基于最小累积阻力模型的城镇土地空间重构——以广州市新塘镇为例

根据源-汇景观理论与生态系统服务理论,以城镇中心建设用地为扩展源,生态用地的生态系统服务价值贡献率为扩展阻力系数,对最小累积阻力模型(MCR)进行修正.基于此,模拟广州市新塘镇空间拓展过程,在保障生态安全格局的基础上,提出了重构城镇土地空间的优化路径.结果表明： 1988-2008年,模拟的城镇空间发展方向与新塘镇实际发展进程及发展强度吻合性良好;模拟结果将新塘镇空间划分为高阻力、较高阻力、中阻力和低阻力4个片区,各区面积分别为80.84、78.90、24.26、61.88 km²,城镇空间发展路径依次沿着低-中-较高-高阻力区进行;新塘镇生态适宜用地面积为159.74 km²,建设适宜用地面积为86.14 km²,生态冲突区面积为17.37 km²,生态冲突区主要分布在较高阻力区(10.38 km²)和高阻力区(6.99 km²).修正后的MCR可有效揭示新塘镇土地空间分配与空间冲突的关系,并能科学有效地判定城镇空间拓展最优路径.     

1990年来中国城镇建设用地占用耕地的效率和驱动机理时空分析

定量揭示城镇建设用地与耕地的时空变化关系和相互作用机理,是如何实现城镇建设用地需求与耕地资源保护二者间动态平衡的关键问题之一。基于1990—2015年全国城镇建设用地及耕地的空间数据,在对比分析中国31个省份近25年来的城镇建设用地及耕地时空格局变化的基础上,定量求算因城镇建设用地扩张导致耕地减少的速率,并引入数据包络分析法和地理探测器,实现自1990年以来中国城镇建设用地占用耕地的驱动效用机理。结果表明:1)在时间维度上,1990—2015年间,中国城镇建设用地增长2.6×10⁴ km²,增速107%,而扩张速率以2.4%/5 a逐渐降低。1990—2000年耕地呈增加趋势(增加2.96×10⁴ km²),2000年后呈减少趋势,总体减少速率为0.29%/5 a。全国新增城镇建设用地占用2.12×10⁴ km²耕地,占城镇新增总量的72.5%;2)在空间分布上,全国城镇建设用地扩张面积由东向西逐渐减小,但2010后的西部区域扩张速度呈上升趋势。耕地面积在西北和东北地区有所增加,东部和中部呈减少趋势,城镇建设用地占用耕地比例由东部向西部逐渐减弱,但中东部耕地被建设用地占用形式仍然严重;3)在城镇建设用地占用耕地的效用上,1990—2015年,全国城镇建设用地占用耕地的产出效益呈现降低趋势,其中产出效益超过0.8的省份主要分布在沿海地区,西北地区产出效益普遍较低。分析结果显示,经济发展因素是新增城镇建设用地占用耕地的主要驱动因素,其次为空间位置因素和政策措施,自2010年后政策因素的驱动作用强度呈增加趋势。     

不同情景下河谷型城市建设用地扩张的景观生态格局响应——以兰州市为例

以河谷盆地发育的兰州市主城区为例,利用研究区1995年、2005年和2015年3期的土地利用现状数据,分析建设用地扩张的时空特征并提取相应知识规则,集成Markov模型与CLUE-S模型,模拟2025年3种不同情景下建设用地增长与空间布局,并通过景观学原理分析其景观生态格局响应特征。结果表明:1995—2015年,建设用地扩张以城区各组团的内部填充为主、外部扩展为辅,受地形与政策影响明显; 2015—2025年,建设用地需求量仍持续增长,增长率基准情景综合发展情景生态保护情景,扩张范围主要在城关的黄河北部沿岸、安宁的城区北部和七里河的城区南部边缘;基准与综合发展情景景观斑块形状简单、脆弱性加强、格局不稳定,生态保护情景下建设用地扩张速度得到有效控制,形成斑块组分合理、多样性好且分布均匀的景观格局。     

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。     

辽宁中部城市群城市增长时空格局及其驱动力

基于1988、1992、1997、2000和2004年5期Landsat TM卫星遥感影像数据,采用GIS空间分析和景观格局分析的方法,分析了辽宁中部城市群城市增长的时空格局特征,并对其驱动力进行了探讨.结果表明: 1988-2004年间,辽宁中部城市群城市面积持续增加,增长强度逐渐增强, 城市面积由812.55 km²增至1345.86km², 平均增长速率为32-96 km²·a^-1;1997年以后,城市增长强度迅速增大,以1997-2000年的城市扩展强度最大;辽宁中部城市群的城市增长主要集中在中部城镇密集带.1988-1997年,研究区城市面积的增长速度较慢,空间结构紧凑,以边缘增长和填充增长为主;1997-2004年,城市面积增长较快,表现为扩散的城市增长格局和复杂的城市斑块形状,以开发区的飞地式增长和扩散增长为主.非农业人口增长、经济增长、城市群城市空间的相互吸引、工业发展与开发区建设政策等因素是辽宁中部城市群城市空间快速增长的主要驱动力.     

贵州省城镇建设用地扩展的时空演变特征

选择贵州省的85个城镇为研究区,运用1973年1∶5万地形图,1986、1995、2000和2007年4期高分辨率遥感影像,选取城镇扩展动态度指数、城镇扩展贡献率指数和城镇扩展强度指数3个指标,构建城镇综合扩展程度指数模型,定量分析了1973—2007年4个时期贵州省城镇建设用地扩展的总体特征和时空分异特征。结果表明:从1973—2007年,贵州省城镇建设用地呈持续增长态势,城镇建设用地面积共增加17550.8915hm2,其中2000—2007年贵州省城镇建设用地扩展面积最大,动态度、贡献率和强度指数均最大;研究区建设用地扩展具有明显的空间分异特征,1973—1986年,城镇建设用地扩展主要集中在省会城市贵阳市,1986—1995年,地级城市所在城镇扩展面积和强度快速提高,1995—2000年,交通沿线城镇扩展速度加快,2000—2007年,贵州省城镇扩展强度和综合扩展程度不仅在贵阳市和地级城市较快,而且在区位和自然条件良好的县级城镇也迅速提高。     

滨海半城市化地区景观格局演变——以厦门市集美区为例

基于厦门市集美区1987-2007年5期TM/ETM⁺遥感影像数据,选取斑块类型水平和景观水平上的景观指数,定量研究了半城市化地区的景观发育过程及其时空动态特征.结果表明：研究区景观格局演变具有快速性、不稳定性、异质性和过渡性特征;1987-2007年间,研究区城市建设用地面积的增长最快,由2.7 km²增至29.1 km²,年均增长率13%,但仍然不是优势景观,其扩展主要通过侵占农用地和吸纳农村建设用地实现,并呈现出“飞地式”特征和复杂的空间形态;农村建设用地面积增加了2.3倍,年均增长率6.2%,其空间扩展呈现出无序和分散的特征;城市和农村的扩展导致农用地面积减少了42%,并呈破碎化趋势;受城市化影响,半城市化地区的整体景观在快速复杂的转变中趋于破碎化,景观异质性增强.     

经济快速增长区建筑用地变化及其对生态质量的影响——以福建晋江为例

改革开放以来,中国经济增长促进了建筑用地的快速增加,并在很大程度上影响着区域生态质量.本文以东南沿海经济快速增长的福建省晋江市为例,利用遥感技术重点研究经济快速增长导致的建筑用地变化及其对区域生态质量的影响.基于晋江市1996和2015年的Landsat遥感影像,利用建筑用地指数(IBI)提取建筑用地信息,并进行建筑用地变化分析;同时利用遥感生态指数(RSEI)对生态质量进行评价,定量分析城镇建筑用地变化与生态质量变化之间的关系.结果表明: 1996—2015年,晋江市建筑用地面积共增加68.54 km²,增幅达45%,建筑用地扩展强度为0.55.建筑用地的增加导致该市生态质量总体下降,RSEI均值从1996年的0.532下降到2015年的0.460,降幅达13.5%;生态优良等级所占面积的比例从1996年的39%下降到 2015年的21%.建筑用地扩展强度与生态质量呈显著负相关关系.     

基于Markov-PLUS模型的长株潭城市群建设用地扩张模拟及碳排放响应分析

在双碳目标和新型城镇化背景下,保证经济平稳增长的同时减少碳排放是实现城市高质量发展的重要任务之一,更是长沙、株洲、湘潭等国家低碳试点城市重点建设目标之一。因此以长株潭城市群中用地变化和碳排放最为剧烈的中心城区作为研究区域,在现状分析的基础上运用Markov-PLUS耦合模型和碳排放响应模型,模拟了自然状态发展情景、耕地保护发展情景、生态保护发展情景和绿色低碳发展情景下建设用地扩张及碳排放响应情况。结果表明：(1)2000—2020长株潭城市群建设用地面积呈现阶段性的波动增长趋势,耕地和林地是其主要来源,扩张强度在2010—2015年最大,主要集中在城市群中心区域;碳排放量呈现倒“V”型曲线,可以划分为碳排放量快速上升阶段(2000—2005年)和碳排放量下降阶段(2005—2020年),以2010年为节点,下降幅度先增加后减缓;二者之间存在较为密切的正相关关系,整体表现为建设用地面积增加(减少)碳排放随之增加(减少)的较强扩张与较高排放模式。(2)Markov-PLUS模拟结果显示,长株潭城市群建设用地在自然状态发展情景下扩张面积最大(235.9503km²),在...     

太湖流域景观空间格局动态演变

基于2000、2010和2015年的土地利用数据集,利用景观格局指数、动态变化模型、景观转移矩阵及CLUE-S模型预测的研究方法,对太湖流域景观空间格局动态演变进行分析.结果表明: 2000—2015年间,流域景观类型始终以耕地、建设用地为主,景观破碎化程度加强,分布呈现均匀趋势.从动态转移变化来看,耕地和建设用地变化显著,分别以2.1%和8.4%的速度减少和增加了6761和6615.33 km²;由景观转移可见,耕地减少部分主要转变为建设用地,有7866.30 km²的耕地转变成建设用地,占耕地变化量的91.6%,对建设用地增加的贡献率达到96.5%.各县市的耕地、建设用地变化趋势与整个太湖流域相同,其中,上海市中心城区、浦东新区、临安市、宝山区、闵行区、嘉定区和常州市的耕地和建设用地面积变化尤为突出.结合总量变化与CLUE-S模型模拟2030年景观格局动态演变表明,自然发展情景下耕地和建设用地的变化幅度最大;在生态保护情景下草地面积猛增,动态度达到54.5%;在耕地保护情景下耕地和建设用地的变化幅度骤减.     

基于CLUE-S模型的三江平原景观格局变化及模拟

三江平原是我国沼泽地集中连片且分布面积最大的地区之一,在维持区域生态安全方面发挥着不可替代的作用.本研究基于3S技术,对1980-2010年三江平原土地利用和景观格局变化进行分析.结果发现: 1980-2010年,研究区景观格局主要变化特征为沼泽地面积减少7135 km²,减幅达59.1%,水田面积增加18010 km²,增幅达610.1%;景观指数分析结果表明,斑块数量增加,景观破碎化越来越严重,景观异质性增加,各景观类型向均匀化方向发展.基于1980-2010年5期土地利用图对CLUE-S模型进行校正和验证,30年时间尺度上模拟结果与真实景观的Kappa指数为0.71,说明模型适宜研究区30年内的模拟研究.基于校正好的模型对2010-2030年湿地变化进行多预案模拟(历史预案、规划预案、生态恢复预案),结果显示,历史预案下,沼泽地面积减少2515.44 km²,水田面积增加19656.24 km²;规划预案下,沼泽地面积减少303.28 km²,水田面积增加1392.08 km²;生态恢复预案下,沼泽地面积增加3585.60 km²,水田面积增加289.72 km².应用景观指数评价模拟结果为:历史预案下,景观格局破碎化越来越严重;规划预案下,景观格局变化不大;生态恢复预案下,湿地面积不断增加,湿地连通性升高,各景观类型向均衡方向发展,景观格局不断优化.     

“多目标”需求下扬州市土地利用布局优化

建模和情景分析是土地利用变化研究的核心内容，面对城市化进程中日益严峻的生态环境以及粮食安全问题，开展不同约束条件下的土地利用模拟研究对于科学规划和政策制定具有重要意义。以国家级生态示范市扬州市为例，构建耦合景观生态安全格局的CLUE-S模型，结合地类间转变速率调整，模拟预测规划目标年（2030年）不同情景下的用地结构和布局。研究发现：①研究区低、中、高安全水平下生态用地面积比例分别为20.68%、36.50%和48.81%；②现状发展情景下，城镇及工矿用地量增加明显，用地在原有基础上沿外围呈紧凑连续型扩散，耕地、园林地锐减且分布呈现更加破碎化的状态；③耕地保护情景下耕地和园林地分布趋于连片和集中，城镇及工矿用地和交通运输用地对于耕地和生态用地的侵占速率降低；④生态涵养情景下园林地面积略有增加，城镇及工矿用地在原有基础上扩张速度减缓，粮食安全和生态安全基本实现。     

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。     

岱海流域土地利用动态模拟及生态系统服务价值测算

北方内陆湖泊面积萎缩严重,岱海作为典型的内陆湖之一,其面积变化尤为显著.为研究岱海湖面积变化及岱海流域生态系统服务价值(Esv)的动态趋势,本研究运用CA-Markov模型,基于1989-2018年6期的土地利用数据,预测2026年的土地利用状况,并采用当量因子法,对岱海流域ESV进行评估.结果 表明:岱海湖若不进行生...     

Embedding ecological sensitivity analysis and new satellite town construction in an agent-based model to simulate urban expansion in the beijing metropolitan region,China

As the national center for politics and culture, Beijing’s urbanization level is very high. Many policies within the proposed Beijing–Tianjin–Hebei region coordinated development plan affect the expansion of urban land. Therefore, it is very important to predict urban land use changes in Beijing for planning and management purposes. In this paper, we integrated of MAS (multi-agent system) and CA (cellular automata) to simulate new satellite towns construction and ecological sensitivity impact on land use change. Physical and social driving factors were used in the combined model. The MAS involved the actions of three types of agent: regional authorities, property developers, and residents. The study used the CA model to simulate the neighborhood effects of urban land use, and the MAS model to simulate agents’ decisions. The new satellite towns and an ecological sensitivity analysis were embedded in the model to simulate the impact of decision making by the Beijing government on urban land expansion. Based on the land use data of 2005, the urban land area in 2010, 2015, 2020, and 2025 was predicted using the CA-MAS model. Urban expansion occurred faster during 2015–2025 than during the previous 10 years. Three land use types, i.e., cropland, woodland, and rural residential land, were the major sources of urban expansion. With respect to government decision making, the satellite towns were the priority areas of urban development, and urban development was restricted in ecologically sensitive areas. The New Districts of Urban Development were projected to become the main areas of future urban expansion in Beijing. The area designated for urban expansion around the ecologically sensitive areas was small. The results demonstrate that satellite towns and ecological sensitivity have large impacts on urban expansion. The results of this study will help to protect ecologically sensitive land, while enabling harmonious expansion of the city.     

基于InVEST模型的黄河流域产水量时空变化及其对降水和土地利用变化的响应

黄河流域是重要的水源涵养和生态屏障区,研究其水源供给服务对实现黄河流域高质量发展和生态环境保护具有重要意义。本研究基于InVEST模型和情景分析法,以土地利用覆被、气象及土壤等数据作为输入,分析了1995—2015年黄河流域产水量的时空格局以及降水变化和土地利用变化对流域产水量的影响,并探讨产水量对二者的响应。结果表明:1995—2015年,黄河流域产水深度增加,增量为24.34 mm,产水高值区集中在西部和西南部,低值区集中在西北区域,产水深度空间格局特征变化不明显;黄河流域三级流域中,龙羊峡以上流域产水量最高,约117 亿m³·a^-1,是黄河流域主要产水区,兰州至河口流域产水量最低,约0.44 亿m³·a^-1;整个流域中永久冰川及雪地的平均产水深度最大,草地是全流域产水总量的主要贡献地类,提供了总产水量的62.6%;降水对产水量的影响比较显著,土地利用/覆被变化对产水量的影响较小。     

1992—2018年内蒙古自治区植被动态演替特征及驱动力

人类的建设与破坏活动是植被动态变化的重要根源之一,利用遥感探究植被演替的量化监测过程及驱动力能够很好揭示人类活动对生态本底的影响。本研究利用欧洲航天局逐年土地覆被数据及地理学信息图谱方法,从植被型组、植被型尺度分析1992—2018年内蒙古自治区植被动态演替方向、演替速度及演替序列,明晰植被演替特征并量化其演替驱动力。结果表明: 研究期间,内蒙古自治区植被数量结构为“植增荒减”,具体年增长速率依次为耕地(353.10 km²)>草原(243.92 km²)>森林(-16.22 km²)>灌丛(-120.37 km²)>荒漠(-556.31 km²),并且空间相邻分布的草原、荒漠、灌丛三者的面积变化存在权衡关系。植被演替空间呈“绿进沙退”格局,演替热点集中于西辽河平原、内蒙古中部荒漠-草原交界处及黄河沿岸;植被演替序列结构复杂,进展、逆行演替相互交错,不同群落演替流量的截流率差距突出,其中,植被型组草原、灌丛与植被型草地、雨养农田群落在演替过程中截获最多演替流量。植被动态演替的核心驱动力为农牧业生产、经济发展水平、人口规模、生态工程、气候变化。作为“植物群落学-景观生态学”的实例研究,本研究结果可为植被格局优化、演替等级提升等生态措施实施空间的划定提供科学依据。