基于GlobeLand30的城市生态用地时空变化特征——以北京市为例

在城市高速增长而土地资源有限的背景下,北京市探索了城市总体规划统领的生态保护与建设有效途径,探究其生态用地时空变化特征,能够为生态用地与建设用地同步规划和协调布局提供参考。本文基于北京市2000年、2010年和2020年的GlobeLand30土地覆盖数据,分析了2000-2020年生态用地与建设用地、农用地的相互转化,揭示了各类用地变化强度在不同距离及方位的空间分布特征,应用景观格局指数刻画了空间形态变化;通过景观扩张/收缩指数LESI判定生态用地空间形态变化模式;通过高斯两步移动搜索法2SFCA计算建设用地与生态用地的可达性。结果表明：（1）生态用地面积占比一直为13%~15%,但不同距离和方位的空间分布发生显著变化,生态条件较好区域受城市增长负面影响较大,生态条件相对薄弱区域的生态建设在城市增长中加强。（2）生态用地的空间形态变化不大,但空间分布趋于分散;生态用地增加以新生模式和扩展模式为主,减少则从消亡模式为主转向分裂模式和收缩模式为主。（3）建设用地与生态用地的可达性整体偏低,2000-2010年新增建设用地可达性的低等级占比高于既有建设用地,可达性高值区零散分布在中心区域;2010-2020年新增建设用地可达性的较高等级占比高于既有建设用地,可达性较高区域的空间分布更加均匀。     

绿洲城市用地扩展的景观生态格局变化——以武威市凉州区为例

在ArcGIS 10.2和Fragstats 4.2软件的支持下,采用圈层分析、景观指数、城市扩展强度指数等方法,以武威市凉州区1985、1995、2005和2015年4期土地利用现状数据为数据源,对凉州区1985—2015年城市用地扩展的景观生态格局变化特征进行分析。将整个研究区划分为东北(NE)、东南(SE)、西南(SW)和西北(NW)4个方向,并以3 km为缓冲半径作覆盖整个研究区的23个圈层,分析了凉州区城市空间扩展时空演变特征、城市空间扩展过程中的土地利用和景观格局变化。结果表明:凉州区的城镇建设用地主要分布在0~3km的区域范围内;1985—2015年城镇建设用地面积持续增加,正东方向和东南方向是城镇扩展的主方向;凉州区城镇建设用地景观斑块形状简单,受人类活动干扰,斑块个数不断增加,破碎度加剧,且距离城镇经济中心越近斑块集中度越高。     

城市扩张对北京市城乡结合部自然和农业景观的影响——以昌平区三镇为例

城乡结合部自然和农业生态系统是确保城市生态安全的重要基础。研究快速城市化背景下城乡结合部自然和农业景观的时空演变规律和驱动因素,能够为相关规划的编制和保护政策的制定提供科学支撑。以北京市三个典型的城乡结合部乡镇为例,通过对1999、2004和2010年三期SPOT遥感影像的解译,获取三镇三个时期土地利用/覆盖(Land Use/Land Cover,LULC)数据。在此基础上,借助Arc GIS空间叠加功能和土地利用转移矩阵,分析1999—2010年三镇LULC的时空变化特征;并通过空间自相性和景观连通性分析,研究近十年来三镇建设用地的空间聚集特征以及自然和农业景观空间连通性的变化,分析城市扩张对三镇自然和农业景观格局和稳定性的影响。最后,采用定量和定性相结合的方法,分析三镇自然和农业景观变化的驱动力。结果表明,1999—2010年三镇经历了剧烈的LUCC过程,建设用地、林地和草地面积大幅增加,伴随的是农业用地和水域面积的急剧减少。各种土地利用类型之间都存在着相互转移,特别是农业用地向建设用地、林地和草地,以及林地向建设用地转移明显。新增建设用地大多通过侵占原有建设用地周边的农业用地和林地,而实现"成片蔓延式"扩张;并造成了三镇自然和农业景观连通性的急剧下降,危及到该区域生态系统结构的完整性和功能的持续性。社会经济发展、土地利用规划、公共政策等共同决定着三镇LUCC的结构、规模和空间分布,是三镇自然和农业景观格局演变的主要驱动力。     

不同空间尺度的景观格局对流溪河水质的影响

为探究不同空间尺度的景观格局对流溪河水质的影响,于2020年6月和2021年1月在流溪河干流15个采样点进行了水样的采集,测定了水温、溶解氧、pH、氨氮、硝态氮、硫酸盐和氯化物等水质指标。结合遥感解译所得的土地利用数据,提取了不同空间尺度(子流域和河岸带缓冲区)的景观格局指数,采用Bioenv分析、Mantle检验、方差分解和层次分割理论等方法揭示了景观格局对水质变化的影响。研究结果表明：氨氮是流溪河的主要污染物。土地利用结构与空间格局特征对水质的影响存在空间尺度效应。在100 m河岸带缓冲区,水域是影响水质的主要贡献源;而在其他空间尺度建设用地是影响水质的主要贡献源。在子流域尺度,林地和建设用地的斑块密度(PD指数)是影响水质变化的核心特征;而在河岸带缓冲区尺度,水域和建设用地的连通性(CONTAG指数)和林地的多样性(SHDI指数)是影响水质变化的关键特征。在各个空间尺度,土地利用与空间格局的交互作用对驱动水质变化起主导作用,尤其在1000 m河岸带缓冲区对水质的贡献率最高。因此,加强1000 m缓冲区尺度土地利用的管理和减少建设用地成片建设规划等对保护流域水质具有重要意义。     

基于土地利用变化的长春市生态风险评价

基于长春市1985年、2000年和2015年的Landsat TM遥感影像, 提取3个时相的土地利用类型数据, 通过构建网格尺度下的生态风险指数, 借助空间分析、地统计分析等方法定量评价长春市土地利用变化下的生态风险时空演变特征, 并应用地理探测器对其影响因子进行探测。结果表明: (1)1985—2015年, 长春市土地利用变化明显, 建设用地持续扩张, 耕地波动式收缩; 土地利用中耕地转为建设用地、林地与耕地间的相互转换是地类转移的主要形式; (2)长春市土地利用生态风险呈小幅下降趋势, 在地域内呈现西高东低的分异特征, 生态风险热、冷点区空间分布相对稳定并具有一定程度扩张趋势; (3)生态风险快速增长时期, 经济、人口与发展活力的空间格局成为长春市生态风险的主导因子, 而海拔与三者的协同作用进一步增强了生态风险的解释力。总体来看, 建设用地扩张会加剧中心城区生态风险, 但与区域整体生态风险增高并不存在必然联系; 为防止高风险区持续扩张, 城市应设定“增长边界”、转变空间发展方式、高效集约利用建设用地, 加强城市生态系统自然保育、防止景观破碎化, 实现城市可持续发展。     

1980—2018年祁连山南坡土地利用变化及其驱动力

祁连山是我国第一阶梯和第二阶梯的分界线,生态环境脆弱,对过渡地带土地利用变化及其驱动力研究具有重要的生态意义。本研究以祁连山南坡为研究区,基于1980—2018年遥感影像数据,运用空间自相关分析法、ArcGIS空间分析方法和主成分分析法分析了土地利用的时空变化特征及其驱动力。结果表明: 1980—2018年,草地是研究区土地利用类型的主体,建设用地所占比重最小,水域、草地表现为下降趋势,未利用土地、建设用地和耕地均呈现出增长态势,林地变化较小。不同地类单一土地利用动态度从大到小依次为:建设用地＞水域＞耕地＞未利用土地＞林地＞草地,综合土地利用动态度为0.9%。不同土地利用类型空间分布表现出空间集聚性特征。耕地增加的区域和林地、草地减少的区域主要分布在门源县城所处大通河谷地西北侧,天峻县东北部大通河上游地区存在工矿建设用地占用草地的现象。土地利用变化驱动力主要为人口数量、科技、城市化、经济发展水平和政策。本研究结果可为政府合理规划和利用土地资源提供依据,对祁连山南坡生态环境保护和社会经济可持续发展具有重大意义。     

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     

沈阳市市区和农村建设用地时空扩展分析

基于1985、1995、1997、2000和2004年的遥感影像和GIS技术,引入建设用地密度、扩展强度指数和分形维数,对1985-2004年间沈阳市市区和农村建设用地扩展的时空特征、空间分异和形态变化进行分析,并探讨了其主要驱动因素.结果表明：1985-2004年间,沈阳市市区建设用地的高密度区面积逐年增加;1997年以前,农村建设用地各级密度区面积的变化不大,1997年以后其高密度区面积逐渐增加;研究期间,市区建设用地的增加面积、扩展速度和扩展强度明显大于农村地区.市区和农村建设用地扩展的空间分异明显,高速扩展区主要集中在市区.市区建设用地分形维数值逐渐增大,总体形态日趋复杂,农村建设用地由于缺乏合理的规划建设,分形维数波动较大.经济发展、人口增长、交通、自然环境、政策导向和城市规划是沈阳市建设用地扩展的主要驱动力.     

基于FLUS-InVEST模型的中山市生境质量时空分异特征

伴随城市的快速发展, 土地利用格局也随之发生变化, 对城市生境质量造成显著影响。探究在生态文明建设及生态宜居城市建设下的中山市生境质量的时空分异特征, 运用FLUS及InVEST模型评估中山市1995—2026年土地利用、生境质量及生境退化时空分异特征。研究显示: (1)1995—2018年期间中山市土地利用以向建设用地转化为主, 其中2000—2010年期间的土地利用变化速度是研究期间内变化最明显的。(2)2000—2010年生境质量变化是研究期间内最明显, 生境质量下降的面积达18.98%, 而1995—2000年间生境质量上升最明显; 中度及以上退化地区面积自1995年逐步上升, 并于2010年后逐步稳定在12%左右。(3)通过分析得出中度及以上生境退化区主要分布在建设用地缓冲区0—300米、坡度在0—6°地区, 由此得出2026年生境主要退化地区, 为进一步的生态规划提供一定参考价值。     

基于稳定映射变化轨迹分析的厦门土地利用时空演化

以1983—2010年5个时相的Landsat MSS、TM为数据源,综合改进稳定映射变化轨迹分析、土地利用动态度、景观格局指数、聚类分析等方法,分析了海湾型城市厦门土地利用时空演化特征。结果表明:1983—2010年厦门市林地和未利用地显著减少、建设用地持续增加、耕地先增加后减少、水体相对稳定;变化轨迹被分为7类变化过程,变化过程中土地利用主要流向耕地和建设用地;转化为耕地集中在1983—1993年,占厦门市域总面积的9.2%,其中由林地转化面积占市域总面积的5.17%;建设用地由侵蚀林地、耕地和大规模填海造地而来,扩展方式经历了外围式扩展到填充式增长,城市形态由不稳定形态向稳定形态演化,并从岛内逐步扩展至岛外的近郊和远郊;受地形的保护,海拔较高的林地保护较好,地形平坦地区的耕地和林地出现了大量的相互转化,占市域总面积的14.64%;城市空间构型由集聚型、相对集聚型和相对分散型决定,三者面积之和超过市域总面积的80%。随着城市化进程的推进,城市空间构型由相对分散型向相对集聚型发展。分散型中有超过1300种变化轨迹集中在岛外区域的河流入海口,占市域总面积的4.75%,说明该地区土地利用处于极不稳定的状态。研究结果为厦门市有关部门在合理利用土地资源、控制填海造地规模、科学安排填海造地等方面提供基础数据支撑。     

城市绿色基础设施生态系统服务供给与需求的空间关系——以西安市为例

城市绿色基础设施(Urban Green Infrastructure,UGI)是城市自然景观和生态环境的主要营造者,为居民提供关键的生态系统服务。探讨UGI生态系统服务供给及其需求之间的空间关系,对城市生态建设和绿地系统规划具有重要科学意义。本文运用生态系统服务测算的方法基于人口、GDP以及土地利用数据构建需求测算模型,对西安市建成区UGI的生态系统服务供给与需求的空间格局进行研究,并分析了城市各功能区内UGI生态系统服务供给与需求的空间关系。结果表明:西安市建成区UGI生态系统服务供给总价值为4.23亿元;生态系统服务供给从研究区边缘向中心区逐渐减少,而生态系统服务需求表现出相反的格局,在空间上明显不一致,并且在城市各功能区内差别显著;西安市建成区UGI生态系统服务供给与城市对生态系统服务需求在空间分布上不相匹配。因此为了实现城市的生态环境与经济社会的可持续发展,迫切需要通过合理的UGI建设使生态系统服务供需趋于协调。     

西安市城市化对景观格局及生态系统服务价值的影响

我国处于城市化高度发展阶段,截止2018年全国城市化率达到59.58%。城市的快速扩张,显著改变了区域景观格局,深刻影响城市生态系统的供给、调节、文化、支持等服务功能。近30年来,西安市城市用地扩张554.23 km²,基于西安市景观格局变化分析,利用同心缓冲区探讨城乡梯度内景观指数与生态系统服务价值的特征及其相互关系,揭示城市发展对城市生态系统的影响。结果表明,1980-2015年西安市各景观类型面积发生明显变化,耕地、草地面积逐渐减少,建设用地面积波动增加,主要来源于优势景观耕地的转化。景观破碎度最高的区域主要分布在距市中心10 km左右的城乡结合部,斑块密度、边缘密度、景观分割度最高,且随城市扩张,拐点距离逐渐增加。林地和耕地是提供生态系统服务的主要土地类型,西安地区总生态服务价值减少了9.56亿元,耕地减少最多（6.83亿元）,沿城乡梯度,总生态系统服务价值均值呈现从市中心到农村递增的趋势,土壤保持的生态服务价值增长最快;沿时间梯度上,生态服务价值均值呈现逐年减少现象;从景观格局对生态服务价值影响分析得知,多样性指数与各类型生态系统服务价值之间存在显著的相关关系,最大斑块指数与不同类型的服务价值呈高度负相关。城市建设使得区域的生态系统服务价值降低,在城市发展中需要科学规划用地、合理布设景观格局,提高生态环境质量,达到城市生态宜居的目的。     

以材料“创造”土地？——中国城市化进程的一个重要特征

中国快速城市化进程的一个重要特征是以土地为载体,通过大量投入钢铁、水泥等建材大规模修建城市建筑和基础设施,创造出大量的城市生产和生活空间。利用1985—2010年中国省级行政单元城市建成区总面积、城市居住用地总面积、城市住宅总面积和城市住宅建筑材料总使用量等数据,识别城市扩张模式,揭示中国城市化进程中土地、建筑面积及其构筑材料三者间的关系。研究表明2000年是中国城市扩张的重要分界点,2000年之前中国各省份的城市建成区总面积、城市住宅总面积和城市住宅建筑材料总使用量均较小且省份间差异不大,2000年之后三者迅速增长且省份间差异逐渐扩大。在地区尺度上,三者均呈现东部地区最高、中部次之、西部最低的特点,地区内部差异则表现为东部地区最大、西部次之、中部最小的特征。大多数省份的城市住宅总面积及其构筑材料总量随着城市建成区的扩张而增长,表明城市在发展初期以扩大建成区和水平扩张为主。随着城市化水平的不断提高,城市内部空间重组和用地置换导致高层建筑逐步替代了原有的单层或低矮建筑,城市扩张的方向由依赖土地的水平扩张转向以大量使用建筑材料为基础的垂直扩张,使得许多省份的城市住宅总面积逐渐超过辖区内居住用地总面积。这种以建筑材料"创造"出更多"土地"的城市垂直扩张在满足人们对城市生产和生活空间需求的同时,有利于节约土地资源和保护生态空间,但需要以消耗更多的建筑材料并承担建筑材料在开采、制造、运输、使用和废弃过程中所造成的环境影响为代价。     

曼谷城市扩张生态环境效应

利用1990、2000、2010和2015年4期Landsat数据和2000—2015年的MODIS NDVI数据,开展了泰国曼谷地区近25年来城市扩张分析,包括城市建设用地扩张时空变化和扩张模式分析、扩张的生态环境效应分析以及扩张驱动力分析。结果表明:(1)自1990年以来,曼谷城市建设用地面积持续增长,经历了先快后慢再快的增长过程。城市扩张主要沿东北方向,且在距离城市中心14—20km的范围内扩张最为明显,扩张模式以边缘式和填充式为主。(2)在城市化进程中,植被和热岛对城市扩张分别有不同的响应。植被绿度整体呈下降趋势,下降明显的地区位于距城市中心10—20km的范围内,即城市建设用地明显扩张的区域。热岛分布与城市建成区分布具有空间一致性,自1990s以来,热岛效应整体增强,但局部变异越来越不明显。(3)曼谷城市扩张受到自然地理条件、社会经济、城市布局等多重因素的影响。     

“交通廊道蔓延”视角下山地城市典型样带空间格局梯度分析

空间可达性的强弱在一定程度上决定着土地利用变化的方向和强度,因此交通的廊道作用对城市化进程发挥着重要作用。以重庆市轨道交通三号线沿线双侧各3000 m缓冲样带为研究区,采用面向对象分类方法将四期Landsat TM/ETM遥感影像进行土地利用制图,选择核密度估算、指数分析和梯度分析的空间分析方法,研究交通廊道的变化及其对区域空间格局变化的影响。研究表明,研究期内,样带空间的组分和格局发生了较为明显的变化。道路的空间变化和区域空间格局的变化表现出较为明显的梯度性:道路密度、土地利用的变化强度随距离交通主干道距离的远近依次减弱,道路密度等级范围内的土地利用变化强度随等级的降低出现由弱到强再转弱的特征。     

基于增强回归树和Logistic回归的城市扩展驱动力分析

研究城市扩展驱动力对于准确判断城市发展规律,剖析演化过程和预测城市未来扩展趋势具有重要意义,同时也能为制定合理的调控政策提供指导。以沈阳市1997—2010年城市建成区变化作为因变量,选取三大类10种驱动因子,利用增强回归树(BRT)和Logistic回归两种方法分析影响城市扩展的主要驱动力。结果表明:(1)BRT分析得到影响沈阳城市扩展的驱动因子从大到小依次是:距1997年城区距离、距河流距离、数字高程模型DEM、距高速公路和铁路距离、土地利用类型、开发区规划、GDP、人口密度、坡向和坡度;(2)Logistic回归分析得到影响沈阳城市扩展的前8位驱动因子依次是:开发区、距1997年城区距离、DEM、距高速公路和铁路距离、人口密度、距河流距离、农村居民点和坡度;(3)距1997年城区距离、DEM、距高速公路和铁路距离是影响沈阳城市扩展的主要驱动力,均位于主要因子的前四位;(4)总体来说,沈阳城市扩展受邻域因子影响最大,而自然因子的影响相对较小,社会经济因子则只有开发区和农村居民点对城市扩展影响较大。     

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。     

青岛市城市绿地生态系统的环境净化服务价值

在分析青岛市城市绿地空间分布及面积动态变化基础上,利用市场价值法、生产成本法、替代费用法等方法计算了1999-2009年各年度青岛市城市绿地生态系统的环境净化服务价值。结果表明,1999-2009年青岛市城市绿地的环境净化服务价值由1.587×10⁸元增至3.491×10⁸元,人均城市绿地的环境净化服务价值由68.42元增至126.73元。11a间青岛市城市绿地的环境净化服务价值增加了1.904×10⁸元,平均年增长率为10.91%。在青岛市城市绿地生态系统环境净化服务总价值构成中,其气体调节服务价值占总价值的49.81%- 51.72%,而吸收有害气体和滞尘服务价值、减弱噪声服务价值占48.28%-50.19%。城市绿地的气体调节服务具有地域空间的可转移性,可以由城市以外的自然生态系统补偿;而其吸收有害气体和滞尘服务与减弱噪声服务则不具有地域空间的可转移性。加强城市绿地建设、提高城市绿化水平是改善青岛市城市环境和提高城市居民生活质量的有效措施。