基于过程的陕北能源富集区土地利用转型与时空配置研究

Land use transition is a representation of land use change. It is an important method for LUCC research that integrating time-scale and historical background of social and environmental changes. Compared with research on land use landscape pattern, this focuses more on the process of land use morphology change. Just like GDP, the form is an indicator that reflects social developments. As said by Yi-FuTuan, a world-famous geographer, land use mirrors the society. Environment-ecological and social-economic problems in land and mineral resources of energy resources enrichment area are both reflected in land use. Multi-orientation of land use transition depend on diversity of land use morphology, and research on integrating multi- orientation process and multi-dimension pattern of land use is the hot-spot and difficulty of the current research on LUCC. On the basis of comprehensive energy index zoning research based on IPAT equation and ArcGIS spatial technology, oriented to energy resources enrichment area of Northern Shaanxi, it quantitatively describes Spatio-temporal diversity of 30-year land use morphology (both dominant and recessive) on different scales via remote sensing (RS) and geographic information system (GIS) integration technology and mathematical modeling, spatial statistics and so forth by investigating the mineral sites to perform process tracing and multi-scene simulation; also, attempt to configure time-scale based simulation results to spatial units to conduct research on integrating land use transition process and pattern so as to promote land use scientificity and land allocation rationalization and its well-coordinated development of social-economic and environmental-ecological developments of the energy resources enrichment area.

土地利用转型是土地利用变化的表现形式之一。与土地利用景观格局研究相比，土地利用转型更注重土地利用形态变化的过程。土地利用形态在某种程度上就像GDP一样，是反映社会发展的一个指标。国际著名地理学家段义孚(Yi-Fu Tuan)认为：土地利用是社会的一面镜子。能源富集区土地与矿产资源开发进程中暴露出来的形形色色的环境生态问题和社会经济问题均可在土地利用上得以反映。在基于IPAT方程和ArcGIS空间分析技术的能源综合指数分区基础上，以陕北能源富集区为研究样区，结合矿区实地调查，集成数理模型与3S技术，对样区30年来不同尺度土地利用形态(显性与隐性)的时空差异进行定量刻画，对不同土地利用转型及驱动机制进行过程示踪与多情景模拟，并结合土地适宜性与承载力评价，尝试构建耦合模型对研究区土地利用转型的过程与格局进行时空优化，以推进区域土地资源合理配置与科学利用，促进能源富集区社会经济与生态环境协调发展。

陕北是我国能源资源主要产区之一，蕴藏着丰富的煤炭、石油、天然气，该区域正在成为我国西煤东运、西气东输的重要补给地与能源重化工基地。本项目分析和研究了陕北能源富集区各空间尺度下能源开发对土地利用及生态安全的影响，宏观尺度包括：气候、土地资源变化与土地退化及转型特征研究；土地利用生态安全动态变化分析；土地利用对能源开发的响应机制。中观尺度包括能源开发集中区土地利用与生态安全评价。微观尺度包括能源富集区土壤重金属污染评测。研究结果包括：①耦合宏观-微观尺度的能源富集区土地利用形态时空差异性分析。30年间陕北能源富集区土地利用程度呈现出减小的变化特征，说明土地利用处于调整期或衰退期，1990～2010年神木县、府谷县、定边县、靖边县及研究区中南部地区土地退化严重。由于退耕还林还草等措施的实施，人类活动对陕北能源富集区的植被覆盖主要表现为正作用影响。能源开发较为集中的神府煤炭典型开采Ⅰ区和定靖天然气典型开采区生态环境改善趋势相对较为缓慢，生态环境变化不明显，甚至出现退化，生态修复难度大。②陕北能源富集区土地生态安全动态变化及其对响应机制研究。1980～2010年，陕北生态安全以不安全级别为主，说明陕北能源富集区在生态安全整体上呈现出不安全态势，而安全区域的扩展及不安全区域的萎缩，使生态安全状况呈现出改善的趋势。水土流失和沙漠化分别对陕北中部石油典型开采区和西北部煤炭典型开采Ⅰ区的生态安全变化影响较为严重，而在陕北南部的农业区和山地区，社会应对环境变化响应措施的程度对生态安全的影响较为重要。陕北西南部煤炭典型开采Ⅱ区的生态环境状态在逐渐退化，陕北北部生态环境改善主要是退耕还林还草措施的实施，生态保护投资力度加大使生态环境状态显著改善的结果。项目研究以期为研究区土地利用及生态环境优先保护范围的确定提供了一种新的思考模式，同时为相关部门进一步管理与保护提供了理论依据。