快速城市化背景下土地系统脆弱性研究及其适应策略

The rapid urbanization has highlighted the vulnerability of land system, which will pose a direct threat to the regional ecological security. To date, the studies on influencing factors of vulnerability fail to meet the complexity requirements of land system due to ignoring the nonlinear relationships. Based on the complex network theory, this project will investigate the vulnerability of land system under the disturbance of rapid urbanization, and then put forward the strategies of adaption management to rapid urbanization. The key research contents include: (1) We establish the bilayer structure analysis model under the disturbance of rapid urbanization, which highlights the dynamic characteristics and feedback process during the formation process of land system vulnerability. Then we propose the evaluation model regarding the overall vulnerability of land system and its classification criterion. (2) Under different urbanization patterns and investment management costs, we explore the influencing mechanisms of various land types to the network structural vulnerability of land system and that of the key land type to the network functional vulnerability of land system. Meanwhile, we propose the identification method of key land type and generalize the occurrence conditions of functional vulnerability of land system. In summary, the project initially establish the theory and methodology for analyzing vulnerability, influencing mechanisms and adaptive management of land system under rapid urbanization, which can provide theoretical basis for land ecological security and decision support to promote the sustainable utilization of land resources.

快速城市化导致土地系统脆弱性问题凸显，直接威胁着区域生态安全。目前关于脆弱性影响因素的研究忽视非线性关系，已不能满足土地系统复杂性要求。本项目运用复杂网络理论对快速城市化扰动下的土地系统脆弱性进行研究，提出土地系统适应快速城市化的策略。重点研究内容有：（1）突出土地系统脆弱性形成的动态特性和反馈过程，建立快速城市化扰动下的“双层结构”土地系统脆弱性分析模型，提出土地系统整体脆弱性评估模式与脆弱性分级准则；（2）以复杂网络理论为基础，探讨不同城市化模式和不同投入管理成本下，各类用地对土地系统结构脆弱性，以及重要地类对土地系统功能脆弱性的影响机制，提出土地系统重要地类判别方法，归纳土地系统功能脆弱性发生条件。本项目初步建立快速城市化背景下土地系统脆弱性分析、影响机制和适应策略的理论与方法体系，为应对土地生态安全提供理论基础，同时为促进土地资源可持续利用提供决策支持。

本项目以系统科学为基础，探讨土地系统脆弱性形成机制，建立快速城市化扰动下的“双层结构”土地系统脆弱性分析模型，揭示快速城市化对土地系统脆弱性的影响机理，提出土地系统应对快速城市化的适应性策略。主要结果包括：（1）借助RS技术对Landsat TM影像进行解译，开展土地利用变化分析；根据生态系统服务价值理论，借助GIS对生态系统服务价值时空分布分析；（2）以1979年Holdgate提出的“源-路径-受体-影响”（SPRC）为根本基础，土地利用变化作为“扰动源”，土地系统作为“受体”，分析土地系统脆弱性的发生路径和产生的影响，建立快速城市化扰动下的“双层结构”土地系统脆弱性分析模型；（3）建立“暴露-敏感-适应能力”整体脆弱性评价模型，探讨脆弱性时空异质性及其不同时空脆弱性分布驱动因素；（4）构建有向有权土地系统网络模型，提出一种新的节点重要度判别方法；建立一种网络负载方法来揭示不同城市化情景下土地系统网络在级联失效传播过程中的结构脆弱性；（5）从存量-流量视角出发，提出攻击前后生态系统服务价值变化、刻画复杂网络异质性的负载熵指标度量土地系统功能脆弱性方法，并提出综合两个指标的优势能有效度量不同情景下土地系统网络在级联失效传播中的功能脆弱性影响规律；（6）提出针对不同脆弱性级别的三种土地系统适应模式，即以开发利用为主，以承载能力为主，以开发利用与承载能力相当，并提出相应的适应策略。.本项目达到既定目标，部分指标超过预期，取得以下成果：（1）发表国际期刊论文6篇和中文期刊（资源科学）录用论文1篇，其中SCI收录5篇，SSCI收录1篇；（2）撰写完成学术专著，已与国家级出版社签订出版合同。本项目初步建立快速城市化背景下土地系统脆弱性分析、影响机制和适应策略的理论与方法体系，为应对土地生态安全提供理论基础，同时为促进土地资源可持续利用提供决策支持，具有明显的学术价值和充分的现实需求。