人类活动强度(Human Activity Intensity,HAI)是表征人类活动对自然环境作用程度的客观指标,植被作为生态环境变化的综合指示器,对人类活动变化十分敏感,深入探究HAI与NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,归一化植被指数)时空分异及其关联性,对维稳自然环境、合理控制人类活动以及协调人地关系具有重要意义.以黄土高原为研究区域,使用夜间灯光、人口密度及土地利用数据表征人类活动强度,分析2000-2020年HAI与NDVI的时空分及其关联性.结果显示:(1)2000-2020年黄土高原HAI整体变化较缓(年均速为1.39％),空间呈现"七点一圈一带"的分布格局,呼包鄂榆及晋中城市群HAI强度变化较频繁,高强度区向西北方向呈集中分布态势.(2)2000-2013年NDVI增速较快(2.11％/a),2014-2020年增速放缓至0.82％,整体呈现东南高西北低分布,高植被覆盖区域向西北移动且多方向扩张.(3)HAI与NDVI相关性空间分异明显,且在关中、呼包鄂及晋中城市群呈空间聚集分布.人类活动对植被覆盖的作用具有双向性,高强度人类活动致使植被覆盖锐减,退耕还林等工程有效抑制植被退化,生态环境有所改善.研究结果可为精细量化人类活动强度、黄土高原未来国土空间规划及生态环境修复与维稳提供一定理论依据与参考.

准确估算陆地生态系统碳储量,科学制定生态环境保护和土地利用政策,对促进区域低碳可持续发展,实现"碳中和"目标具有重要意义.基于大量碳密度样点数据,将其与生态地理分区和土地利用类型图空间叠置,采用克里金插值法得到黄河流域碳密度空间分布数据集.应用InVEST模型对2000年、2010年和2020年黄河流域陆地生态系统碳储量的时空演变测度,提高了碳储量估算结果的准确性.利用Pearson相关性分析和多尺度地理加权回归模型(MGWR)对自然、社会经济和景观格局指数等因素对县级行政单元尺度单位面积碳储量的影响进行分析.主要结论如下:(1)黄河流域碳密度空间分布呈西部大于东部、东部地区自东南向西北递减的格局;(2)2000-2020年黄河流域陆地生态系统碳储量增加0.02％(7.011×109-7.012× 109t),空间分布与碳密度相同,空间集聚特征显著,"高高集聚区"主要分布在黄河上游西南部的青藏高原地区,"低低集聚区"主要分布在黄河上游北部和黄河下游大部分地区;(3)Pearson相关性分析得出与碳储量呈正相关的影响因素为Pr(降水)、NDVI(归一化植被指数)和Slope(坡度);呈负相关的影响因素为TEM(温度)、HAI(人类影响指数)、SHDI(香农多样性指数)、DN(夜间灯光数据像素值)和PPOD(人口密度).(4)MGWR模型得出TEM、Pr、NDVI和SHDI空间异质性强,HAI在2010年后异质性强;Slope空间异质性中等;DN和PPOD为全局尺度变量,空间影响平稳;(5)MGWR模型得出NDVI对黄河流域县级单位面积碳储量作用强度最大.NDVI、Slope对县级单位面积碳储量的影响呈正效应,TEM、HAI、DN和PPOD呈负效应,Pr、SHDI呈正、负双向效应.

中国致力于在2060年前实现碳中和,为缓解气候变化的全球性目标贡献力量.人类活动引起的土地变化是造成碳排放的主要原因之一.四川省森林资源丰富,具有较高的经济增长潜力和重要的生态地位,是中国实现碳中和的关键区域之一.为从土地管理的角度为中国的碳中和提供政策支持,本文在顾及土地利用强度和生态-经济权衡的情景下预测了四川省2030年的土地变化,提出了顾及土地利用强度的陆地生态系统未来碳储量估算方法,并估算了四川省2030年的碳储量.结果表明,四川省若能在未来平衡经济效益和生态效益,可在2030年同时实现经济生产总值(相对于2020)增加约34％和碳储量增加约3％.为实现上述目标,四川省未来具体需加强西北部高原温带湿润/半湿润地区和高原亚寒带半湿润地区的林地和湿地的保护与扩张,并促进以成都为核心的四川省东南部中亚热带湿润地区城市的均衡发展.

洪涝灾害情景模拟与损失预估对湖泊型流域防洪减灾和可持续发展具有重要意义.以我国典型的湖泊型流域南四湖流域为例,利用CA-Markov模型预测2030年三种用地情景,采用P-Ⅲ型概率曲线构建10、20、50、100 a四个重现期强降雨情景,得到12种组合情景;通过InVEST模型和等体积淹没法量化不同情景的径流和淹没深度;在各产业GDP空间预测的基础上计算12种情景的洪涝直接经济损失.结果表明:(1)CA-Markov模型在南四湖流域的土地利用模拟精度较高,三种用地情景的各地类变化显著;(2)用地变化对流域洪涝灾害的影响显著,其中城镇发展情景下洪涝灾害风险最大,而生态保护情景风险最低;(3)暴雨强度会明显增加各用地情景的经济损失,但增幅在50 a重现期后有所减缓;生态保护情景的经济损失最少,介于97.39-128.81亿元之间,与其他情景相比,该情景可在一定程度上减少洪灾损失.为此,在气候变化背景下湖泊型流域可持续发展应充分考虑土地利用变化对洪涝灾害风险的影响,合理扩张城镇建设用地,优化布局生态用地,充分发挥国土空间规划在防洪减灾方面的作用.

土地利用变化是自然演变与人类活动共同作用的结果,大量的人口流动一定程度上将影响土地利用方式,进而对区域生态环境质量产生影响作用.因此,研究人口流动对土地利用变化的影响及生态效应,能为合理调控区域人地关系,促进区域生态环境与经济的平衡发展提供理论支持.基于长时序高空间分辨率土地利用数据,以具有典型移民现象的四川省凉山州为研究区,针对移民驱动下的土地利用时空变化特征及其诱发的生态效应进行研究分析.结果表明:(1)2000-2020年间,受人口迁移影响,凉山州土地资源的利用结构和程度都发生了相应改变,以耕地、草地、林地及不透水面的面积变化最为显著.在人口迁入较多的西昌、冕宁和德昌等县市内,供人类生活、生存所需要的耕地和建筑用地的数量显著增加;相反,对于大量人口迁出的喜德、昭觉和美姑等地区,人类活动强度的降低为生态用地的恢复和重建提供了条件,生态用地面积不断上涨.(2)受土地利用类型、地形条件、人口分布等因素的影响,凉山州整体生态环境质量呈西高东低、北高南低的空间分布格局.2000-2020年,整体生态环境质量仅下降了 0.36％,总体较为稳定.(3)生态环境质量改善区域集中于东部的越西、美姑及昭觉等县市,而生态环境质量降低的区域主要位于盐源、会里、西昌和德昌等县市.生态环境质量的改变与区域移民活动存在紧密联系,其中由移民迁入引发的耕地和不透水面对生态用地的挤占,对生态环境质量退化贡献比重达87.97％,而随着移民迁出为生态工程的实施提供条件,凉山州内生态用地面积共增加775.84 km2.

评估南亚热带季风气候影响下流域水源涵养量的时空格局及其对降雨的响应特征,可为揭示不同时间尺度流域降水变化下水源涵养演变规律提供科学依据.本研究以北部湾防城河流域为研究对象,基于水量平衡原理,应用SWAT模型探究水源涵养量的时空格局及其对降水的响应特征.结果表明:防城河流域水源涵养量为1637.4 mm·a-1,占年均降水量的50.7％.不同子流域的水源涵养变化量的差异明显,其中,森林植被覆盖度高、坡度较陡的子流域水源涵养量大,而其他土地利用类型(如田地、草地)、坡度较缓、人类活动强度大的子流域水源涵养量较低.在月尺度上,水源涵养量和水源涵养变化量均与流域降水呈现相似的变化特征.水源涵养变化量对次降水量的响应呈现两种类型:短期降雨(降雨持续时长≤2d)与水源涵养变化量呈线性变化,中长期降雨(2 d＜降雨持续时长≤10d)与水源涵养变化量呈非线性曲线变化,且主要受到蒸散发等过程的影响.高频次短持续时间的降水事件相对于长持续时间的降水事件更有利于增加生态系统水源涵养.

建设城市生态绿楔,发挥其冷岛与通风降温作用以有效减缓热岛效应,是提升城市适应气候变化能力的重要抓手.对生态绿楔的保育情况及其冷岛效应开展动态化监测与周期性评估,是保障其热岛减缓效益的关键手段.本研究基于多源遥感数据,利用马尔可夫转移矩阵、土地利用动态度、土地利用程度综合指数等方法对2013、2020年武汉市六大生态绿楔的土地利用变化情况进行系统分析,并对生态绿楔的地表温度及其冷岛效应变化特征展开评估.结果表明:2013-2020年,武汉市生态绿楔存在大量生态用地被建设用地侵占的情况,其中,水域面积下降最大.随着生态绿楔持续被侵蚀,六大绿楔地表温度均呈现上升趋势,同时,生态绿楔的冷岛效应也呈现减弱趋势.六大绿楔中,大东湖、汤逊湖和武湖生态保育程度较好,土地利用变化速度较慢、整体开发程度较低;青菱湖、后官湖保育程度一般;受武汉市西进政策影响,府河建设开发强度较高,水域占比下降程度(7.1％)、升温幅度(3.00℃)及冷岛效应影响距离缩减(210 m)均为六大绿楔中最高.研究结果可为面向热岛减缓的武汉市生态绿楔专项规划制定与管理等提供科学依据.

土地利用变化引起的碳排放增加,是全球碳排放量增加的重要原因,土地利用不合理会影响区域碳平衡.利用 1990-2015 年遥感影像数据和能耗数据,通过碳排放模型构建、碳排放效应测算、土地利用碳排放动态度和碳排放贡献率等方法,剖析了武汉市土地利用碳排放时空变化.结果表明:(1)武汉市碳排放量逐年增加,研究期内增加了91.02%,年均增长率为 3.64%.建设用地是最大碳源,水域和林地是主要碳汇,建设用地的碳排放量是决定土地利用净碳排放量的主导因素.(2)单位国内生产总值的碳排放强度波动下降,人均碳排放强度稳定上升.(3)碳排放强度较大的地区主要集中在城市中心的建城区,远郊区林地集中的地区碳排放强度较小.武汉市"碳源"增强区以市中心呈现典型的圆形分布,而"碳汇"增强区零星分布在公园建设、退耕还林和退建还林区.(4)建设用地对区域碳排放量变化的碳排放贡献率高达 99.75%,是区域碳排放的主要贡献因子.

土地利用冲突是区域土地开发利用过程中存在的客观问题,对区域经济社会发展和生态安全具有重要影响.识别、测度区域土地利用冲突,明晰其时空演化格局,有助于优化区域土地利用结构,促进土地资源的可持续利用.以重庆市为例,基于景观格局构建了土地利用冲突测度模型,从县域、镇域以及格网 3 个尺度全面和系统地分析了 1995-2020 年重庆市土地利用冲突的时空演化特征,并耦合多目标规划(Multi-Objective Programming,MOP)-斑块生成土地利用变化模拟模型(Ptach-generating Land Use Simulation,PLUS)模拟了重庆市 2030 年不同发展情景下土地利用冲突格局.结果表明:(1)1995-2020 年重庆市县域、镇域与格网不同尺度下的土地利用冲突格局具有较大相似性,不同尺度的土地利用重度冲突区主要分布在重庆中心城区及周边地区,区县建成区.土地利用一般冲突区主要分布于渝东南和渝东北地区.研究期内土地利用冲突有所加剧,其中土地利用重度冲突区占比增加了 3.09%.(2)1995-2005 年重庆市土地利用冲突区主体位于乡村地域,但冲突程度较低,随着工业化、城市化进程及人口的集聚,2005 年后土地利用冲突热点区域的城市地域集聚效应显著,城市及周边地区土地利用冲突区面积和土地利用冲突度均显著提升.(3)区域土地利用冲突空间格局不仅受到了人为经济社会活动的驱动影响,在空间格局上受自然生态环境基底影响显著,其中地形地貌的限制加剧了土地利用重度冲突区.(4)不同发展情景模拟中经济优先发展情景下土地利用冲突最为严重,生态优先发展情景下土地利用冲突最小,可持续发展情景兼顾了经济和生态发展的用地需求,土地利用冲突强度处于中间范围,但区域发展总福利最大,是未来区域发展路径最优选择.

厘清国土空间多功能相互关系及影响因素,对实现国土空间可持续利用与保护具有重要意义.以京津冀地区为例,揭示了其国土空间多功能时空变化特征,利用Spearman相关性分析、均方根误差和地理探测器诊断了多功能之间相互关系与权衡强度,并探析了多功能权衡强度影响机制.结果表明,生产功能和生活功能主要集中在东南部平原区,生态功能主要集中在西北山区,2000-2020 年生产功能和生活功能提升而生态功能呈退化态势.国土空间多功能权衡强度均值表现为"生活功能-生态功能"＞"生产功能-生态功能"＞"生产功能-生活功能".2000-2020 年生产与生活功能间的权衡强度增强,从 0.038 上升至0.060;而生产与生态功能间权衡强度减弱,从 0.190 下降至 0.180;生活与生态功能间的权衡强度轻微减弱,从 0.206 下降至0.205.京津冀西北区是生产与生态功能以及生活与生态功能权衡强度高值区,集中在承德、秦皇岛和北京市.东南部平原区是生产与生活功能权衡强度高值区,尤其是衡水、邯郸和邢台等地权衡明显加剧.国土空间多功能权衡强度空间分异受土地利用、自然因素和社会经济因素共同影响,其中土地利用强度是最主要影响因子,各影响因素在不同年份影响程度略有不同.研究结果可以帮助决策者将国土空间多功能权衡理念纳入国土空间规划与管理.