生态约束条件下的区域土地利用结构与空间格局优化研究

They are the important ways to resolve the current issues of land use and ecological environmental protection to change the inefficiency of land use and optimize land use structure and spatial pattern. This study is proposed in the context that Henan province constructs the Central Plains Economic Zone based on ensure food security and protection of ecological environment. In this study, the Dan river basin in the southwest of Henan province is selected as a case study. Firstly, the characteristics and existing problems of land use in the study area are analyzed systematically, and the ecosystem services value and their ecological land are valuated by using remote sensing images and other data. Then, the land use structure is optimized using the differential evolution algorithm under the priority to protect the appropriate ecological land and ecological benefits, as well as a variety of other constraints. On this basis, the optimization result of land use structure is embedded in the CA model as the quantitative constraints to optimize the spatial pattern, in order to find the optimal land use planning under ecological constraints. This study will provide the scientific basis for achieving the sustainable land use and ecological environment protection. This study will bring out breakthrough and innovation on ecological land classification and evaluation, land use quantity structure and spatial pattern optimization and optimal allocation of land resources under ecological constraints.

改变土地资源的低效利用，优化用地结构，合理布局，解决土地资源利用过程中带来的生态环境问题，是解决目前土地资源合理利用与生态环境保护协调发展的重要途径。本研究在河南省提倡不以牺牲农业和粮食、生态和环境为代价建设中原经济区背景下，以河南省西南部丹河流域为例，在对研究区土地利用特点及存在问题进行系统分析，对其生态服务价值进行遥感定量测算以及对其生态用地进行评价的基础上，在保障适宜生态用地和追求生态效益优先并兼顾经济效益以及同时满足其他多种约束条件下，采用差分进化算法进行土地利用结构优化，然后将结构优化结果作为数量约束嵌入CA模型进行土地利用空间格局优化，从而找到区域生态约束条件下的具有最优空间布局的土地利用优化配置方案，为实现区域土地资源可持续利用和生态环境保护提供科学依据。本研究拟在生态用地分类与评价、土地利用数量结构与空间格局优化以及生态约束条件下土地资源优化配置方法等方面有所突破与创新。

生态约束条件下的土地利用结构与空间格局优化是改变当前土地资源低效利用，优化用地结构与布局，解决土地资源利用过程中的生态环境问题与实现土地生态文明的重要手段，也是当前土地科学领域面临的亟需解决的重要课题。本研究围绕这一核心问题，选取具有典型滨海生态特色的辽宁省大洼县为研究区域，以“生态服务价值测算——生态用地分类与评价——土地利用结构优化——土地利用空间格局优化”为脉络，在保障研究区适宜生态用地和生态效益优先条件下，采用多目标改进差分进化算法进行土地利用结构优化，然后将数量约束嵌入CA模型进行土地利用空间格局优化，从而厘定生态约束条件下的土地利用优化配置方案。. 本研究的主要研究内容包括以下几个方面：（1）对研究区土地利用现状和动态变化情况进行分析与评价，找出了研究区目前土地利用结构与空间布局上的特点与存在的问题。（2）研究区生态服务价值遥感定量测算。根据研究区土地利用特点和生态系统类型特征，选取植被净初级生产力、植被覆盖度等生态参数，建立了基于遥感定量测算的生态服务价值评估指标与评估模型，对研究区单项和单位面积生态服务价值进行定量测算，在此基础上分析了研究区土地利用与生态服务价值变化之间的内在关系。（3）提出新的生态用地分类体系，厘定基于生态服务价值和生态用地评价的生态约束条件。根据研究区特点，构建了基于生态系统服务价值的新的生态用地分类体系，从生态服务功能和生态敏感性两方面选取生态用地重要性评价指标，建立了生态用地重要性评价模型，并从生态服务价值和生态用地评价两方面对生态约束条件进行了厘定。（4）提出生态约束条件下土地利用结构优化的多目标改进差分进化模型。在确定生态约束条件的基础上，建立了土地利用结构优化的多目标改进差分进化模型，并求解出了研究区最优的土地利用数量结构。（5）建立生态约束条件下土地利用空间格局优化的DE-CA模型。将上述第4步求解出的土地利用结构优化结果作为数量约束嵌入CA模型，充分考虑生态约束条件制定适合研究区的元胞状态转换规则，建立了土地利用空间格局优化的DE-CA模型，最终得到研究区生态约束条件下的土地利用优化配置方案。. 本研究提出的生态约束条件下的区域土地利用结构与空间格局优化模型，对实现土地资源可持续利用与改善区域人地关系具有重要意义，也将为我国新一轮土地利用规划修编提供决策参考和科学依据。