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| 內容簡介： |
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《三生用地分类、冲突识别及空间优化的关键技术研发与应用》聚焦于三生用地分类、冲突识别及空间优化的关键技术研发与应用研究。在国家和区域尺度，运用非线性统计理论及方法、空间信息挖掘技术和多目标智能算法等多种手段，提出可行的三生用地制图方法，以及功能空间化、冲突识别和空间智能优化技术，并开展技术应用实践。通过研究，解析区域三生用地的时空演变、复杂相互作用及冲突特征，进而探索三生用地空间优化方案，为国土空间可持续开发提供支撑。
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目录前言第1章绪论11.1三生用地的概念及研究背景11.2土地多宜性及多功能性的研究进展31.3三生用地分类的研究进展51.4三生用地冲突识别的研究进展61.5三生用地模拟优化的研究进展71.6研究思路与框架9第2章三生用地分类制图技术112.1国家尺度三生用地分类制图112.2区域尺度三生用地分类制图17第3章生态保护优先区划定技术223.1生态保护优先区划定的研究进展223.2生态保护优先区识别技术构建253.3生态保护优先区划定技术的应用结果303.4生态保护优先区划定技术的应用前景37第4章三生用地功能空间化技术424.1三生用地功能指标体系及空间化技术构建424.2三生功能基础数据空间化特征714.3区域三生功能空间化技术的应用结果774.4三生用地功能空间化技术应用前景86第5章三生用地冲突识别技术895.1三生用地冲突类型和强度的识别技术构建895.2三生用地显性冲突分析925.3三生用地隐性冲突分析985.4三生用地显性与隐性冲突关联分析1025.5三生用地冲突识别技术应用前景107第6章三生用地动态演变模拟技术1106.1城市用地和湿地动态演变模拟研究进展1106.2城市用地和湿地动态演变模拟技术构建1126.3城市用地和湿地的时空动态过程模拟技术的应用结果1216.4时变湿地收缩和城市用地扩张模拟模型的应用前景131第7章面向生态功能提升的生态网络空间优化技术1347.1生态网络优化研究进展1347.2生态网络优化技术构建1367.3区域生态网络优化技术的应用结果1437.4生态网路优化技术的应用前景149第8章基于功能提升的三生用地空间优化配置技术1528.1三生用地空间优化配置技术构建1528.2基于功能提升的三生用地数量优化1608.3基于功能提升的三生用地空间优化配置技术的应用结果1618.4三生用地空间优化配置技术应用前景167参考文献169
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第1章绪论 1.1三生用地的概念及研究背景 三生用地，是以土地的利用功能为视角，包括生态用地、生产用地和生活用地等不同用地空间（刘继来等，2017）。我国人口规模庞大，土地资源短缺，伴随工业化、城镇化的不断推进，三生用地相互挤占现象突出（张红旗等，2015；Long and Qu，2018）。城市用地、工业用地空间高速拓展，占用大量优质耕地，导致社会经济发展和耕地资源保护之间矛盾严重（傅泽强等，2001；谈明洪和吕昌河，2005；Ju et al.，2018）；耕地开垦占用林、草等生态用地，以及退耕还林还草政策的实施，又导致生产、生态用地之间同样存在竞争（雷玉桃等，2003；刘诚和刘俊昌，2007；陈瑜琦等，2018）。面对城市发展、粮食安全和生态保护等激烈冲突，如何利用有限的土地资源协调各类用地的冲突、优化空间格局，成为行政管理和学术研究共同关注的热点。统筹优化三生用地空间，是当下推动“美丽中国”、生态文明建设及优化国土空间开发的重要内容。 生产用地是以提供农产品、工业产品和服务为主导功能的区域，包含农业生产区域和工业生产区域；生活用地与承载和保障人居有关，是以提供人类居住、公共活动等为主导功能的区域，包含城镇和农村居民点空间；生态用地是以调节生态平衡、维持和保障生态安全为主导功能的区域，是支撑生产用地和生活用地实现自身功能的前提。三者相互影响、相互制约，生产用地是根本，对生活和生态空间的存在状态起着决定性作用；生态用地是基础，为生产和生活空间提供保障，是协调人地关系乃至实现区域可持续发展的关键（Kates et al.，2001）；生活用地为最终目标，是三生空间存在的意义。 三生用地在国际上并没有相应的明确概念，但关于土地多功能性（Verburg et al.，2009）与土地可持续利用（Young et al.，2005）等都与三生用地有着相似的理念，均考虑了土地利用的生态、环境、社会和经济效益，以实现土地可持续发展（de Groot，2006）。同时，用地功能差异的理念也始终贯穿于西方现代国土空间和城市规划的理论研究和具体实践中，如城市发展边界的划定（Jun，2004），美国（Fabós，2004）、英国（Turner，2006）、德国（Von Haaren and Reich，2006）和日本（Asakawa et al.，2004）等国家的绿色廊道体系建设，以及欧洲联盟Naruta 2000的跨国家自然保护区网络建设（Evans，2012），都强调对国土空间功能认知的差异化和管理的差别化。 我国有关三生方面的研究*早开始于台湾的三生农业（施能浦，1996），旨在创办一个能把三生融为一体的农场。台湾从20世纪80年代开始发展三生农业，互相结合、平衡协调的发展思路，成为台湾农业与农村发展的重要理念（郑百龙等，2006）。在国内，随着三生概念的提出，相关研究目前主要集中在三生分类体系、时空格局辨析和功能评估等实证研究方面。从国家尺度，主要是基于土地利用分布图，强调用地功能的差异，进行三生用地分类体系的构建和提取；在区域尺度，相关学者侧重构建适用于区域土地资源利用特点的三生用地分类体系和识别方法。 从功能的视角，相关学者开展了三生用地功能的定量化评估。生产功能是指进行农业、工业和商业活动获取产品的功能，生活功能是指提供承载和保障人居的功能，生态功能是指调节、维持和保障生态安全的功能。在行政单元尺度，主要是基于三生功能的相关性指标和统计数据的可获得性构建评估体系，搜集整理数据并结合生态系统服务评估方法，进行三生功能评估（Zhou et al.，2017;Fan et al.，2018）；在地块单元尺度，主要通过遥感数据反演与换算、生物物理过程模型和生态系统服务评估模型等，进行不同地类单元的功能现状评估（李广东和方创琳，2016；Liu et al.，2018；杨俊等，2018）；或者基于三生用地适宜性的多指标评价体系，分析生态空间的重要性、生活空间的宜居性和生产空间的适宜性（吴艳娟等，2016）。 当前，我国新一轮的国土空间开发规划和研究已经从理念到实践方面开始强调三生用地统筹的重要性。2008年发布的《全国土地利用总体规划纲要（2006—2020年）》就明确规定生态用地与生活、生产用地并行，要求在城镇发展中“提高生态用地比例”2012年，党的十八大报告将优化国土空间开发格局作为生态文明建设的重要抓手，并指出“促进生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”2018年新发布的《乡村振兴战略规划（2018—2022年）》也指出，要“统筹利用生产空间、合理布局生活空间、严格保护生态空间”。从实践来看，在国家尺度上，《全国主体功能区规划》作为我国第一个国土空间开发规划，强调对国土空间的分类，突出三生空间的差异性；在区域尺度上，以城市开发边界、永久基本农田红线和生态保护红线等的“三线”划定，成为合理布局和协调管控国土空间的重要政策和手段。在此背景下，协调三生冲突解析，统筹优化三生用地，对优化国土空间开发具有重要的现实意义。 1.2土地多宜性及多功能性的研究进展 人类通过开展与土地有关的各种利用活动，改变地球陆地表面的覆被状况（李秀彬，1996），以满足自身需求并获得不同的物质产品和服务（Vitousek et al.，1997）。其中，土地适宜性是人类利用土地的重要依据，联合国粮农组织发布的《土地评价纲要》中，从土地适宜性的角度出发，以纲、类、亚类和单元划分，反映用地的适宜性程度、用地的限制性因素和改良管理措施（FAO，1976）。随着土地适宜性理论及地理信息系统（GIS）的发展，多要素叠加制图在土地适宜性评价研究中得到广泛应用。通过选取气候、地形、地质、土壤、社会经济、交通区位和环境承载力等指标，构建评价体系，诊断农林牧用地、城市用地和生态用地等的适宜性（Pereira and Duckstein，1993；Kalogirou，2002；刘孝富等，2010；El Baroudy，2016）。 与此同时，每种土地利用方式经常表现出多功能性，体现着土地满足人类多种需求的程度和能力。土地资源具有多功能性（Jiang et al.，2018;Liu et al.，2018;Neyret et al.，2021）。在对土地利用类型人为改变的过程中，多数情况下会导致原用地类型主导功能的受损，而且往往会忽视非主导功能在土地利用转换过程中的变化情况（Jiang et al.，2018;Liu et al.，2018）。因此，深入了解土地多功能之间的相互作用，是实现土地资源高效和协调利用的重要前提。这种相互作用通常表现为权衡或协同，其中权衡是指一种功能的增强会导致另一种功能的下降，而协同是指一种功能的增加会带动另一种功能的增加（Bennett et al.，2009; Set？l？ et al.，2014;Tian et al.，2016;Yang et al.，2015;Zhao et al.，2021）。 土地利用方式的多功能性使得三生功能在空间上存在着垂直方向的叠加和水平方向的交叉，对三生功能评估的本质是对土地利用多功能性的评估。多功能性的概念源于农业部门，随着可持续发展观念的产生与深化，多功能性的内涵逐渐由农业部门扩展到社会经济及生态环境等领域，成为评估社会经济发展和生态环境变化的重要手段（刘彦随等，2011;甄霖等，2009;甄霖等，2010）。国内外对土地利用多功能性的研究体系逐渐完善，但存在一定差异（陈秋珍和Sumelius，2007;彭建等，2014;孙新章，2010）。国外由*初的农业多功能性概念（Maier and Shobayashi，2001）逐渐向农业多功能性理论体系（Aubry et al.，2012;Tipraqsa et al.，2007）、多功能景观（Brandt，2003;Mastrangelo et al.，2014）发展，并逐步转变为土地利用多样性以及社会、经济和生态环境的可持续研究（Paracchini et al.，2011;Gomez Sal and Gonzalez García，2007;Stockdale and Barker，2009），以探究区域土地生态系统的综合发展模式；而国内则针对农业用地多功能性的概念及理论框架（彭建等，2014;乌东峰等，2009）、土地多功能性理论体系（Gaodi et al.，2010;秦明周，2012;甄霖等，2009）、土地多功能性评价（刘彦随等，2011;张晓平等，2014）等角度对土地利用多功能性展开研究，应用上侧重不同土地利用方式下社会经济与生态环境的协调发展的探讨与分析（范华和许伟，2017;汤西子，2018;张路路等，2019）。 在行政单元尺度，通过可获得的各部门统计数据筛选代表型指标，构建指标评估体系，并对指标进行加权计算是一种**的评估方式。结合改进突变级数法（王枫和董玉祥，2015）、集对分析法（蒙吉军等，2019）、熵值法（秦伟霞等，2015;张茜茜等，2018）、层次分析法（张红等，2017）、耦合度或耦合协调度等模型（Zhou et al.，2017）进行三生功能的量化评估，有助于宏观掌握行政单元内三生功能现状或年际间的变化趋势。这种评估方式的优点在于，统计数据指标的多元化可以构建出综合或有针对性的指标评估体系，其计算过程简洁高效，时间连续性强。然而，一个明显的缺陷是，无法实现对行政单元内部不同区域三生功能的差异化描述。 空间化数据能够有效弥补上述不足。选取关键自然环境或社会经济要素图层，通过空间建模进行叠加分析制图，并结合案例区生态环境特征，对三生功能分别构建不同的统计或机理模型分别进行评估，可以得到栅格尺度的三生功能空间分布（Liu et al.，2018;Liu et al.，2019a）。由于各类生态系统服务模型的发展，生态功能的空间评估体系在三生功能中*为完善，对生产功能的评估大多集中在粮食生产的空间化。然而，由于人类活动强度和范围难以量化，当前的研究中鲜有涉及生活功能的评估。①生产功能：主要是根据光温生产潜力或气候生产潜力估计农田潜在生产潜力，从而估测农产品供给，如农业生态地区（Agro-ecological Zone，AEZ）模型（Wang et al.，2015）、区域生态系统服务空间评估与优化工具（Spatial Assessment and Optimization Tool for Regional Ecosystem Services，SAORES）模型（Hu et al.，2015），桑斯维特纪念（Thornthwaite Memorial）模型（Zhang et al.，2011）等，或根据已有遥感产品，如净初级生产量（NPP）和归一化植被指数（NDVI）（Chen et al.，2019;Peng et al.，2014）等，反演或换算得到种植业农产品产量；②生活功能：主要包括人口承载和经济发展程度等，常在提取生活用地分布的基础上采用人口统计数据、夜间灯光数据等进行计算（Liu et al.，2018）；③生态功能：利用集成的生态系统服务模型或专门的物理方程对各类生态功能进行评估，如利用土壤与水评估工具（SWAT）（Tian et al.，2016）、生态系统服务和权衡的综合评估模型（InVEST）（Feng et al.，2020）进行水源涵养评估，利用修正土壤流失方程（RUSLE）模型评估土壤保持功能（Gao and Wang，2019），利用遥感数据反演得到的NDVI、增强型植被指数（EVI）等植被指数或总初级生产量（GPP）、NPP等生物量参数对固碳释氧量进行评估（Chen et al.，2019;Peng et al.，2014;尚二萍和许尔琪，2017）；同时，开展生物多样性调查或热点评估（Karimi et al.，2020;Mao e
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