区居民的生态环境资产核算方面的计算、查询、规划等互动式交流。当前生态社区集成示范的可推广性与普适性有待进一步深入考察,即要保证示范具有可参考、可借鉴、可推广等实际应用价值,避免由于技术过于超前或成本太高而导致示范难有操作性。     

华北平原土地利用/覆盖对CO空间分布的调控作用

CO不仅是中国主要的空气污染物之一，还是温室效应的贡献者。农业用地每年消耗了大量的CO通量，土地利用/覆盖格局对于调控CO空间分布发挥了较大的作用。针对土地利用/覆盖调控CO空间分布开展研究，以华北平原为例揭示人类活动对CO空间异质性的影响。研究发现2010至2020年华北平原CO排放量由4964×10⁴ t降低至2683×10⁴ t,大部分耕地CO浓度由90 t/km²下降至45 t/km²以下。CO浓度空间集聚程度呈现先降低后升高趋势，Moran′s I指数由0.25增加至0.41。经济发展迅速的地区CO污染较为严重，北京和周边城市形成了CO污染高-高集聚区，周口和淮北等城市则形成了低-低集聚区。总体来看，CO浓度呈低-低集聚分布的区域不断扩大，反映出CO减排措施已经初见效果。研究表明土地利用/覆盖在类型与结构方面的差异影响了CO的排放、扩散以及氧化消耗，增加了大气CO收支的不确定性，对CO空间分布具有一定的调控作用。通过分析土地利用/覆盖与CO空间分布的关联性，探究土地利用/覆盖及景观格局对区...     

不同SSP-RCP情景下中国生态系统服务价值评估

定量评估生态系统服务价值是人类合理利用和管理生态系统的重要依据,未来气候情景下土地利用变化模拟及其对生态系统服务价值的影响评估对于区域生态系统服务管理、开展生态功能区划及减缓和适应气候变化等方面具有重要意义。基于最新IPCC共享社会经济路径(SSPs)和典型浓度路径(RCPs)的科学组合情景模拟得到的土地利用情景数据,对2020—2050年我国生态系统服务价值进行估算,并对2050年生态系统服务间的权衡与协同关系进行讨论,主要得到以下结论：生态系统服务价值(ESV)在2020—2050年表现为SSP1-RCP2.6>SSP2-RCP4.5>SSP3-RCP6.0,SSP1-RCP2.6情景下2020年ESV为12.39×10⁴亿元,2050年ESV为12.34×10⁴亿元;SSP2-RCP4.5情景下2020年ESV为12.17×10⁴亿元,2050年ESV为12.11×10⁴亿元;SSP3-RCP6.0情景下2020年ESV为12.02×10⁴亿元,2050年ES...     

1990-2030年中国主要陆地生态系统碳固定服务时空变化

以中国森林、草地、湿地等主要陆地生态系统为研究对象,估算了植被和土壤有机碳固定量现状与近20年生态系统碳固定变化量,预测了未来20年3种不同社会经济发展情景下主要陆地生态系统的碳固定潜力,评估了我国主要陆地生态系统碳固定服务的现状、过去变化及未来潜力。结果表明：（1）2010年,中国主要陆地生态系统碳固定总量达17.29PgC,其中植被碳固定量8.70PgC,30cm深度土壤有机碳固定量8.59PgC。其中,森林碳固定量占73.26%,草地占21.55%,湿地占5.18%。（2）1990-2000年,我国主要陆地生态系统碳固定总量减少了2.15%,其中森林、草地和湿地分别减少了1.12%、0.97%、20.19%。2000-2010年,碳固定总量增加了2.92%,其中森林增加了3.72%,草地和湿地分别减少了0.62%和5.59%。（3）前、后两个10年相比,碳固定总量从轻微下降转变为轻微上升趋势。其中,森林碳固定量从下降趋势转变为上升趋势,说明生态工程成效明显。草地碳固定量处于基本持衡态势,碳固定减少量和减少比例有所下降,湿地碳固定量的下降趋势亦有所缓解,说明草地退化、湿地破坏趋势有所遏制,但仍需要重点关注。（4）至2030年,3种社会经济发展情景下,我国主要陆地生态系统碳固定总量将呈现较明显的上升态势,增量可达430.11-498.06TgC,增加比例5.15-5.97%,以森林碳固定量增加为主,而草地碳固定服务呈现微弱减少态势。