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區(qū)域土地系統(tǒng)變化生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究 版權(quán)信息
- ISBN:9787030700735
- 條形碼:9787030700735 ; 978-7-03-070073-5
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數(shù):暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
區(qū)域土地系統(tǒng)變化生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究 本書特色
該書的出版能夠?yàn)橥恋乩米兓?yīng)評估及優(yōu)化管理提供理論指導(dǎo)和案例研究,進(jìn)一步豐富土地系統(tǒng)信息挖掘與效應(yīng)量測研究的技術(shù)方法。
區(qū)域土地系統(tǒng)變化生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究 內(nèi)容簡介
全書開展土地系統(tǒng)信息挖掘、效應(yīng)評估及其優(yōu)化調(diào)控的技術(shù)研究,以中國西南喀斯特區(qū)和西北干旱區(qū)為研究區(qū),運(yùn)用地面調(diào)查、實(shí)驗(yàn)分析、遙感反演、統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)和空間分析等多種手段,提出了土地利用強(qiáng)度、變化過程及功能等多組分信息挖掘方法,據(jù)此開展土地系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評估及其模擬優(yōu)化建模的研究,為區(qū)域土地系統(tǒng)優(yōu)化管理提供科學(xué)依據(jù)。 本書可供自然地理學(xué)、土地系統(tǒng)科學(xué)、遙感和地理信息系統(tǒng)等專業(yè)的科研和教學(xué)人員參考,亦可作為科研院所和高等院校相關(guān)專業(yè)師生的參考書籍。 審圖號:GS京(2022)0174號
區(qū)域土地系統(tǒng)變化生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究 目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 土地利用研究背景 1
1.2 土地利用效應(yīng)的研究進(jìn)展 2
1.3 土地利用模擬優(yōu)化的研究進(jìn)展 4
1.4 研究思路與框架 7
第2章 喀斯特山地耕地變化對糧食生產(chǎn)能力的影響 8
2.1 耕地變化效應(yīng)及糧食生產(chǎn)能力評估進(jìn)展 9
2.2 黔桂喀斯特山地概況 10
2.3 糧食產(chǎn)量空間化方法介紹 11
2.4 GCYS模型驗(yàn)證及結(jié)果 19
2.5 耕地變化對區(qū)域糧食生產(chǎn)能力的影響27
第3章 喀斯特山地土地利用變化對關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響 31
3.1 土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的研究進(jìn)展 32
3.2 喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)估算方法 33
3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)估算結(jié)果比較 40
3.4 土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響結(jié)果 40
第4章 干旱區(qū)農(nóng)地開墾歷史對土壤碳氮的影響 51
4.1 土地利用變化對土壤碳、氮影響的研究進(jìn)展 51
4.2 塔里木盆地典型流域概況 54
4.3 農(nóng)地開墾歷史信息判斷方法 55
4.4 土壤采樣設(shè)計(jì)及分析方法 58
4.5 塔里木盆地農(nóng)地開墾歷史軌跡對土壤碳氮的影響結(jié)果 61
4.6 塔里木盆地農(nóng)地開墾歷史對土壤碳氮影響的啟示 75
第5章 干旱區(qū)生態(tài)用地變化對防風(fēng)固沙功能的影響 81
5.1 土地利用變化對防風(fēng)固沙功能影響的研究進(jìn)展 81
5.2 塔里木盆地平原區(qū)概況 83
5.3 干旱區(qū)生態(tài)用地分類方法 84
5.4 防風(fēng)固沙價(jià)值計(jì)算方法 86
5.5 塔里木盆地生態(tài)用地變化對防風(fēng)固沙功能的影響結(jié)果 88
5.6 塔里木盆地生態(tài)用地變化對防風(fēng)固沙功能影響的啟示 95
第6章 喀斯特山地土地利用變化模擬及其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響 100
6.1 土地利用變化模擬研究進(jìn)展 100
6.2 黔桂喀斯特山地土地利用及其驅(qū)動因素 102
6.3 基于海拔分層的土地利用變化模擬模型結(jié)構(gòu) 105
6.4 黔桂喀斯特山地土地利用變化模擬驗(yàn)證及結(jié)果 114
6.5 SLUCS模型的應(yīng)用前景 126
第7章 干旱區(qū)生態(tài)退耕背景下的土地利用優(yōu)化配置 131
7.1 干旱區(qū)生態(tài)退耕及其效應(yīng)的研究進(jìn)展 131
7.2 干旱區(qū)典型縣概況 133
7.3 生態(tài)退耕空間優(yōu)化配置及權(quán)衡分析方法 134
7.4 生態(tài)退耕空間優(yōu)化配置及權(quán)衡分析結(jié)果 142
7.5 生態(tài)退耕空間優(yōu)化配置及權(quán)衡分析模型的應(yīng)用前景 151
第8章 權(quán)衡多主體權(quán)益的土地利用空間優(yōu)化配置 154
8.1 土地利用優(yōu)化配置研究進(jìn)展 154
8.2 伊犁新墾區(qū)概況 156
8.3 權(quán)衡多主體權(quán)益的土地利用空間優(yōu)化配置系統(tǒng) 157
8.4 生態(tài)補(bǔ)償下的土地利用優(yōu)化模擬結(jié)果 166
8.5 ALUOA-TOA系統(tǒng)的應(yīng)用前景 176
參考文獻(xiàn) 179
區(qū)域土地系統(tǒng)變化生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究 節(jié)選
第1章緒論 1.1土地利用研究背景 土地利用,即把自然景觀轉(zhuǎn)變?yōu)楣┤祟愂褂没蚋淖優(yōu)橐匀祟悶橹鞯耐恋毓芾砘顒樱呀?jīng)顯著地改變了地球表面和相關(guān)的生物地球化學(xué)過程(Vitousek et al.,1997;Foley et al.,2005)。在全球范圍內(nèi),土地越發(fā)成為一種稀缺資源,導(dǎo)致不同利用主體對土地資源的激烈競爭和沖突(Lambin et al.,2001)。在過去的幾個(gè)世紀(jì)里,全球經(jīng)歷了大規(guī)模的耕地?cái)U(kuò)張和集約化,以滿足不斷增長的人口對糧食的需求(Tilman et al.,2011)。城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)占用大量的耕地,影響了區(qū)域氣候環(huán)境,破壞了生物棲息地,并威脅生物多樣性(Seto et al.,2011)。同時(shí),為了改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、緩解氣候變化產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng),政府開始實(shí)施植樹造林等眾多生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目,以維持土地系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展(Trabucco et al.,2008)。例如,中國政府實(shí)施了16個(gè)可持續(xù)發(fā)展項(xiàng)目,有效提高了土地系統(tǒng)的可持續(xù)性(Bryan et al.,2018)。 我國人口規(guī)模龐大,土地資源短缺,伴隨工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn),不同土地利用類型(又稱地類)相互擠占現(xiàn)象突出(張紅旗等,2015;Long and Qu,2018)。城市用地、工業(yè)用地空間高速擴(kuò)張,占用大量優(yōu)質(zhì)耕地,導(dǎo)致社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和耕地資源保護(hù)之間矛盾嚴(yán)重(傅澤強(qiáng)等,2001;談明洪和呂昌河,2005;Ju et al.,2018);耕地開墾占用林、草等生態(tài)用地,以及退耕還林還草政策的實(shí)施,又導(dǎo)致生產(chǎn)、生態(tài)用地之間同樣存在競爭(雷玉桃等,2003;劉誠和劉俊昌,2007;陳瑜琦等,2018)。面對城市發(fā)展、糧食安全和生態(tài)保護(hù)等激烈沖突,如何利用有限的土地資源協(xié)調(diào)各類用地的沖突、優(yōu)化空間格局,成為行政管理和學(xué)術(shù)研究共同關(guān)注的熱點(diǎn)。統(tǒng)籌優(yōu)化不同用地空間,是當(dāng)下推動“美麗中國”、生態(tài)文明建設(shè)及優(yōu)化國土空間開發(fā)的重要內(nèi)容。 當(dāng)前,我國新一輪的國土空間開發(fā)規(guī)劃和研究已經(jīng)從理念到實(shí)踐強(qiáng)調(diào)土地功能差異和“三生”統(tǒng)籌的重要性《中共中央國務(wù)院關(guān)于建立國土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實(shí)施的若干意見》.2019.。所謂“三生”用地,是以土地的利用功能為視角,包括生態(tài)用地、生產(chǎn)用地和生活用地的不同用地空間(劉繼來等,2017)。2012年,黨的十八大報(bào)告將優(yōu)化國土空間作為生態(tài)文明建設(shè)的重要抓手,并提出“促進(jìn)生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”;2018年發(fā)布的《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃(2018—2022年)》也指出要“統(tǒng)籌利用生產(chǎn)空間”“合理布局生活空間”“嚴(yán)格保護(hù)生態(tài)空間”。從實(shí)踐上,《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》正是強(qiáng)調(diào)對國土空間的分類,突出“三生”空間的差異性。正在編制的《全國國土空間規(guī)劃綱要(2021—2035年)》要求將城市開發(fā)邊界、永久基本農(nóng)田紅線和生態(tài)保護(hù)紅線“三線”作為合理布局和協(xié)調(diào)管控國土空間的重要手段《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價(jià)指南(試行)》.2020.。在此背景下,進(jìn)行土地利用變化效應(yīng)評估和模擬優(yōu)化,對支撐土地資源可持續(xù)利用和國土空間開發(fā)具有重要意義。 1.2土地利用效應(yīng)的研究進(jìn)展 全球氣候變化和人類活動的加劇使得土地利用變化及其效應(yīng)成為研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)(Lafortezza and Chen,2016;Hao et al.,2017;Runting et al.,2017;Song and Deng,2017)。人類通過與土地有關(guān)的各種利用活動,改變地球陸地表面的覆蓋狀況(李秀彬,1996),以滿足需求、獲得不同的物質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)(Vitousek et al.,1997)。同時(shí),土地利用變化對地球的大氣圈、土壤圈、水圈和生物圈均產(chǎn)生了重大影響(Kalnay and Cai,2003),其變化導(dǎo)致了氣候、生物和社會政治等眾多因素的變化(Lambin et al.,2001;Verburg et al.,2004a)。關(guān)于土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)一直是過去20年學(xué)界研究的重點(diǎn),已有較多學(xué)者對此研究的進(jìn)展進(jìn)行綜述(劉紀(jì)遠(yuǎn)等,2011;韓驥等,2016;匡文慧,2018;龍花樓等,2018;許爾琪,2019)。考慮到土地利用變化造成的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)涉及方方面面的要素,本節(jié)通過重點(diǎn)回顧土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系來探討土地利用效應(yīng)的研究進(jìn)展。 土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)密切相關(guān),其變化改變著生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品與服務(wù)的提供能力。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種惠益,包括有形的物質(zhì)產(chǎn)品供給與無形的服務(wù)提供兩方面,主要分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù)共4種類型(Costanza et al.,1997;Daily et al.,2000)。Costanza等(1997,2014)、歐陽志云等(1999)、謝高地等(2015)眾多國內(nèi)外學(xué)者從不同角度對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評估等進(jìn)行了系統(tǒng)研究,有力促進(jìn)了土地利用生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評估的研究。土地利用變化導(dǎo)致不同類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間呈現(xiàn)復(fù)雜的相互關(guān)系,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間相互影響,其關(guān)系主要表現(xiàn)為權(quán)衡(Trade-off)和協(xié)同(Synergy)。權(quán)衡是指一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的增加造成另一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的減少;協(xié)同是指兩種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)同時(shí)增加或同時(shí)減少(Rodríguez et al.,2006)。 國際上對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的類型、表現(xiàn)形式、驅(qū)動機(jī)制及尺度效應(yīng)等展開了積極的理論探索和實(shí)證研究(Rodríguez et al.,2006;Bennett et al.,2009;de Groot et al.,2010;Lester et al.,2013),國內(nèi)學(xué)者也對上述系列研究成果進(jìn)行了評述和展望(葛菁等,2012;李鵬等,2012;林泉和吳秀芹,2012;李雙成等,2013;戴爾阜等,2015b;傅伯杰和于丹丹,2016)。目前,國內(nèi)外學(xué)者主要采用空間制圖、統(tǒng)計(jì)分析及模型模擬等空間分析和定量分析方法進(jìn)行不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡/協(xié)同關(guān)系研究(Pretty,2008;Nelson et al.,2009;白楊等,2013;Lu et al.,2015;饒勝等,2015;楊曉楠等,2015;李晶等,2016)。空間制圖是通過空間疊置,比較其空間重合度,以直觀的制圖方法表達(dá)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系(Crossman and Bryan,2009;Raudsepp-Hearne et al.,2010;李晶等,2016);統(tǒng)計(jì)分析是對不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),包括相關(guān)分析、閾值分析、極值分析和均方根偏差等方法(Viglizzo and Frank,2006;Bradford and DAmato,2012;Lu et al.,2014;Law et al.,2015;楊曉楠等,2015);模型模擬則是通過集成的方式,甄別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型間的相互關(guān)系,目前開發(fā)了較多模型,如InVEST、ARIES和ESValue等,其中InVEST模型應(yīng)用*為廣泛(Nelson et al.,2009;Bai et al.,2013;Lu et al.,2015;傅伯杰和于丹丹,2016)。上述方法各有優(yōu)缺點(diǎn),在不同案例研究中常被聯(lián)合使用。 以耕地變化為例,盡管我國實(shí)行著*嚴(yán)格的耕地保護(hù)政策,然而,城市用地和工業(yè)用地高速擴(kuò)張,占用大量優(yōu)質(zhì)耕地(傅澤強(qiáng)等,2001;談明洪和呂昌河,2005;Ju et al.,2018),同時(shí),為了生態(tài)保護(hù)建設(shè),退耕還林還草工程也導(dǎo)致耕地?cái)?shù)量的減少(雷玉桃等,2003;劉誠和劉俊昌,2007;陳瑜琦等,2018),另外,作為耕地保護(hù)制度的重要組成部分,占補(bǔ)平衡政策使得林地、草地和濕地等生態(tài)用地被開墾為耕地(湯懷志等,2020)。上述耕地與其他土地利用類型復(fù)雜的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出變化,使耕地相應(yīng)的數(shù)量、質(zhì)量及空間格局也隨之變化,這些均對糧食生產(chǎn)能力產(chǎn)生了重要的影響。近20年來,我國耕地和種糧面積逐漸下降,但糧食總量實(shí)現(xiàn)了“十七”連增,可見滿足糧食需求不是通過擴(kuò)大面積來達(dá)到的,而是通過技術(shù)、管理和布局等更多的土地系統(tǒng)要素實(shí)現(xiàn)的。在此復(fù)雜變化下,盡管糧食總產(chǎn)量持續(xù)增加,但糧食格局發(fā)生重大轉(zhuǎn)折,由“南糧北運(yùn)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤氨奔Z南運(yùn)”。與此同時(shí),耕地在變化過程中,不僅改變了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主體功能,也對生態(tài)環(huán)境等諸多要素產(chǎn)生了復(fù)雜的影響。例如,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動為了追求較高的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益,在生產(chǎn)中大量使用肥料尤其是化學(xué)肥料,從而增加了汛期的肥料流失風(fēng)險(xiǎn),加劇了流域水體富營養(yǎng)化(許爾琪,2019)。大量農(nóng)藥的使用已經(jīng)嚴(yán)重破壞了無脊椎動物的多樣性,如造成蜉蝣和蜻蜓生物多樣性銳減。Beketov等(2013)對歐洲和澳大利亞區(qū)域的調(diào)查研究表明,其生物多樣性遭到嚴(yán)重破壞。尤其在干旱區(qū),耕地?cái)?shù)量大幅增加,使得引水量不斷增加,致使河道下游及綠洲外圍地下水位急劇下降,荒漠天然植被可利用水量迅速減少,造成胡楊、紅柳(多枝檉柳)、野生牧草等大面積衰退死亡(唐莊生,2018)。可見,土地利用變化對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了顯著的影響,亟須對此做出科學(xué)的評估,以指導(dǎo)土地資源的優(yōu)化管理。 1.3土地利用模擬優(yōu)化的研究進(jìn)展 為了合理規(guī)劃和利用土地,不同土地利用方式的選擇需要以土地適宜性評價(jià)作為重要的參考依據(jù)(Collins et al.,2001)。土地適宜性評價(jià)可闡明土地利用狀況、合理程度、利用方向以及用地調(diào)整和轉(zhuǎn)變的可能性及條件,闡明土地利用發(fā)展的潛力及提高土地生產(chǎn)力和改造、保護(hù)的必要措施(石玉林,1982)。聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations,F(xiàn)AO)出版的《土地評價(jià)綱要》,從土地適宜性的角度出發(fā),以綱、類、亞類和單元劃分,反映用地的適宜性程度、用地的限制性因素和改良管理措施(FAO,1976)。20世紀(jì)80年代,由石玉林主持編繪的《中國1∶100萬土地資源圖》構(gòu)建了適用于中國的五級分類系統(tǒng),包括土地潛力區(qū)、土地適宜類、土地質(zhì)量等、土地限制型和土地資源單位。隨著土地適宜性理論、GIS技術(shù)及多指標(biāo)評價(jià)方法的發(fā)展,多要素制圖和疊加方法在土地適宜性評價(jià)研究中得到廣泛應(yīng)用。通過選取土壤條件、地形地貌、氣候條件、地質(zhì)條件、社會經(jīng)濟(jì)、交通區(qū)位和環(huán)境承載力等指標(biāo)構(gòu)建評價(jià)體系,診斷農(nóng)林牧用地、城市用地和生態(tài)用地等的適宜性(Pereira and Duckstein,1993;Kalogirou,2002;劉孝富等,2010;El Baroudy,2016)。 根據(jù)土地適宜性的差異,人類利用土地形成不同的類型和結(jié)構(gòu),獲取所需經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)環(huán)境等效益與價(jià)值。土地多功能性體現(xiàn)著土地滿足人類多種需求的程度和能力,某一土地利用類型經(jīng)常表現(xiàn)出多功能性,體現(xiàn)為土地利用提供的私人和公共的不同產(chǎn)品和服務(wù)(Pérez-Soba et al.,2008;Verburg et al.,2009),目前多是基于環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會三個(gè)可持續(xù)發(fā)展維度的功能構(gòu)建研究框架(Verburg et al.,2009),進(jìn)行分類和評估研究(Aubry et al.,2012;Zhou et al.,2017;Fan et al.,2018)。對于其綜合評估,比較有代表性的是Helming等(2008)和Pérez-Soba等(2008)在總結(jié)歐盟SANSOR計(jì)劃研究成果的基礎(chǔ)上,根據(jù)不同的產(chǎn)業(yè)部門,將土地利用的社會功能、經(jīng)濟(jì)功能和環(huán)境功能細(xì)分為九個(gè)子功能。國內(nèi)外學(xué)者基于構(gòu)建的多指標(biāo)評價(jià)體系,應(yīng)用生物物理過程模型、景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估模型,進(jìn)行土地子功能計(jì)算,再應(yīng)用數(shù)學(xué)方法集成不同土地功能的評估結(jié)果(Wiggering et al.,2006;Lovell,2010;甄霖等,2010;劉彥隨等,2011;杜國明等,2016b;Stürck and Verburg,2017)。 土地利用主體對土地功能偏好的差異也影響土地利用方式的選擇,其更是導(dǎo)致土地利用沖
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