快速城镇化地区土地利用及生态效率测算与分析

如何以较小的生态资源损耗获得较大的经济社会效益,是我国新型城镇化与生态文明建设关注的核心议题之一。以快速城镇化的湖北省为典型研究区,引入随机前沿分析(Stochastic Frontier Analysis,SFA)测度各县域的土地利用效率、生态绩效指数和生态效率。结果表明:(1)对比分析非约束模型与约束模型的检验结果可知,前者在本研究中有更好的解释能力,加入生态变量后县域土地利用效率平均值增加1.4%;(2)湖北省县域土地利用效率平均值为0.882,土地利用效率总体水平较高,且生态绩效指数(Ecological Performance Index,EPI)大于0的县域占75.73%,EPI随着土地利用效率(Land Use Efficiency,LUE)的增加表现出先增后减的倒U型变化;(3)湖北省县域的生态效率(Ecological Efficiency,EE)分布在0.778-0.989之间,空间格局特征明显,效率高值县域在空间上呈现出以武汉城市圈和沿长江、汉江为点轴的A型分布特征。本研究揭示了快速城镇化区域土地利用、生态系统和经济效益之间的关系,可为新型城镇化发展、土地资源高效利用和生态资源保护提供参考。     

黄河流域旅游生态效率时空演变及空间溢出效应——基于73个城市数据的分析

黄河流域旅游生态效率时空演变及空间溢出效应研究，有利于优化旅游资源要素投入，推动黄河流域生态保护及高质量发展。基于超效率SBM模型测算2010-2019年黄河流域73个城市旅游生态效率，借助ArcGIS软件描绘时空演化轨迹，并构建空间杜宾模型揭示空间溢出效应。结果表明：（1）黄河流域旅游生态效率时序上呈现先上升后下降的阶段性特征，空间上呈现"下游-中游-上游"阶梯式递减的异质性特征；（2）旅游生态效率分布具有明显的空间集聚与依赖特征，低水平同质化现象显著；（3）空间溢出效应显著，政府干预、市场规模对邻近城市旅游生态效率具有正向溢出效应，经济发展、产业结构、交通可达性对邻近城市旅游生态效率具有负向溢出效应。基于实证分析结果，提出制定差异化、互补性旅游发展策略，加强区域旅游战略合作，发挥邻近区域辐射带动作用，优化城市空间溢出效应的建议。     

足迹家族视角下关中城市群实现可持续发展目标的公平性评价

西部城市群快速发展加剧了城市之间的竞争,自然资源消耗过快导致各市改善生态环境努力的差异加大,生态占用不公平对生态系统的影响给城市群实现联合国17个可持续发展目标（17 SDGs）带来了困难。在描述2007-2018年关中城市群人均生态足迹（ef）、人均碳足迹（cf）、人均水足迹（wf）和城市发展指数（CDI）时空演变特征的基础上,采用基尼系数评价了生态占用公平性对城市群实现17 SDGs的影响。结果显示,①关中城市群各市CDI年均增长率低于ef、cf、wf,城市发展滞后于资源消耗,不利于实现17 SDGs。②碳压力与碳承载的匹配度趋于优化,生态压力同生态承载、水资源压力同水承载的匹配度下降。③生态压力同CDI的空间均衡程度相对公平且稳定,碳压力、水资源压力同CDI的空间均衡程度下降,城市发展同承载力贡献差异性显著。建立监测城市群社会经济活动同生态占用公平程度的分析框架,揭示了生态占用公平在实现SDGs情境中有利于保护森林与耕地、提高城市群内城市改善生态环境的努力水平和平衡好各市在发展与保护之间的取舍的影响。为此,提出改善城市群生态环境治理框架、加强城市大气污染治理和城乡废物管理、建立跨域生态环境共保联治机制等建议。     

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。     

黔中喀斯特山地城市土地利用/覆被变化及其生态效应评价——以贵阳市花溪区为例

快速城市化发展对脆弱喀斯特山地城市生态环境造成严重威胁,系统监测评价城市土地利用/覆被格局变化及其生态效应,协调生态保护与城市发展的关系是新时期喀斯特山地城市生态文明示范城市建设的重要命题。以贵阳市花溪区为对象,以2013年和2018年Landsat ETM/OLI遥感影像为主要数据源,运用遥感和GIS技术,采用遥感生态指数（Remote Sensing Ecological Index,RSEI）模型,在系统分析研究区土地利用/覆被类型和生态环境质量时空动态变化的基础上,剖析土地利用/覆被变化的生态效应。结果表明：（1）2013-2018年花溪区土地利用/覆被格局发生明显变化,形成以林地、建设用地和耕地3种类型占优的格局态势,以耕地的大量减少（减少约15353.37 hm²）且90%转为建设用地或林地、灌木地为主要特征,并伴有局部林地退化（约2683.80 hm²）的现象;（2）5年间,花溪区生态环境质量呈下降趋势,RSEI从2013年的0.622下降到2018年的0.499,下降约20%,反映植被覆盖度和不透水建设用地的绿度指标和干度指标对花溪区生态环境质量的贡献最大;（3）土地利用/覆被与生态环境质量的分布和变化在空间上基本吻合;林地面积或林地与灌木地面积的增减对生态环境质量的变化具有显著影响,林地或林地与灌木地面积增加10%,可使生态质量好转面积增加约15%-20%,或减少生态质量恶化面积约4%;而林地的退化面积增加10%,可导致生态质量恶化面积增加约14%。研究可为喀斯特山地城市国土空间格局优化、城市生态环境改善、生态文明城市建设提供科学依据。     

长江中游城市群环境规制对旅游产业生态效率的影响及空间分异研究

随着旅游产业的快速发展，其对生态环境的负面影响逐渐增大。为缓解当前旅游经济发展与生态环境保护间存在的矛盾，政府有必要在制度层面发挥其对旅游企业的约束作用，减轻旅游环境压力，实现旅游产业可持续发展。基于此，首先采用超效率SBM模型测算2006-2017年长江中游城市群旅游产业生态效率。然后运用重心模型、标准差椭圆等地学方法刻画其空间格局演化特征。最后，以广义最小二乘法建立面板数据模型，分析环境规制对城市群旅游产业生态效率影响。主要结论为：1）2006-2017年长江中游城市群旅游产业生态效率总体始终处于生产前沿面以下，旅游产业生态发展的集约化程度较低。从区域尺度看，三大城市群间效率存在一定差异，环鄱阳湖城市群效率最大，而武汉城市圈最小。从空间格局上看，效率重心整体向东北方向移动，"东高-西低"的空间格局逐渐形成；2）三大子城市群环境规制与旅游产业生态效率间呈"U"型的非线性关系，表明当前总体环境规制水平仍然较低，对效率的增长起抑制作用，但从长远来看，随着环境规制的逐渐增强，其对旅游产业生态效率的影响开始向积极促进方向转变；3）三大子城市群环境规制对效率的影响程度不同，整体呈正向显著影响的城市数量较少，主要集聚在各子城市群的中心城市附近。     

中原城市群生态效率时空演变及影响因素

提高生态效率是推进生态文明建设和绿色发展的重要途径。基于2003—2016年中原城市群29个城市的面板数据,运用Super-SBM(超效率SBM模型, Super slacks-based model)模型对生态效率进行测算,并综合运用GIS技术与空间滞后模型,分析了生态效率的时空演变及空间关联特征,研究了生态效率变动的影响因素。结果表明:(1)2003—2016年,中原城市群生态效率总体上呈"阶梯状"的上升趋势,空间分布存在差异,形成了北部和南部高,中间低的空间格局。(2)中原城市群生态效率呈正向空间自相关,空间集聚趋势逐步增强,冷点区在西北部地区动态变化,东南部地区形成稳定的热点区。(3)中原城市群生态效率存在正向空间溢出效应,经济发展水平和对外开放水平产生显著正向效应,而科技水平产生显著负向效应。     

黄河中下游影响区生态空间和生态指数变化评估

黄河中下游影响区人地关系复杂，受到自然和人类活动交叠影响，厘清该区域的生态空间及其生态指数变化对实现黄河流域生态保护与高质量发展这一国家战略具有重要意义。对黄河中下游影响区的生态空间时空格局演化和生态状况进行定量分析，具体包括基于土地利用遥感监测数据的生态空间演变分析和基于纯遥感驱动的遥感生态指数RSEI （Remote Sensing Ecological Index）分析，从而完整刻画了2000-2020年黄河中下游影响区生态环境的动态变化格局。研究结果显示：（1）从土地利用类型变化来看，黄河中下游影响区主要土地利用类型是耕地，占研究区的70%；近20年以来耕地和建设用地变化明显，耕地面积减少了2.15%（约9849km²），建设用地增加了30.75%（约11146km²），且建设用地的扩张主要以侵占耕地为主；（2）从生态空间类型变化来看，研究区半生态用地面积变化较大，主要向弱生态用地转变，发生在城市地区；天津市、河北省以及山东省的沿海地区生态空间类型由弱生态用地转为生态用地；黄河流域河南段可以明显看出半生态用地向生态用地的转变；（3）从生态级别来看，近20年来生态级别为"差"和"较差"的面积有所减少，由2000年的38.85%减少至2020年的23.01%，生态级别为"中等"和"良"的面积有所上升，由2000年的45.54%增加至2020年的73.71%，生态级别为"优"主要分布在河南省、江苏省和安徽省周边；黄河滩区内外生态环境质量相当，均呈缓慢上升趋势。本研究利用遥感大数据完整地对黄河中下游影响区的生态空间及其对应生态状况进行了长时间序列的监测与评估，为总体认知和把握该区的生态状况提供了基础支撑。     

中国北方农牧交错带生态系统服务空间格局及影响因子——以内蒙古中西部地区为例

中国北方农牧交错带是我国重要的生态安全屏障之一,面临经济发展与脆弱生态环境保护间的突出矛盾。生态系统服务的定量研究是生态可持续管理的重要科学依据,也是当前的研究热点之一。以北方农牧交错带的核心区域--内蒙古中西部地区为例,结合中高分辨率遥感数据和生物物理模型准确量化了2000-2018年关键生态系统服务,基于Getis-Ord G^*方法分析了生态系统服务的空间格局,考虑地理数据的空间自相关性选取了空间回归模型探索其影响因子。结果表明：（1）净初级生产力（NPP,Net primary productivity）、土壤水蚀控制服务（SC,Soil conservation）、产水量（WY,Water yield）及三层土壤含水量（SM1,Soil moisture of top layer;SM2,Soil moisture of middle layer;SM3,Soil moisture of bottom layer）在东部较高,防风固沙服务（SF,Sand fixation）在南部和西部较高;（2）以上生态系统服务受气候变化、景观格局、地形和土壤条件等综合影响,不同影响因素对生态系统服务的作用存在差异。NPP受森林景观格局和归一化植被指数的影响最为显著;WY、SM1、SM2、SM3及SC受降水量的影响较为显著;风速和表层土壤砂粒含量对SF影响最为显著。研究结果可以为优化景观格局和土地系统,缓解中国北方农牧交错带的社会-生态矛盾提供科学依据和案例参考。     

城市扩张背景下生态用地格局与生态效率的多尺度关联分析

探寻生态用地景观格局演变对生态效率的影响规律对于合理配置生态用地、促进城市可持续发展具有重要的指导意义。运用生态效率度量模型、空间自相关分析和景观指数, 分别探讨2005—2015年三大城市群生态效率时空分布特征及生态景观格局演变规律, 并基于空间杜宾模型实证分析行政区和主城区不同尺度下的生态用地景观格局对生态效率的影响。研究结果表明: (1)城市扩张使生态用地面临较高的转化风险, 绿地作为优势生态用地, 是建设用地蚕食的主要用地类型; (2)主城区尺度下的生态用地景观格局对生态效率的影响比行政区尺度更为显著, 对主城区内的生态用地景观格局进行调控更能发挥效果; (3)绿地景观格局对生态效率的影响比水域更为突出, 降低主城区绿地破碎度, 提高单个斑块优势度比提高绿地总面积更有利于促进城市生态效率。由此可认为主城区尺度下的绿地优化调控在城市规划中应给予重视, 在无法避免蚕食绿地时, 应尽可能侵占小斑块绿地, 以确保自然生态保护区等大斑块绿地的生态优势地位。     

中原城市群“三生”空间模拟及生态效应评估——基于未来土地利用模拟模型和共享社会经济路径情景

黄河流域高质量发展背景下,加强该流域典型城市群"三生"空间(PLES)时空演变和生态效应具有重要现实意义。以中原城市群为例,基于2010年、2015年和2020年的土地利用数据,耦合未来土地利用变化情景模拟模型(FLUS)、共享社会经济路径(SSPs)和生态环境效应模型,分析了2025-2100年五种SSPs情景下中原城市群"三生"空间的时空演变特征,以及2035年不同情景下的生态环境效应。结果表明:(1)从2025年到2100年,除SSP4情景外,其余4种情景均表现为生产空间面积持续缩减、生活空间面积明显扩张、生态空间面积略有起伏总体缩减。(2) 5种SSPs情景下,"三生"空间的空间分布格局相对一致。城镇生活用地较为聚集呈片状分布,农村生活用地呈点状零散分布。农业生产用地较大,分布均匀。林地和牧草生态用地主要分布在西部和南部,水域生态用地呈东西向带状分布在中原城市群中北部。(3)2035年,研究区生态环境质量空间分布不均衡,呈现"西南高-中部低"特征。中间发展情景(SSP2),生态环境质量略高于其他情景。研究结果对中原城市群的国土空间规划和生态文明建设具有一定的理论和实践价值。     

黄河流域城市生态韧性时空演变及其影响因素

城市作为最复杂的社会生态系统,在经历经济快速积累、城镇化加快推进的同时,面临着资源短缺、环境污染、生物多样性锐减等生态环境挑战,增强城市生态韧性对城市可持续发展至关重要。从韧性的内涵角度评估城市生态韧性水平,探究城市防范内外生态风险能力的时空特征,剖析城市生态韧性差异的影响机制,对实施城市生态文明建设与风险防控具有指导意义。基于"演化韧性"视角从"抵抗-响应-转型"三个能力构建城市生态韧性指标体系,以黄河流域七大城市群59个地级市2011-2020年面板数据为例,运用熵权-逼近理想解排序法(熵权-TOPSIS法)、传统和空间马尔可夫链,在对黄河流域城市生态韧性进行定量测算的基础上,分析其时空特征。最后利用面板分位数回归深入探索黄河流域城市生态韧性影响因素的分段效应,提高对城市生态韧性影响机制的认识。结果表明:(1)2011-2020年,城市生态韧性均值在(0.092,0.125)范围内,呈现缓慢增长态势;离散程度呈倒"U"型变化特征趋势;空间上,城市生态韧性表现为"下游强、上中游弱",城市群内部以省会城市为核心向外围地级市递减,"中心-外围"的分布格局明显。(2)城市生态韧性主要在相邻等级之间进行递次转移,仍未实现跨等级转移,具有"路径依赖"和"自身锁定"特征;地理空间背景在城市生态韧性动态演变过程中发挥着重要作用,表现为"强强联合、低低临近"的集聚效应。(3)影响因素方面,经济发展水平、科技创新对城市生态韧性具有显著促进作用;产业结构对城市生态韧性表现为显著抑制作用,人口密度和环境规制对城市生态韧性不同分位点的影响作用存在显著的异质性。研究结果可为黄河流域全面推进生态保护与建设"韧性城市"提供一定的科学参考和理论依据。     

基于Google Earth Engine平台与复杂网络的黄河流域土地利用/覆被变化分析

黄河流域在中国社会经济发展和生态安全方面的地位十分重要,过去几十年的自然演变和人类活动对其造成了深远影响,系统科学地认识黄河流域的环境格局变化是实现黄河流域高质量发展的重要前提。基于Google Earth Engine平台和复杂网络分析方法,解译并分析了1986年至2018年黄河流域的连续年度土地利用/覆被变化(LUCC)。基于1000个独立验证点进行的评估显示解译的覆盖黄河流域33年的年度土地利用/覆被数据集的7个一级类的总体准确率为82.6%,15个二级类的总体准确率为74.7%。分析结果显示黄河流域的土地系统在整个研究期间呈现出复杂的时空变化,主要的LUCC模式包括：不变或很小的变化、伴随耕地流失的城市扩张、草地恢复、果园和梯田扩张和森林增加。基于复杂网络方法对黄河流域土地系统的分析表明,土地利用/覆被转移网络中的高覆盖草地、低植被覆盖地表和落叶常绿混交林与其他地类的转移较频繁,地类节点的中介中心性和度值较高,是黄河流域土地系统中的关键地类。另外与人类活动关系密切的果园和梯田、谷物耕地和城市及建设用地节点组成了较为活跃的网络社区结构,它们都有较高的结构多样性、接近中心性,这些地...     

基于供需视角的黄河流域甘肃段生态安全格局识别与优化

利用多源空间数据，计算生态系统服务的高值区，识别生态源地，在计算土地利用程度、地均GDP和人口密度确定生态系统高需求区的基础上，通过夜间灯光数据修正生态阻力面系数，利用最小累积阻力模型提取源地与高需求区之间的生态廊道，以此构建并优化区域生态安全格局。结果表明：(1)黄河流域甘肃段生态源地总面积4.59×10⁴ km²，占研究区总面积的32.1%，集中分布于甘南和陇东中部地区。(2)生态系统服务高需求区总面积2.18×10⁴ km²，占研究区总面积的15.2%，主要集中于陇中及陇东的城市建成区，生态系统服务供应和需求空间匹配度差。(3)生态廊道总长度2908.3 km，整体格局上形成了东西向与南北向两大主要廊道轴线。生态廊道的识别中重点考虑了生态需求空间，提出了基于"两带-三区"的流域生态安全格局优化建议。     

黄土高原区主导生态风险识别及分异性研究——以黄河流域中游为例

黄河流域作为典型的生态脆弱区,其生态问题复杂多样,亟待全面的生态治理和修复。同时,黄河流域生态保护和高质量发展是当前我国发展战略之一。明确黄河流域存在的生态问题,做好区域生态修复,开展综合治理是黄河流域可持续发展的重点。因此把握黄河流域的自然条件的区域差异,开展综合性的生态风险识别与评价,明确区域风险空间异质性分布与特点,是服务于区域生态修复、促进黄河流域高质量发展的重点。结合黄河流域中游气候、地形、植被等多自然本底情况识别风险源,建立服务于研究区生态保护和修复的区域生态风险评价体系,并通过GEE和GIS平台,可视化和量化了各类生态风险,并采用空间相关分析明确了生态风险的主要成因。结果表明：1）研究区的生态风险空间分布具有显著的区域特征,各个要素的生态风险呈现明显的东南和西北的差异、不同土地覆被情况的差异、人类活动带与非人类活动带的差异以及河流沿河与非沿岸的差异;2）植被净生态系统生产力呈现东南高西北低的特征,温度植被干旱指数显示西北部、山西、陕西南部存在较高的干旱风险,土壤侵蚀风险主要存在于黄河沿岸、其他河谷地带以及西北部,防风固沙服务能力在山西省山区以及植被生长较好的地区较高;3）综合生态风险评价显示宁夏以及陕西北部多数地区属于高风险区,低风险区主要分布在研究区西南部以及山西省西部沿线地区;4）双变量的Moran''s I指数显示地表温度、植被覆盖和汛期降水是导致综合生态风险西北和东南差异的主要原因,坡度是导致局部风险差异的主要原因。     

基于DMSP/OLS影像的我国主要城市群空间扩张特征分析

20世纪90年代以来,随着中国城市化步伐的加快,城市用地空间扩张极为明显。采用1992、1995、2000、2005、2009年5期的夜间灯光影像数据提取了京津冀、长江三角洲和珠江三角洲城市群的城市像元,并从空间扩张强度、扩张类型以及方向性空间扩张特征3个方面对三大城市群城市用地的空间扩张特征进行了分析,同时还从社会经济方面对城市群空间扩张的驱动因素进行了讨论。结果表明,三大城市群的空间扩张特征既存在共性也存在明显的差异,同时社会经济的快速发展对城市用地的扩张具有明显的驱动作用,为进一步推动中国城市化进程提供了数据支撑。     

黄河流域景观破碎化时空特征及其成因探测

黄河流域快速的人口增长和城市扩张加剧了土地利用转型和生态景观破碎化,引发了诸如生态系统功能退化、生物多样性功能减弱以及生境破碎化等一系列严重问题。探明黄河流域景观破碎化时空特征及其成因对维护流域生态系统稳定和生态修复具有重要指导意义。但是以往研究缺乏对黄河流域景观破碎化时空特征及其归因分析的相关研究,难以为黄河流域生态环境治理以及景观格局优化提供科学指导。基于FRAGSTATS4.2软件测度了2000—2018年黄河流域县域单元景观破碎化时空格局特征,并借助地理探测器模型探讨了黄河流域景观破碎化时空分异的成因。研究表明：(1)研究期间黄河流域斑块密度(PD)无显著变化,边缘密度(ED)、景观形状指数(LSI)、平均斑块面积(Area＿AM)均呈先增后减的变化趋势,聚集度指数(AI)呈先减后增的趋势;蔓延度指数(CONTAG)持续降低,分离度(DIVISION)、香农多样性指数(SHDI)逐年增高。(2)研究期间黄河流域景观破碎化程度总体逐渐加剧,流域中下游各省破碎化程度变化剧烈,上游各省破碎化程度变化趋于平稳。(3)地理探测器结果显示,黄河流域景观破碎化受到自然、社会等多重因素影响,因...     

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。