扬州城市建设用地扩张的时空演变特征及其驱动机制

建设用地扩张是城市土地利用变化中最剧烈、最直观的表现。探究其时空演变特征及其驱动力将有助于揭示城市空间扩张机理,促进城市用地调控的科学化。以快速城市化的中型城市——扬州市为例,基于多期Landsat遥感影像(1995、2000、2005、2010和2015年)、社会经济数据等资料,分析建设用地扩张的时空演变特征,进而利用增强回归树(boosted regression tree)方法,探讨城市化进程中地理空间、社会和经济因子对建设用地扩张的影响。研究发现,1995—2015年,建设用地面积从725.4 km~2持续增加到1076.5 km~2。随着城市化的推进,建设用地的空间形态趋于紧凑、形状变得规则,重心也随之转移,表现出市辖区的局部吸引和联动特征。在地理空间、社会和经济因子中,地理空间因子(如海拔、距县市核心区和建成区的距离)对建设用地扩张的影响最大,但其相对影响却从1995—2000年的73.9%逐渐下降到2010—2015年的60.2%;社会和经济因子的相对影响则呈增加的趋势,即1995—2000年的5.2%和20.9%分别增加到2010—2015年的7.9%和31.9%。地理空间因子(如距县市核心区和建成区的距离)对建设用地扩张的影响以抑制作用为主,但不同社会经济因子的作用呈现较大差异,例如,人口密度、人均GDP和财政收入能够促进建设用地的形成,人口数量表现为抑制作用,第二产业则为先抑制后促进的作用。     

山地丘陵区林州市的国土空间格局与生境演变分析

针对山地丘陵区国土空间格局快速演变及生态环境安全问题, 以林州市为例, 利用林州市1990年、2000年、2010年、2015年土地利用数据, 采用土地转移矩阵、景观格局指数、INVEST模型分析林州市国土空间转化类型及时空格局特征、景观格局下的生态退化程度。结果表明: (1) 1990-2015年间, 生活空间逐年增加, 生产空间减少, 生态空间小幅度波动变化。生产空间用地减少了3.23%, 其中转为生活空间用地的面积占其减少面积的89.67%, 转为生态空间用地的面积占其减少面积的10.53%。(2) 1990-2015年间, 虽然林州市生态空间用地增加, 但是生活空间用地的进一步扩张, 使得斑块破碎化程度加大, 景观连通性减弱。各土地利用类型中, 城镇生活空间集聚程度较高, 生产、生态空间用地破碎化程度逐渐加大。(3) 1990-2015年间, 林州市由于国土空间格局的改变引起景观格局趋于破碎化, 从而导致生境退化程度不断增加, 其中中心城区的生境退化程度最高, 是林州市未来规划发展的敏感区域。     

北京城市景观格局时空变化及驱动力

2004—2020年城市总体规划以来,北京经历了快速的城市化发展期,城市景观格局发生了很大变化。采用TM遥感影像为信息源,通过RS解译建立了2003、2007和2011年北京市土地利用覆盖空间数据,利用Fragstats对景观格局特征指数进行了计算和分析,分别从全市域和六环内城市化典型地区两个尺度研究了北京市城市景观格局时空变化特征,结合社会经济、城市总体规划和城市发展政策因素,分析了北京城市景观格局变化的驱动力因素。研究结果表明,过去近10年,市域景观特征发生了深刻变化,建设用地保持较快的增长速度,其比例由15.0%上升至18.0%,相反耕地面积比例由21.3%下降至18.8%。林地一直是市域的优势景观类型,比例维持在51%以上。而六环内城市化典型地区的景观变化更加明显,建设用地比例增加近10%,是六环地区的优势景观类型,耕地比例相应减少10%。建设用地的增长主要以耕地占用为主。景观格局指数的分析表明,大尺度和小尺度的景观格局变化表现出不同的特征,市域大尺度建设用地斑块破碎化程度高,景观蔓延度、聚合度下降,景观多样性增加;而小尺度六环内的建设用地斑块破碎化趋势降低,景观蔓延度和聚合度上升,但景观多样性下降迅速。大小两个尺度的景观空间形态均表现出复杂性增加的趋势。通过景观格局变化的驱动因素分析,人口规模的增加、产业结构调整、城市总体规划的实施以及城市发展政策的变化是导致景观格局变化的主要因素。     

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。     

东江流域景观格局演变分析及变化预测

以东江流域土地利用解译结果为基础,采用转移矩阵、移动窗口法和景观格局指数对1990—2016年对东江流域的景观格局时空变化进行分析,并结合地形因子、交通通达度因子和限制转化因子采用FLUS(Future Land Use Simulation)模型对流域未来景观格局进行预测。结果表明:(1)自1990年以来,研究区的7种土地利用类型皆发生了变化,其中建设用地由于林地和耕地的大量转入增加最明显。(2)1990—2016年,流域景观破碎化呈现以河道为中心向东西两侧减小的趋势,景观多样性呈现流域上游小,下游大的趋势,且高值区在经济较发达的城镇地区。园地的景观破碎程度最高、林地的优势度减弱,城镇建设用地的集聚度增加。(3)2016—2042年,流域各用地类型变化率不大,景观破碎化和多样性程度虽有增加但增长速度相对放缓。     

近25年长江中游地区土地利用时空变化格局与驱动因素

长江中游地区(湖北省、湖南省和江西省)位于长江经济带中心,是我国"中三角城市群"所在地,也是国家"两屏三带"生态安全战略的重点区域,其土地利用变化受地理环境制约和社会经济发展的影响,也与未来区域可持续发展密切相关。根据1990、2000、2010和2015年Landsat TM遥感影像数据,采用景观格局分析、梯度分析及相关性分析方法,揭示近25年土地利用时空变化格局及其与社会经济因素的关系。研究表明:(1)研究区耕地与林地为主体景观,分别占30%、50%,建设用地占比3%,具有重要生态功能的土地利用类型(林地、灌木、水体、草地、果园)占比达67%。(2)沿中心城区-边缘区梯度,各土地利用类型表现出明显的空间特征,建设用地和耕地面积占比显著减小,破碎化程度增加,而林地呈整体化趋势。(3)近25年来,该区耕地、林地分别减少1.06%、0.49%,建设用地增加1.08%,整体景观破碎化程度加重、景观多样性升高;除林地外,其它地类变化均与社会经济因素(人口、农业人口、非农业人口、GDP、人均GDP、城市化水平、三大产业产值)显著相关。这些结果表明,与沿海地区相比,近25年长江中游地区土地利用变化较小,还有着较好的基于提供生态系统服务的土地利用基础;但生态保护任务仍然艰巨,需划定生态保护红线,保护优质耕地,控制城市扩展规模,加强生态廊道、节点的建设,增强区域景观生态功能,以便满足未来长江经济带可持续发展的需要。     

建设用地扩张对区域文化景观时空演变的影响——以广东省韩江三角洲为例

文化景观是自然和人文因素复合作用下产生并随人类行为而不断变化的产物,探索建设用地扩张对文化景观造成的影响是理解人类活动干预文化景观形式内涵、价值特征的关键。本研究对韩江三角洲文化景观进行分类,并运用景观指数定量描述1980—2018年该地区文化景观时空演变特征,最后,通过空间面板计量模型分析建设用地扩张对文化景观的空间效应。结果表明: 在区域层面共识别出7种文化景观类型。1980—2000年,研究区文化景观格局变化较大,破碎度上升、不规则程度加深、多样性增强。区域建设用地面积占比由14.8%提升至29.9%,建设用地扩张速度以2000年为分界点,这与文化景观变化时序吻合。建设用地扩张与文化景观变化之间存在空间依赖性。随着建设用地扩张,沿海区沙堤沼泽处的蔓延集聚型城镇景观成为优势类型,洪泛低地、潟湖低地处的历史村镇与湿地水田面临消亡。建设用地不仅影响本地景观格局,对邻近地区也具有空间溢出效应。建设用地扩张使同一类型景观的斑块融合程度提高,景观集聚效应加强;使不同类型景观斑块间的蔓延度降低,不规则性增加,趋于破碎化。研究结果可为韩江三角洲区域的人文历史传承、生态格局优化提供参考。     

1986—2018年典型矿业城市大同市建设用地景观格局

剖析矿业城市建设用地景观空间布局与演变特征,不仅有助于解决生态环境问题,而且能为优化城市用地结构、及时采取转型干预措施提供科学依据。以典型矿业城市——大同市为例,基于1986—2018年建设用地空间分布数据,运用景观指标分析法研究建设用地景观的时空分异特征,并通过傅里叶变换和小波变换的图谱检测景观变化周期。结果表明: 研究期间,大同城市建设用地面积不断增加,但增速逐渐放缓,范围由“东北-西南”方向的带状区域向东蔓延。景观格局的破碎度和复杂度不断增加,物理连通性逐渐降低,功能连通性呈高低值交替变化。大同城市的空间扩张及建设用地景观格局的破碎化和复杂化可能均存在大约35年的周期,景观功能连通性的周期长于物理连通性。     

城市化对北京市景观格局的影响

利用1997年与2002年北京地区遥感资料,对北京六环以内的景观进行分类.用Fragstats3.3计算的景观水平上的各种指数对5年来北京市区的景观格局变化进行分析.结果表明,1997～2002年间北京市区斑块数量增加106.6%,斑块平均大小下降51.6%,分离度指数增加93.3%,景观多样性指数增加17.8%.景观呈破碎化趋势并且景观类型变得多样化.北京市区景观格局变化的驱动力为人口的快速增加和生活水平的提高所带来的房地产用地和城市基础设施用地的快速建设.本文进一步讨论了北京市区景观格局变化对城市生态系统物质流和能量流变化的影响,并结合北京城市规划,为北京市城市发展规划提供一些景观尺度建议.     

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。     

Influences of Different Land Use Spatial Control Schemes on Farmland Conversion and Urban Development

Land use planning is always officially implemented as an effective tool to control urban development and protect farmland. However, its impact on land use change remains untested in China. Using a case study of Hang-Jia-Hu region, the main objective of this paper was to investigate the influence of different land use spatial control schemes on farmland conversion and urban development. Comparisons of farmland conversion and urban development patterns between the urban planning area and the non-urban planning area were characterized by using remote sensing, geographical information systems, and landscape metrics. Results indicated that farmland conversion in the non-urban planning area was more intensive than that in the urban planning area, and that farmland patterns was more fragmented in the non-urban planning area. Built-up land patterns in the non-urban planning area showed a trend of aggregation, while those in the urban planning area had a dual trend of fragmentation and aggregation. Existing built-up areas had less influence on built-up land sprawl in the non-urban planning area than that in the urban planning area. Built-up land sprawl in the form of continuous development in the urban planning area led to farmland conversion; and in the non-urban planning area, built-up land sprawl in the form of leapfrogging development resulted in farmland areal declines and fragmentation. We argued that it is a basic requirement to integrate land use plans in urban and non-urban planning areas for land use planning and management.     

无锡市农业用地变化的景观驱动机制及其演变

为揭示农业用地减少热点的驱动因子时空变异特征,本文以无锡市为研究对象,在多时相LandsatTM遥感影像的支持下,应用邻域分析法和Logistic回归模型对1995—2010年农业用地动态变化及驱动机制进行了研究。结果表明:研究区农业用地面积不断减小,减少热点主要分布于主要城市及乡镇周围,其空间格局经历了较分散、相对集中、更加分散3个阶段;可达性因子对农业用地的影响在不同时期基本一致,农业用地减少的相对速度随可达性的上升而增加;经济因子和社会人口因子对农业用地减少影响强烈,但具有较强的阶段性和区位差异性;地形要素等自然环境因子对农业用地减少的作用强度相对较小,但在不同时期各区位表现出较显著的影响。总体上,对农业用地减少影响最大的景观因子逐渐由交通可达性、地形等自然地理要素演变为工业生产总值及人均收入等经济、社会要素;经济、社会要素对农业用地变化的影响随景观发育而逐渐增强。     

庙岛群岛北五岛景观格局特征及其生态效应

海岛由于自然特征的空间差异、人类活动的日益增强以及生态系统的脆弱性,其景观格局空间分异性明显且生态效应趋于复杂。以庙岛群岛北五岛为研究区,基于现场调查和3S技术,从景观尺度、海岛尺度和区块尺度分析海岛景观格局空间特征,进而探讨景观格局与净初级生产力(NPP)、植物多样性和土壤性质的关系。结果显示:(1)不同尺度景观格局均表现出了空间差异。景观尺度上,针叶林、阔叶林和草地3类植被景观面积最大,斑块密度、边缘密度和平均形状指数总体较高,建筑用地也具有较大规模,其斑块密度较高,平均形状指数处于最低值,裸地也具有一定规模,其各项景观指标处于中间位置;海岛尺度上,随着海岛面积、人口和GDP的增加,斑块密度和人为干扰指数均明显增大;区块尺度上,斑块密度、边缘密度和平均形状指数与海拔呈显著正相关,人为干扰指数与海拔和坡度均呈显著负相关。海岛面积、地形和人类活动分别是北五岛景观格局的基本因子、重要限制因子和直接驱动因子。(2)海岛景观格局的生态效应与尺度密切相关。景观尺度上,各项生态效应指标在不同景观类型上均具有显著差异,海岛尺度上的生态效应指标对景观格局的响应不甚灵敏;区块尺度上,生态效应指标与景观格局指数表现出了显著的简单相关性和偏相关性,但二者结果具有差异。NPP和土壤水分主要受到景观类型和植被生长状况的影响,多样性和土壤养分同时受到景观类型和景观格局破碎度、边缘效应的影响,人为活动强度的增大地带来了各项生态效应指标的降低。控制建设规模、优化景观布局与改进开发利用方式是维系海岛生态系统稳定性的重要措施。     

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。     

黔中喀斯特山地城市景观稳定性评价与特征分析

城市景观稳定性是对城市生态环境进行分析和评价的基础,对城市景观生态安全格局和景观可持续性具有十分重要的意义。以典型喀斯特山地城市贵阳市为研究对象,以2008年、2013年和2017年景观类型为主要数据。运用蔓延度指数、斑块密度和总边缘对比度构建景观稳定性评价模型,在分析2008-2017年景观格局变化状况的基础上评价景观稳定性时空特征。并运用探索性空间数据分析方法揭示贵阳市景观稳定性时空演变规律和冷热点特征。结果表明:(1)2008-2017年贵阳市景观格局发生剧烈变化,耕地面积大幅减少,林地和建设用地面积持续增加,景观破碎化程度加剧,但破碎化趋势有所减缓。(2)10年间,贵阳市景观稳定性水平整体较低,以不稳定和较不稳定为主,表现出"先降低、后提高,总体略有降低"的趋势。(3)贵阳市景观稳定性的空间分布与演变具有明显空间聚集效应,全局Moran''s I指数介于0.2008-0.4005之间,但聚集趋势呈"总体减弱,小幅提高"的特征;此外,景观稳定性热点区主要集中在城镇建设用地或林地斑块相对集中连片、完整的区域。研究结果可为喀斯特山地城市景观空间格局优化、生态安全网络格局构建和生态文明城市建设提供重要的科学依据。     

南昌地区城市建成区景观结构特征对建设用地扩张的影响

利用南昌地区 1988～ 2 0 0 0年期间的 4景城市建设用地分布图和叠图代数计算方法 ,分两个比较时段 (1988～ 1991年及1998～ 2 0 0 0年 )研究了快速城市化地区建成区景观格局特征对建设用地扩张的影响 ;重点分析了边缘非城镇像元的邻域特征、非城镇像元与最近建成区像元的距离以及建成区斑块的规模对边缘及全区非城镇像元向建设用地转化比率的影响。结果表明 ,非城镇边缘像元的邻域水平与其向建设用地转化比率之间的相互关系可以用一阶直线方程加以表述 ;非城镇像元与最近建成区像元之间的距离对转化率的影响呈幂函数关系 ,建成区斑块规模的对数与周围非城镇像元向建设用地转化比率之间的关系可以用二项式方程进行拟合。尽管两个比较时段之间的城市化程度差异明显 ,但拟合方程的类型保持一致 ,表明建成区格局特征对新增建设用地的影响是一种机制性的联系。最后探讨了将上述相关关系引入城市化景观动态模拟研究中的可能性以及在具体变量赋值过程中应当注意的有关问题。     

城市化下的民族乡镇景观格局变化——以内蒙古莫力达瓦达斡尔自治旗阿尔拉镇为例

随着国家新农村建设和新型城市化的稳步推进,乡村景观格局的变化开始受到广泛关注,特别是相对闭塞的少数民族乡镇,理解其景观格局的时空变化对于探索民族乡镇发展至关重要.本研究基于景观生态学理论,利用典型达斡尔族少数民族乡镇——阿尔拉镇2008—2013年间的土地利用矢量数据,通过ArcGIS和 Fragstats软件计算景观格局指数,从类型水平和景观水平上对景观格局变化进行分析.结果表明: 在类型水平上,研究区农、林、草地逐渐向建筑用地转移;在景观水平上,景观多样性指数偏低,异质性较高,连通性不强,景观破碎化程度较高.将景观指数与社会经济指标进行典型性相关分析和灰色关联分析,发现人口的变化和GDP的增长是研究区景观格局变化的最主要驱动因子.最后,结合经济、文化、政策、自然等因素探讨了导致阿尔拉镇景观格局演变的主要驱动因素,并给出相应对策,该结果可为我国东北少数民族聚居区的发展提供基础信息和理论依据.     

南方丘陵区耕地景观生态安全影响因素及其空间差异

构建耕地景观生态安全格局是抵御区域耕地生态风险,保障耕地生态质量的重要举措。研究以南方丘陵区典型县-奉新县为研究区,选取部分景观格局指数构建南方丘陵区耕地景观生态安全评价模型,分析了县域尺度耕地景观生态安全状况及其空间聚集特征,并尝试应用地理加权回归模型探究自然和社会经济因素对区域耕地景观生态安全影响作用的空间地域差异。结果表明：耕地景观生态安全处于"危险"状态的行政村占研究区总数的12.92%,区域耕地景观生态安全问题存在明显的空间聚集性;地理加权回归模型较传统全局回归模型有较好的拟合优度,可以较好地揭示影响因素作用的地域差异;自然,社会经济因素对耕地景观生态安全的影响具有显著的空间非平稳性,依据影响因素作用强度的地域差异可以将研究区划分为距居民点的距离、地形位指数、年平均降雨量负向影响区和人口密度正向影响区。研究为确定耕地景观生态安全干扰来源及探究耕地保护对策如何落实到空间地域上提供了参考依据。