嘉峪关市城市化进程及景观格局动态变化

绿洲城市是中国干旱区人类活动最集中、人地关系最为敏感和复杂的代表性区域。本文以快速城市化绿洲城市——嘉峪关市为例,基于RS和GIS技术等从人口、经济、城市空间布局3个方面来分析嘉峪关市城市化水平,同时从斑块特征指数、景观多样性指数和景观空间构型指数等对绿洲城市景观格局进行定量分析。结果表明:1978—2009年间嘉峪关市城市化过程明显,城市人口比重从1978年的69.9%升至2009年的90.3%,城市建设用地年均扩张指数高达5.6%;嘉峪关市景观格局变化显著,景观多样性和异质性增强,耕地、林地和建设用地破碎度增加,草地和水域呈波动状态,未利用地破碎度减少;各斑块受干扰的程度增大,斑块几何形状更趋向规律性,基质成分减少;嘉峪关市城市化过程强烈影响着城市景观格局及其变化,人类活动对城市生态环境的影响作用逐渐增加。     

北京城市景观格局时空变化及驱动力

2004—2020年城市总体规划以来,北京经历了快速的城市化发展期,城市景观格局发生了很大变化。采用TM遥感影像为信息源,通过RS解译建立了2003、2007和2011年北京市土地利用覆盖空间数据,利用Fragstats对景观格局特征指数进行了计算和分析,分别从全市域和六环内城市化典型地区两个尺度研究了北京市城市景观格局时空变化特征,结合社会经济、城市总体规划和城市发展政策因素,分析了北京城市景观格局变化的驱动力因素。研究结果表明,过去近10年,市域景观特征发生了深刻变化,建设用地保持较快的增长速度,其比例由15.0%上升至18.0%,相反耕地面积比例由21.3%下降至18.8%。林地一直是市域的优势景观类型,比例维持在51%以上。而六环内城市化典型地区的景观变化更加明显,建设用地比例增加近10%,是六环地区的优势景观类型,耕地比例相应减少10%。建设用地的增长主要以耕地占用为主。景观格局指数的分析表明,大尺度和小尺度的景观格局变化表现出不同的特征,市域大尺度建设用地斑块破碎化程度高,景观蔓延度、聚合度下降,景观多样性增加;而小尺度六环内的建设用地斑块破碎化趋势降低,景观蔓延度和聚合度上升,但景观多样性下降迅速。大小两个尺度的景观空间形态均表现出复杂性增加的趋势。通过景观格局变化的驱动因素分析,人口规模的增加、产业结构调整、城市总体规划的实施以及城市发展政策的变化是导致景观格局变化的主要因素。     

北京市近二十年景观破碎化格局的时空变化

基于1993—2013年3期时间序列的遥感影像获得的一、二级景观类型的土地覆盖数据,利用移动窗口法和空间主成分分析法研究景观破碎度空间分布格局和破碎化过程。结果表明:北京市正处于快速城市化阶段,20年间其建设用地面积增加了1000.8 km~2,增长47.14%,而耕地面积减少21.86%;全市破碎化程度增加,其中,景观斑块总数增加了15.26%,而景观斑块的平均面积缩小了15.35%,景观形状指数(LSI)从88.426增加到98.897;北京市景观破碎化格局的空间异质性较大,但没有方向性偏好,却表现了"两极化"发展趋势,其中,高破碎化区域和低破碎化区域的面积增加,中等破碎化的区域面积减少,核心大城区和山区的景观破碎度降低,而新兴城区和郊区的景观破碎度增大;北京市景观破碎化格局的距离效应显著,呈现倒"U"型二次函数关系,其中,2013年的破碎度距离函数为:Y_3=0.1767+0.02898X_3-0.0005167X_3~2,距城市中心20—35 km处的城郊交错区景观破碎化程度最高。景观破碎化格局的分析有助于了解大城市快速发展阶段的景观格局演变规律,为城市生物多样性保护、绿地廊道维护和生态文明城市建设提供理论依据。     

太湖流域土地利用与景观格局演变研究

基于遥感、GIS技术和景观生态学方法,以太湖流域为研究区域,在1985年、1995年和2000年的土地利用图基础上,分析了土地利用与景观格局演变.结果表明,15年间,太湖流域农田呈减少趋势,建设用地、林地、草地、水体呈增加趋势,其中农田的减少占土地利用总减少量的89.64%,建设用地的增加占土地利用总增加量的79.21%;由于人类活动的干预,太湖流域景观结构与景观异质性发生了较大变化.从景观尺度上看,斑块密度、多样性指数和均匀度指数呈降低趋势,边界密度、优势度指数、景观形状指数呈增加趋势;从斑块尺度上看,各景观组分的异质性指数及其变化过程有较大的差异,体现了景观生态系统的复杂性.人口增长、经济、政策等因素是太湖流域近15年景观格局动态变化的主要驱动力.太湖流域土地利用变化产生了景观碎化、边缘效应、生境退化等景观生态效应.可通过调整景观尺度上的土地利用方式,使太湖流域生态建设及水土资源实现可持续发展.     

城市生物多样性分布格局研究进展

城市生物多样性分布格局由自然生态环境和城市化过程所决定;其动态和机理与自然生态系统迥然不同.城市生物多样性为城市生态系统提供了诸多生态系统功能和服务,对改善城市环境、维持城市可持续发展有着重要的意义和作用.城市化过程深刻改变了城市的生物多样性分布格局,导致了诸如本地物种多样性降低、外来物种多样性增加、物种同质化等一系列问题.近年来,城市生物多样性受到学界高度关注,大量研究结果既回答了一些关键性问题,又提出了诸多新的论题和挑战.分析了当前城市生物多样性分布格局研究的若干热点问题,总结了影响城市生物多样性格局的主要因素,探讨了城市生物多样性格局研究方法的关键问题,指出了未来城市生物多样性研究的发展方向,特别强调了城市生物多样性的生态系统功能研究在未来城市生物多样性研究中的重要地位.     

城市景观多样性的空间尺度分析——以上海市外环线以内区域为例

景观生态学研究的就是某一空间尺度范围内的景观格局与生态过程。因为景观格局与生态过程中存在的尺度多样性 ,导致尺度成为理解景观格局和生态过程相互作用的关键 ,其已经成为景观生态学的一个重要概念 ,但是由于理论和方法的限制 ,对景观生态学的尺度研究还不够 ,特别是景观格局综合性指标在不同幅度上的变化特征和效应。在 GIS与 RS技术支持下 ,采用基准分辨率为 5 m的 SPOT遥感图像作为数据源 ,对不同幅度下的城市景观多样性的空间分布格局进行了分析 ,并进一步利用半变异函数对其空间异质性进行定量描述。结论揭示 :随着空间尺度的增加 ,景观多样性程度也不断增加 ,另外多样性的空间分布格局也具有显著变化 ,由于受城市发展历史和目前城市扩展方向的影响 ,多样性在总体上是不平衡的 ,尺度越大 ,不平衡越明显 ;不同尺度下景观多样性空间格局的变化 ,与城市景观的特点和城市景观的功能息息相关 ,不过其受经济效益和社会文化效益的影响更大 ;随着尺度增加由于掩盖了更小尺度上的变异 ,导致块金效应增强 ,空间自相关部分对系统总的变异则明显下降 ;景观多样性具有尺度依赖性 ,可以说景观多样性也是尺度的函数 ,在不同的尺度上 ,结果差异显著 ,所以在景观生态学的研究中绝对不能忽略尺度对格局的影响     

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.     

基于CLUE-S和InVEST模型的南四湖流域生态系统产水功能对土地利用变化的响应

土地利用/覆被变化对水文过程与水资源利用具有重要影响,是流域生态系统产水功能的驱动力之一.以山东省南四湖流域为研究对象,分析1990—2013年土地利用变化,运用CLUE-S模型预测未来土地利用变化趋势,并基于土地利用变化格局,采用InVEST模型的产水模块和空间制图探讨了近25年、未来城市化增长情景以及流域生态保护管理情景下土地利用变化对产水功能的影响.结果表明: 近25年来,随着南四湖流域城市化进程的加快,城市建设用地增加3.5%,耕地面积减少2.4%,城市用地的增加主要来源于耕地转换;InVEST模型模拟显示,城市建设用地的增加会促进产水,由此引起产水功能在过去25年中先降低后升高,2013年最高达到232.1 mm;CLUE-S模型模拟预测现状增长情景下土地利用变化,按照城市化快速发展的速度,城市建设用地将增加6.7%,由此导致2030年产水量显著增长,流域洪水风险亦会相应升高;湖区周围300 m缓冲区实施退耕还林情景模拟表明,这一生态措施会明显降低流域产水量,较2013年减少1.2%.     

道路扩展对青藏高原东缘土地利用及景观格局的影响

道路作为典型的线状廊道, 是人类干扰自然生态系统的主要途径之一。定量化道路网的扩展对区域土地利用及其格局的影响具有重要意义。以青藏高原东缘的四川藏区为研究区, 在地理信息系统支持下, 从道路等级和道路密度出发, 采用缓冲区分析、叠加分析以及景观格局分析方法, 研究了不同距离阈值下道路与两侧土地利用和景观格局的关系。结果表明: 1989-2009 年期间, 研究区路网总长度增加了1293 km, 密度增幅达134.8%, 其中97.1%的道路长度增加是由四级道路引起; 各级别道路缓冲区内, 建设用地、林地、草地面积均呈持续增加趋势, 而耕地、水域和未利用土地面积呈减少趋势; 不同等级道路对缓冲区内土地利用及格局的影响存在较大差异, 总体上低等级道路对土地利用格局及景观破碎化的影响较高等级道路显著。     

城市景观格局对土壤动物多样性的影响研究进展

城市扩展是导致生境破碎化和生物多样性下降的重要原因之一,强烈改变城市景观,也改变生态过程。土壤动物是城市生态系统的重要组成部分,可对快速城市化进程及其带来的影响做出相对灵敏的响应,具有典型的环境指示作用。城市生态系统的干扰因素较复杂,土地利用类型不能完全反映土壤动物局地生境差异,这使得城市景观格局对土壤动物多样性的影响问题长期以来缺乏系统研究。为了解决城市化导致的生境丧失与土壤动物多样性保护的矛盾,本文探讨了不同城市化梯度区景观格局对土壤动物多样性的影响研究进展,试图揭示景观尺度多种生境类型的土壤动物分布规律,为城市土壤动物多样性保护提供一种新的思路,丰富城市景观生态学的研究内容。     

面向可持续城市生态系统管理的国土空间开发适宜性评价——以烟台市为例

国土空间开发适宜性评价是国土空间规划编制的基础和前提。面向可持续城市生态系统管理目标,基于生态保护红线和永久基本农田的"底线"思维,以资源环境禀赋为基础,构建了本底约束—综合限制—承载力评价-多空间适宜评价的资源环境承载力和国土空间开发适宜性评价的逻辑框架和指标体系,并以烟台为例,设置城市生态系统保护的不同情景,综合运用特尔斐法及多要素空间叠置等方法,开展了城市资源环境承载力与国土空间开发适宜性评价的实践应用。研究结果表明:①资源环境对烟台经济社会发展的阻碍与限制总体较小,高限制区面积仅占烟台国土面积的6.09%。②烟台市不同区县之间的资源环境承载力差异较大。从西北部向东南,烟台市资源环境承载力呈现出逐渐提高的变化趋势。③面向可持续城市生态系统管理情景,烟台市各县市国土空间开发建设适宜性差异显著,适宜建设区范围为2380 km~2。面向城市生态系统一般保护情景,烟台市适宜建设区面积达2610 km~2,不适宜建设开发区与适宜建设开发区数量结构为1.12∶1,未来国土空间开发利用潜力较大。两种情景下烟台市国土空间开发适宜性适宜建设区面积均大于现状建设用地面积,为城市未来发展提供了用地保障,同时确保了烟台市水资源安全和生态安全。研究结果可为烟台市国土空间优化以及相关地区政府部门重大决策、战略部署等提供决策信息支持和技术服务。     

基于多智能体模型的兰州市城镇用地扩展模拟

利用1995、2005、2015、2018年4期兰州市土地利用数据和社会经济统计数据,运用扩展强度指数、Logistic回归、主成分分析等方法揭示兰州市城镇用地演变特征及驱动力,基于多智能体模型用Netlogo软件实现了2025年多情景下兰州市城镇用地扩展模拟.结果 表明:1995-2018年,兰州市城镇用地扩展强度和...     

城市土地利用变化对生态系统服务价值影响的多情景模拟——以深圳市为例

深圳市作为粤港澳大湾区城市化水平最高、经济最为发达区域,其快速变化的土地利用方式对生态系统服务价值产生了深刻影响。基于1995—2015年深圳市土地利用和生态系统服务价值(ESV)变化规律,运用FLUS模型与ESV算法,设定自然发展、城市发展、耕地保护和生态保护4种情景,模拟不同情景下土地利用变化对ESV的影响。结果表明：(1) 1995—2015年转出量最高的地类是草地,草地与林地间存在密切相互转化关系,除建设用地外,其余地类均呈“入不敷出”态势;(2) 1995—2015年ESV总价值的下降趋势由迅猛变化为和缓,调节服务是深圳市最主要的生态系统服务功能,其次则是支持服务功能;(3)秉持粤港澳大湾区建设基本原则,以2035年为目标年,设定了自然发展、城市发展、耕地保护和生态保护四种情景,发现自然发展和城市发展的ESV总价值损失量较高,建筑面积的增加和草地面积的大规模减少成为两情景下生态系统服务价值减少的关键。生态保护情景下,虽然ESV总价值减少趋势并未有效遏制,但减少量明显少于其余三种情景,成为未来深圳市土地利用优化的最优情景。     

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。     

湖泊型流域洪涝灾害经济损失多情景模拟——以南四湖流域为例

洪涝灾害情景模拟与损失预估对湖泊型流域防洪减灾和可持续发展具有重要意义。以我国典型的湖泊型流域南四湖流域为例,利用CA-Markov模型预测2030年三种用地情景,采用P-III型概率曲线构建10、20、50、100 a四个重现期强降雨情景,得到12种组合情景;通过InVEST模型和等体积淹没法量化不同情景的径流和淹没深度;在各产业GDP空间预测的基础上计算12种情景的洪涝直接经济损失。结果表明:(1) CA-Markov模型在南四湖流域的土地利用模拟精度较高,三种用地情景的各地类变化显著;(2)用地变化对流域洪涝灾害的影响显著,其中城镇发展情景下洪涝灾害风险最大,而生态保护情景风险最低;(3)暴雨强度会明显增加各用地情景的经济损失,但增幅在50 a重现期后有所减缓;生态保护情景的经济损失最少,介于97.39-128.81亿元之间,与其他情景相比,该情景可在一定程度上减少洪灾损失。为此,在气候变化背景下湖泊型流域可持续发展应充分考虑土地利用变化对洪涝灾害风险的影响,合理扩张城镇建设用地,优化布局生态用地,充分发挥国土空间规划在防洪减灾方面的作用。     

土地利用模型CLUE-S在辽宁省中部城市群规划中的应用

土地利用模型在分析、模拟和预测景观格局和过程中发挥着重要的作用。本文应用CLUE-S模型以辽宁省中部城市群为例,探讨了该模型在规划中的应用。在分析研究区1988—2004年景观格局和景观变化的驱动力基础上,对CLUE-S模型进行了参数设置。根据研究区的实际情况设置了3个规划预案:历史趋势预案、生态保护预案和城市规划预案,分别从2004年一直模拟到2024年;并将城市规划方案的结果与辽宁中部城市群的规划进行了对比,结果表明,CLUE-S模型模拟结果更符合实际情况,是区域规划有力的技术手段和科学支撑,能够对规划结果进行预测和评价。     

闽三角城市群生态安全格局构建及城镇扩展模拟

在快速城镇化背景下,构建生态安全格局并探讨城镇用地扩展格局已成为保障区域生态安全和缓解生态保护与土地开发矛盾的重要手段。以闽三角城市群为例,基于景观安全格局原理和ArcGIS空间分析法,从综合水安全、生物保护安全、地质灾害安全以及游憩安全四个方面叠加构建"底线安全格局-缓冲安全格局-最优安全格局"三种不同安全水平的综合生态安全格局;然后结合SLEUTH模型,将不同生态安全格局情景作为约束条件融入其排除图层,对研究区2015-2030年的城镇用地空间扩展进行多情景模拟。研究表明：①底线安全格局、缓冲安全格局以及最优安全格局的面积为9305.51、7576.28、3482.73 km²,分别占闽三角城市群总面积的36.89%、30.03%、13.81%;②三种生态安全格局情景模拟下城镇用地均呈增长趋势,但增长速度均小于历史用地的增长速度,高安全格局约束下的新增城镇用地面积和增长速度均最小,表明将生态安全格局作为城镇发展的约束条件,在城镇土地开发中能够增强对生态空间的保护力度,维护区域生态安全,控制城镇蔓延。相关研究成果可为城镇开发边界管控与国土空间规划的编制提供技术支撑与决策辅助。     

天山北坡城市群生态承载力演变与生态敏感性分析

经济的快速发展及人类活动的不断加剧,造成了各种生态环境问题,对可持续发展构成了严重威胁。探讨城市群土地利用变化、生态承载力演变特征及生态敏感性分析,是推动城市群生态环境优化,提升城市群土地利用管理方式的重要理论依据。以天山北坡城市群为研究区,基于土地利用数据对天山北坡城市群2000—2020年土地利用变化进行分析,采用生态足迹模型对研究区的生态足迹及生态承载力进行推算,并结合植被覆盖度、坡度、人口密度、土地利用类型、高程5个生态敏感性因子,对天山北坡城市群进行多因子综合生态敏感性评价。结果表明：2000—2020年天山北坡城市群内建设用地和耕地转入量较大,分别增长107.79%和46.45%,林地和水域面积逐步减少,反映了天山北坡城市群在研究期内处于快速城镇化阶段,城市建成区的不断扩大对部分生态生产用地构成一定的威胁。在快速城镇化的背景下,天山北坡城市群人均生态足迹总体呈现上升的趋势,生物资源生态赤字问题仍然存在,能源为主的其他资源的生态盈余呈现缩小趋势。生态敏感性高值区域主要分布在天山北坡城市群各城市的周边地区,中度敏感地区环绕在敏感高值区周围,分别占研究区面积的11.21%和35....     

营口市城市及村镇聚落增长与土地利用变化的模拟预测

基于辽宁省营口市1988、1992、1997、2000和2004年5期Landsat TM卫星遥感影像数据,利用城市增长和土地利用变化模拟模型SLEUTH模拟预测了6种预案（当前趋势预案、无保护预案、适当保护预案、管理增长预案、生态可持续预案和区域及城市规划预案）下2005—2030年营口市城市及农村聚落的增长和土地利用变化情况.结果表明：1988—2004年,营口市城市及村镇聚落的增长面积为14.93 km²;1997—2004年,研究区水域、园地、矿山、耕地等土地类型面积的变化较大.2005—2030年,生态可持续预案下,营口市城市及村镇聚落的面积将缓慢增长,较好地保护耕地、林地等资源,但在一定程度上将限制城市及村镇聚落的增长;无保护预案下研究区城市及农村聚落的增长速度最快,耕地流失面积较大;当前趋势预案下,耕地流失面积与无保护预案相近,但耕地流失的格局不同;适当保护预案和管理增长预案下,耕地的流失面积较小;区域与城市规划预案下,城市及村镇聚落增长主要分布在城市开发区和城市周边地区.利用不同预案下的SLEUTH模型可以模拟不同土地管理政策对城市及村镇聚落增长和土地利用变化的影响,对我国实施统筹城乡发展、建设社会主义新农村具有指导意义.     

黄河流域城市群土地利用及生态效率时空演变分析

黄河流域城市土地资源的合理高效利用和生态环境的治理可加强其生态保护和高质量发展进程,有效测度城市土地利用及生态效率至关重要。基于随机前沿分析（Stochastic Frontier Analysis,SFA）模型测算黄河流域7个城市群59个城市的土地利用效率（Land Use Efficiency,LUE）、生态绩效指数（Ecological Performance Index,EPI）和生态效率（Ecological Efficiency,EE）,探究其时空变化规律并进行空间自相关分析。结果表明：对比分析非约束模型与约束模型的结果可知,加入生态变量后的LUE平均值增加4.43%。黄河流域城市群LUE年平均值为0.89,多数城市LUE呈增加趋势,空间上呈现出西低东高的分布特征;EPI大于0的城市占比90%以上,其对土地利用效率有正向贡献;城市群EE年平均值为0.62,在空间上呈现出西高东低的分布格局,并存在显著正向的空间聚集格局特征;EE与LUE呈U型关系变化,LUE随EE增大呈现出先降低后提升的变化趋势。未来黄河流域应提高资源利用强度,优化资源配置,深化城市群跨区域交流合作,注重城市生态效率提升,构建高质量发展大格局。