海湾型城市半城市化地区空间扩展演化——以厦门市为例

选择海湾型城市--厦门市半城市化地区为研究对象,基于研究区1987、1992、1997、2002和2007年5个时相的TM/ETM+遥感影像数据,在遥感与GIS技术支持下获取了近20a 来各期土地利用信息数据,采用景观格局转移矩阵、景观格局指数和分形理论等方法研究了厦门市半城市化地区城市化过程中的景观格局空间演变特征,详细分析了城市形态演变、城市围填海特征及政策影响.结果表明:20 a 年来厦门近郊建设用地从18.4 km2增加到108.4 km2,远郊则从35.7 km2增加到114.9 km2,分别增长为原来5.9倍和3.2倍;城市空间扩展过程通过不断侵蚀耕地、林地和大规模填海造地完成,其中耕地景观变化最大,城市扩展最高峰(2002～2007年)近郊与远郊被建设用地"蚕食"的耕地多达19.74 km2和33.11 km2;在城市空间不断扩展的过程中,近郊城市城市由不稳定形态逐步向稳定形态(填充增长)演化,但远郊形态格局尚处于以中心城市扩展为主体的时期;填海造地面积及其时空分布与政策因素密切相关,20 a来厦门半城市化地区海岸线缩短了14.3%,近郊与远郊海岸分维数分别从1.236和1.267降到1.191和1.262,岸线复杂性明显降低,逐步趋于平直;海湾型城市战略的提出对填海造地影响最为明显,2002～2007年期间填海进程明显加快,近郊与远郊分别填海13.32和9.15 km2,超越了前15 a 填海总面积.     

北京市近二十年景观破碎化格局的时空变化

基于1993—2013年3期时间序列的遥感影像获得的一、二级景观类型的土地覆盖数据,利用移动窗口法和空间主成分分析法研究景观破碎度空间分布格局和破碎化过程。结果表明:北京市正处于快速城市化阶段,20年间其建设用地面积增加了1000.8 km~2,增长47.14%,而耕地面积减少21.86%;全市破碎化程度增加,其中,景观斑块总数增加了15.26%,而景观斑块的平均面积缩小了15.35%,景观形状指数(LSI)从88.426增加到98.897;北京市景观破碎化格局的空间异质性较大,但没有方向性偏好,却表现了"两极化"发展趋势,其中,高破碎化区域和低破碎化区域的面积增加,中等破碎化的区域面积减少,核心大城区和山区的景观破碎度降低,而新兴城区和郊区的景观破碎度增大;北京市景观破碎化格局的距离效应显著,呈现倒"U"型二次函数关系,其中,2013年的破碎度距离函数为:Y_3=0.1767+0.02898X_3-0.0005167X_3~2,距城市中心20—35 km处的城郊交错区景观破碎化程度最高。景观破碎化格局的分析有助于了解大城市快速发展阶段的景观格局演变规律,为城市生物多样性保护、绿地廊道维护和生态文明城市建设提供理论依据。     

嘉峪关市城市化进程及景观格局动态变化

绿洲城市是中国干旱区人类活动最集中、人地关系最为敏感和复杂的代表性区域。本文以快速城市化绿洲城市——嘉峪关市为例,基于RS和GIS技术等从人口、经济、城市空间布局3个方面来分析嘉峪关市城市化水平,同时从斑块特征指数、景观多样性指数和景观空间构型指数等对绿洲城市景观格局进行定量分析。结果表明:1978—2009年间嘉峪关市城市化过程明显,城市人口比重从1978年的69.9%升至2009年的90.3%,城市建设用地年均扩张指数高达5.6%;嘉峪关市景观格局变化显著,景观多样性和异质性增强,耕地、林地和建设用地破碎度增加,草地和水域呈波动状态,未利用地破碎度减少;各斑块受干扰的程度增大,斑块几何形状更趋向规律性,基质成分减少;嘉峪关市城市化过程强烈影响着城市景观格局及其变化,人类活动对城市生态环境的影响作用逐渐增加。     

厦门湾海岸带景观格局时空动态演变研究

以厦门湾海岸带为研究区,基于1989年与1997年Landsat TM、2010年SPOT5遥感影像,在遥感和GIS技术支持下,建立了厦门湾海岸带景观类型空间数据库。运用景观类型变化表征模型与景观格局指数方法,对近22年来研究区景观格局变化时空动态特征进行了定量分析。研究结果表明:厦门湾海岸带景观格局发生了较大的变化。农用地面积持续减少且降幅最显著,而城镇用地与建设用地则快速扩展;其中前者由占总面积的72.75%下降到30.67%,后者由占总面积的4.60%上升到38.97%。土地利用类型之间、以及各土地利用类型与滨海湿地之间的动态转化频繁,土地利用类型之间的转化以农用地和滨海湿地向城镇用地与建设用地转化为主。在1989—1997年农用地净转出面积为13862.55 hm2,滨海湿地转出面积为4268.82 hm2;在1997—2010年农用地转出达到20910.24 hm2,典型滨海则转出5931.64 hm2。在景观水平尺度上,景观格局向着多样化方向发展,景观的异质性增强,景观破碎化程度加深。景观格局变化的驱动因素主要为社会经济发展与政策调整。     

广州市城市化过程的景观动态格局及尺度效应

城市化过程直接改变了城市区域的景观结构,引起了景观格局的变化.该文以四期Landsat TM 遥感影像为数据源,运用景观格局指数分析了1990-2005 年广州市景观格局的动态变化特征,并利用空隙度指数对广州市景观格局的尺度效应进行了研究.研究结果表明:广州市在快速城市化的进程中,城市景观结构的变化主要表现为耕地、林地、草地等自然或半自然景观向城镇、农村居民点用地等人文景观转变;耕地大面积被城镇用地和工矿建设用地侵占,斑块数量增多,空隙度指数增大;城镇用地的空隙度指数一直呈现出下降的趋势,表明城镇用地景观中较小的斑块被合并,空间分布趋向集中.因此,综合运用景观格局指数和空间尺度分析,可以获得对城市景观动态过程较为全面的认识.     

广州市城市化过程的景观动态格局及尺度效应为例

城市化过程直接改变了城市区域的景观结构,引起了景观格局的变化。该文以四期Landsat TM遥感影像为数据源,运用景观格局指数分析了1990-2005年广州市景观格局的动态变化特征,并利用空隙度指数对广州市景观格局的尺度效应进行了研究。研究结果表明：广州市在快速城市化的进程中,城市景观结构的变化主要表现为耕地、林地、草地等自然或半自然景观向城镇、农村居民点用地等人文景观转变;耕地大面积被城镇用地和工矿建设用地侵占,斑块数量增多,空隙度指数增大;城镇用地的空隙度指数一直呈现出下降的趋势,表明城镇用地景观中较小的斑块被合并,空间分布趋向集中。因此,综合运用景观格局指数和空间尺度分析,可以获得对城市景观动态过程较为全面的认识。     

景观空间异质性及城市化关联——以江苏省沿江地区为例

空间异质性是揭示地理现象空间分异规律的重要标志.基于高分辨率卫星遥感影像数据,利用景观生态指数和统计学方法,构建景观空间异质性综合模型,定量测度了江苏省沿江地区景观空间异质性特征及城市化关联,并基于二者的相关性将研究区域划分为6个异质性梯度区,提出了应对城市化干扰的景观空间协调对策.结果表明:景观空间异质性综合模型是对景观斑块结构、形态、数量3个组分特征的反映,是揭示景观连通性、稳定性和破碎化的重要依据;景观空间异质性与3个城市化参数之间存在显著的正相关,城镇空间扩张模式和城镇人口的集聚强度对景观空间异质性影响较大;景观空间异质性梯度分异与区域开发强度、开发时序存在显著的耦合关系;同时,面对城市化的干扰,应该实施保护生态景观空间、减少建设空间与其它景观的接触概率和实施差别化的城市化战略等政策协调城市化发展与景观生态保护之间的矛盾.     

城市景观破碎化格局与城市化及社会经济发展水平的关系——以北京城区为例

快速城市化引发的景观破碎化加剧对于城市生态系统的过程、功能及其所提供的生态服务功能具有显著的影响。以北京市五环内中心城区为例,采用移动窗口分析、梯度分析与景观指数相结合的方法研究了城市景观破碎化的空间分布格局和内部水平差异,并以此为基础,探究景观破碎化与城市化及社会经济发展水平的关系。结果表明:类型水平上,城市建筑用地景观比例达63%,斑块连通性好,破碎化程度低,而绿地景观占33%,斑块分布不均匀,破碎化程度较高。景观水平上,城市中心和郊区的景观破碎化程度要明显低于城市边缘的城乡过渡区,沿城市化梯度从中心向外围呈现出先上升后下降的趋势。回归分析结果表明,景观破碎化程度与城市化水平之间表现出一种倒"U"型关系,并在城市化水平达42%—45%之间,景观破碎化程度达到峰值。进一步研究表明,人口密度和家庭户数是导致景观破碎化加剧的直接驱动因素,而经济的快速增长对景观破碎化程度的提高具有间接的影响。该研究结果不仅能作为城市生态系统监测的重要指标,还能为城市景观的合理规划提供科学依据,而且对于促进城市的可持续发展具有重要的意义。     

平潭海坛岛景观格局动态变化及其生态效应分析

以平潭海坛岛为研究区,基于1990年landsat TM和2010年ALOS遥感影像,在ArcGIS和Fragstats等软件平台支持下,运用马尔科夫转移矩阵和动态度模型,以及景观格局指数,对20年来研究区景观格局时空动态变化及其生态效应进行了定量分析。研究结果表明:近20年来景观格局动态变化显著。建设用地和居民地增长幅度最大,农用地和沙滩则降幅最显著。研究区景观格局主要景观类型为农用地和林地,景观类型转移主要表现为农用地与林地的相互转化,以及二者向城镇用地(居民地、建设用地和道路交通)转化。从类型水平上看,各类型斑块均趋于破碎化;在景观水平上,研究区景观格局向着多样化方向发展,景观的异质性增强,景观呈破碎化程度加深;从景观生态效应空间变化看,人为活动的影响沿着交通干线、城镇区在整个研究区蔓延扩展。     

基于TM影像的沈阳市城市景观格局变化分析

利用1992年和2013年Landsat TM数据,在遥感与GIS平台支持下,采用景观格局和梯度分析相结合的方法来分析沈阳市城市化进程中景观格局变化。研究结果表明,1992—2013年,沈阳市城市景观格局总体变化明显,城镇用地增长10.97%,农业用地减少9.95%,水体、道路、绿地变化幅度较小。整体景观格局破碎化程度有所下降,斑块密度、边界密度、Shannon多样性均有所下降,蔓延度升高。在样带梯度分析中,以斑块密度为基础的几种景观指数能检测出城市化梯度和程度不断向郊区递减,在空间上,呈现出农村-城乡交错带-城市-城乡交错带-农村的变化特征,在时间上,中心城区的景观破碎化降低,城乡交错带景观破碎化升高。景观格局变化分析为了解城市化过程中城市形态、结构和生态过程提供依据和参考。     

南昌市城镇空间扩展与景观生态风险的耦合关系

为探究城镇用地空间扩展对景观生态风险的影响,以南昌市为例,运用遥感、GIS及数理统计的方法,借助城镇扩展强度指数研究了南昌市2000—2017年城镇空间扩展的时空变化特征,构建了景观生态风险指数,以3 km×3 km的单元网格进行系统采样,探究城镇扩展下南昌市景观格局的动态变化和景观生态风险,最后基于地理加权回归(GWR)模型,定量分析2000—2017年南昌市城镇空间扩展与景观生态风险之间的耦合关系。结果表明:(1)2000—2017年,南昌市城镇用地增加了247.56 km~2,年均扩展速率达17.75 km~2,其中2000—2005年扩展最快,呈现出剧烈扩展的态势,扩展强度达到0.55。城镇扩展主要沿正北和西北方向扩展,分布在青山湖区、南昌县、新建区等,总体上呈快速扩展趋势;(2)南昌市景观格局以耕地为主,建设用地快速扩张,耕地、林地、草地面积持续减少,土地利用的景观格局指数反映此期间人类活动的干扰程度加剧,景观斑块数量增加,整体破碎度提高。借助地统计分析方法,计算得到南昌市景观生态风险由2000年的0.1354上升至2017年的0.1420,景观生态风险呈逐渐升高的趋势;(3)2000—2017年,城镇用地面积与景观生态风险、城镇空间扩展强度指数和景观生态险变化值之间,都呈现负相关影响,后者相关性在减弱。回归系数的空间分布上,由中部向外逐渐升高,低值位于城镇扩展较快的南昌市区,城镇的快速扩展使城镇用面积大幅增加,景观破碎度、损失度降低,景观生态风险随之降低;高值出现在进贤县、安义县等经济发展缓慢的地区,城镇用地扩展幅度小,扩展边界斑块破碎度大,分离度上升,景观生态风险增加。研究结果为促进城市建设与生态环境保护的相互协调,正确评价人类活动对城市生态系统的影响,以及南昌市的可持续发展和科学管理提供借鉴。     

粤港澳大湾区生态系统格局变化与模拟

快速城市化是导致粤港澳大湾区生态系统时空格局变化的主要驱动力之一,模拟生态系统变化趋势对于优化区域土地利用格局、防控城市化的生态风险具有重要意义。以2000、2005、2010、2015、2018年5期土地利用数据,分析该区域生态系统格局演变,并运用CA-Markov模型模拟2025年的生态系统格局。研究结果表明:(1)2018年大湾区的森林、农田和城镇为主要生态系统类型,分别占区域总面积的53.99%、22.67%和14.51%。(2)2000—2018年农田、森林、湿地面积分别下降了1983、740、278 km~2,城镇和草地面积分别上升了2896、103 km~2,城镇面积增长的主要途径是对周围农田、林地和湿地的侵占,草地面积增长是因为管理经营不善导致部分林地退化为草地。(3)大湾区的景观多样性和均匀度下降,景观正在向小斑块趋势发展,空间连通性下降,破碎度增加。(4)模拟2025年的生态系统格局发现,与2018年相比,城镇面积增长了609 km~2,农田和森林分别减少了309 km~2和316 km~2。基于大湾区生态系统格局变化与模拟发现,快速城市化区域中,落实耕地保护红线和生态保护红线制度、保护重要生态空间完整性,对于降低城市化的生态风险具有重要作用。     

城市土地利用变化对生态系统服务的影响——以淮北市为例

城市是一类以人类活动为中心的社会-经济-自然复合生态系统.城市的快速蔓延及强烈的人类活动显著地改变了城市的土地利用结构,进而严重影响了城市生态系统服务及人居环境.通过遥感、GIS技术及生态系统服务价值评估等方法,对淮北市1987年、2000年和2007年3个时期20a间的土地利用结构及生态系统服务价值的演变进行定量评价.研究结果表明:1987-2007年间淮北市生态用地空间结构和面积发生剧烈变化,生态用地占城市面积的比例由91.45％降低至71.86％.1987-2000年,农田面积大幅度下降,而林地和水体都呈不同程度的增加趋势,建设用地面积增长迅速.2000-2007年,农田面积有所增加,林地和水体面积却明显下降,建设用地总面积虽然没有明显变化,但其聚集度显著增加.20年间,城市生态服务功能的价值呈现先增加后减少的趋势,在2000年达31.32亿元.2000-2007年,以废物处理和水源涵养功能退化最为严重.可见,城市土地利用结构的变化与生态服务功能密切相关,此结果可为淮北市景观格局优化及土地合理调控和管理提供一定的科学依据.     

关中平原城市群扩张对生态用地的多尺度影响

城市扩张与生态空间保护的矛盾是新型城镇化和国土空间规划过程中急需解决的问题之一。作为黄河流域生态保护与高质量发展的核心区域，关中平原城市群面临更加严峻的生态和资源胁迫。但相关研究主要对研究区整体的生态环境变化进行测度，少有研究分析城市群发展对生态用地的多尺度影响，且忽略了城市群中土地变化最剧烈，生态受胁迫最严重的城市边缘区。因此，基于土地利用数据，结合土地利用转移矩阵、景观指数、估算城市扩张间接影响的生态用地面积等方法，研究从城市群、重点城市和主要城市边缘区3个尺度分析1990-2018年城镇扩张对生态用地的直接和间接影响。结果表明：（1）关中平原城市群土地利用类型以半生态用地（耕地）为主，面积占比超过40%。而城市边缘区主要以半生态用地和建设用地为主。1990-2018年城市群建设用地面积比例由3.67%增长至5.93%，耕地面积共计减少3032.11 km²，自然生态用地的面积增加628.03 km²。受耕地占补、退耕还林等多重政策的影响，半生态用地和自然生态用地的变化呈现为"拉锯式"发展特征。（2）城市扩张对半生态用地的直接影响大于对自然生态用地的直接影响，各尺度土地利用转移变化大同小异，新增建设用地的主要来源均为耕地，其中城市边缘区的耕地受城镇扩张的挤占最为突出。（3）城市扩张对自然生态用地的间接影响大于直接影响，且不同城市建设用地对自然生态用地的间接影响因耕地补偿机制的不同而有所差异。因此，对关中平原城市群实施"一刀切"的耕地补偿政策实际上并不合理，应当因地制宜，考虑地区土地资源条件，适当调整发展和约束政策，更有利于城市群的可持续发展。     

喀斯特多山城市生境质量对土地利用变化的时空响应——以贵阳市为例

在喀斯特地区,随着城市的快速扩展,城市建设用地在山间平缓地带延展,大量的自然山体被包围,最终被镶嵌于城市建成区内,形成了城市遗存山体。喀斯特多山城市内部的城市遗存山体是城市生境的主要组成部分,具有多种不可替代的生态系统服务功能。以典型喀斯特多山城市贵阳市建成区为例,基于2008—2018年土地利用数据和InVEST模型定量分析研究区土地利用、景观格局和生境质量时空演变特征。最后利用地理加权回归模型揭示生境质量与土地利用变化之间的响应关系。研究结果表明：(1)2008—2018年耕地、城市遗存山体、林地在研究期间分别减少94.56 km²、8.74 km²、6.8 km²,土地利用变化主要以耕地、城市遗存山体和林地转化为建设用地为主,景观斑块破碎化和空间异质性逐渐加强。(2)2008—2018年生境质量空间聚集效应明显,平均水平较低且呈现下降的趋势,低水平生境质量面积占比从2008的38.29%增加到2018年的60.32%。适中和高水平生境质量面积占比分别下降1.95%和4.15%,生境质量退化面积达82.78 km     

种植密度对冬小麦根系时空分布和氮素利用效率的影响

在大田条件下,以大穗型品种泰农18和中穗型品种山农15为材料,研究不同种植密度(泰农18：每公顷135、270、405万株;山农15: 每公顷172.5、345、517.5万株)对冬小麦根系时空分布和氮素利用效率的影响.结果表明：在整个生育期,随种植密度的增加,泰农18的根长密度、根系总吸收面积和活跃吸收面积均显著增加;在生育后期,山农15的根长密度、根系总吸收面积和活跃吸收面积在种植密度为每公顷345万株时最大.泰农18的籽粒产量、氮肥吸收利用效率、氮肥偏生产力和氮素利用效率在种植密度为每公顷405万株时最高,山农15在种植密度为每公顷345万株时最高,但与种植密度为每公顷517.5万株的处理差异不显著.随种植密度的增加,冬小麦成熟期土壤硝态氮、铵态氮和无机态氮在不同土层的积累量均降低.泰农18和山农15种植密度分别为每公顷405万株和345万株时,是兼顾高产和高效利用氮素的适宜种植密度.     

基于景观安全格局的建设用地管制分区

旨在探索如何构建一种生态与经济发展兼顾的建设用地管制分区工作体系.以扬州市为例,选择防洪、水土保持、生物保护、乡土文化保护和游憩安全5个要素构建区域多层次综合生态安全格局,利用神经网络CA模型模拟无生态约束下的区域城镇建设用地扩展格局,将二者耦合得到优先建设区、有条件建设区、调整建设区、限制建设区和禁止建设区,并为每类管制区编制相应的管制规则.结果表明:①利用景观安全格局与城镇建设用地扩展格局耦合来进行建设用地管制区划分,优先考虑生态环境保护,再进行建设用地的安排,实现了生态与经济的双赢;②通过调整建设区的划定,为地方政府提供了新增建设用地适宜调整的区域,在建设用地管制的基础上,给予地方政府充分的自主权.     

空间约束背景下海岸带湿地保护边界研究

湿地保护边界划定是维护湿地可持续发展的基础前提,也是协调湿地保护与农地利用、城镇发展土地配置与空间布局的必经途径。研究从湿地保护边界的"源-汇"生态景观互动视角着眼,明晰了湿地保护源及保护优先等级,建构了空间约束评价与生态断界来刻画汇景观空间层次分异,借助最小累积阻力模型测度与划分了湿地保护边界及其类型。研究发现:(1)基于多重因素的空间约束评价与湿地生态断界的划分,通过最小阻力模型有效地刻画外部因子集成对湿地保护的限制及差异,以量化方式描绘湿地保护所处阻力最小地带,为湿地保护边界划分提供了新的思路。(2)杭州湾南岸生态断界与中高约束的区域占据研究区52.69%比例,无约束地域仅为12.79%,奠定了综合因素空间约束强势的基本格局。加之低度约束区域占据34.53%,显示杭州湾南岸区域多介于高低空间约束性势转换或过渡阶段,压缩了湿地保护的空间。(3)研究划分湿地保护边界范围与缓冲区带为49.11、24.07km~2,面积总和仅占据杭州湾南岸5.47%,湿地保护拓展和弹性调整空间极为有限。除生态断界提供湿地保护的天然边界外,湿地保护界限表现为保育林区、农地延伸型和水源保护型三类。     

区域城市扩张对森林景观破碎化的影响——以粤港澳大湾区为例

森林生境丧失与景观破碎化是引起生物多样性下降,生态系统功能降低的重要原因。量化森林景观破碎化的时空特征及其与城市扩张格局的关系是开展区域生态修复与功能提升的重要基础。本文以快速城市化的典型区域——粤港澳大湾区为研究对象,基于遥感解译的1980年、1990年、2000年、2010年和2018年土地覆盖/利用专题图,通过多尺度的景观格局分析和统计分析,定量解析森林景观破碎化的时空演变特征及其与城市扩张格局间的关系。研究结果显示：1）1980-2018年,大湾区林地覆盖面积缩减1,274 km²,林地转变为建设用地的面积占林地丧失总面积的比例从1980-1990年的11%增长至2010-2018年的42%,表明城市扩张已成为林地丧失的主导因素;2）森林景观破碎化程度加剧,表现为林地斑块密度提高,平均斑块面积减小,但破碎类型与程度具有地域差异;3）城市扩张幅度与空间格局显著影响林地破碎化,其中,城市扩张幅度对林地破碎化的影响更为重要。基于森林景观破碎化与城市扩张的现状,落实城市增长边界划定、关键斑块-廊道识别与生态网络构建等措施,有助于保护与连通重要生态空间,保障和提升生态功能。