基于CLUE_S模型的矿区土地利用变化情景模拟——以徐州市贾汪矿区为例

以徐州市贾汪矿区1986、1996、2006和2016年4期遥感影像为数据源,基于CLUE-S模型,在传统Logistics回归模型的基础上引入空间自相关因子形成Autologistic回归模型,选取政策、自然环境、社会经济和空间约束等因素,对贾汪矿区2016年土地利用空间分布格局进行模拟以检验精度。在此基础上对研究区2026年趋势发展、经济发展和生态保护3种情景下的土地利用空间分布格局进行了模拟。结果表明：1）Autologistic回归模型在土地利用情景模拟过程中能够更好地反映真实的土地利用格局;2）研究区2016－2026年不同情景下,建设用地在3种情景下均呈现明显的增加趋势,未利用地面积持续减少,其中经济发展情景下建设用的增幅最大,生态保护用地情景下建设用地增幅最小,在生态保护情景下,林地、耕地等生态用地受到保护,建设用地的扩展速度被抑制。 关键词：土地利用变化;CLUE-S模型;Autologistic回归模型;情景模拟;贾汪矿区     

黄河流域城市群扩张的时空格局演化及情景模拟——以呼包鄂榆城市群为例

黄河流域城镇扩张对区域景观格局影响显著,城市群人口聚集与增长引发了流域“人-地”矛盾和“空间冲突”等一系列生态环境问题。基于土地利用数据和FLUS模型对2025年和2035年呼包鄂榆城市群城镇化与土地利用时空演化特征进行多情景模拟预测。结果表明：① 1990—2018年呼包鄂榆城市群整体发展水平较低,建设用地面积经历了“平稳增加-缓慢增加-急剧增加”的变化过程,区域总体以草地为主,其占土地总面积的50%以上,其次是未利用土地和耕地,林地和建设用地次之。② 城市群扩张最剧烈地区在空间上主要发生在呼和浩特市、包头市等城市主城区,且扩张模式以外延式扩张为主,扩张来源主要是耕地、草地等生态用地。③ 三种情景模拟发现,2025年和2035年区域土地利用变化的空间结构和特征差异明显。自然发展情景下,城市扩张不受约束,高速增长占据了大量生态用地;加入生态约束条件很好的控制了对草地和林地的占用;经济发展情景下,城市扩张将进一步占据更多的未利用土地和耕地。本研究通过城市群扩张时空格局演化及情景模拟分析,尝试为区域规划、城市空间规划和区域生态空间保护提供多角度、多情景和可选择的政策决策参考。     

黑河流域植物物种多样性对土地利用变化的响应北大核心CSCD

黑河流域土地利用变化严重影响植物物种多样性。为了解自然、社会经济因素对黑河流域土地利用变化影响下植物物种多样性的变化趋势,本研究使用Dyna-CLUE模型,预测2050年土地利用变化,揭示多因素影响下黑河流域土地利用变化,及土地利用变化与草本、灌木物种多样性间的关系。结果表明:降水、GDP、与自然村距离等因子共同驱动土地利用变化,2050年林地、草地和水域面积的增加和未利用地面积的减小,提高了灌木、草本植物的多样性,并使之均匀度更高,种间优势度减小。耕地面积的扩张和耕地集约化导致植物分布不均、多样性减少。将模拟结果和植物物种多样性发展趋势相结合能够对未来的土地利用规划、政策及生态保护决策提供依据。应针对不同区域土地利用变化情况,制定相应的生物多样性和生态环境保护政策,促进黑河流域生态环境的恢复并支持流域可持续发展。     

规划情景约束下的城市土地利用空间格局模拟

以上海市为例,采用遥感与GIS技术,基于遥感影像及土地利用现状和社会经济统计数据,构建Dyna-CLUE模型模拟土地资源利用规模在土地利用规划政策情景约束下的空间格局,旨在为城市化进程中的土地利用规划实施,特别是土地利用宏观需求的空间配置提供技术思路。结果表明:遥感、GIS和Dyna-CLUE模型的集成应用,可从地理空间上定量刻画土地变化的驱动力,是模拟政策情景约束条件下土地资源空间分配问题的有效手段。     

基于地理模拟方法的昆明市空间拓展情景分析

改革开放以来,西部高原湖滨城市经历的快速城镇化进程给湖泊流域带来了较为严重的生态环境问题,未来城市空间发展政策的调整需要关注城市空间拓展对区域生态环境的影响。以位于滇池湖滨地区的昆明市为例,设定6种不用的城市空间拓展政策情景,应用SLEUTH模型预测了6种情景下未来20年的城市空间格局,采用空间指数和空间分析方法对预测结果进行了分析评价。结果表明：昆明市城市建成区具有典型的摊大饼式空间拓展模式,城市道路网对城市形态具有重要的影响。6种情景模式下未来昆明市建成区空间格局既有相似性,也表现出显著的差异。城市建设用地空间格局总体上呈集约、紧凑型的发展趋势。生态保护与城市发展管制相结合的政策情景对滇池湖滨地区的景观影响最小。多中心城市发展格局和城市发展管制相结合的政策情景对城市总体空间规模的控制具有明显的效果,但不宜在湖滨地区实施。滇池湖滨地区需要划定景观或生态保护区,严格禁止城市建设用地对湖滨用地景观的占用与分割。滇池湖滨以外的区域,适宜执行生态保护与城市发展管制相结合的多中心发展模式。     

基于地理模拟方法的昆明市空间拓展情景分析简

改革开放以来,西部高原湖滨城市经历的快速城镇化进程给湖泊流域带来了较为严重的生态环境问题,未来城市空间发展政策的调整需要关注城市空间拓展对区域生态环境的影响。以位于滇池湖滨地区的昆明市为例,设定6种不用的城市空间拓展政策情景,应用SLEUTH模型预测了6种情景下未来20年的城市空间格局,采用空间指数和空间分析方法对预测结果进行了分析评价。结果表明：昆明市城市建成区具有典型的摊大饼式空间拓展模式,城市道路网对城市形态具有重要的影响。6种情景模式下未来昆明市建成区空间格局既有相似性,也表现出显著的差异。城市建设用地空间格局总体上呈集约、紧凑型的发展趋势。生态保护与城市发展管制相结合的政策情景对滇池湖滨地区的景观影响最小。多中心城市发展格局和城市发展管制相结合的政策情景对城市总体空间规模的控制具有明显的效果,但不宜在湖滨地区实施。滇池湖滨地区需要划定景观或生态保护区,严格禁止城市建设用地对湖滨用地景观的占用与分割。滇池湖滨以外的区域,适宜执行生态保护与城市发展管制相结合的多中心发展模式。     

Scenarios analysis based on CLUE model in of land use change Jiangxi Province by 2030

引入“一切照常情景”、“规划情景”和“优化情景”三种生态系统变化情景,采用CLUE模型,对江西省2001～2030年的土地利用空间变化进行模型模拟,并用2005年的土地利用现状图对模拟结果进行了验证。研究表明：在“一切照常情景”中,耕地持续减少;建设用地急剧增加;林地面积基本保持稳定。在“规划情景”中,耕地持续增加;建设用地略有增加,并在2020年后基本保持不变;林地总面积变化不大,但是高密度森林面积比重增大;河流和湖泊面积略微减少,湿地面积大幅增加。在“优化情景”中,森林增加趋势较“规划情景”有所减缓,河流和湖泊,湿地均有显著增加。本研究对研究区今后的土地利用规划修编和土地可持续性管理具有重要的指导意义。     

政策主导下的区域土地利用转型过程与机制——以中国东北地区为例

从构建政策主导下区域土地利用转型解释框架入手,以东北地区为例,探究政策主导下区域土地利用转型机制。结果表明：① 1995—2015年,东北地区经济社会发展可划分为“经济低速增长,城镇化与人口发展停滞期”与“经济波动,城镇化稳定发展,人口转型期”两大阶段。② 伴随经济社会转型,东北地区发生土地利用转型。转型特征主要表现为：在数量上,区域耕地规模持续扩张,但增速放缓,耕地内部水田占比上升;林地与草地规模持续缩减,但下降速度放缓;区域建设用地加速增长,增长主体由农村建设用地转变为城镇建设用地。在空间上,耕地分布重心持续向东北方向移动,林地与未利用地分布重心向西南方向移动,建设用地与草地分布重心呈现显著的转折特征。③ 东北地区土地利用转型是区域内不同土地利用类型在空间上由冲突到协调的持续性重构过程。区域功能定位以及经济现代化与城镇化是导致土地利用转型的核心因素。政策主导下的区域土地利用转型是政策引导下的社会-生态反馈路径与政策影响下的社会-经济变化诱发路径综合作用的结果,两者间存在耦合与拮抗过程。前者决定区域土地利用转型的方向,后者决定区域土地利用转型的速度与强度。     

黄土丘陵沟壑区退耕驱动下土地利用变化——以陕西省安塞县纸坊沟流域为例

随着1999年退耕还林的实施,黄土高原丘陵沟壑区土地利用发生了显著的变化,为探讨这种变化规律及其驱动机制,以安塞县纸坊沟流域1991年、2000年、2013年TM/ETM影像为数据源,结合地形图、外业调绘资料等,基于RS和GIS技术分析了纸坊沟流域退耕前后的土地利用/覆被变化规律,并以2013年的土地利用格局为基础,应用CA-Markov模型确定的转移概率矩阵对2023年土地利用变化进行了模拟预测。结果显示:退耕还林提高了纸坊沟流域土地利用的年变化率;改变了各类土地之间的流转关系,很多其他类型的土地都转为林地和果园;加快了纸坊沟流域土地利用转移速率,退耕前全流域土地利用转移率仅为0.15,退耕后土地利用转移率达0.37,是退耕前的2.47倍,其中林地面积转入最为明显,主要来自耕地、草地、盐碱地面积的转出,耕地面积转入转出并存,但是以耕地转出为总趋势。预测表明:2013—2023年间土地利用将继续保持退耕后的变化趋势,总体上表现为林地和果园面积的增加,而耕地、草地和其他用地面积减少,但是随着退耕还林工程的深入,这种变化趋势会减小,最终林地、草地、耕地等面积将基本稳定,处于动态平衡之中。本研究将为黄土丘陵沟壑区后退耕时期区域的可持续发展规划提供一定的依据和指导。     

不同非空间模拟方法下CLUE-S模型土地利用预测——以秦淮河流域为例

基于快速城镇化背景下秦淮河流域土地利用历史状况,选择CLUE-S模型对其2020年土地利用情况进行模拟预测。分别使用线性回归、Markov模型、灰色GM（1,1）模型预测CLUE-S模型非空间模块的土地利用需求量,再嵌入CLUE-S中得到3种预测结果,对预测结果进行比较。另外设定“自然发展”情景与考虑规划政策影响的“优化格局”情景,模拟2020年不同情景下秦淮河流域土地利用格局情况,并进行景观格局分析。结果表明：线性回归模型、Markov模型、灰色GM（1,1）模型的Kappa指数分别为0.866、0.849、0.867,3种方法均满足模型精度要求;自然发展情景中2020年水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积相对于2010年分别变化21.5%、-15.3%、-9.0%、51.5%、-28.9%,而优化格局情景下水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积分别变化3.1%、-1.6%、10.8%、6.3%、-10.6%,相比于自然发展情景,优化情景土地利用状况更符合保护基本农田、增加生态用地连通性、提高雨水下渗能力以及缓解城市热岛效应的要求,为后期土地利用规划提供了依据。     

北方13省土地利用/覆盖动态变化分析

对北方13省1989~1999年的宏观土地利用/覆盖动态变化进行分析。结果表明:研究区草地、水体的退化以及未利用地的不断扩展增加区域生态系统的敏感性和脆弱性,生态环境压力进一步增大;土地利用/覆盖总体破碎度不断增加,土地利用向着多样化和均质化方向发展;10年间,各种土地利用/覆盖类型重心的空间位置均有所变化。水体变化最明显,其次为未利用地、耕地和城建用地;各种土地利用/覆盖类型变化表现出明显的区域差异。     

拉萨地区土地利用变化情景分析

根据西藏拉萨地区1990年、1995年和2000年3个时点的土地利用数据,应用马尔科夫过程模型分析了未来20年内拉萨地区的土地利用情景变化,并与90年代制定的拉萨地区土地利用规划面积进行了对比研究。研究结果:1)10年间,土地利用类型变化最广泛的是牧草地。变化方向主要由牧草地向耕地、园地、林地、居民点及水域转变,其中变成林地的面积最大,为2338.25hm²(占变化面积的94.093%);2)拉萨地区未来20年中土地利用类型发展趋势是耕地、牧草地、水域和未利用土地面积将进一步减少,林地、园地和居民点面积将进一步增加;3)土地利用规划面积与基于马尔科夫模型的土地利用变化情景分析结果比较吻合,马尔科夫过程模型对制定该区域土地利用规划具有重要的参考价值;4)由于土地利用变化是一个复杂的过程,不仅受到众多自然因素的影响,而且受到未来土地利用政策、社会经济发展、区域内大型工程项目及其他人类活动等不确定因素的影响,从而不同土地利用类型之间的转移概率会发生变化,使得基于马尔科夫过程模型预测的精度有一定的局限性。     

Scenario simulation and landscape pattern dynamic changes of land use in the Poverty Belt around Beijing and Tianjin: A case study of Zhangjiakou city,Hebei Province

Land use/cover change has been recognized as a key component in global change and has attracted increasing attention in recent decades. Scenario simulation of land use change is an important issue in the study of land use/cover change, and plays a key role in land use prediction and policy decision. Based on the remote sensing data of Landsat TM images in 1989, 2000 and 2010, scenario simulation and landscape pattern analysis of land use change driven by socio-economic development and ecological protection policies were reported in Zhangjiakou city, a representative area of the Poverty Belt around Beijing and Tianjin. Using a CLUE-S model, along with socio-economic and geographic data, the land use simulation of four scenarios–namely, land use planning scenario, natural development scenario, ecological-oriented scenario and farmland protection scenario–were explored according to the actual conditions of Zhangjiakou city, and the landscape pattern characteristics under different land use scenarios were analyzed. The results revealed the following: (1) Farmland, grassland, water body and unused land decreased significantly during 1989–2010, with a decrease of 11.09%, 2.82%, 18.20% and 31.27%, respectively, while garden land, forestland and construction land increased over the same period, with an increase of 5.71%, 20.91% and 38.54%, respectively. The change rate and intensity of land use improved in general from 1989 to 2010. The integrated dynamic degree of land use increased from 2.21% during 1989–2000 to 3.96% during 2000–2010. (2) Land use changed significantly throughout 1989–2010. The total area that underwent land use change was 4759.14 km², accounting for 12.53% of the study area. Land use transformation was characterized by grassland to forestland, and by farmland to forestland and grassland. (3) Under the land use planning scenario, farmland, grassland, water body and unused land shrank significantly, while garden land, forestland and construction land increased. Under the natural development scenario, construction land and forestland increased in 2020 compared with 2010, while farmland and unused land decreased. Under the ecological-oriented scenario, forestland increased dramatically, which mainly derived from farmland, grassland and unused land. Under the farmland protection scenario, farmland was well protected and stable, while construction land expansion was restricted. (4) The landscape patterns of the four scenarios in 2020, compared with those in 2010, were more reasonable. Under the land use planning scenario, the landscape pattern tended to be more optimized. The landscape became less fragmented and heterogeneous with the natural development scenarios. However, under the ecological- oriented scenario and farmland protection scenario, landscape was characterized by fragmentation, and spatial heterogeneity of landscape was significant. Spatial differences in landscape patterns in Zhangjiakou city also existed. (5) The spatial distribution of land use could be explained, to a large extent, by the driving factors, and the simulation results tallied with the local situations, which provided useful information for decision-makers and planners to take appropriate land management measures in the area. The application of the combined Markov model, CLUE-S model and landscape metrics in Zhangjiakou city suggests that this methodology has the capacity to reflect the complex changes in land use at a scale of 300 m×300 m and can serve as a useful tool for analyzing complex land use driving factors.     

南方红壤丘陵地区土地利用变化特征——以吉泰盆地为例

本文以南方红壤丘陵典型案例区吉泰盆地为例,运用RS和GIS技术,在对典型时段遥感影像进行解译的基础上,采用土地利用程度综合指数、土地利用类型动态度以及土地利用类型变化趋势和状态指数等模型,计算了1995-2006年吉泰盆地土地利用变化数量特征,揭示了南方红壤丘陵地区11年来土地利用变化的时空格局。研究结果表明:①1995-2006年吉泰盆地土地利用结构基本稳定,林地和耕地是该区主要土地利用类型;②11年来吉泰盆地水域和建设用地面积缓慢增长,水域增幅较多,其他地类面积有所下降,草地减幅最大;③林地转化为耕地,耕地转化为水域,以及草地转化为林地是吉泰盆地主要土地利用类型的转移模式,三种类型的转化面积依次为2887.91 hm2、2821.19 hm2和2326.97 hm2。从空间分布上看林地转为耕地模式分布最为广泛,耕地转化为水域分布较松散,草地转林地主要分布在吉泰盆地的北部地区;④动态度和状态指数研究发现,吉泰盆地未利用地的年变化率绝对值最大,林地年变化率最小。在未来的一段时间内,水域和建设用地规模呈增大的趋势,其余地类呈不同程度减少的态势。     

焉耆盆地生态系统服务价值对土地利用/覆被变化的响应

运用土地利用/覆被类型动态度、土地利用/覆被程度模型和生态系统服务价值估算模型,分析了新疆焉耆盆地1990-2011年LUCC变化引起的生态系统服务价值的变化。结果表明：（1）在1990-2011年,焉耆盆地水域、湿地、沙地、耕地和建设用地均呈增加趋势,而盐碱地、草地和林地面积呈减少趋势,总体上研究区的土地利用程度为中下水平。（2）在1999-2011年,研究区的生态系统服务总价值总体上呈增加的趋势,其中水域和耕地对生态系统服务总价值贡献率较大,草地和林地对生态系统服务总价值有明显的负贡献。（3）在1990-2011年,研究区的各类生态系统的气候调节、水源涵养和废物处理功能的生态系统服务的总价值远远大于粮食生产和原材料供应功能的总价值。因而对区域的水土资源实行合理与有效的利用是实现焉耆盆地生态系统服务功能维持和可持续发展的关键。     

澜沧江流域退耕还林农户土地利用变化及其原因分析——以云县晓街乡为例

从退耕还林工程的实施将改变云南省生态环境的大背景出发,采用对比研究的方法对澜沧江流域退耕还林前后农户对土地资源的利用方式、利用强度及空间分布3个方面进行定性研究,探讨了退耕还林工程对项目区土地利用的影响,并得出如下结论：（1）退耕后农户对土地资源的利用变得更为复杂,主要表现在：土地利用面积增减、利用类型变更、空间分布变化及土地利用组合方式变化;（2）退耕还林工程如果只是将当地原有的生产、生活体系打破而又没有建立起合适的替代体系的话,其综合效益的发挥将受到严重影响。建议提高农户对土地资源的利用效率是当前切实发挥和巩固退耕还林工程综合效益的关键;减少农户生产、生活对土地的依赖才是长远之策。     

青海湖地区生态系统服务价值变化分析

采用生态系统服务估值、Matlab7.0 多元线性回归分析和敏感性分析等研究方法, 定量分析了生态系统服务价值的变化及其与气候、GDP、个人储蓄、城市化水平等驱动因子之间的相关性和敏感性, 以识别影响青海湖生态环境的主要影响因素, 以期为该区域生态保护调控和管理提供依据。研究结果表明:①2000-2008 年青海湖地区生态系统服务价值平均为119.226 亿元, 2008 年比2000 年下降3.98%;②2000-2008 年生态系统服务价值变化与气温和社会经济发展因素存在显著的负相关, 对气温、GDP和城镇化率的弹性系数分别为0.896、0.249 和0.2988;③2000-2008 年, 生态系统服务价值变化对城市化率和气温具有很大的敏感性, 敏感性系数分别为4.979 和1.712。研究表明, 青海湖地区的生态系统服务下降是气候暖干化和经济发展的综合作用结果。青海湖地区应该关注农牧民生计, 实施生态补偿机制以实现可持续的生态保护战略。     

长江上游丘陵区社会经济实力与坡耕地治理--以四川省中江县为例

以长江上游丘陵区重点水土流失区内的四川省中江县为例，借助GIS技术，分析了坡度和水土流失约束下的耕地状况，选取农民人均纯收入、人均粮食产量和人均GDP作为评价指标，以乡为评价单元，进行了坡耕地治理的社会经济实力综合评价，进而探讨了坡耕地治理的相关措施。分值在80～100间的乡镇应以大规模的改造坡耕地(坡改梯)、建设基本农田为突破口，为解决粮食问题和实现陡坡地退耕创造条件，退耕还林还草应将经济效益、生态效益和社会效益融于一体。分值在65-80间的乡镇应结合坡耕地综合治理和基本农田建设，发展生态农业，逐步实施退耕还林。分值在0～65间的乡镇应注重陡坡耕地水土流失的防治和土地利用技术的应用。不宜近期退耕。此外，通过加强农村居民点整理增加耕地，可在一定程度上解决陡坡退耕带来的粮食问题，为退耕还林还草、防治水土流失工作的顺利开展提供保障。     

多因素耦合下三峡库区土地利用未来情景模拟

模型模拟和情景变化分析是未来土地利用变化研究的核心内容,本文以2000年三峡库区土地利用现状为基期数据,利用Binary Logistic模型回归分析驱动因子与土地利用间的关系,利用CLUE-S模型对2010年土地利用进行模拟,校验并确定影响库区土地利用驱动因素的主要参数后,基于自然增长、粮食安全、移民建设和生态保护对2020年、2030年库区土地利用情景予以模拟。结果表明：① 通过Binary Logistic模型分析和检验,水田、旱地、林地、草地、建设用地和水域的ROC曲线下面积值均大于0.8,表明所选驱动因子对土地利用的解释能力较强,可用来估算土地利用概率分布;② 2010年各地类模拟结果经验证得Kappa系数分别为水田0.9、旱地0.92、林地0.97、草地0.84、建设用地0.85和水域0.77,总体上能满足模拟与预测需求;③ 多情景模拟显示库区不同土地利用类型在空间上的竞争关系,以及所带来的对库区粮食安全、移民建设、生态保护的影响,包括水田大量转换为旱地（“水改旱”）、耕地与林草地被建设占用、林草地开垦为耕地、陡坡耕地退为林草地等行为,需要在土地利用优化中平衡各方面的需求;④ 多因素、多情景模拟能为库区土地利用提供更为清晰的、可供抉择的政策调控思路。