阿克苏地区土地利用变化情景模拟及其生态安全水平评价

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doi:10.12202/j.0476-0301.2021317

马伟^1,,
张文新^1,,,
王红瑞²,
金峰³,
杜斌⁴,
武风奇⁵

1.
必威最新登录地址地理科学学部，100875，北京
2.
必威最新登录地址水科学研究院，100875，北京
3.
北京北建大城市规划设计研究院有限公司，102218，北京
4.
阿克苏地区自然资源局，843006，新疆阿克苏
5.
西北大学城市与环境学院，710727，陕西西安

基金项目:国家自然科学基金资助项目（51879010）；阿克苏地区国土空间总体规划（2021—2035年）编制资助项目（YH2020052632）

详细信息

通讯作者:
张文新（1968-），男，博士，教授. 研究方向：国土空间规划、土地利用规划. E-mail:wzhang@bnu.edu.cn

中图分类号:X820.4
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出版历程
- 收稿日期:2021-12-20
- 录用日期:2021-12-20
- 网络出版日期:2022-06-14
- 刊出日期:2023-02-01

Land use change and ecological security in Aksu

1.
Faculty of Geographical Science, Beijing Normal University, 100875, Beijing, China
2.
College of Water Sciences, Beijing Normal University, 100875, Beijing, China
3.
Bucea Urban Planning and Design Institute, 102218, Beijing, China
4.
Aksu Regional Natural Resources Bureau, 843006, Aksu, Xinjiang, China
5.
College of Urban and Environment Sciences, Northwest University, 710727, Xi’an, Shaanxi, China

摘要

摘要:采用CA-MCE-Markov模型设计并模拟了阿克苏地区2030年自然发展、经济发展优先、内涵提升情景下的土地利用变化，运用PSR模型定量评价了3种情景的土地生态安全水平．结果表明：1）面积变化上，内涵提升情景耕地减少了774 km ²，城乡建设用地增加了100 km ²，实现了集约发展；自然发展情景与经济发展优先情景耕地增加了3 436 km ²，城乡建设用地增加了386 km ²，呈粗放式发展．2）空间变化上，自然发展情景耕地、林地、水域反演位置不符实际、经济发展优先情景城乡建设用地布局粗放、内涵提升情景用地布局具备合理性．3）顺延历年发展状态，生态安全水平将持续降低；若以经济发展优先为发展导向，安全压力及承载力响应两方面问题依然严峻；相比之下，内涵提升情景生态安全水平大幅提升，为最优模拟方案，生态高度安全．通过评测不同情景土地利用变化差异，为解决实际矛盾、改善生态环境、谋求永续发展提供措施与方法．
- 多情景模拟/
- 土地利用变化/
- 生态安全/
- CA-MCE-Markov模型/
- PSR模型
Abstract:To explore ecological security response to multi-scenario land use changes in arid areas will help to promote scientific land development and utilization and to build ecological security systems．The CA-MCE-Markov model was applied to design and simulate land use changes in natural development, economic development priority and internal enhancement scenarios in Aksu in 2030．PSR model was used to evaluate land ecological security levels quantitatively．In terms of area change, simulation indicated that cultivated land will decrease by 774 square kilometers, urban and rural construction land will increase by 100 square kilometers in an internal enhancement scenario, to achieve intensive development．Natural development and economic development priority scenarios will increase cultivated land by 3436 km ², urban and rural construction land by 386 km ²．In terms of spatial change, inversion positions of cultivated land, forest land and water area in natural development scenario are inconsistent with reality, layout of urban and rural construction land in economic development priority scenario is rough, layout of urban and rural construction land in internal enhancement scenario is reasonable．If development status continues over the years, level of ecological security will continue to decrease. If economic development is given priority, safety pressure and bearing capacity response are still serious problems．In contrast, ecological security level of internal enhancement scenario will be greatly improved, which is the optimal simulation scheme and high ecological security．By evaluating multi-scenario land use changes, we provide measures and methods to solve actual conflicts, seek sustainable development, and improve ecological environment．
- multi-scenario simulation/
- land use change/
- ecological security/
- CA-MCE-Markov model/
- PSR model

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图 1模拟情景对比

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图 2内涵提升情景技术路线

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图 32030年阿克苏地区土地利用模拟

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图 4土地利用转移活动中、高值区与土地利用转移图谱

注：1. 耕地；2. 园地；3. 城乡建设用地；4. 陆地水域；5. 未利用土地；6. 林地；7. 草地；8. 区域基础设施用地；9. 湿地；10. 其他建设用地；11. 其他农用地．

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表 1数据及指标来源

数据来源及内容	转化指标
地理空间数据云：SRTMDEMUTM 90 m×90 m 数字高程数据、SRTMSLOPE 90 m× 90 m 坡度数据	高程、坡度、地形起伏度
国家地球系统科学数据中心：土壤有机质含量1 km×1 km、土壤质地1 km×1 km、土壤沙粒含量1 km×1 km、全国植被覆盖率数据500 m×500 m	土壤沙粒含量、土壤质地、土壤有机质、植被覆盖度
中国资源环境科学数据中心：GDP数据1 km×1 km、人口数据1 km×1 km、中国年降雨量空间插值数据集、全国1∶100万AAT10DEM、中国500 m×500 m湿润指数、中国 1 km×1 km植被类型数据	人口密度、GDP密度、平均降雨量、>10°积温、湿润指数、植被类型

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表 2经济发展优先、内涵提升情景约束性影响因子及其权重

情景	指标		权重
情景	一级	二级	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
经济发展优先	土壤环境	土壤沙粒含量	0.08	0.24	0.03	0.09	0.08	0.21	0.21	0.03	0.08	0.04	0.08
		土壤质地	0.15	0.22	0.03	0.06	0.16	0.10	0.20	0.03	0.03	0.02	0.15
		土壤有机质	0.26	0.09	0.03	0.15	0.16	0.21	0.1	0.03	0.05	0.03	0.26
	地形地势	高程	0.15	0.05	0.12	0.05	0.04	0.15	0.16	0.16	0.06	0.07	0.15
		坡度	0.10	0.10	0.05	0.08	0.08	0.10	0.07	0.05	0.09	0.17	0.11
		地形起伏度	0.06	0.17	0.07	0.03	0.08	0.07	0.10	0.09	0.15	0.11	0.06
	社会经济	人口密度	0.07	0.03	0.21	0.05	0.17	0.04	0.04	0.13	0.13	0.17	0.07
		GDP密度	0.03	0.02	0.09	0.10	0.11	0.04	0.04	0.09	0.08	0.07	0.02
		城镇辐射度	0.04	0.02	0.17	0.17	0.06	0.04	0.04	0.16	0.13	0.11	0.04
		交通优势度	0.06	0.06	0.20	0.22	0.06	0.04	0.04	0.23	0.20	0.21	0.06
内涵提升	土壤环境	土壤沙粒含量	0.08	0.12	0.03	0.04	0.14	0.07	0.13	0.02	0.05	0.03	0.03
		土壤质地	0.05	0.05	0.01	0.02	0.08	0.04	0.06	0.01	0.03	0.02	0.09
		土壤有机质	0.12	0.08	0.01	0.02	0.04	0.13	0.06	0.01	0.08	0.02	0.19
	地形地势	高程	0.07	0.03	0.02	0.08	0.02	0.08	0.09	0.03	0.04	0.05	0.04
		坡度	0.03	0.02	0.01	0.04	0.02	0.03	0.03	0.01	0.02	0.02	0.07
		地形起伏度	0.05	0.02	0.04	0.04	0.02	0.04	0.03	0.02	0.04	0.03	0.10
	社会经济	人口密度	0.02	0.04	0.15	0.01	0.04	0.01	0.04	0.10	0.02	0.05	0.04
		GDP密度	0.01	0.02	0.04	0.01	0.07	0.01	0.03	0.05	0.04	0.11	0.02
		城镇辐射度	0.01	0.01	0.08	0.03	0.02	0.02	0.02	0.07	0.04	0.07	0.02
		交通优势度	0.03	0.03	0.08	0.03	0.02	0.04	0.01	0.16	0.04	0.11	0.05
	水气环境	多年平均降雨量	0.10	0.18	0.05	0.12	0.03	0.08	0.08	0.08	0.06	0.05	0.06
		湿润指数	0.10	0.11	0.10	0.12	0.11	0.20	0.08	0.08	0.10	0.08	0.03
		水资源丰度指数	0.10	0.06	0.06	0.06	0.05	0.07	0.10	0.02	0.06	0.04	0.09
		>10°积温	0.10	0.04	0.03	0.04	0.07	0.04	0.07	0.04	0.03	0.03	0.03
	植被环境	植被覆盖度	0.08	0.12	0.06	0.09	0.02	0.04	0.02	0.07	0.08	0.07	0.02
	植被环境	植被类型	0.02	0.03	0.06	0.02	0.07	0.04	0.04	0.02	0.02	0.04	0.02
	安全环境	水污染高风险区	0.01	0.01	0.07	0.07	0.04	0.01	0.01	0.05	0.09	0.05	0.04
		土壤污染高风险区	0.01	0.01	0.05	0.05	0.04	0.03	0.01	0.03	0.09	0.04	0.05
		大气污染高风险区	0.02	0.02	0.03	0.10	0.07	0.01	0.04	0.05	0.05	0.03	0.01
		地质灾害高风险区	0	0.01	0.02	0.03	0.02	0	0.03	0.08	0.03	0.08	0.02
注：地类对应为“1-耕地、2-园地、3-城乡建设用地、4-陆地水域、5-未利用土地、6-林地、7-草地、8-区域基础设施用地、9-湿地、10-其他建设用地、11-其他农用地”．

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表 3土地生态安全评价指标体系及权重

目标层	准则层		指标层	权重
阿克苏地区土地生态安全综合指数	安全压力	生态系统安全	生态红线突破率	0.1297
		粮食安全	永久基本农田突破率	0.0903
		国土安全	污染灾害区占用率	0.0392
		水安全	水源地减少率	0.0528
	景观状态		散布与并列指数	0.0552
			蔓延度指数	0.0325
			景观破碎指数	0.0774
			香浓多样性指数	0.0325
	承载力响应	水资源承载力	可承载灌溉规模系数	0.2230
		水资源承载力	可承载城乡建设用地规模系数	0.1290
		土地资源承载力	城乡建设用地可承载人口规模	0.0692
		土地资源承载力	耕地可承载人口规模	0.0692

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表 42020—2030年土地利用转移矩阵 km ²

		2030年
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
2020年	1	—	2055	292	591	322	438	90	87	28	16	20
	1	—	28	2	130	22	488	80	6	17	0	0
	2	933	—	205	90	78	97	17	37	2	6	6
	2	0	—	112	49	5	36	0	30	2	5	4
	3	185	127	—	23	38	56	17	38	1	15	4
	3	0	113	—	14	1	17	3	20	1	5	2
	4	427	38	20	—	453	336	1119	40	429	3	2
	4	0	70	13	—	7	96	81	26	47	3	2
	5	937	115	147	1870	—	2381	9215	107	447	89	10
	5	0	215	62	1652	—	2146	5864	93	419	85	13
	6	1146	85	60	611	335	—	2326	45	576	27	5
	6	0	112	33	261	1	—	229	22	151	17	3
	7	3541	456	95	1879	1878	5161	—	72	409	51	12
	7	0	394	25	855	5	2662	—	59	228	36	9
	8	24	8	45	21	68	42	23	—	5	5	0
	8	0	11	26	7	9	21	22	—	4	3	0
	9	133	11	2	339	72	391	161	3	—	6	0
	9	0	10	0	1	0	2	3	0	—	1	0
	10	27	8	20	7	33	12	14	2	1	—	2
	10	0	6	7	5	7	16	10	1	1	—	1
	11	21	5	5	1	2	2	2	0	0	1	—
	11	0	5	2	1	0	1	0	0	0	0	—
注：表内数据为自然发展（上行）/经济发展优先（下行）内涵提升．地类对应为“1-耕地、2-园地、3-城乡建设用地、4-陆地水域、5-未利用土地、6-林地、7-草地、8-区域基础设施用地、9-湿地、10-其他建设用地、11-其他农用地”．

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表 5阿克苏地区土地生态安全评价结果

指标项	2020年		2030年
	2020年		自然发展情景		经济发展优先情景		内涵提升情景
	测度值	评价值	测度值	评价值	测度值	评价值	测度值	评价值
阿克苏地区生态安全综合指数	—	0.6350	—	0.5939	—	0.6498	—	0.7447
安全压力	—	0.1696	—	0.0771	—	0.1168	—	0.1515
生态红线突破率	0.0009	0.0713	0.0017	0.0195	0.0011	0.0584	0.0009	0.0713
永久基本农田突破率	0.2827	0.0265	0.3771	0.0052	0.3667	0.0075	0.2929	0.0242
污染灾害区占用率	0.0412	0.019	0.0528	0.0133	0.0560	0.0118	0.0465	0.0164
水源地减少率	0	0.0528	0.0520	0.0391	0.0800	0.0391	0.0500	0.0396
景观状态	—	0.0961	—	0.1463	—	0.1625	—	0.1386
散布与并列指数	73.9653	0.0408	71.8737	0.0397	72.4418	0.0400	73.0345	0.0403
蔓延度指数	62.4908	0.0203	61.2304	0.0199	62.3894	0.0203	59.7558	0.0194
景观破碎指数	2.1167	0.0155	0.8857	0.0542	0.2639	0.0697	1.1556	0.0464
香浓多样性指数	1.4944	0.0195	1.7781	0.0325	1.7857	0.0325	1.7426	0.0325
承载力响应	—	0.3693	—	0.3705	—	0.3705	—	0.4546
可承载灌溉规模系数	0.8100	0.1806	0.6611	0.1474	0.6611	0.1474	0.9703	0.2164
可承载城乡建设用地规模系数	0.3900	0.0503	0.6569	0.0847	0.6569	0.0847	0.7738	0.0998
城乡建设用地可承载人口规模	491.9700	0.0692	640.8000	0.0692	640.8000	0.0692	543.9500	0.0692
耕地可承载人口规模	5555.7200	0.0692	7508.6500	0.0692	7508.6500	0.0692	5115.3500	0.0692

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