生态安全视角下乌江流域典型区农村居民点适宜布局研究

Research on land use change and ecological security is currently an important direction of Integrated Physical Geography and Land Change Science. Located in China's southwest Karst area of Guizhou Wujiang basin is a typical ecological fragile zone, regional land use is not reasonable, resulting in different degrees of land degradation, jeopardizing regional ecological security. Based on Integrated Physical Geography theory and GIS technology, the project analyzed the temporal-spatial pattern for rural settlements of Wujiang River Basin during the past 40 years, discussed the driving mechanism; explored the response mechanism of land system for rural settlements change. Located in China's southwest Karst area of Guizhou Wujiang basin is a typical ecological fragile zone, regional land use is not reasonable, resulting in different degrees of land degradation, jeopardizing regional ecological security. By building based on ecological security evaluation system, two-scale suitability evaluations are made for the existing rural settlements. Finally, in determining the rational criteria for spatial pattern, according to the suitability evaluation results, we carried out at the technical level for spatial reconstruction of rural residential towns and achieve local land microscopic adjustments; propose countermeasures for sustainable use of rural land in the Wujiang River Basin. The implementation of this project would enrich land change science research fruits, provide useful guidance for the development and ecological protection of land resources in Guizhou Wujiang River Basin, promote the fragile ecosystem develop in a healthy way.

开展土地利用变化与生态安全研究是当前综合地理学、土地变化科学的一个重要方向。位于我国西南喀斯特地区的贵州乌江流域是典型的生态脆弱区，区域内不合理的土地利用，导致了不同程度的土地退化，危及区域生态安全。本项目分析近40年来乌江流域农村居民点时空变化格局及驱动机制；探讨土地系统对农村居民点变化的生态响应；通过构建基于生态安全的评价指标体系，运用空间关联技术和迭代枚举算法，发展K阶模型和场能模型，综合宏观、微观两个尺度对现有农村居民点布局适宜性进行评价。最后，在确定合理布局标准的基础上，依据布局适宜性评价结果，在宏观尺度构建空间均衡态下的农村居民点村镇空间结构，提出了基于两步移动算法的微观尺度地块调整方案；并就据此进行了布局模拟。本项目的实施，既能丰富土地变化科学的研究成果；也能为贵州乌江流域土地资源的开发与生态环境保护提供有益指导，为我国生态脆弱区的土地资源科学合理利用所借鉴。

2015年，国际科学界开始了未来地球（Future Earth）研究计划，以更好的实现人类可持续发展。在此背景下，项目负责人于2015年申请并获批，在我国西南典型的喀斯特生态脆弱区——乌江流域开展农村居民点变化及其生态安全研究。项目集成了综合自然地理学、土地资源学、地理信息科学等学科理论技术和方法，以期解决区域内土地利用布局不合理，生态服务价值减少等问题。研究运用大数据关联技术，分析了近40年来乌江流域农村居民点时空变化格局及驱动机制；探讨耕地系统对农村居民点变化的响应；通过构建基于生态安全的评价指标体系，运用机器学习和深度学习，对现有农村居民点布局进行建模；并在IPCC设立的SSPs未来多情景下；预测了2020至2050年的城镇扩展情景，以期为农村居民点用地变化提供决策参考。同时，又以乌江地区城市中心的绿地为研究对象，结合生态服务价值、现状绿地服务覆盖薄弱区域与新增城镇用地对于城市绿地的需求，构建空间均衡的城市绿地选址决策模型。项目生产了较为系统的农村居民点用地、交通道路基础设施、大气环境质量等多个基础空间数据集；建立了2020至2100年间的模拟区域土地利用格局数据（IPCC-SSPs情景）。此外，还研发了包括空间数据批量裁切模型、集成先进机器学习算法的农村居民点发展类型划分、复垦规划和扩展模拟模型。项目的实施，既能丰富国际科学界（包括联合国2030年可持续目标、未来地球研究计划）在土地变化科学的研究成果；也能为贵州乌江流域土地资源的开发与生态环境保护提供有益指导，为我国生态脆弱区的土地资源科学合理利用所借鉴。