现代人地系统探测理论与方法
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘亚群 |
| 答辩日期 | 2024-05 |
| 文献子类 | 博士后出站报告 |
| 授予单位 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 刘彦随 ; 李发东 |
| 关键词 | 现代人地系统科学 人地关系地域系统 分区-分类-分级探测 作物类型与轮作方式 过程-机理-效应-优化 |
| 学位名称 | 博士后 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 人地系统是人类活动与地理环境相互联系、相互作用而形成的复杂适应系统，具有综合性、区域性、复杂性、开放性、动态性特征。地球系统进入人类世，现代经济全球化、快速工业化与城镇化进程促使人类活动对地球环境的作用增强、影响加剧，导致人类社会面临日益严峻的土地退化、环境污染、生物多样性减少等区域性问题，本质上是人地系统耦合失调、功能失衡的结果表现。新时代实施人与自然和谐共生的现代化、国土空间规划、城乡融合发展和乡村振兴等国家战略，重在协调和优化多区域、多层级、多部门之间的人地耦合关系、要素配置格局和多功能权衡协同关系，对深化现代人地系统科学研究提出了新要求、新挑战。现代人地系统功能分区、类型分类和强度分级定量探测已成为科学认知复杂人地系统演化过程与机理、服务支撑人地系统协调与可持续发展决策的重要基础。 本研究基于人地关系地域系统、现代人地系统科学和地理学“三主三分”理论，构建了自上而下的现代人地系统功能分区-类型分类-强度分级探测理论与方法体系。集成土地利用、人口密度、夜间灯光指数、感兴趣点等多源数据，综合决策树、空间聚类、人类足迹强度指数等多种方法，研制了2000-2020年中国人地系统生活-生产-生态功能分区方案，识别了城市型-村镇型-农业型-生态型等主导类型，评估了人类足迹强度，并从经济、人口、作物生产和生态质量视角分别揭示了城市型、村镇型、农业型和生态型人地系统的强度分级特征。以东北地区农业型人地系统为典型案例，探测了其分区-分类-分级特征，基于现代农业区划，开展了农业型人地系统分区探测；利用GEE平台、递归特征消除和随机森林算法，开展了2000-2020年逐年粮食作物类型分类，揭示其演化过程与机理；利用CASA、FAOP-M、用水效率（WUE）等模型，评估粮食作物的水-碳效应强度分级，并构建粮-水土效应权衡与协同分析框架，开展轮作方式多目标优化。主要结论如下： （1）构建了现代人地系统分区-分类-分级探测的理论与方法体系，探索了分层次解析人地系统地带性-地域性-地方性规律的研究范式，深化了现代人地系统耦合过程-机理-格局的科学认知，为科技支撑人地系统协调与可持续发展战略、促进人与自然和谐共生和全面乡村振兴决策提供科学依据。 （2）2000-2020年中国人地系统占比由53.9%增至54.1%，呈东南高、西北低的分异特征，平原、耕地和城市地区占比明显高于山地丘陵和地广人稀地区；生活功能区占比由3.61%增至5.24%，生产和生态功能区占比分别由35.19%和61.20%降至34.66%和60.10%。快速城镇化和乡村振兴发展促使城市型和村镇型人地系统面积增长135.45%和9.59%，新增主要源于农业型人地系统；农业型和生态型人地系统面积减少1.06%和1.37%。人类足迹强度由9.28增至10.25（10%），呈高值区扩张、低值区缩减，人类活动增强且集聚化的特征。城市型人地系统经济和人口强度增加824.24%、11.41%，均呈东南沿海及城市群高、西部低，高值区扩张、低值区缩减的特征；村镇型人地系统人口强度增加6.11%，呈东部沿海及华北平原高、西部和东北低，高值区扩张、低值区缩减的特征；农业型人地系统的作物生产强度、生态型人地系统的生态质量强度增加26.05%、15.72%，均呈南高北低的空间分异，前者高值区扩张、低值区缩减，后者高值和低值区扩张、中值区缩减。 （3）东北地区农业人地系统包括3个一级、9个二级农业区。2000-2020年东北地区粮食作物分类的样本精度为84.73–86.93%，与统计数据的R2为0.81–0.95。受自然和人文因素共同影响，玉米、水稻分别向西北、东北扩张111.05%、149.28%，而大豆自南向北缩减64.10%。比较经济收益较高的玉米和水稻扩张主要发生在离道路、水域和居民点较近、人口密度较高的好区位，气候变暖和降水增加为玉米西扩北移、水稻东北扩张提供了有利条件。东北地区作物需水、灌溉需水、NPP和用水效率分别增加0.74%/a、0.41%/a、0.96%/a和1.29%/a。玉米和水稻的NPP较高，大豆用水效率最高且有利于土壤有机碳积累。东北地区轮作方式以玉米连作（36.5%）和玉米大豆轮作（22.3%）为主。大豆连作和轮作有助于粮-碳-水综合效益提升，但其经济效益较低，需通过补贴政策给予激励。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 154 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209393]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘亚群. 现代人地系统探测理论与方法[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院地理科学与资源研究所. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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