面向生态安全的城市土地利用优化模拟--以深圳市为例

摘要

土地是人类重要的生产资料和赖以生存的空间。在社会的发展过程中，人类通过不同的利用方式，如生物手段、技术手段等对土地进行干预和治理，以满足社会发展的需求。自改革开放以来，我国在国际化、信息化、市场化的深入发展过程中经历了经济高速增长和城市快速扩张。人们在获取物质文明的同时，也出现了土地难以持续高效利用和生态安全遭到破坏的现象，而这种情况与我国现代化建设以及整个社会对生态高质量的发展要求不相符。因此，党中央、国务院从国家层面确定了优化国土空间开发格局、大力推进生态文明建设的战略目标，要求各地在城市发展中守好生态底线，转变土地利用方式，建立能够促进城市可持续发展的土地利用模式。深圳作为我国改革开放的窗口，在城市发展中率先遇到土地生态安全和土地利用等问题。本文以深圳为研究对象，相关研究成果对于维护城市生态安全、调整用地结构和优化用地布局具有较强的现实意义，既可以为深圳市划定城市发展边界和生态红线提供基础支撑，也可以为国内其他城市提供经验借鉴。基于以上考虑，本文在土地利用优化理论、景观生态理论、生态经济理论和可持续发展理论的支撑下，采用多学科的方法研究了在生态安全背景下土地利用优化模拟情况。具体内容如下: (1)研究目的。①分析土地利用变化驱动力。构建评价体系，定量分析土地利用变化驱动因子的影响过程和变化趋势。②探索土地生态安全的分析方法。在构建土地生态安全评价指标体系的基础上综合评价土地生态安全程度，探讨土地生态安全对土地利用变化的响应机制，并划定土地生态安全控制区。③探索土地利用空间优化模拟方法。将土地生态安全作为土地利用变化的约束条件，在确保土地生态安全的前提下模拟土地利用空间布局。 (2)研究方法。①采用主成分分析法对土地利用变化驱动力进行了趋势分析。采用空间计量经济分析的方法，包括普通最小二乘法(OLS)、空间滞后模型(SLM)、空间误差模型(SEM)定量分析了土地利用变化驱动力的影响机理。②采用协整理论的分析方法探讨了土地生态安全对土地利用程度的响应。另外，根据土地生态学中的“源-汇”原理，借鉴表面扩散技术，采用最小累积阻力模型(MCR)模拟土地单元的运动过程，并划分土地生态安全控制区。③应用GM(1，1)灰色模型、CLUE-S模型和FLUS模型，预测自然发展情景、生态安全情景、生态优化情景下三种情况下深圳市2030年土地利用空间格局。 (3)研究结果。①在1996-2005年，各类用地大量转变为建设用地;而在2005-2015年，各地类转换为建设用地的速度呈下降趋势。土地利用变化驱动力的趋势分析表明社会经济驱动力随着时间的变化而逐年增强。土地利用变化驱动力的影响机理表明土地利用变化受经济发展、技术创新以及社会人口等方面的影响较大;②土地生态安全和土地利用程度的协整分析表明，两者总体上是同步变化的，并处于长期均衡状态，但短期内存在波动;③三种情形下的土地利用空间布局表明，在生态优化情景下建设用地扩张趋势得到有效控制，具有重要生态功能的用地比例有所上升，各类用地结构和布局得到优化。 (4)研究结论。①科学的量化驱动因子是深入分析土地利用变化的基础，由于部分因子难以量化制约着土地利用变化驱动力的研究，因此需在基础理论和研究方法上进一步加强探索以满足研究的需要。②科学的划定土地生态安全控制区并在此基础上合理利用土地是确保土地生态安全的关键。由于人类活动对土地生态过程的影响较大，因此应综合考虑各种影响因素使土地生态安全格局更加科学。③在土地利用空间布局的模拟中，当控制区变化时土地利用布局也应进行相应的改变，未来需要从技术层面对控制区进行实时监测，动态模拟用地布局。在优化土地利用时，制定合理的政策并实施土地用地转换是协调土地利用与土地生态安全关系的关键，因此应从规划、产业和机制等层面对生态控制区内的用地转换提出政策建议，综合协调土地利用与土地生态安全的关系。

目录

声明

摘要

图索引

表索引

1绪论

1．1研究背景

1．1．1我国土地利用的发展趋势及要求

1．1．2深圳市土地利用面临的实际问题

1．2．1研究目的

1．2．2研究意义

1．3研究综述

1．3．1土地利用变化研究综述

1．3．2土地生态安全研究综述

1．4．1研究内容

1．4．2技术路线

2土地利用与生态安全的理论和方法

2．1基础理论

2．1．1土地利用优化理论

2．1．2景观生态理论

2．1．3生态经济理论

2．1．4可持续发展理论

2．2．1理论框架

2．2．2国际城市模式对比

2．2．3趋势研判

2．3拟解决的关键问题与方法

2．3．1土地利用变化驱动力

2．3．2土地生态安全

2．3．3土地利用优化模拟

3研究区概况与数据

3．1研究区概况

3．1．1自然经济情况

3．1．2土地利用变化情况

3．1．3土地生态保护情况

3．2数据来源与处理

3．2．1数据来源

3．2．2数据处理

4土地利用变化驱动力趋势分析及影响机理

4．1土地利用变化驱动因子

4．1．1驱动因子的分类

4．1．2土地利用变化驱动机制

4．2土地利用变化驱动力的趋势分析

4．2．1驱动因子的选取原则

4．2．2驱动因子的确定

4．2．3主成分分析结果

4．3土地利用变化驱动力的空间计量分析

4．3．1多尺度土地利用变化的空间自相关分析

4．3．2多步长驱动因子的空间自相关分析

4．3．3普通最小二乘法(OLS)

4．3．4 SLM与SEM的比较

4．3．5空间误差模型回归结果分析

4．4本章小结

5土地生态安全的评价、响应与构建

5．1土地生态安全评价

5．1．1土地生态安全的识别

5．1．2土地生态安全的评价

5．1．3土地生态安全综合指数

5．2土地生态安全对土地利用的响应

5．2．1单位根检验

5．2．2 Johansen协整检验

5．2．3误差修正模型

5．2．4 Granger因果关系检验

5．2．5脉冲响应函数

5．3土地生态安全控制区的划定

5．3．1生态“源”与建设“源”

5．3．2阻力因子

5．3．3 “源”的扩张阻力面

5．3．4最小累积阻力表面

5．3．5土地生态安全分区

5．4本章小结

6生态安全约束下的土地利用空间模拟

6．1各种地类的需求预测

6．1．1 GM(1，1)土地需求预测

6．1．2各类型土地需求方案比选

6．2 CLUE-S模型的模拟

6．2．1驱动因子的选择与诊断

6．2．2模型参数的设定

6．2．3基于Logistic的概率计算

6．2．4模拟结果与模型检验

6．3 FLUS模型的模拟

6．3．1模型参数的设定

6．3．2基于神经网络的概率计算

6．3．3基于自适应惯性机制的元胞自动机

6．3．4模型结果与模型检验

6．4多情景土地利用优化模拟

6．4．1模型的模拟精度比较

6．4．2自然发展情景下土地利用模拟

6．4．3生态安全情景下土地利用模拟

6．4．4生态优化情景下土地利用模拟

6．5模拟结果对比分析

6．5．1三种情景下土地利用结构对比

6．5．2三种情景下土地利用空间布局对比

6．5．3模拟结果实现的政策路径分析

6．6本章小结

7研究结论与讨论

7．1主要结论

7．2研究创新

7．3不足与展望

参考文献

攻博期间发表的科研成果及目录

致谢