基于格网的黑河中游土地多功能性及时空格局权衡

Multifunctional land use is the ultimate option to confront insufficient land resources and ease the current conflict on land use, which constitute the main content of sustainable land use research. This study, following the academic frontier and the ‘the Belt and Road Initiatives’ policy, selects the middle reaches of the Heihe River as the study area, where the oasis is most concentrating distributed and the man-land relationship is particularly contradicted in the northwest inland of China. Moreover, we expand and integrate multiple data sources, including socioeconomic statistics, field research and remote sensing. Then we refine and apply these data in different methods such as GIS, spatial statistics, modeling and simulation. Foremost, we recognize the multifunction of land use and build the evaluation system based on 3km by 3km grid scale, in order to reveal and analysis the spatial-temporal trajectory of multifunctional land use in the middle reaches of the Heihe River in recent 30 years, trade-offs between the multi-functions, and the spatial patterns of the multi-functions. Eventually, based on the spatial clustering results of multifunctional land use, we propose a scheme for land use principal function regionalization. We raise a control strategy of optimizing land considering the land use conflict and transition, industrial development mode and ecological security pattern. The conclusion will not only provide the scientific basis of the sustainable oasis land use in the arid zone, but also put forward the multifunctional land use research and extend the content of land change science.

土地多功能利用是应对土地资源不足、缓解土地利用冲突的必然选择。研究立足学科前沿，着眼于国家“一带一路”战略，选择西北内陆河流域绿洲分布最为集中、人地关系矛盾最为突出的黑河中游作为研究区，集成社会经济统计数据、野外实地调研数据、遥感监测数据等多源数据，采用GIS技术、空间统计分析和模型模拟等方法，基于3km×3km格网尺度进行土地多功能利用的识别、多功能属性特征关系的表征、多功能评价指标体系及评估模型的构建；分析30年来黑河中游土地多功能利用的时空轨迹，权衡各项功能之间此消彼长的时空关系，揭示多重土地功能的空间分布模式；最后，基于土地多功能利用空间聚类结果进行土地利用主导功能区划，并结合研究区土地利用转型、土地利用冲突、产业发展模式及生态安全格局等，提出土地优化利用的调控方向与措施。研究结果不仅为干旱区绿洲可持续土地利用提供依据，也可推进土地多功能性的研究，深化土地变化科学的内容。

土地多功能利用是应对土地资源不足、缓解土地利用冲突的必然选择。针对黑河中游绿洲分布集中、人地关系矛盾突出的特点，探讨多重土地功能的空间分布模式，以期寻求区域土地可持续利用途径。首先，基于景观格局构建了由外部压力、脆弱性和稳定性表征的土地利用冲突强度模型，揭示了土地利用冲突的时空变化特征；在充分考虑水资源约束的条件下，构建多目标竞争力评价模型，揭示了耕地、建设用地和生态用地竞争力的时空特征，进而识别潜在土地利用冲突的时空格局；通过构建空间冲突多水平回归模型，揭示了空间冲突的驱动因素。其次，从社会功能、经济功能和生态功能建立了土地系统多功能分类体系，基于系统性、主导性、可操作性和简洁性原则构建了土地利用多功能评价指标体系；建立了基于集对分析、加速遗传算法投影寻踪的土地多功能评估模型；建立了基于双变量空间自相关分析、热点分析、约束线和耦合协调度分析的土地多功能权衡模型。第三，融合了遥感、统计、POI等多源地理数据，揭示了在3km×3km格网尺度、乡镇尺度土地多功能利用的时空演变及权衡关系；基于500m×500m栅格、从生产-生活-生态“三生”功能角度重点揭示了耕地多功能性的时空变化与权衡关系；选取约束线和耦合协调度模型揭示了土地功能之间的权衡协同关系及驱动因素；构建耦合协调度模型和剪刀差模型探究了社会经济功能和生态环境功能之间的近远程耦合协调关系。第四，揭示了40年来“三生”空间格局演变及其驱动因素，绿洲-城镇-荒漠景观演变及生态环境效应，结合土地多功能性权衡与协调结果，利用K均值聚类、二阶聚类进行功能分区，并提出分区管理与土地持续利用的策略；基于随机游走与最小成本路径结合的电路模型构建了区域生态安全格局，从点、线、面进行景观格局优化，并利用CLUMondo模型模拟了所构建格局对生态保护的贡献。土地多功能利用研究为耦合社会-生态系统提出了新思路，对干旱区内陆河流域发展具有重要意义。