新疆绿洲变化与资源配置协调性分析

绿洲是干旱区最重要的人地关系地域系统,绿洲面积的扩张给资源配置的协调性带来了巨 大的挑战。以新疆各绿洲为研究单元,运用 GIS 技术和数理统计方法对新疆 1990—2015 年绿洲面 积变化的时序特征和空间差异进行分析,通过计算研究区水资源负载指数、单位面积耕地水资源弹 性指数、人口弹性指数和经济弹性指数,探讨新疆绿洲变化的资源配置协调性。结果表明：（1）新 疆绿洲面积呈扩大趋势,扩张速度呈现出明显的波动性和阶段性特征。（2）绿洲面积扩张与单位面 积耕地水资源变化的协调关系以绿洲扩张为主,各地区单位面积耕地水资源占有量不断减少。（3） 新疆绿洲面积扩张与人口增长的协调性指数都小于 1,各地区人口增长速度大于绿洲面积扩张速 度,绿洲面积扩张与人口增长的协调性较低。（4）新疆 4 个研究区各个时期的经济弹性指数均大于 1,说明新疆经济发展速度高于绿洲面积扩张速度,其中,天山北坡对新疆经济发展贡献最大。     

暖湿背景下新疆逐时降水变化特征研究

基于新疆16个国家基准站1991-2013年5~9月逐小时的降水观测资料,分析研究了新疆夏半年逐时降水的时空分布和日变化特征。结果表明:新疆小时降雨频数呈现西北多、东南少的特征;4 mm·h^-1以上量级雨强的强降雨高频时段北疆自西向东依次出现在下午、前半夜和后半夜,南疆多出现在夜间;新疆各区域逐时降水频率的日变化特征明显不同,各区域逐时降水分布并不均匀:塔城北部、阿勒泰地区日降水分布呈现双峰型特征,北疆其余地区则是较为一致的单峰型;南疆各区域以双峰型居多。南北疆0.1 mm·h^-1以上、4 mm·h^-1以上量级雨强的出现总频次均呈明显增加趋势,进入21世纪10年代南疆强降雨频次增加更显著。     

近40 a新疆土地利用及其绿洲动态变化

利用1972-2015年Landsat MSS/TM/OLI以及CBERS遥感影像数据,得到近40 a新疆土地利用时空数据,综合分析新疆土地利用及其绿洲的动态变化与动因。结果表明：新疆土地不断开垦、耕地面积不断扩大,已达到了相当的数量规模;土地的开垦与撂荒成为新疆乃至我国西北干旱地区土地利用变化最重要的特征,耕地撂荒与土地开垦的比率逐期下降,土地利用效率不断提高;城镇居民建设用地持续扩大;近40 a里,绿洲面积逐步扩大,面积占比由8.18%上升到9.93%;人工绿洲面积及占比也逐步增大,目前一半以上的绿洲面积为人工绿洲。气候的暖湿变化,以及政策、人口、社会经济、科技等要素成为新疆土地利用变化的动因。本文还提出了在关注各类土地数量变化的同时进一步开展土地开发的质量变化与评估研究。     

基于ChinaCover数据集的绿洲结构数据制图——以河西内陆河流域为例

生产兼具绿洲独特性和结构特点的绿洲专题数据是目前绿洲学研究亟待解决的关键基础性问题。以河西内陆河流域为研究区,在构建绿洲生态系统的二级分类体系基础上,结合ChinaCover数据和Landsat NDVI影像,利用面向对象随机森林分类和叠加分析方法,完成1975—2020年7期河西内陆河流域绿洲土地结构数据的制图。结果表明：（1）基于ChinaCover数据集的绿洲结构数据制图方法可以快速准确地生产出绿洲专题数据;（2）绿洲生态系统一级类型总体精度为96.17%,二级类型精度为82.64%～92.99%,制图精度明显高于现有土地覆被产品;（3）2020年河西内陆河流域绿洲占研究区比例为8.97%,一级类型以人工绿洲为主,二级类型以耕地和草地为主;（4）近45年河西内陆河流域人工绿洲呈持续扩张趋势,荒漠-绿洲过渡带呈萎缩趋势,自然绿洲呈先萎缩后扩张趋势;人工绿洲的扩张主要是耕地和建设用地的增加,而过渡带和自然绿洲的萎缩主要是草地减少。     

中国建设用地扩张未来情景模拟及其对景观格局演化的影响

对中国建设用地的未来扩张趋势及时空格局进行模拟预测,可为科学编制国土空间规划和合理调控城乡发展提供科学依据。本研究对未来30年中国建设用地扩张进行多情景模拟预测,并分析不同区域建设用地扩张的时空演化特征及其对景观格局演化的影响。研究结果表明：(1)基于斑块生成土地利用模拟模型（Patch-generating Land Use Simulation,PLUS）可以获得较高的模拟精度,各分区Kappa系数均高于0.92,总体精度均高于95%,FoM值均高于0.40,表明PLUS模型适用于全国尺度和大区域尺度的土地利用模拟。(2)影响中国建设用地扩张最主要的因素为人口、坡度和年均降水量,存在区域性差异。(3)自然发展、耕地保护、生态保护和可持续发展四种情景下模拟预测的未来土地利用的结构和特征具有明显差异,在可持续发展情景下建设用地扩张主要占用非重点保护的耕地和生态用地以及未利用地,可满足经济发展对于建设用地指标的刚性需求,有助于实现可持续高质量发展。(4)建设用地扩张对景观格局产生显著影响,在可持续发展情景下,与2020年相比,2030年、2040年和2050年建设用地预计增长分别为-0....     

新疆城乡建设用地动态变化的时空特征分析

利用20世纪80年代末和90年代末两个时期的LandsatTM卫星影象,运用空间分析和统计分析方法,分析了新疆城乡建设用地变化的时空特征。结果表明:①在这10年的时间里,新疆城乡建设用地扩展明显,其中城镇用地增长迅速。城乡建设用地类型及其结构变化在东疆、南疆和北疆三大区域和县(市)级区域存在明显的差异。②新疆城乡建设用地扩张以占用耕地和草地为主。③新疆城乡建设用地变化驱动因素主要是人口增长、国民经济的增长、第三产业的发展。     

多中心城市群土地利用/覆被变化地学信息图谱研究——以长株潭城市群为例

多中心城市群具有交通网络发达、功能联系密切、空间多维复合等特征,其土地利用/覆被变化（LUCC）是一个相当复杂的过程。采用地学信息图谱方法,探索城市群LUCC数量结构与时空格局一体化耦合机理,研究用地变化与区域发展互动关系,有助于深入揭示多中心城市群土地利用时空演变规律,为同类城市群的国土空间规划和健康发展提供参考。本文以典型案例长株潭城市群为例,构建1995—2015年四个时期地学信息图谱,并耦合重心转移模型,在总体量化分析基础上,重点从城际与城乡视角深入解析城市群土地利用时空变化特征和一体化发展态势。研究结果表明：① 土地利用总体动态加速演变。四期建设用地扩张年动态度分别为1.06、4.10、2.21和7.39,转移强度动态增加,耕地和林地呈加速减少态势。② 城际与城乡地类图谱转移呈现多维演变。图谱“15（耕地→建设用地）、25（林地→建设用地）、45（水域→建设用地）”重心由株洲城区（Ⅰ 期）向长沙城区（Ⅱ 期和Ⅲ 期）再向湘潭城区（Ⅳ期）迁移,经历“相对均衡-长沙加速崛起-有机均衡”和“城市加速集聚-城乡相对均衡”演变过程。③ 近年来,城际转移强度差异缩小,转移结构分异增加,区域主体功能逐步凸显。同时,外围区县加速发展,城乡一体化水平明显提升。④ 城市群土地利用涨落势图谱与经济社会一体化发展高度耦合,同时耕地保护与高质量发展有待加强。     

1980—2020年新疆土地利用变化下生态系统服务价值时空演变分析

随着社会经济的发展,探究土地利用变化下生态系统服务价值(Ecosystem service value,ESV)时空演变对优化土地利用结构和区域持续发展有着重要意义。基于1980—2020年新疆土地利用数据,在ArcGIS和GeoDa支撑下,使用单位面积当量因子法、空间自相关等方法,分析新疆土地利用变化下ESV时空演变特征。结果表明：(1)1980—2020年新疆主要的土地利用类型是草地和未利用地,两者共占新疆总面积的91.00%。耕地和建设用地面积呈增加趋势,分别增长58.89%和166.79%;水域和林地面积减少量最多,分别减少29.95%和26.62%。(2)1980—2020年新疆ESV总体呈现“先增后减”的变化趋势,净减少1114.51×10⁸元(6.68%)。从空间分布来看,新疆ESV高值区和较高值区主要分布在阿尔泰山、昆仑山、天山(简称“三山”)和伊犁河谷地区,中等价值区和较低价值区分布在绿洲地区,低价值区主要分布在盆地和沙漠地区。(3)1980—2015年新疆ESV变化很小,但2015—2020年北、中天山地区EVS变化显著。2015—2020年北...     

塔里木盆地南缘和田地区土地利用变化的遥感研究

中国西部干旱区土地利用变化显著,是全球土地变化科学研究的热点区,为此论文基于1990—2016年4个时段的遥感卫星数据,采用面向对象的分层分类影像解译方法完成了塔里木盆地南缘和田地区(简称和田塔里木地区)土地利用调查,重点分析土地利用变化特征、发展模式和区域差异性。结果表明：1990—2016年,和田塔里木地区耕地持续加速扩张(增长率为2.9%/a),呈现渐进式扩张和骤变式开垦2种发展模式;建设用地面积增加(12.1%/a),主要表现为城市化发展、农村居民用地和交通用地的增加;耕地和建设用地扩张导致林灌草地和未利用地面积减少;和田地区县域土地利用发展不均衡,和田市建设用地比例最高,和田县与墨玉县的农业和建设用地扩张总量和速率最大,其次是洛浦县和于田县,皮山县、策勒县和民丰县农业和建设用地增长相对缓慢;总体上,和田塔里木地区耕地和建设用地的扩张在新疆处于一个较快的发展水平,今后一段时期快速的土地利用变化可能引起的生态环境问题需要重点关注。     

城市热岛斑块遥感识别及空间扩张路径研究——以北京市为例

研究利用MODIS地表温度数据产品,引入概率阈值算法提升城市热岛斑块空间识别精度。在此基础上,构建城市热岛扩张指数将城市热岛斑块时空变化过程分解为飞地型、边缘型、填充型扩张模式和缩减型模式。基于土地利用变化过程,开展城市热岛斑块空间扩张模式的路径分析,准确识别城市热岛斑块空间扩张路径的来源和归趋。研究表明：2020年北京市夏季昼夜城市热岛斑块总面积分别为3932 km²和2 266 km²,占北京市总面积比例23.96%和13.81%。2005―2020年夏季昼夜城市热岛斑块面积比例分别增加43.40%和24.44%。增长型城市热岛斑块面积大于缩减型城市热岛斑块面积。边缘型扩张模式是增长型城市热岛斑块最主要的模式。耕地、城市建设用地、农村居民点是增长型城市热岛斑块主要的空间扩张路径。研究结果为揭示城市热环境形成过程和精细化管理提供理论依据和数据支撑。     

改革开放40 a来新疆土地覆被变化的空间格局与特征

改革开放40 a以来,新疆土地利用和地表覆被发生了巨大变化,在产生巨大社会经济效益的同时,也产生了许多生态与环境问题。为了给未来新疆土地利用、水资源开发及社会经济可持续发展国土空间规划提供依据,通过采用分区分层的决策树方法和向量相似度的变化检测方法,完成了新疆2015年、2010年、2000年、1990年、1975年的土地覆被1∶100 000矢量数据集,准确反演了过去40 a（改革开放40 a）来新疆地表覆被变化过程,分析了新疆土地覆被变化与国家改革开放政策相互关系,从垦荒（1975—1990年）、农业资源开发（1990—2000年）、西部大开发（2000—2010年）、对口援疆（2010—2015年）4个阶段,阐述了国家政策力度和导向对土地覆被变化的影响。分析表明：新疆土地覆被变化由耕地开垦、人工表面增长的高速发展模式开始向兼顾生态文明建设的可持续发展方向转型,各主要地类的变化也由急剧发展转向基本可控。近40 a新疆耕地面积增加了128%（50 414.02 km²）,新增耕地依照水土资源配置特征,遵循空间规律分布;人工表面（建设、交通、工矿用地）面积增加了197%（7 497.11 km²）,在2000年后增速明显,2010年后南疆增加幅度很大;1990年前林地面积呈现减少趋势,1990年后呈增加的态势,新增林地广泛分布在全疆天然林封育保护范围和天保工程实施区内;湿地1990年前面积减少明显,1990—2000年保持稳定,2000年后呈增加趋势;草地和其他类型的面积呈现持续减少态势。     

基于GIS和元胞自动机的玛纳斯河流域典型绿洲景观格局优化

近几十年来,玛纳斯河流域以耕地面积过度扩张、山区林地与草地退化为代表的一系列不可持续的发展方式已对区域生态安全和土地可持续利用构成了威胁。通过利用遥感影像与GIS方法,以沙湾县和农八师垦区为研究区,定量评价了区域土地利用的空间适宜性,并将其与国家退耕还林还草政策作为主要约束条件,建立元胞自动机模型对研究区景观格局进行了空间优化。结果表明：（1）1976-2012年,研究区耕地面积显著扩张,增加的耕地主要由未利用地、草地和林地转换而来;林地面积净减少幅度达65.90%,转出林地中有58.33%转换为耕地;草地净面积在研究时段内虽略有增加,但仍有6.352×10⁴ hm²的草地转换为耕地,占草地转出总面积的66.03%;（2）耕地、林地和草地适宜性等级处于I级（很适宜）和Ⅱ级（适宜）的面积分别占研究区总面积的79.74%、70.23%和59.82%;（3）优化后,区域内耕地、林地和草地三者的比例由原来的6.04∶0.39∶3.57调整为4.03∶0.99∶4.98。优化结果在一定程度上减缓了耕地的扩张,提高了林地、草地所占比例,有利于该区域绿洲生态系统的稳定性和社会经济可持续发展。     

1980-2010 年和田绿洲土地利用变化空间耦合及其环境效应

在气候变暖、西部大开发及2009 年以来实施的19 省市对口援疆建设背景下,和田绿洲面临着全方位经济发展所引发的水土资源需求的巨大挑战。为此,基于研究区3 期18 景TM/ETM+遥感影像目视解译,从空间耦合角度分析了和田绿洲1980-2010 年土地利用变化及其环境效应。研究表明:① 1980-2010 年,和田绿洲土地利用时空变化显著。耕地、城乡工矿居民地面积分别增加了32.32%、142.23%,灌丛与荒漠草地面积分别减少了23.12%、18.82%。新增耕地主要源于草地、未利用地开垦及毁林开荒。绿洲耕地向西北方向逆盛行风向扩张,其质心年平均偏移16.5 m。② 中游绿洲区与下游荒漠区的绿洲面积、土地利用程度综合指数、信息熵与均衡度等分别呈现上升与下降相反趋势。这种以耗水量为纽带的空间耦合源于中游耕地扩张导致的下游径流量逐年减少而造成的下游土地退化。③ 耕地扩张提高土地利用综合水平的同时,林地与草地遭受破坏,土地利用结构信息熵上升,过渡带植被受损严重,系统不稳定性增强,威胁到和田绿洲稳定,进而危及塔里木河下游生态安全。故建议进一步调整农业内部产业结构,缩减高耗水量作物种植面积,严禁以各种名义的开荒;制定塔里木河流域地表水分配法案,立法保障关于地表水分配、增加生态用水等规定严格实施,同时严禁地下水过量开采。     

新疆和田地区耕地面源污染生态风险评价

随着化肥、农膜等在农业生产中的过量投入,耕地面源污染的程度随之加重。文章选取塔里木河流域上游和田地区为研究区域,依据P-S-R框架理论,构建和田地区耕地面源污染生态风险评价指标体系,加入土壤理化数据,使用生态风险评价模型对和田地区1980 年及2016 年耕地面源污染状况进行生态风险评价,运用耕地生态风险模型、生态风险转移矩阵、Arcgis分析和田地区耕地面源污染时空分异状况。研究结论如下：和田地区1980 年耕地生态风险等级均为II级或III级,呈“中间高,两侧低”分布;2016 年耕地生态风险等级上升至IV级或V级,呈“倒W型”分布,各县耕地面源污染程度较1980 年均有较大幅度的上升,其中墨玉县和于田县在2016 年耕地生态风险等级达到最高的V级,而民丰县因自身生态环境的强脆弱性,同样需要提高关注。根据面源污染“从源头治理”的原则,应切实推进和田地区耕地生态环境保护与治理,提高政府重视程度,增强技术指导,开展试点工作,改善和田地区耕地面源污染现状。     

20世纪80年代以来全球耕地变化的基本特征及空间格局

本文基于全球1982-2011年土地利用/覆被的矢量数据,分析了20世纪80年代以来全球耕地变化的基本特征及空间格局。结果表明：① 20世纪80年代以来,全球耕地面积增加了528.768×10⁴ km²,增加速率为7.920×10⁴ km²/a,呈不显著增加趋势,全球耕地面积以20世纪80年代增速最快。20世纪80年代以来,北美洲、南美洲、大洋洲耕地面积呈显著增加趋势,分别增加了170.854×10⁴ km²、107.890×10⁴ km²、186.492×10⁴ km²,增加速率分别为7.236×10⁴ km²/a、2.780×10⁴ km²/a、3.758×10⁴ km²/a;亚洲、欧洲、非洲耕地面积为减少趋势,分别减少了23.769×10⁴ km²、4.035×10⁴ km²、86.76×10⁴ km²,减少速率分别为-5.641×10⁴ km²/a、-0.813×10⁴ km²/a、 -0.595×10⁴ km²/a。② 20世纪80年代以来,全球增加的耕地主要由草地、林地转化,分别占53.536%、26.148%。新增耕地面积主要分布在非洲南部及中部、澳大利亚东部和北部、南美洲东南部、美国的中部及阿拉斯加、加拿大中部、俄罗斯西部及芬兰北部、蒙古北部等区域。非洲南部的博茨瓦纳为全球耕地增加比例最高区域,增加了80%~90%。③ 20世纪80年代以来,全球耕地换化为其他用地共计1071.946×10⁴ km²,全球减少的耕地主要转化为了草地、林地,分别占比为57.482%、36.000%;全球减少耕地主要分布在非洲中部的苏丹南部、美国中南部、俄罗斯南部及欧洲南部的保加利亚、罗马尼亚、塞尔维亚和匈牙利等国,减少最大的区域为非洲南部,减少了60%。④ 各大洲耕地均表现出向高纬扩张的趋势,全球多数国家表现出新增耕地扩张而原有耕地减少的特点。     

珠江口海岸带地貌特征对土地利用动态变化影响

珠江口作为我国经济发展最活跃的区域,受快速城市化与工业化影响,土地资源不断减少,出现耕地流失、恶性围填海等诸多问题。文中以珠江口海岸带为研究区,借助GIS和RS技术,应用Landsat ETM数据,结合实地考察资料,对1980―2010年珠江口的土地利用变化特征进行研究,并定量分析地形地貌因素对研究区土地利用变化的影响。研究结果表明:在过去近30a期间,研究区土地利用格局发生剧烈变化,耕地减少至原有量的42.1%,城镇用地增长了近8.5倍;土地利用变化受地形地貌因素影响显著,各土地利用类型转化主要发生在海拔130m以下地区,而在这一区间内,存在0～6m和20～80m两个活跃地段,分别是大规模围填海和城镇建设的分布区;对坡度而言,土地利用变化主要分布在0°～2°区间,在1980―2000年和2000―2010年两个时期土地利用类型转化量分别占总量的63.8%和76.2%。     

Impact of Land Use Changes on Habitat Quality in Altay Region

Altay region is located in the northern part of Xinjiang, and has complex and diverse internal geomorphic types, undulating terrain and a fragile ecosystem. Studying the impact of land use changes on habitat quality is of great significance to regional ecological protection and development, rational planning and utilization, and ensuring the sustainable development of the ecological environment. Based on the InVEST model, combined with land use panel data and topographic relief data of the Altay region, this paper studied the habitat quality from 1995 to 2018. The results show that cultivated land, water area and construction land increased gradually from 1995 to 2018, while grassland and unused land decreased. Forestland remained stable in the first five periods, but increased significantly in 2018. During 1995-2018, all land use types were transferred, mainly between cultivated land, forestland, grassland and unused land in the flat and slightly undulating areas. Poor habitat quality was dominant during 1995-2018. Habitat quality decreased significantly in 2015, which was related to the rapid expansion of cultivated and construction land as threat sources, as well as the decrease of forest and grassland as sensitive factors. However, habitat quality improved significantly in 2018, because a large amount of cultivated land and unused land were converted into forest land and grassland with high habitat suitability. Land use type has an important influence on habitat quality. The distribution characteristics of habitat quality for topographic relief types from good to bad were: large undulating area>medium undulating area>small undulating area>flat area>slightly undulating area. The findings of this study are of great significance for coordinating social, economic, and ecological development in this region and in similar areas.