基于CA-Markov模型的滦河上游流域生态承载力时空动态模拟

doi:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.03.026

湖北农业科学 ›› 2023, Vol. 62 ›› Issue (3): 165-172.doi: 10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.03.026

基于CA-Markov模型的滦河上游流域生态承载力时空动态模拟

胡星星¹, 陈星¹, 卢娟娟², 陈霞³, 张其成¹

1.河海大学水文水资源学院,南京 210098;
2.承德市生态环境局围场满族蒙古族自治县分局,河北承德 068469;
3.江苏省水土保持生态环境监测总站,南京 210012

收稿日期:2022-11-14 发布日期:2023-04-20
通讯作者: 陈星,副教授,博士,研究方向为生态水文,（电子信箱）chenxing@hhu.edu.cn。
作者简介:胡星星（1998-）,女,江西都昌人,在读硕士研究生,研究方向为生态水文,（电话）18262630386（电子信箱）2644324605@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目（51879163）

Spatial-temporal dynamic simulation of ecological carrying capacity in upper reaches of Luanhe River Basin based on CA-Markov model

HU Xing-xing¹, CHEN Xing¹, LU Juan-juan², CHEN Xia³, ZHANG Qi-cheng¹

1. College of Hydrology and Water Resources, Hohai University, Nanjing 210098, China;
2. Weichang Manchu and Mongolian Autonomous County Branch, Chengde Municipal Bureau of Ecology and Environment, Chengde 068469, Hebei, China;
3. Jiangsu Provincial Water and Soil Conservation Ecological Environment Monitoring Station, Nanjing 210012, China

Received:2022-11-14 Published:2023-04-20

摘要/Abstract

摘要： 以2000、2010和2020年3期土地利用数据为基础,采用生态系统服务价值改进的生态足迹模型核算滦河上游流域各期总体和不同地类生态承载力总量,绘制生态承载力空间分布图,分析其历史变化趋势和空间分布特征。并基于CA-Markov模型模拟流域2030年的土地利用格局,对该流域未来生态承载力进行了预测。结果表明,滦河上游流域建设用地和水域面积增长迅速,林地和草地互相转换活跃,草地转出居多,但仍是该流域主导地类。伴随着活跃的地类转换,流域生态承载力总体呈先减少、后增加的趋势。预测结果表明,2020—2030年预测该流域生态承载力将从1 844 795 ghm²增加至2 032 204 ghm²,增长了10.16%,水域对该流域生态系统承载力贡献作用十分突出。滦河上游流域生态承载力总体格局呈西北高、东南低的特征,内部单元随时间变化在空间上呈斑块聚集状。

关键词: 生态足迹, 生态系统服务价值, 生态承载力, 时空格局, 预测

Abstract: Based on the three-phase land use data in 2000, 2010 and 2020, the ecological footprint based on the ecosystem service value model was used to calculate the total amount of ecological carrying capacity of three phases and different land use types in the upper reaches of Luanhe River Basin, a spatial distribution map of ecological carrying capacity was drawn, and its historical change trend and spatial distribution characteristics were analyzed. Based on the CA-Markov model, the land use pattern of the basin in 2030 was stimulated, and the future ecological carrying capacity of the watershed was predicted. The results showed that the settlement and water area of the upper reaches of Luanhe River Basin grew rapidly, and the conversion of forest and grassland was active. The grassland area was mostly transferred out, but it was still the dominant land class in the basin. With the active conversion of land use types, the ecological carrying capacity of the river basin generally showed a trend of “first decreasing and then increasing”. The forecast results showed that the ecological carrying capacity of the basin was predicted to increase from 1 844 795 ghm² to 2 032 204 ghm² between 2020 and 2030, an increase of 10.16%, and the cantribution of water area to the ecological carrying capacity of the basin was outstanding. The overall pattern of ecological carrying capacity in the upper reaches of Luanhe River Basin was characterized by high in the northwest and low in the southeast, and the internal units showed a trend of patch aggregation in space with time.

Key words: ecological footprint, ecosystem service value, ecological carrying capacity, spatio-temporal pattern, prediction

中图分类号:

F301.24

胡星星, 陈星, 卢娟娟, 陈霞, 张其成. 基于CA-Markov模型的滦河上游流域生态承载力时空动态模拟[J]. 湖北农业科学, 2023, 62(3): 165-172.

HU Xing-xing, CHEN Xing, LU Juan-juan, CHEN Xia, ZHANG Qi-cheng. Spatial-temporal dynamic simulation of ecological carrying capacity in upper reaches of Luanhe River Basin based on CA-Markov model[J]. HUBEI AGRICULTURAL SCIENCES, 2023, 62(3): 165-172.

参考文献

[1] COSTANZA R, MCGLADE J, LOVINS H, et al.An overarching goal for the UN sustainable development goals[J]. Solutions, 2014, 5(4):13-16.
[2] 曲修齐,刘淼,李春林,等. 生态承载力评估方法研究进展[J]. 气象与环境学报, 2019, 35(4): 113-119.
[3] 谷树忠,胡咏君,周洪. 生态文明建设的科学内涵与基本路径[J]. 资源科学, 2013, 35(1): 2-13.
[4] 李干杰. 以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导奋力开创新时代生态环境保护新局面[J]. 环境保护, 2018, 46(5): 7-19.
[5] 谭伟文,文礼章,仝宝生,等. 生态足迹理论综述与应用展望[J]. 生态经济, 2012(6): 173-181.
[6] REES W E.Ecological footprints and appropriated carrying capacity: What urban economics leaves out[J]. Environment and urbanization, 1992, 4(2): 121-130.
[7] 徐中民,张志强,程国栋,等. 中国1999年生态足迹计算与发展能力分析[J]. 应用生态学报, 2003(2): 280-285.
[8] 刘某承,李文华,谢高地. 基于净初级生产力的中国生态足迹均衡因子测算[J]. 生态学杂志, 2010, 29(3): 592-597.
[9] 王瑞杰,闫峰,张学良. 2000-2015年鄂尔多斯高原生态承载力时空变化特征[J]. 水土保持通报, 2020, 40(1): 91-98.
[10] 郭慧,董士伟,吴迪,等. 基于生态系统服务价值的生态足迹模型均衡因子及产量因子测算[J]. 生态学报, 2020, 40(4): 1405-1412.
[11] 张志强,徐中民,程国栋. 生态足迹的概念及计算模型[J]. 生态经济, 2000(10): 8-10.
[12] 马克明,孔红梅,关文彬,等. 生态系统健康评价:方法与方向[J]. 生态学报, 2001(12): 2106-2116.
[13] 魏晓旭,颜长珍. 生态承载力评价方法研究进展[J]. 地球环境学报, 2019, 10(5): 441-452.
[14] 赵东升,郭彩贇,郑度,等. 生态承载力研究进展[J]. 生态学报, 2019, 39(2): 399-410.
[15] 辛永君,周冬梅,金银丽,等. 疏勒河流域生态承载力时空演变特征及驱动力研究[J]. 遥感信息, 2021, 36(6): 18-26.
[16] 岳东霞,杨超,江宝骅,等. 基于CA-Markov模型的石羊河流域生态承载力时空格局预测[J]. 生态学报,2019,39(6): 1993-2003.
[17] 李安林,周艳,唐丽毅,等. 怒江州土地利用模拟及生态系统服务价值评估——基于PLUS模型的多情景分析[J]. 中国农业资源与区划,2023,44(1):140-149.
[18] HE C, ZHANG D, HUANG Q, et al.Assessing the potential impacts of urban expansion on regional carbon storage by linking the LUSD-urban and InVEST models[J]. Environmental modelling & software, 2016, 75:44-58.
[19] 李凯,张北赢. 基于CA-Markov模型的黄土高原土地利用模拟预测[J]. 湖北农业科学,2022,61(16):64-69.
[20] 孟宪智,孙玉兰,胡燕. 滦河流域生态环境自然修复途径探析[J]. 海河水利,2003(5):7-10.
[21] 罗跃初,周忠轩,孙轶,等. 流域生态系统健康评价方法[J]. 生态学报, 2003,23(8):1606-1614.
[22] 谢高地,张彩霞,张昌顺,等. 中国生态系统服务的价值[J]. 资源科学, 2015, 37(9):1740-1746.
[23] 谢高地,鲁春霞,冷允法,等.青藏高原生态资产的价值评估[J].自然资源学报, 2003(2): 189-196.
[24] 徐丽芬,许学工,罗涛,等. 基于土地利用的生态系统服务价值当量修订方法——以渤海湾沿岸为例[J]. 地理研究, 2012, 31(10): 1775-1784.
[25] WACKERNAGEL M, REES W.Our ecological footprint: Reducing human impact on the earth[M]. Canada:New society publishers, 1998.
[26] 岳东霞,杜军,刘俊艳,等. 基于RS和转移矩阵的泾河流域生态承载力时空动态评价[J]. 生态学报,2011,31(9):2550-2558.
[27] HAMAD R, BALZTER H, KOLO K.Predicting land use/land cover changes using a CA-Markov model under two different scenarios[J]. Sustainability,2018,10(10): 3421.

基于CA-Markov模型的滦河上游流域生态承载力时空动态模拟

Spatial-temporal dynamic simulation of ecological carrying capacity in upper reaches of Luanhe River Basin based on CA-Markov model

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	陈茜, 何真, 方鹤楠, 赵雪梅, 陆国稳, 薛凯仁. 耕地景观破碎化同区域粮食产量变化的相关性探析[J]. 湖北农业科学, 2023, 62(3): 1-7.
[2]	万见怡, 刘平辉, 朱传民. 基于土地利用变化的抚州市生态系统服务价值变化研究[J]. 湖北农业科学, 2023, 62(1): 31-38.
[3]	张李康, 王志强. 新疆农业源温室气体时空特征与影响因素分析[J]. 湖北农业科学, 2023, 62(1): 39-46.
[4]	张之凤, 唐玉萍, 潘洪义, 马红菊. 城镇扩张占用耕地时空格局及利用效率研究——以成都都市圈为例[J]. 湖北农业科学, 2023, 62(1): 47-53.
[5]	李洁琼, 刘振. 基于CNN和GRU的农产品价格预测模型研究[J]. 湖北农业科学, 2023, 62(1): 177-181.
[6]	尹玥, 陈宇婷. 基于灰色预测的京津冀地区农产品物流需求分析[J]. 湖北农业科学, 2023, 62(1): 214-218.
[7]	司丽丽, 郭丽丽, 姚树然, 解文娟, 赵亮. 基于指标模型的河北省小麦蚜虫气象预警预测系统研究[J]. 湖北农业科学, 2022, 61(8): 120-124.
[8]	孙晓沛. 基于土地利用变化的山东省生态资产评估研究[J]. 湖北农业科学, 2022, 61(7): 54-59.
[9]	董陈超, 田明昊, 赵伟朝. 基于GA优化的RF-Softmax水质预测模型研究[J]. 湖北农业科学, 2022, 61(7): 60-65.
[10]	潘昱奇, 李满春, 姜朋辉, 陈登帅. 基于生态足迹的常州市生态承载力评价[J]. 湖北农业科学, 2022, 61(6): 48-55.
[11]	宋晓静, 周淑琴, 王勇, 荆耀栋, 刘立文, 王贝贝. 基于自然-经济-景观多源体系的吕梁山土地生态风险评价[J]. 湖北农业科学, 2022, 61(5): 111-119.
[12]	侯礼婷. 基于RUSLE的生产建设项目土壤侵蚀监测研究[J]. 湖北农业科学, 2022, 61(4): 66-69.
[13]	王宝英, 齐爱云, 王子莎. 黄河流域与长江经济带种植业碳足迹供需平衡对比研究[J]. 湖北农业科学, 2022, 61(3): 53-59.
[14]	刘春飞, 刘平辉, 朱传民. 基于电路理论的生态安全格局构建——以赣州市为例[J]. 湖北农业科学, 2022, 61(23): 30-37.
[15]	郭珍珍. 安徽省生态足迹时空特征及经济发展脱钩效应分析[J]. 湖北农业科学, 2022, 61(22): 200-208.