不同发展模式对城市生态系统调节服务价值的影响

快速城市化加快了城市生态系统格局的改变,导致生态系统服务价值下降,对城市可持续发展造成阻碍。为了探究何种城市发展模式能够创造更高的生态系统服务价值,以深圳为案例,利用2010年、2015年和2020年生态系统类型数据,设置经济、惯性和生态3种不同的发展模式,并使用CA-Markov模型对2025年深圳市各类生态系统变化进行预测。在此基础上创新性地核算了不同模式下的关键生态系统服务价值。结果显示：（1）2015年到2020年,各类生态系统呈现不同变化趋势,人类聚落生态系统快速增长,对各类自然生态系统造成侵占,城区绿地呈现自然减少人工增加趋势。（2）2025年3种发展模式对生态系统类型变化影响显著,惯性发展模式下人类聚落、城区绿地出现扩张,经济发展模式下进一步增长,自然生态系统面积显著减少,生态发展模式下自然生态系统面积得到恢复。（3）3种模式下的生态系统服务价值变化差异显著,惯性和经济发展模式下,生态系统服务价值显著下降,分别较2020年下降2.67%和5.25%。生态发展模式下,生态系统服务价值提高,较经济发展模式提升5.5%,3种模式生态系统调节服务总价值差最高达到38.1亿元。综合来看,未来的发展模式应当选择以生态保护为优先的发展模式,通过制定有效的生态空间保护措施如生态保护红线划定、城市潜在开发区调整,实施生态工程等提高城市生态空间面积和质量,维持和提高生态系统服务价值,实现经济发展与生态保护的协调并行。     

喀斯特多山城市空间形态结构与植物群落物种多样性的耦合关系——以安顺市为例

快速城市化导致土地资源开发利用强度增大,由此带来许多生态环境和社会经济等问题,相关部门在国土空间规划中提出"多规合一"举措,对有效统筹空间规划和城市生物多样性保护规划极为重要。为探析喀斯特山地城市空间形态结构与城市生物多样性内在关系,以典型黔中多山城市——安顺市为研究对象,运用空间句法和生物多样性相关理论与方法,分析了安顺市空间形态结构特征与植物物种多样性特征及二者之间耦合关系。结果表明：①安顺市城市空间形态结构呈东南-西北向条块状分布,城市整体水平上空间形态结构特征表现为：中心性不明显,核心分散,可达性较差,空间联系程度不高,网络结构规律性不明显,可理解性不高。②城市道路密度较低且分布不均匀,其密集区域在中心城区和西南片区,交通潜力大,空间聚集程度高、渗透性较好。③安顺市植物群落物种多样性指数偏低,不同空间区域差异较大;不同绿地类型中植物群落物种多样性指数由高到低的顺序为区域绿地、公园绿地、附属绿地、防护绿地、广场绿地。④安顺市整体空间形态结构与植物群落物种多样性呈显著负相关关系,在城市空间形态结构指数较高区域,植物群落物种多样性较低,但在局部尺度上这种相关性则较弱。本研究揭示了城市空间形态结构与生物多样性的互作关系,为城市空间规划、生物多样性保护规划与维持提供理论依据,同时对城市国土空间规划上的"多规合一"途径具有重要参考意义。     

基于生态安全格局与多尺度景观连通性的城市生态源地识别

高度城市化区域面临着严峻的生态环境问题,生态安全格局构建是保障城市生态安全的重要途径。生态源地的科学识别一直是生态安全格局构建的技术难点。以高度城市化的深圳市为例,从社会-经济-自然三方面要素构建DPSIR模型评估区域生态安全,并基于景观连通性的多尺度分析识别生态源地。研究表明:(1)深圳市生态安全格局呈现东南部、东北部优良,中部、西部区域警告的空间特征,其中安全区、较安全区、基本安全区、预警、中警分别占比30.34%、13.49%、9.85%、9.15%和37.17%;(2)通过连接度、聚合度、内聚力和分离度4个景观连通性测度指标的主成分分析,可知400 m是深圳市生态源地景观连通性最优的识别尺度,斑块最小识别阈值面积为0.8 km~2;(3)深圳市生态源地面积为753.78 km~2,占全市总面积的37.74%,主要为深圳市东南部与西部区域的林地和水域用地,其中包含了86.87%的法定保护区,且91.92%的区域落入生态控制线范围内;(4)基于生态安全格局与多尺度景观连通性的生态源地识别方法可为城市生态源地的识别提供新思路,从而有效指导城市规划。     

基于“源-汇”理论的生态型市域景观生态安全格局构建

生态型市域是随着我国生态文明建设不断深入而产生的一批以生态输出为己任,支撑区域乃至全国生态安全的重要生态型区域,该类区域景观生态安全格局的构建是协调域内社会经济与生态环境保护的基础。选取典型生态型市域张家口市,基于"源-汇"理论构建景观生态安全格局,划定不同保护重点的五大生态功能区,识别重点生态保护区、重点生态修复区和廊道系统,以此作为保障城市生态安全的基础,逐步形成"点-线-面"三位一体的立体保护体系,同时提出了生态安全格局构建的优先次序,为张家口市生态安全格局分步骤建设提供依据。研究结果表明,张家口市景观生态安全格局重点保护区缺失严重,缺失区域总面积达1555.77 km~2,占生态保护核心区面积的75.60%,重点生态修复区域比例较大,占全区面积的24.27%,生态廊道存在3个主要缺失区域,针对张家口市生态安全格局建设任务艰巨的现状,提出了分步骤建设的构建思路,即优先进行重点生态修复、重点生态保护缺失区域和生态廊道缺失区域建设,针对重点生态修复区域面积比例较大提出了分步修复的优先次序,即水域修复区林草水修复区林草修复区林水修复区水草修复区林地修复区草地修复区,并提出了优先建设冬奥会场及沿途生态廊道的思路,此外,为实现张家口区域生态系统的支撑作用,需在完成重点区域建设的基础上不断扩大生态保护范围。研究为欠发达生态型市域景观生态安全格局构建及生态环境保护体系建设提供了范例。     

中国城市空间形态的环境效应

中国城市需要更为紧凑的空间形态,但是城市空间紧凑性的环境效应并不十分清晰。采集城市管网设施指标、城市道路、交通设施指标、生态协同指标等建立环境因子指标集,选择标准化紧凑度指数NCI、标准化离散度指数NDIS、最大斑块面积指数LPI、景观形状指数LSI、平均形状指数SHAPE_MEAN、周长-面积分形维数PAFRAC等形态指标,运用统计分析的方法探索中国146座城市的空间形态的单因子环境效应、综合环境效应及环境效应的差异性。研究结果表明:(1)人均城市道路面积、供水管密度、排水管密度、万人拥有公交车辆、万人拥有出租车辆、人均公园绿地面积等环境因子与城市空间形态密切相关。城市紧凑度越高,城市管网系统密度越低,公共交通设施越少,人均公园绿地面积越少。城市形状越复杂,城市管网系统密度越高,公共交通投入越大,人均公园绿地面积越大。(2)综合环境因子与LSI呈中等强度的正相关(r=0.43,P0.01)。城市空间形状越复杂,城市资源环境相关设施总体投入越多。(3)在不同的紧凑及形状复杂性水平下,万人拥有公交车辆、万人拥有出租车辆、供水管道密度及综合环境因子的显著性差异再次表明城市越紧凑,交通越发达;城市形状越复杂,环境投入越多。本文研究证明了城市空间形态越紧凑、资源越是节约,紧凑型城市空间形态能够用于中国城市建设。     

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。     

中国市域自然保护区时空格局演变特征

市域是自然保护地整合优化的具体实施单元,揭示市域自然保护区的时空格局演变特征和发展趋势对于全面建设中国特色自然保护地体系具有重要的现实意义。基于1975-2020年间隔5 a的10期中国自然保护区名录,通过标准差椭圆、探索性空间数据分析、空间Markov链等方法首次从市域尺度探讨了中国自然保护区的时空动态演变特征和发展趋势,并引入地学信息图谱构建其变化模式。结果表明:①中国市域自然保护区比例呈现先快速增长后逐步稳定的趋势,但整体仍以低值区为主。市域间自然保护区比例差异明显,逐步形成了“西高东低”的空间格局。重心整体表现为“东南-西北-东北”的迁移过程,重心移动距离和速度逐渐缩小。1990年以后,中国市域自然保护区比例始终呈现“东北-西南”向的空间分布格局。②市域自然保护区比例存在显著的空间相关性且相关性总体呈上升之势,但空间集聚水平的变化逐年缩小。局部空间异质性较强,高高和低低集聚区均呈扩张态势。③从变化模式图谱来看,中国市域自然保护区比例等级以“前期变化-低频-逐步提升”(ESC-LQ-T1)的方式进行,主要图谱类型为“空缺区转为低值区”。市域自然保护区比例等级类型转移具有稳定性和显著的时空异质性,后期出现了“俱乐部收敛”现象,且邻域背景在其动态变化过程中发挥着重要作用。未来要加强对空缺区和低值区市域单元的自然资源进行摸底评估,将其最有价值的区域纳入自然保护区,同时推广区域联合保护机制,促进自然保护地体系高质量建设。     

城市复杂环境中碳通量日变化规律及其影响因素

城市是人类居住和活动最集中地区,其CO₂排放量占世界总排放量的71%,城市碳排放规律研究对全球碳减排工作具有重要意义。利用涡动相关技术观测了北京市某街区2015年至2016年的CO₂通量,重点研究了不同时间尺度和气象条件下的CO₂通量的日变化规律,分析了影响城市CO₂通量的社会及自然因素。结果表明,CO₂通量日变化特征具有（1）明显的早晚"双峰型"特征,早晚高峰分别出现在早上7：30-9：30和晚上17：30-20：30;（2）周末特征：周末早高峰时间延迟,晚于工作日约1.5h,且峰值低了约10.8%,但晚高峰时间提前,且峰值高于工作日约10.6%;（3）季节特征：冬季CO₂通量均值和早高峰值明显高于其他季节,夏季中午具有明显低峰区;（4）风向特征：在不同来风方向上,CO₂通量的日变化峰值差异很大;（5）天气特征：阴天双峰特征比晴天明显。研究表明CO₂通量日变化主要与交通流量动态变化关系最为密切,其次要受到植被的影响。因此,交通减排和植被增汇对于控制城市碳排放具有重要意义。     

喀斯特城市地表水热通量的时空变化研究

针对我国西南地区桂林喀斯特城市近20多年来快速扩展所引发的热环境问题,改进METRIC模型使其适用于喀斯特城市实际状况,利用模型和1994—2015年5景Landsat遥感图像反演地表水热通量,分析通量时空变化规律。结果表明,潜热通量从高到低依次为水体、喀斯特山峰阳坡植被、地面植被、喀斯特山峰阴坡植被、建筑/道路和裸土、喀斯特山峰裸岩,显热通量从高到低依次为喀斯特山峰裸岩和建筑/道路、裸土、喀斯特山峰阳坡植被、地面植被、喀斯特山峰阴坡植被、水体。水热通量随时间的变化受地表覆盖变化的影响,研究区波文比(显热通量与潜热通量比值)在1994年最高,达到1.62,2000年下降到1.24,之后逐渐升高至2015年的1.51。城市扩展过程出现的显热高值区和潜热低值区比例低于10%,其变化引发显热中低值区和潜热中高值区比例的变化,显热高值区最高比例在1994年(10.0%),2000年下降到5.4%,之后至2010年逐渐上升到9.4%,但2015年下降到7.1%,潜热低值区比例的变化趋势与显热高值区比例基本相同。植被覆盖度(Vegetation fraction,Pv)在0.1—0.8范围时对水热...     

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。