基于生态敏感性评价和CA-Markov模拟的平原型城市开发边界划定——以南昌市为例

城市开发边界的合理划定对引导城市空间有序增长、保障城市空间健康发展具有重要作用。本文以南昌市为研究区,从土壤侵蚀、生境、地质灾害和水资源4方面进行生态敏感性评价,同时,基于CA-Markov模型和南昌市2000、2010和2015年土地利用数据对2020年城市扩张进行模拟;结合南昌市未来发展定位,对两方面成果进行空间决策分析;通过两者的动态协调,提出一种综合生态保护和城市发展的新型城市开发边界划定方法。结果表明: 南昌市生态整体属于中度敏感,基于CA-Markov模拟得到的城市建设用地规模为1239.67 km²,超出规划的建设用地指标(1201.65 km²);但是,将生态敏感性评价结果与扩张模拟结果叠加,并进行动态调整,最终获得调整后的建设用地规模为1193.15 km²,符合规划要求。从保护与发展的协同视角出发,不仅可以保护生态空间,而且有利于引导城市空间有序增长、保障城市空间的健康发展,是实现城市合理开发与生态保护双赢的重要途径。     

城市生态系统的模拟方法：灵敏度模型及其改进

评估城市生态系统的持续发展能力,探讨其持续发展对策是一个复杂的动态问题,需要运用动态的模拟方法进行。由德国著名生态控制论专家Ｆ．Ｖｅｓｔｅｒ和Ａ．Ｖ．Ｈｅｓｌｅｒ教授提出的“灵敏度模型”方法,将系统科学思想、生态控制论方法及城市规划融为一体,解释、模拟、评价和规划城市复杂的系统关系,是模拟城市生态系统很好的方法。本文对该方法进行了改进。改进后的“灵敏度模型”为评价城市持续发展能力、探讨其持续发展对策提供了新的思路。     

基于生态敏感性评价的烟台市东部海洋经济新区起步区生态规划研究

城市新区是城镇化的重要空间载体, 其生态环境面临着开发建设所带来的巨大威胁。城市生态规划是在协同推进新型城镇化和生态文明建设的背景下, 实现绿色发展和生态空间山清水秀的重要途径。以烟台市东部海洋经济新区起步区为例, 利用RS 和GIS 技术, 对沿海新区城市生态规划进行了研究。通过分析开发建设过程中的生态敏感性因子及其空间分布特征, 对区域生态敏感性进行综合评价, 将研究区划分为生态高度、中度和轻度敏感区, 分别占总面积的48.1%、7.4%和44.5%。在生态敏感性综合评价的基础上, 构建“一核、四心、多廊”的区域景观生态格局, 并将全区划分为5 个生态功能区, 分别提出相应的发展指引, 以协调生态环境保护和城市发展之间的矛盾。     

基于适应性循环理论的区域生态风险时空演变评估——以长江三角洲城市群为例

在城市扩张和气候变化背景下，三角洲社会与生态系统正遭受多方面风险威胁，适应性视角下的区域生态风险评估有助于理解复杂系统与风险影响之间的相互作用，为长江三角洲城市群适应性规划策略提供空间定量参考。以长江三角洲城市群社会-生态系统为研究对象，耦合适应性循环与区域生态风险评估理论，构建"潜力-连通度-韧性"适应性生态风险评估框架，从整体和动态的角度评估区域在当前与未来适应性生态风险的时空分布与各城市所处的适应性循环阶段。结果表明，适应性生态风险由沿海区-城市群-生态区域呈现由较高到高再到低的趋势，大城市外围现已出现较高风险。至2030年，风险整体呈上升趋势，高风险向中小城市和生态区域蔓延。从适应性循环阶段来看，杭州、宁波等14个城市处于生态风险较低的重组阶段。常州、南通等8个城市处于风险升高的开发阶段。上海、南京、无锡和苏州处于城市发展成熟风险开始降低的保护阶段。本研究通过评估长三角城市群适应性生态风险，得到高风险区分布与各个城市的适应性风险趋势，为长三角城市群动态变化下的适应性规划策略制定提供了科学的指导，以实现区域的可持续发展。     

基于空间扩张互侵过程的土地生态安全动态评价——以(中国)苏锡常地区为例

从景观单元水平过程出发,通过采用生态用地和建设用地两种不同源空间扩张互侵过程的方法,提出了以分区形式的土地生态安全动态评价方法。以快速城市化苏锡常地区为研究区域,分别以生态系统服务价值高的水域和林地及建设用地现状为扩张源,生态系统服务价值和生态风险值为阻力赋值依据,在模拟不同生态安全格局水平和城市发展模式的基础上测算互侵结果并进行区划。结果表明:1)不同城市发展模式下建设用地空间扩张随生态用地从底线到满意到理想水平变化呈空间集聚收敛趋势;生态用地呈似圈层状空间集聚趋势。2)城市发展模式对土地生态安全水平具有显著影响;高等级源优先发展模式下土地资源利用更集约。3)将研究区划分为生态核心区(面积占比35.27%)、生态安全区(29.07%)、缓冲区(7.76%)及建设区(27.90%),提出相应土地用途管制措施。探讨了新方法不足和未来研究方向。     

基于元胞自动机的城市空间动态模拟

城市空间动态的模拟与预测可以为城市可持续发展规划与管理提供重要的参考依据。SLEUTH元胞自动机模型在城市空间模拟中较强的适用性和可移植性,该模型通过对历史数据的蒙特卡洛迭代自动寻找城市增长误差最小的参数组合,解决了传统元胞自动机模型中转换规则不易确定的问题。以武汉市为研究案例,运用SLEUTH模型进行了城市空间动态模拟与情景预测。2007年至2011年的城市空间模拟结果显示,模拟结果与实际历史数据可以获得良好的空间匹配度,Lee-Sallee形状指数均在0.6以上,显示SLEUTH元胞自动机模型经过本地化校正后具有较强的适用性和满意的模拟精度。进而,设置了现状趋势、基本保护、严格保护等3种情景对武汉2025年城市空间动态进行了预测,结果显示,各情景模式下城市居住用地均明显增长,农业用地、林地、水域等均有所减少;现状趋势情景和基本保护情景下农田、林地、水域减少的幅度较大,会加剧区域的生境破碎、耕地功能下降、水资源匮乏、湖滨湿地萎缩等生态问题,说明这两种情景不能有效满足城市生态系统健康和可持续发展的需要。严格保护情景下,城市居住用地扩张的程度得到了明显的控制,水域和林地得到了有效的保护,对于重要的自然生态系统组分保护及其服务能力维持可以起到显著作用。     

基于SOFM网络的生态水文区划

生态水文区划对缓解区域水资源开发利用和生态环境保护之间矛盾起到了重要作用。本文基于自组织特征映射(self-organizing feature map,SOFM)人工神经网络建立了生态水文区划模型。首先运用主成分分析法从众多生态水文指标中提取出能代表绝大部分信息的主成分指标;其次依据提取的主成分指标,利用系统聚类得到区域聚类谱系图;而后构建SOFM神经网络,依据网络结果和系统聚类谱系图,划分合理的生态水文区。以福建省泉州市为例进行了生态水文区划研究,将研究区划分为4类区域,各区域具有明显的生态水文特征,针对不同区域特征,提出了常规、加强、较为严格和最为严格4种生态环境保护和水资源开发策略。     

基于遥感信息的作物模型重新初始化/参数化方法研究初探

作物模型与遥感信息的结合有助于利用遥感监测的大范围植被信息解决作物模型区域应用时模型初始状态和参数值难以确定的问题。该文借助叶面积指数(LAI)将经过华北冬小麦(Triticum aestivium)适应性调整的WOFOST模型与经参数调整检验的SAIL-PROSPECT模型相嵌套,利用嵌套模型模拟作物冠层的土壤调整植被指数(SAVI),在代表点上借助FSEOPT优化程序使模拟SAVI_s与MODIS遥感数据合成SAVI_m的差异达到最小,从而对WOFOST模型重新初始化。结果表明,借助于遥感信息,出苗期的重新初始化使模拟成熟期与按实际出苗期模拟的结果相差在2天以内,模拟的LAI和总干重的误差比按实际出苗期模拟结果的误差降低3~8个百分点;返青期生物量的重新初始化使模拟LAI和地上总干重在关键发育时刻的误差降至16%以内,模拟LAI和贮存器官重在整个生育期内都更加接近实测值;对返青期生物量的动态调整显示返青到抽穗期间较少次数的遥感数据即能有效地提高作物模型的模拟效果。与国外同类研究相比,该文在作物模型本地化、重新初始化变量和优化比较对象的选择上都有所不同,而利用遥感数据动态调整作物模型初始状态或参数值更具有新意。该文对区域尺度上利用遥感信息优化作物模型的研究具有基础性、探讨性意义。     

刚性与弹性相结合的城市开发边界划定——以浙江省义乌市为例

在快速城市化背景下,以协调城市快速扩张与资源环境保护的突出矛盾为出发点,引入城市开发边界概念,在明确城市开发边界内涵的基础上,选择浙江省义乌市作为典型案例,运用生态红线判别法、生态敏感性评价划定生态本底边界,作为生态基本约束区;运用MCE-CA模型对2020年城市扩展进行模拟研究,并与生态敏感区进行互动调整,界定出城市开发边界和弹性控制区.结果表明: 研究区生态本底边界外生态约束区总面积为385.2 km²,是城市发展建设的生态安全警戒线;城市发展边界总面积为163.3 km²,是现时可进行建设的空间界限,同时又能满足未来发展建设的区域;在生态本底边界与城市发展边界之间的区域是弹性控制区,允许城市开发活动在此区域进行,但建设规模不得超过城市发展边界总面积的8.5%.从边界的刚性与弹性结合角度划定城市开发边界,有利于引导城市空间有序发展,为我国城市开发边界的合理管控提供参考和借鉴.     

黑河流域生态系统服务价值预测及权衡分析--以张掖市为例

土地利用变化将改变区域生态系统服务的稳定供给能力,进而对区域生态稳定和可持续发展构成威胁。中国西部地区快速城镇化背景下,扩张的经济发展需求对土地利用变化产生了重大影响。以丝绸之路经济带规划的重要节点城市张掖市为例,基于土地利用变化均衡分析(CGELUC)模型及土地利用动态模拟(DLS)模型,模拟了多情景下张掖市2010-2030年的土地利用变化时空分异特征,并通过生态系统服务价值(ESV)估算、空间自相关分析等方法分析并预测了ESV及其时空演变特征,集中分析了多情景下2030年张掖市ESV各项服务间的权衡与协同关系。结果表明:(1)2010-2030年张掖市土地利用格局变化显著,建设开发情景下城镇建设用地扩张最为剧烈,建设用地增长7.41%,耕地面积减少11.05%;生态保护情景下城镇扩张最为和缓,同时未利用地减少明显,面积降低1088km²,主要向林地、草地、水域等生态用地发生转化。(2)2010-2030年张掖市ESV在基准情景和生态保护情景下分别增长6.43、13.16亿元,建设开发情景则整体仅增加1.53亿元。(3)供给、调节、支持与文化4种单项ESV,基准和生态保护情景下均呈现显著上升趋势;建设开发情景下有3项呈现缓慢的增长趋势,且该情景下供给服务则始终呈现下降趋势。(4)各单项生态系统服务协同关系明显,东南-西北轴线南北两侧区域表现为协同关系,仅有少数区域表现为权衡关系,且供给-文化服务的权衡关系较为明显。本研究可为西部城镇化快速发展地区统筹经济发展与生态保护提供科学方案。     

鄱阳湖生态经济区生态系统服务价值预测与驱动力

鄱阳湖生态经济区是我国第一个上升到国家战略的生态经济区。利用鄱阳湖生态经济区2004、2008、2012、2016年的MODIS数据,获得4个对应期的土地利用/覆盖数据,参照修订的单位面积生态系统服务价值当量表与灰色GM(1,1)模型,预测了2016-2024年(间隔2 a)的生态系统服务价值数据,并对引起生态服系统务价值变化的驱动力进行了分析。结果表明,鄱阳湖生态经济区在2004-2016年间,草地、建设用地和未利用地面积增加,耕地、林地、水域面积减少,但2016-2024年的预测值变化率仅为-0.17%,表明该研究区生态系统服务价值即将进入一个相对稳定的状态;驱动力分析表明,人为综合干扰在空间分布上以中等影响强度干扰为主,城镇化率是区域总生态系统服务价值降低的首要驱动力,其次分别为非农业人口、人口密度、第一产业GDP、第二产业GDP、固定资产投资额、总GDP及第三产业GDP。建议加强土地利用规划与调控,控制城镇化建设用地扩展,调整产业结构、降低污染,促进鄱阳湖生态经济区总生态系统服务价值的提升。     

城市生态韧性水平空间评估及其驱动力——以北京市通州区为例

随着城镇化水平的提高、城镇化进程的发展,城市生态系统逐渐变得脆弱不堪,增强城市生态韧性水平对城市发展起关键性作用。以韧性的核心内涵为基础评估城市生态韧性水平,探究城市防范化解生态风险能力在空间上的差异,从而制定分区生态治理制度,是提升城市防范化解生态风险能力的有效办法。从抵抗力、适应力和恢复力三方面构建了城市生态韧性水平空间评估模型,以2020年北京市通州区行政边界、土地利用、重点排污单位、人口等数据为例,评估了2020年北京市通州区生态韧性空间格局,并利用空间自相关模型对其分区生态治理进行研究。最后利用地理加权回归分析模型（Geographical weighted regression,GWR）进行驱动力分析,探讨社会经济层面对城市生态韧性水平空间的影响,并提出建设性建议。主要得到以下结论：（1）在空间结构上,通州区生态韧性低值区域最多,占比为52.80%,主要分布于通州区北部、东北部、中部偏西及东南部;高值区域最少,占比0.83%,零星分布于偏西部地区和偏南部地区。通州区由于缺乏相对适宜的整体规划和统筹安排,使城市生态系统的循环体系受到了负面影响,从而导致东南地区抵抗力弱。同时,近年来降水点的南移使得大量水资源在城市热岛效应的作用下流失,通州区东南部及通州大运河沿线区域内恢复力呈现出大范围低值水平。（2）通州区中心偏西北地区为副中心的核心地带,呈现低韧性水平-高排污企业密度的集聚分布情况,且生态韧性低值区域主要集聚于新华街、中仓街、玉桥街等区域,说明这些区域的环境生态风险防范化解能力比较低,需要因地制宜地对生态危机做出可持续的分区生态治理,增强区域对生态风险的调节能力。（3）结合GWR模型的驱动力分析,城市生态韧性水平主要被城市功能多样性驱动,且城市功能多样性越强,城市生态韧性水平越低,在通州区西北部的城市副中心负向影响最为显著。研究结果为城市生态韧性水平发展优化提供了理论依据,为促进国土空间合理利用和有效保护发挥积极作用。     

基于“退化压力-供给状态-修复潜力”框架的国土空间生态修复分区——以珠江三角洲为例

综合考虑生态系统服务供给状态、城市化的生态系统压力以及经济发展支撑生态修复的潜力，开展国土空间生态修复分区，有助于提供自然生态系统和社会经济系统融合的空间途径，促进区域生态系统的整体保护与协同治理。基于"退化压力-供给状态-修复潜力"框架，系统评估珠江三角洲生态系统的压力、状态与潜力，开展国土空间生态修复分区。结果表明，压力指标在珠江三角洲核心区形成连片的高值区并逐渐向外部肇庆市、惠州市、江门市的中心城区辐射；供给指标空间分布差异较大，低值区与高值区之间缺乏自然过渡；潜力指标高值区主要位于各市高度发达的中心城区。珠江三角洲地区国土空间生态修复分区共划分出五大类型区，其中生态优先修复区（压力高-供给低-潜力低）位于广佛都市圈的交界地带，东莞市，珠海市与中山市的中心城区，占珠江三角洲土地总面积9.39%，亟待整合生态修复专项经费开展区际协同治理；生态治理调控区（压力低-供给低-潜力低）主要位于广州市的南沙区，佛山市、中山市与珠海市的非中心城区，占比12.98%，区域经济发展需强化资源环境承载力约束；生态自主修复区（压力高-供给低-潜力高）主要位于深圳市的宝安区、南山区与福田区，广州市的中心城区以及佛山市的禅城区，占比3.24%，应坚持地区生态保护修复政策、加大生态环境治理投资力度。研究结果明晰了珠江三角洲地区国土空间生态修复分区，将为生态修复工程的系统布局提供空间决策指引。     

城市生态韧性时空变化及情景模拟研究——以杭州市为例

从韧性的特征角度研究城市生态韧性水平的变化机制,探究城市防范化解生态风险能力的时空差异,以此明确城市分区生态治理的重要任务,是实现韧性城市生态风险防控的有利途径。从抵抗力、适应力和恢复力3个方面构建了城市生态韧性评估模型,并以杭州为例,评估了其1995—2015年城市生态韧性时空变化格局,再者利用空间自相关模型对2015年杭州生态韧性分区管理模式进行了探究。最后,基于FLUS模型模拟了2035年基准和创新创业导向的两种情景下的城市土地利用空间格局,并评估了不同城市发展情景下的生态韧性水平空间分布情况。基于以上研究得到以下结论:(1)1995—2005年,生态韧性低值区域向东北和东南方向扩张,而生态韧性高值水平区域明显减少。2005—2015年,杭州西北部和西部原本存在的中等韧性水平区域也转为低等水平。(2)2015年,城市东北区域呈现低韧性水平-高排污企业密度的集聚分布,说明该区域环境生态风险防范化解能力比较低,需要加大环境监测和生态治理的资金投入,严防重大环境污染事件的发生。(3)创新创业导向的"创新天堂"城市发展情景比基准情景下2035年杭州整体生态韧性水平更高,主要影响因素在于前...     

基于GIS的三峡库区生态风险评估及生态分区构建

快速城市化与土地利用变化导致的一系列问题不断影响着生态系统健康。开展生态系统服务供给和生态风险的空间量化研究，有助于科学管控区域生态用地，促进生态文明建设。采用GIS技术，利用生态系统服务价值核算模型、生态风险指数模型，研究了2000年以来三峡库区生态系统服务供给值和生态风险指数的时空演化特征，并利用Z-score标准化法进行生态功能分区构建。结果表明：(1)2000—2015年，三峡库区生态系统服务供给值总体变化较小，生态系统服务以调节服务为主且林地供给值最高。高供给值区主要分布于湖北省夷陵区、秭归县和兴山县等植被覆盖度高的区域，低供给值区分布在库区西南部的渝中区、渝北区和沙坪坝区等人口密集区。(2)三峡库区生态风险值总体呈小幅上升趋势，“西高东低”的分布特征明显，生态安全逐步向中等风险类型转移，其中低、较低生态风险区占区域总面积的55%以上，高风险区主要集中在重庆市主城区。(3)研究期间4种生态分区变化程度较小，表明生态分区处于较为稳定的状态。高供给值-高风险区(Ⅰ)的分布连续性最差，低供给值-高风险区(Ⅱ)和高供给值-低风险区(Ⅳ)分布较为集中。对三峡库区生态系统服务供给、生态风...     

基于生态系统服务供需平衡的宁夏固原生态修复分区与优化策略

科学开展生态修复分区是落实差异化修复策略和促进区域提质建设的重要前提。本研究以宁夏固原市为例,基于多源数据,运用InVEST模型、耦合协调度模型、空间自相关等方法,以乡镇为尺度单元量化区域生态系统服务供给量和需求量,构建供需匹配与协调关系,划定生态修复分区,并根据分区内部自然资源和社会经济发展特征提出相应优化策略。结果表明: 固原市产水、固碳、土壤保持和生境质量4种服务供给较高的地区主要位于南部乡镇,人口密度、经济发展水平较高且对生态系统服务需求较大的地区主要位于中心城区和各县城政府驻地所在乡镇。各乡镇生态系统服务供需匹配关系以低供给-高需求和高供给-低需求的空间错配型为主导,且平均协调度指数为0.5,表现为供需关系基本协调。结合生态系统服务供需关系和区域自然地理格局,将固原市划分为生态重点修复区、生态潜在修复区、生态经济重整改造区、特色农业发展区、生态核心保护区和生态产业提质建设区6类,同时提出差异化生态修复路径,为针对性开展生态修复实践提供科学支撑。     

鄱阳湖生态经济区资源环境综合承载力评价

随着社会经济的发展,人口、资源与环境之间的矛盾日趋加剧.因此,资源环境承载力问题成为各国（地区）政府所关注的焦点问题之一.本文通过对鄱阳湖生态经济区内资源、环境的现状及问题进行调查分析,选取土地资源、水资源、生物资源、矿产资源、生态-地质环境、水环境及大气环境作为评价准则层,在对上述7个单因素进行评价基础之上,以县（市、区）为评价单位,采用状态空间法对全区的资源环境承载力进行综合评价.结果表明：当前全区内生物资源较丰富,大气、水环境质量良好,地质环境整体较稳定,制约因素主要为土地资源、水资源和矿产资源;全区资源环境承载力表现为可载状态,但部分县（市、区）表现为超载状态.利用状态空间法进行区域资源环境综合承载力研究是可行的,具有意义明确、评价精度高等优点,可为区域资源环境综合承载力评价提供另一种途径.     

基于电子地图兴趣点数据的城市可持续发展水平分析——以绍兴市为例

在当前大数据时代背景下,电子地图兴趣点(POI,Point of Interest)作为地理空间大数据的重要类型,能直接反映城市人口密度、发展程度与强度等各类型要素的聚集状况。基于当前普遍使用的兴趣点数据源,运用ArcGIS软件中的空间分析工具,提取了绍兴市各区(县、市)的POI数据分类信息;结合绍兴市各区(县、市)的面积及人口数据,评估各区(县、市)的单位面积POI和单位人口POI指标,以分析绍兴市各区(县、市)POI的均衡分布水平。进一步利用核密度分析、空间回归分析和近邻分析的手段,从不同角度研究了各类POI在地理空间分布中的特征规律。研究结果表明:从不同区县来看,城市化发展水平较高的地域POI总数明显较高,其核函数密度值也明显较大;从单位面积POI数量及单位人口POI数量来看,各区县发展水平较不均衡,表现为越城区最高,上虞区、柯桥区和诸暨市次之,新昌县和嵊州市较低,其表现在不同区县在提供生活、生产服务的基础设施具有区域间差异性,不符合可持续发展的公平性原则。最后,针对解决这一问题提出一些促进绍兴各区县协调公平可持续发展的城市建设与规划建议。     

基于景观生态学“源-汇”理论的市域尺度生态功能分区——以内蒙古通辽市为例

市域尺度的生态功能分区对于市域生态资源的有效保护和合理利用起着不可替代的指导作用。现阶段较为被动而静态的功能分区研究忽视了市域生态资源在城镇化发展中的剧烈变化。而景观生态学的"源-汇"概念和相关手段,将区域生态功能空间格局与不断变化的生态过程之间建立了联系,在生态功能分区科学理性的研究实践中运用前景广阔。运用景观生态学"源-汇"理论,以内蒙古通辽市为例,通过对于研究区域中"源"景观的划分,设定不同景观要素的阻力值,构建基于"源"动态特征的最小累计阻力模型,计算得出阻力面。并进一步通过寻找阻力面突变点来确定分区阈值,最终确定通辽市域尺度生态功能的5大分区,最后提出有针对性的分区管控措施与指引。研究将市域生态要素在城市化下的动态演变与生态安全格局进行有机关联并制定科学的分区策略,为市域生态空间的优化及管理提供了理论依据。     

An Improved Artificial Bee Colony-Based Approach for Zoning Protected Ecological Areas

China is facing ecological and environmental challenges as its urban growth rate continues to rise, and zoning protected ecological areas is recognized as an effective response measure. Zoning inherently involves both site attributes and aggregation attributes, and the combination of mathematical models and heuristic algorithms have proven advantageous. In this article, an improved artificial bee colony (IABC)-based approach is proposed for zoning protected ecological areas at a regional scale. Three main improvements were made: the first is the use of multiple strategies to generate the initial bee population of a specific quality and diversity, the second is an exploitation search procedure to generate neighbor solutions combining “replace” and “alter” operations, and the third is a “swap” strategy to enable a local search for the iterative optimal solution. The IABC algorithm was verified using simulated data. Then it was applied to define an optimum scheme of protected ecological areas of Sanya (in the Hainan province of China), and a reasonable solution was obtained. Finally, a comparison experiment with other methods (agent-based land allocation model, ant colony optimization, and density slicing) was conducted and demonstrated that the IABC algorithm was more effective and efficient than the other methods. Through this study, we aimed to provide a scientifically sound, practical approach for zoning procedures.