耦合GMDP与GeoSOS-FLUS模型的区域土地利用优化配置研究

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随着经济、社会、城镇化进程的不断加快,促进了小城镇人口集中和产业聚集,也使得小城镇的土地利用发生了巨大变化,间接影响着区域的发展,尤其在土地资源紧张、人地关系矛盾突出、耕地锐减的形势下,合理科学地利用土地,可以有效促进社会经济的高质量发展。本文以河北省张家口市宣化区为例,深入分析了宣化区的土地利用类型和生态系统服务价值(Ecosystem Service Value,ESV)的空间分布特征,同时为探索土地利用变化对ESV的影响,运用灰色关联度分析二者的关系,最后以实现区域系统效益最大化为目标,构建数学模型,耦合经济与生态效益,结合GeoSOS-FLUS模型,以实现土地利用的优化。论文主要工作如下:(1)基于遥感影像解译数据,分析了2007-2015年宣化区的土地利用变化及其分布特征。研究表明:2007-2019年,宣化区的用地类型主要以林地、耕地、草地为主,占比分别为36.81%、29.07%、19.30%,总占比为85.18%,土地利用数量呈“三升高三降低一波动”的趋势。从整体分布来看,宣化区的海拔差异较明显,在低海拔地区主要以耕地和建设用地为主,随着海拔的升高耕地和建设用地逐渐减少,林地面积逐渐增加,从低海拔地区到高海拔地区土地利用类型的分布规律大致为由耕地向林地过渡。(2)评估宣化区的ESV。为进一步分析ESV的空间分异特征及其与土地利用变化的关系,采用Moran’s I和LISA集聚图对宣化区的ESV做空间自相关分析,采用灰色关联度分析ESV与土地利用变化的相关性。研究表明:2007-2019年,宣化区的ESV整体呈增加态势,共增加16553.16万元,不同时期林地的ESV始终是最高的,占宣化区ESV的58%以上,其次是耕地和园地,这三类生态系统提供了全区87%以上的态系统服务价值。从ESV的分布来看,ESV较高的区域主要分布在海拔较高的山区,因为这里分布着大面积的林地,ESV呈明显的空间集聚态势,空间相关性较强,但是其相关性在逐渐减弱。在研究期内不同类型的用地面积与ESV的灰色关联度系数平均值由高到低分别是林地>园地>草地>耕地>建设用地>未利用地>水域,水域和未利用地与生态系统服务价值关联度系数平均值都比较小。(3)进行土地利用优化,以生态优先、绿色发展为导向的高质量发展为优化目标,将生态效益最大化目标与经济效益最大化目标耦合为一个复合系统进行土地利用数量结构的优化,建立了GMDP模型,并耦合GeoSOS-FLUS模型在数量优化的约束下,进行土地利用空间布局的优化。研究表明优化后宣化区的ESV增长了0.09%。布局优化模拟的图斑显示:增加的建设用地主要由于耕地的转化,建设用地增加的区域主要分布在城镇附近的地区,与已有的建设用地相连成片,除水域外,其他用地均有一定的程度向建设用地转化,草地和林地之间的相互转化主要是以草地向林地转化为主。
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