基于“三生空间”的福州市土地利用功能转型与生态环境效应研究

基于2000、2010、2020年3期土地利用现状遥感监测数据,按照“生产—生活—生态”土地利用主导功能分类,通过土地利用转移矩阵、生态环境质量指数、土地利用转型的生态贡献率等方法,定量分析了2000—2020年间福州市“三生空间”结构转型的时空演化特征与生态环境效应。结果表明:(1)福州市“三生空间”分布格局基本保持一致,生态空间分布最广泛呈缩减趋势,生活空间主要分布在市辖区呈扩张趋势,生产空间主要分布在福州主城区和东部地区呈先减后增趋势。(2)“三生空间”的转换以生态空间的转出、生活空间的转入为主,转入量和转出量并不平衡,转换较为活跃的地区主要分布在福州主城区和东部地区,其他地区转换较为零散。(3)福州市生态环境质量改善和退化趋势并存,但两者发生区域在空间上并不重叠,整体的生态环境质量指数下降,生态环境质量空间分异显著,高值区主要位于永泰县,低值区集中于主城区。生态环境质量的改善主要以农业生产用地、草地生态用地转为林地生态用地为主,林地生态用地和农业生产用地转为工矿生产用地则是导致生态环境质量退化的主要影响因素。     

“三生”空间视角下土地利用转型的生态环境效应及驱动力——以甘肃省为例

中国社会经济快速转型背景下土地利用变化所引发的环境问题被广泛关注。以土地利用现状遥感监测数据和统计资料为数据源,借助ArcGIS和SIMCA-P软件平台,基于"三生"空间视角,通过生态环境质量指数测度了1980—2018年甘肃省土地利用转型的生态环境效应,并运用偏最小二乘法揭示生态环境质量演变的驱动机制。研究发现:(1)"三生"空间结构演化和地域分异显著。生产、生活空间集中分布于河西走廊、陇中和陇东黄土高原并呈扩张态势;生态空间主要分布于陇南山地、甘南高原、祁连山地和河西走廊以北地带且整体呈缩减趋势;生产、生活空间的增长源于对生态空间的侵占。(2)生态环境质量改善和恶化趋势并存,整体上经历了先下降后上升的"U"形演化过程;空间上呈"东南高-西北低"的分布特征,空间格局演化具有明显的集聚性。(3)生态建设、科技进步等对生态环境改善具有明显的促进作用;而人口增加、社会消费水平提升在一定程度上加剧了生态环境压力;对外贸易对生态环境的影响具有双面性。     

基于“三生空间”的土地利用功能演变及生态环境响应——以桂西资源富集区为例

分析土地利用功能演变及生态环境响应是区域"三生空间"划定和管控以及生态环境保护的重要依据。以桂西资源富集区为例,基于1995年、2000年、2005年、2010年和2015年5期遥感数据,构建"三生空间"土地利用主导功能分类体系,运用转移矩阵、重心转移和生态环境响应模型分析研究区20年土地利用功能演变特征及生态环境响应情况,结果表明:(1)研究区生态生产空间和生活生产空间面积呈上升趋势,生产生态空间和生态空间面积呈下降趋势。(2)生态生产空间重心转移距离最大,其次是生活生产空间重心,生产生态空间和生态空间重心转移距离较小。(3)研究区生态环境质量指数从1995年的0.6337持续降至2015年的0.6323,整体质量有所下降。(4)以林草地为主要地类的县域生态环境质量较高,重点矿产资源型县域和农产品生产基地生态环境质量较低,城镇化重点县域生态环境质量最低。     

雄安新区生态系统热消减功能研究

雄安新区作为国家确立不久的新区,建设绿色生态宜居新城区是其重大规划目标之一。近几年城市化进程加快,城市面貌变化大,城市热岛效应愈发严重,而城市生态系统中的蓝绿空间能够提供温度调节功能,消减并改善城市热环境。基于Landsat遥感数据和土地利用数据,分析生态斑块的降温效益并模拟了雄安新区生态系统的热消减功能。结果表明：(1)雄安新区各类绿地中园地和其他林地的降温距离最大,为300 m,降温幅度分别为0.79℃和0.62℃;各类水体中湖泊的降温距离最大,为350 m,降温幅度为1.29℃。(2)不同生态斑块温度与景观格局指数有一定的相关性,其中相关性较强的有面积、周长、周长面积比和最小邻近距离指数,且不同类型斑块有不同的景观格局指数阈值,在阈值范围内温度呈下降趋势,城市蓝绿空间规划建设过程中可以参考各生态斑块的景观格局指数阈值开展工作。(3)雄安新区生态系统的热消减量在0.4—5.63℃之间,热消减能力突出的区域主要集中在白洋淀附近,其中湖泊发挥的作用最强,其次为分布在建成区的部分林地和草地,河渠的热消减能力相对较低,热消减能力最弱的是分布在雄安新区北边建成区的少量草地和林地。     

雄安新区不同土地利用方式土壤性状的空间分布特征——以容城县为例

为阐明雄安新区不同土地利用方式下土壤性状的空间分布特征,采用网格法和随机取样法实地采集雄安新区-容城县表层土壤样品（0-20 cm）133份,运用地统计学和ArcGIS相关技术,对4种不同土地利用方式下的土壤有机质（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）、电导率（EC）、土壤含盐量（SS）、含水量（WC）、pH值、机械组成和空间分布特征进行了研究。结果表明,容城县土壤属轻壤土,pH中性,土壤表层SOM、TN、TP和TK含量均处于中等水平。不同土地利用方式下,除TK含量无差异外,其他所有理化性状差异显著（P<0.01）。土壤pH值（内陆滩涂 > 林地 > 耕地 > 公园与绿地）;SOM含量（耕地 > 公园与绿地 > 林地 > 内陆滩涂）;TN含量（耕地≈公园与绿地 > 林地 > 内陆滩涂）;TP含量（耕地 > 公园与绿地 > 内陆滩涂 > 林地）;SS（内陆滩涂 > 耕地 > 林地 > 公园与绿地）;WC（内陆滩涂 > 公园与绿地 > 林地 > 耕地）;EC（内陆滩涂 > 耕地 > 公园与绿地 > 林地）。不同土地利用方式下土壤pH值属弱变异性,SOM、TN、TP、TK、WC和EC均为中等变异,SS属高变异性。研究区土壤SOM、TN和TP含量呈显著正相关（P<0.01）,经空间插值分析,SOM、TN和TP空间分布状况类似,均表现为东部偏少,西部稍丰。WC、EC和SS呈显著正相关（P<0.01）,空间分布均呈斑块状。容城县表层土壤各性状指标均有趋势效应,且中部变化相对南北变化明显。上述研究结果明确了雄安新区土壤理化指标现状和土壤养分空间分布格局,为新区土地利用和生态建设提供科学支撑。     

基于遥感生态指数的雄安新区生态质量评估

城镇化建设的持续推进给生态环境带来的压力日益增加,多方位、客观、准确、快速测算区域生态环境质量是生态学研究的一个重点.本研究从绿度、湿度、热度、干度4方面分别提取了归一化植被指数(NDVI)、湿度指数(WET)、地表温度(LST)、归一化建筑-土壤指数(NDBSI)4个分量指标,采用基于ENVI平台的主成分分析技术集成所选指标,基于新型遥感生态指数(RSEI)对1995—2015年雄安新区生态质量进行评估.结果表明: 1995、2004和2015年,雄安新区的RSEI均值分别为0.724、0.710、0.682,生态质量总体呈下降趋势;1995—2015年间,研究区RSEI主要由4、5级向1、2、3级转变,生态质量改善和恶化的面积分别占总面积的8.9%和20.9%,生态改善区域主要位于雄县东部和南部,主要原因在于该区域大面积的林地和园地受到当地政府的高度重视和严格保护,生态质量恶化区域主要位于城镇外围以及白洋淀周边,原因在于白洋淀水域面积的锐减和城市化的不断推进;RSEI与各分量指标的平均相关系数为0.804,均高于各分量指标间的平均相关系数,表明RSEI能较好地综合各分量指标信息,全面准确反映研究区生态质量状况.     

雄安新区国土空间开发的生态系统服务价值响应特征

雄安新区国土空间开发导致土地利用产生显著变化,从而对区域生态系统产生重要影响。基于2014—2020年四期遥感影像,系统分析了雄安新区土地利用动态变化过程,进而定量估算了国土空间开发对区域生态系统服务价值的影响。最后,根据新区发展规划对新区未来(2035年和2050年)土地利用格局以及生态系统服务价值变化进行了预测和展望。结果表明：(1)2014—2020年,新区土地利用变化过程主要体现在建设用地(+79.85 km~2)、林地(+72.59 km~2)与水域(+54.01 km~2)的持续增加,耕地(-208.76 km~2)明显减少,新增建设用地与林地主要来自耕地转化,水域的增加主要来自白洋淀周边耕地的退化;(2)新区生态系统服务功能整体呈增强趋势,总生态系统服务价值(Ecosystem Service Values, ESV)增长4.51亿元,增幅最大的为美学景观(+39.41%)、水文调节(+32.77%)和原材料生产(+25.78%)功能,但食物生产服务功能价值下降明显(-10.78%);(3)ESV时空变化与土地利用呈现显著相关性,增加部分主要来自白洋淀区域建设用地向水域和...     

新区开发建设及其生态效应——以雄安新区为例

雄安新区自2017年设立为国家级新区以来,已进行了大量的开发建设,但迄今尚未见对开发建设所产生的生态效应的研究报道。因此,选取2017年和2020年的Landsat 8影像,分别代表雄安新区未开始建设和建设3年后的两个时期来对此进行对比。利用遥感空间信息技术反演出2017—2020年雄安新区开发建设以来主要地表覆盖类型的变化,并采用遥感生态指数(RSEI)对这些地表覆盖类型变化产生的生态效应进行评估。结果表明：(1)雄安新区2017—2020年间的开发建设已使建筑用地面积增加了60.01 km²,水体面积增加了8.95 km²,植被面积减少了69.29 km²。雄安新区现阶段的开发建设主要集中在区内的容城县和雄县,而安新县的开发强度较小。(2)雄安新区2017—2020年间开发建设的生态效应体现在生态改善面积大于退化面积,生态等级良好以上的面积占比有所提升。因此,新区的生态质量总体略有上升,RSEI均值从0.668上升到0.677。但3个县的表现不一,雄县和安新县的生态有所提升,而容城县则略有下降。(3)雄安新区虽经开发...     

雄安新区生态基础设施建设与城市发展协同度评价

雄安新区的建设目标是构建“绿色生态宜居新城区”,将城市发展与生态宜居并行。生态基础设施作为城市中提供生态系统服务的条件与过程,对构建绿色生态宜居新城区起到主要支撑作用。构建了生态基础设施建设与城市发展的指标体系。在现状分析的基础上,根据雄安新区规划文件,采用地区类比法等方法对生态基础设施建设与城市发展情况进行预测,以形态学空间格局分析(MSPA)模型处理得到的7类景观类型作为生态基础设施指标,并从人口、经济、产业、城镇化4方面构建雄安新区城市发展指标;其次建立耦合协同模型,分析2010、2015、2017、2025、2035、2050年6个年度雄安新区生态基础设施建设与城市发展的协同度水平。研究结果表明,雄安新区生态基础设施建设与城市发展在早期处于濒临失调状态,后续经过政策引导,雄安新区生态基础设施建设与城市发展协同程度逐渐提高,至2050年已达到良好协同状态。研究结果可为促进雄安新区生态基础设施建设与城市协同发展提供科学参考。     

“三生空间”视角下三峡库区土地利用转型的生态系统服务价值效应

明晰社会经济快速转型背景下的“三生空间”演变过程及其生态系统服务效应,对国土空间优化和区域可持续发展具有重要意义。以1980、2000、2018年土地利用遥感监测数据为基础,基于“三生空间”视角,采用地学信息图谱刻画了三峡库区土地利用转型过程,并通过生态系统服务贡献值测度了土地利用转型的生态环境效应。结果表明: 1980—2018年,三峡库区工业生产空间和生活空间面积不断增加,而农业生产空间和生态空间面积逐渐减少;从图谱转移视角分析,1980—2000年间,土地利用格局相对稳定,以未发生转移的图谱单元占主导,而2000—2018年土地利用转型复杂,以农业生产空间与林地、草地生态空间相互转化占主导,城镇化、工业化进程加快是导致农业生产空间、生态空间面积萎缩的主要原因;三峡库区生态系统服务价值在时间上呈先缓慢降低后迅速增加的趋势,在空间上呈“东部高-西部低”的分布特征;生态保护修复工程促进了生态系统服务价值正效应,但经济社会快速发展挤占了大量的农业生产空间、生态空间,加之农田复耕等行为在一定程度上导致了生态系统服务价值负效应。     

雄安新区地表覆盖变化及其新区规划的生态响应预测

雄安新区是新近设立的国家级新区,如何在新区建设中坚持生态优先、绿色发展,是即将开展的新区规划必须考虑的问题。绿色生态规划离不开对规划区生态本底的清楚认识,离不开对规划结果的准确预判。因此基于2004、2015年的Landsat影像,采用遥感信息反演技术和RSEI遥感生态指数,评估了该区近11年来的地表不透水面、植被和水体三大覆盖类型的变化,并预测新区建设的生态效应及其对热环境的影响。结果表明,雄安新区近11年地表不透水面、植被和水体的面积虽互有增减,但变化强度都小于5%,总体开发强度不大,本底生态质量较好,稳中略升。定量分析表明,在该区的三大地表覆盖类型中,不透水面对区域生态和地表温度的影响最大。根据所获得的关系模型预测,新区的人口规划和面积方案将对区域生态质量和热环境产生影响,如果按新增不透水面面积占新区面积25%的比例来预测,它将使生态质量下降10%,地表温度上升1.1℃;但如果将不透水面比例控制在20%,则新区的生态质量反而上升3.6%,地表温度下降0.3℃。     

雄安新区多尺度生态基础设施规划

生态基础设施是保持、改善和增加生态系统服务的条件和过程,对于提升区域生态系统服务能力具有重要意义。已有的生态基础设施规划方法主要针对单一尺度进行,不能体现生态系统服务在不同尺度间的相互影响。基于ArcGIS、最小累积阻力（MCR）模型和层次分析法（AHP）构建了一种"宏观-中观-微观"多尺度生态基础设施核心区识别和生态廊道辨识的方法体系框架。以雄安新区为例,提出生态基础设施规划方案：宏观尺度需维持气候调节、固碳释氧、保护生物多样性、防风固沙等功能的稳定,生态核心区斑块面积建议大于10 km²,生态廊道宽度设置为100-200 m;中观尺度生态核心区斑块面积不小于5 km²,宽度设置为50-100 m,可改善区域水源涵养、文化休闲、净化环境、减弱噪声等生态系统服务功能;微观尺度生态核心区斑块需大于1 km²,宽度为10-30 m,可有效控制径流、净水调蓄。得出以下结论：（1）不同尺度生态基础设施规划目标不同,规模有所差别,其中宏观尺度规模最大,微观最小;（2）多尺度规划方法,可以科学有效的指导生态基础设施建设,提高区域生态系统服务能力;（3）多尺度生态基础设施规划建设需要向多学科理论和方法的交叉融合方向发展。研究结论可为今后全面推进雄安新区的可持续发展提供科学基础和决策参考。     

基于层次分析-有序加权平均多准则评估的雄安新区生态安全格局模拟研究

稳定、高效的生态安全格局对于"建设雄安新区"国家战略具有重大意义。然而,目前尚缺乏一套科学、弹性的规划方法,用于指导新区建设。采用层次分析(AHP)和有序加权平均(OWA)空间多准则评估方法,结合Google Earth Engine遥感云计算技术和InVEST模型,在量化生态系统服务和生态风险的基础上,模拟新区生态安全格局。首先,生态安全格局涉及众多专业领域,内涵较为丰富,决策过程应采用参与式方法,建立包含生态环境和社会经济因素在内的综合指标体系,奠定格局构建的决策基础;其次,AHP-OWA方法按不同决策情景(风险),提供了一整套"完全保护—中立—完全开发"的空间决策集,定量揭示"保护—开发"权衡关系,为格局构建提供充足决策支持;最后,白洋淀保护地以及启动和起步区建设,会对生态安全格局产生重要影响,所以构建工作应在科学规划启动和起步区建设的同时,围绕白洋淀开展。未来在"绿色生态宜居新城区"目标指引下,新区建设方案应以"保护优先"为基本原则,结合重要区域、现有规划和资金预算等要素共同确定,实现保护与开发的"双赢"。     

雄安新区生态系统服务需求空间分布格局预测

设立雄安新区是千年大计、国家大事。明晰生态系统服务需求的空间分布及时间变化趋势,有助于探究雄安新区生态系统服务对社会经济发展的促进和制约作用,支持生态系统服务管理和政策的执行。在已有对单一时间维度的生态系统服务研究基础上,增加了对时空变异性的关注,对雄安新区未来时间节点生态系统服务需求的时空分布特征进行预测,首先选取土地利用开发程度、人口密度、经济密度3个指标建立了生态系统服务需求预测模型,然后根据综合增长率法和地区类比法预测土地利用格局、人口密度和经济密度,最后叠加分析得到雄安新区2035年和2050年生态系统服务需求空间分布格局。预测结果表明,2035年起步区人口密度和经济密度将大幅增加,进而带动生态系统服务需求的增加;本世纪中叶,新区人口密度和经济密度的绝对值将大幅度提高,生态系统服务需求高值区主要集中在"一主、五辅"城区范围,与城乡空间布局相呼应。基于研究结果,提出优化土地利用结构、加强白洋淀保护与修复和建设宏观-中观-微观多尺度生态基础设施几条建议,以期为未来的生态系统服务供给、生态基础设施建设和城市规划布局等提供指导。     

基于生态系统服务供需的雄安新区生态网络构建与优化

城市生态网络构建是城市生态系统服务有效发挥作用的保障,构建完善的生态网络对于城市生态格局的优化具有重要的意义。结合雄安新区总体规划,通过雄安新区生态系统服务供给、需求两个层面识别生态源地。基于源地-缓冲区-廊道-节点框架,构建新区生态网络。其中,基于生态源地与城镇用地驱动因子,运用最小累积阻力方法得到累积阻力差,构建新区三生空间布局。根据成本距离分析和路径分析,结合雄安新区规划绿带分布,生成生态廊道,并在廊道与廊道交汇点、重要生态功能与脆弱的关键点以及道路轨道交汇点识别生态节点。得出：（1）新区生态源地主要位于白洋淀、公园绿地与其他绿地,分为水域生态源和林地生态源两类生态源地,面积总共728 km²。城镇源地主要位于新区东部容城县与雄县城区以及一些零星的农村居民点区域,面积为166 km²。（2）在新区三生空间布局下,加强生态廊道的构建,提升生态源地之间、生态源地与城镇源地之间的连通性,新区生态廊道主要依赖河流廊道和林地廊道两种类型。（3）在新区未来生态网络的建设中,需要重点关注河流廊道交汇点、河流廊道与城区的交汇处、交通道路与生态用地交汇处等的生态节点的建设及其生态功能的提升。     

雄安新区河流健康评价

雄安新区地理环境敏感,生态环境较为脆弱,研究新区河流健康对维护区域水生态平衡,实施京津冀协同发展战略及疏解北京非首都功能具有重要意义。以雄安新区4条河流为研究对象,基于高分二号遥感影像、地理信息数据和实测数据,构建由水文水资源、河流水质、河流底泥、河流生物、河流生境和社会服务构成的河流健康评价指标体系,并用主客观赋值法得到各指标的综合权重,进而计算河流的综合健康指数,以此对河流健康情况进行评价。结果表明不同河流的准则层指标的健康指数和河流综合健康指数存在差异性,其中白沟引河综合健康指数为0.640,处于健康状态;府河的综合健康指数为0.484,处于亚健康状态;瀑河和孝义河均处于病态,综合健康指数为0.269和0.228。总体表现同一河流不同河段以及不同河流存在明显的空间异质性,府河和白沟引河的健康状态明显好于孝义河和瀑河,同时除孝义河不同采样点的健康情况没有差别,府河、瀑河和白沟引河三条河流不同采样点之间的健康状况存在一定的差别,河流入淀处健康状况普遍比中游健康状况好。这为后期生态需水及其整个新区的生态功能提升提供了参考依据。     

雄安新区上游白洋淀流域水质净化提升目标下的生态恢复格局优化

白洋淀流域是雄安新区重要的淡水来源之一,流域内退耕政策在改善水质同时大幅降低了农田面积。如何通过退耕空间规则的优化权衡水质净化效率与农田面积是亟待解决的问题。通过设置基于不同退耕规则的情景,并与实际情景对比,提出了退耕规则的优化方案。结果表明：相同面积下,河岸带退耕的水质净化效率高于坡耕地退耕;相同退耕规则下,退耕还林驱动的水质净化效率高于还灌,还草;单位面积河岸带退耕的水质净化效率随缓冲区距离增加而降低;300m河岸带退耕还林情景下的水质净化率提升高于其他所有模拟情景,也比实际退耕情景（2015）高,同时农田面积降幅也低于实际情景。研究表明通过对退耕规则进行空间优化不仅能够满足区域水质净化提升的目标,还有利于保障区域农田面积,减少生态系统服务间的权衡。     

区域综合生态风险评价框架——以雄安新区为例

构建区域生态风险评价框架有助于清晰地识别、评估、模拟、预测与管理区域生态风险,进而为区域生态安全网络构建和生态安全格局保障提供支撑。雄安新区的建设,使该区域面临巨大的土地利用变化,对区域生态系统的结构和功能产生不可忽视的影响,洪涝和干旱灾害对雄安新区及其周边区域生态系统具有显著的威胁。以雄安新区为例,构建包含暴露-响应关系、人为源和自然源相结合的区域综合生态风险评价框架,分别对城市化和气候变化背景下的雄安新区土地利用变化、洪涝灾害、干旱灾害三类胁迫引起的区域生态风险进行了评价和预测,确定其生态风险空间分布特征及变化趋势。结果表明：(1)从时间序列上来看,由于气候变化导致洪涝、干旱等自然灾害的影响,加上雄安新区的土地利用变化,雄安新区的生态风险在2025年后有所上升,但有序的规划和良好的地类配置使得雄安新区起步区在2025年后生态风险程度下降;(2)从空间上看,雄安新区风险高值区主要集中在白洋淀区以西和以南,以及新区东北部部分区域。最后,从土地利用管理、洪涝和干旱灾害预防等角度提出了生态风险防控对策：(1)雄安新区应坚持对土地利用的合理规划和严格管理,切实防止土地的无序利用,密切关注景观...