中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响——以呼和浩特-包头-鄂尔多斯城市群地区为例

理解中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响对提高干燥地人类福祉和实现区域可持续发展具有重要的意义。为此,论文以正在经历快速城市化的呼和浩特-包头-鄂尔多斯(呼包鄂)地区为例,从区域、城市和旗县3个尺度上揭示了该地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。首先,量化了呼包鄂地区1990年的生境质量、粮食生产、肉类生产和碳储量4种关键生态系统服务。然后,分析了1990—2013年呼包鄂地区的城市扩展过程。最后,在区域、城市和旗县3个尺度上评价了呼包鄂地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。结果显示,1990—2013年,呼包鄂地区经历了快速的城市扩展过程,城市用地面积从314.22 km~2增加到692.10 km~2,增长了1.2倍。区域城市扩展过程导致4种生态系统服务均明显下降。其中,粮食生产服务损失最严重,损失量达1.36×10~4t,约占1990年全区粮食生产总量的1%。边缘型和飞地型城市扩展对生态系统服务的影响最明显。1990—2013年,边缘型城市扩展导致的粮食生产、肉类生产和碳储量损失量占区域城市扩展过程中各项服务损失总量的比例均超过60%,飞地型城市扩展造成的肉类生产服务损失量大于区域城市扩展过程中该服务损失总量的1/3。边缘型和飞地型城市扩展过程导致的耕地和草地大量减少是造成生态系统服务快速下降的主要原因。因此,建议在呼包鄂地区的城市化进程中应提高城市用地利用率,控制边缘型和飞地型城市扩展,以减少城市扩展过程对生态系统服务的影响。     

1990—2013年中国东北地区湿地生态系统格局演变遥感监测分析

全球变化背景下,湿地生态系统极具敏感性和脆弱性。论文以Landsat TM/ETM+/OLI和国产环境卫星影像为数据源,重建1990、2000和2013年3期东北地区湿地生态系统分布格局;通过将东北地区划分为六大重要湿地分布区,探讨了区域天然湿地与人工湿地的分布和动态空间差异性及其驱动因素。结果表明：1990、2000、2013年东北地区湿地面积分别为11.75×10⁴、10.57×10⁴、10.41×10⁴ km²,湿地率分别为9.45%、8.50%、8.38%。湿地分布具有明显的地域特征,大兴安岭湿地区是最主要的天然湿地分布区,除水田外的人工湿地主要分布在辽河三角洲湿地区。1990—2013年东北地区湿地面积损失严重,损失面积为1.34×10⁴ km²,湿地相对损失率为11.4%,天然湿地相对损失率为14.3%,主要转化为耕地。三江平原湿地区的湿地率下降最明显,天然湿地损失面积为9 935.2 km²;松嫩平原湿地区人工湿地面积增加最明显,增加 1 141.9 km²。气候变化影响叠加人类活动干扰背景下,沼泽湿地是对全球变化响应最显著的湿地类型,损失面积为16 091.4 km²。气候要素和人文因子对湿地影响具有明显的空间差异性,人类活动的变化更加能够主导东北地区湿地面积的变化。     

土地利用变化对区域水—能源—粮食系统耦合协调度的影响——以京津冀城市群为研究对象

将土地因素引入水—能源—粮食系统,运用耦合协调模型对京津冀城市群2005— 2018年水—能源—粮食—土地系统的时空变化特征进行研究。结果表明：（1）从空间尺度上来看,京津冀城市群建设用地由中心向四周扩散;从京津冀城市群土地利用格局来看,耕地和建设用地面积分别呈现较为明显的下降和增长趋势。（2）将土地纳入水—能源—粮食系统降低了京津冀城市群大多数城市水—能源—粮食系统间的耦合度和耦合协调度。（3）土地与水—能源—粮食子系统组成的两要素系统的协调水平会进行叠加或抵消进而影响水—能源—粮食—土地系统耦合协调度。本文的研究启示在于：京津冀城市群在考虑水、能源、粮食协调发展的同时,应考虑土地对水—能源—粮食系统整体及内部子系统的影响,根据城市自身资源优势合理配置资源、优化产业布局以实现可持续发展。     

基于生态系统服务参与式制图的“三生”空间优化建议——以白洋淀流域为例

在快速城市化流域,生产、生态和生活空间的布局深刻影响着流域的生态系统服务和居民福祉。但是,已有的空间布局研究大多未考虑生态系统服务在提升不同类型人群福祉中的作用,尤其缺乏对弱势群体福祉的关注。因此,以典型城市化流域——白洋淀流域为例,选择典型生态系统服务指标识别生活、生产和生态空间的高值重合地区,使用参与式制图方法将多种人群的福祉需求纳入主导功能识别中。结果发现：空间上重合的高值区总面积约占流域总面积的14.5%,主要为生产—生态功能重合区。不同利益群体对重合高值区主导功能的研判不同。一方面,城市居民比农村居民更加注重文化服务,前者提及文化服务的次数占比是后者的2倍;另一方面,政府决策者更多关注流域上游的生态功能,扶贫工作人员则更关注山区林地的生产功能。本文探索了将多种利益主体的偏好纳入区域空间布局优化的方法,可为流域“三生空间”和国土空间规划布局优化提供新的思路。     

干旱区城市化对生态系统碳库的影响——以乌鲁木齐市为例

城市化是影响区域生态系统碳循环的主要原因,也是评估生态系统碳循环的最大不确定因素。论文利用1990与2010年Landsat TM数据,基于V-I-S城市土地覆被模型和决策树分类法,获得乌鲁木齐土地变化时空格局;结合野外实测数据和文献检索得到研究区不同土地覆被类型的土壤与植被碳密度,估算了城市土地变化对生态系统碳库的影响。结果表明：1）1990—2010年间,乌鲁木齐城市不透水地表（impervious surface areas, ISA）以中部南部内部填充与北部扩张的形式约增加62%,主要占用农田（27%）与荒漠（62%）。2）乌鲁木齐市生态系统碳库主体（95%）分布在土壤中,城市土地覆被变化导致约25%的碳库损失,由农田、裸土/残存荒漠以及城市绿地转变为ISA解释了68%的土壤有机碳和63%的植被碳损失量,其空间分布与ISA的扩张相一致。城市植被及其土壤具有较高的碳密度,合理的城市规划可以抵消部分因土地变化而损失的生态系统碳。     

城市扩展过程对湿地影响的情景模拟研究——以河北怀来为例

在复杂多变的环境下,情景模拟法因其能考虑突发干扰的影响并能聚焦长期规划而表现出突出的优势。怀来是北京重要的水源地和环境保护屏障,2022年北京-张家口冬奥会的筹办将可能加快怀来的经济发展和城市扩展,进而对湿地的空间压力产生重要影响。因此,论文利用情景模拟法,结合城市扩展模型（land use scenario dynamics-urban,LUSD-urban）和湿地空间压力模型,模拟了趋势外推、城市规划和冬奥会3种情景下怀来未来城市扩展对湿地的空间压力。结果显示城市扩展导致怀来湿地空间压力增大,湿地平均压力从2000年的0.399增加到2013年的0.439,增长了10.03%。同时,湿地空间压力高于0.5的像元比例从6.73%增加到17.42%。3种情景下,2013—2030年怀来的湿地空间压力将增长0.002~0.005。冬奥会的举办将为怀来湿地带来更大的空间压力,冬奥会情景下湿地压力的热点区面积最大,为83.74 km²,是3种情景下共有热点区面积的1.44倍,新保安镇、土木镇和沙城镇的非城市用地面临的空间压力较大。因此,怀来县在未来制定城市规划时应充分考虑县内湿地生态系统,在保护湿地资源的基础上有效促进经济的发展。     

社会—生态系统适应性治理视角下绿地空间恢复力的演化——广州旧城区更新案例

旧城区绿地作为关键的社会—生态系统载体,是城市高质量发展与转型治理亟需关注的问题。构建广州旧城区绿地服务基本单元,引入适应性循环理论的潜力—连通度—恢复力三维框架,构建表征生态、社会与经济服务的绿地景观指标体系,综合评估2000—2018年广州旧城区绿地的空间恢复力水平及适应性转化特征。研究结果显示：旧城区绿地的恢复力演化具有明显的核心区与外围区的时空分异,在拆除重建阶段呈现快速开发—快速释放—重组的转化,在微更新阶段主要呈现开发—保护的提升,并具有提升型、稳定型和更替型的社会—生态系统服务适应性。由此说明,城市更新具有调节社会—生态系统服务治理的效果。其中,绿地形状指数、5 min可达绿地率以及土地利用混合度对核心区绿地恢复力具有显著的促进作用,为外围区治理提供参考。同时,进一步探讨了更新政策与城市绿地空间恢复力演化的关系,为促进旧城区绿地空间更新治理提供社会—生态系统适应性的理论与实证案例研究。     

长三角城市群水—能源—粮食系统压力的演变特征及其影响机制

城镇化的推进加剧资源消耗,水—能源—粮食（Water-Energy-Food）作为核心资源,是保障区域可持续发展的关键。以长三角城市群为例,构建WEF系统压力指数,揭示1990—2018年间长三角城市群WEF系统压力的演变特征,探讨城镇化推进对WEF系统压力的影响机制。结果显示：2010年后,随着长三角一体化进程加快,WEF系统压力明显加大,其中粮食压力猛增、水资源压力稳定、能源压力有所下降,但能源供应仍存缺口。各省市WEF系统压力及其变化特征与资源禀赋、经济发展和城镇化进程相关。城市空间扩展、人口集中、经济发展和居民消费显著影响长三角城市群WEF系统压力。因此,WEF系统管理应立足不同要素演变特征,同时加强不同部门及区域的协同管理,共同促进长三角城市群的可持续发展。     

乡村地域生态服务功能演化测度——以南京市为例

乡村在社会发展中有重要的腹地价值,乡村地域空间结构的演化对生态服务功能有重要的影响。以南京市为例,在乡村实体地域范围基础上进行乡村地域生态服务功能演化测度研究,利用遥感定量测量和CASA模型测算分析南京市1985—2016年乡村地域生态服务功能演化。研究表明：（1）1985—2000年,乡村各种生态服务功能价值都存在降低的趋势; 2000—2016年,除水源涵养功能外,其他各种类型生态服务功能价值仍存在降低的趋势。（2）第一阶段乡村生态服务功能损失较大的地区主要集中在南部、南偏西和南偏东方向;第二阶段,生态服务功能价值在北部和北偏西方向有了提升,其他方向均有不同程度减少。（3）乡镇工业化阶段,生态服务功能受乡村内部土地利用变化影响较大;在城市化水平快速提升阶段,城市扩展对乡村生态服务功能的影响更大。     

南方丘陵山地农户对生态系统服务的感知及其影响因素——以湖南省慈利县为例

生态系统服务是保障乡村生态安全、环境健康以及经济可持续发展的重要基础,农户作为乡村地域生态系统与乡村经济发展的重要关联主体,其生产生活以及对生态系统服务的认知与感知变化对维护生态系统功能具有重要影响。以南方丘陵山地重点生态功能区——湖南省慈利县6个不同发展类型的农村社区为研究对象,基于农户访谈与入户调查,探究了2008—2018年农户对各类生态系统服务的多样性感知变化,采用多元线性回归方法构建农户对生态系统服务多样化感知指数模型,分析其影响因素,在此基础上提出两者协同发展的建议策略。结果表明：（1）农户对各类生态系统服务感知变化以及不同区域之间的感知均呈现差异性,农业生产主导区感知强于生态保护核心区和生态经济发展区;（2）农户对林地、农田、园地、湿地生态系统服务的多样性感知以及属性感知依次减弱;（3）自然环境、资源禀赋、个体特征等是影响农户生态系统服务属性感知的重要因素。研究结果以期为维护区域生态系统服务,提升农户福祉推进生态服务提升及乡村协同发展提供参考。     

综合生态安全格局构建与城市扩张模拟的城市增长边界划定——以天水市规划区（2015—2030年）为例

传统的城市增长边界划定方法,一般仅考虑生态安全格局,并未考虑在现有客观条件下的城市扩张趋势,划定结果具有一定的主观性;或仅对城市的扩张进行模拟,忽略了城市的生态安全问题。针对上述问题,论文通过耦合城市综合生态安全格局与基于CA_Markov模型的城市扩张模拟结果,提出了一种新的城市增长边界划定方法:首先,合理选取因子构建研究区的综合生态安全格局,利用禁建区对综合生态安全格局的结果进行修正,获得研究区的刚性增长边界;其次,合理选取城市扩张驱动因子,通过CA_Markov模型预测城市扩张边界;最后,综合考虑刚性增长边界、模拟获得的城市扩张边界及近期城市拓展方案等,获得最终的城市增长边界。并以天水市规划区（2015—2030）为案例,对方法的科学性进行了说明。结果表明,论文划定的城市增长边界内总面积370.56 km²,占规划区总面积的7.7%。此方法能够有效解决城市增长与生态保护之间的矛盾,对河谷型城市等建设用地匮乏、生态环境脆弱城市的增长边界划定具有良好的应用价值,也可为其他类型城市的城市增长边界划定提供参考。     

基于MSPA和电路理论的京津冀城市群热环境空间网络

快速城市化加剧了城市热环境系统复杂性,严重影响城市生态环境和人居健康.综合地理信息系统、遥感、形态学空间格局分析和电路理论等理论与技术,应用MODIS地表温度遥感数据,定量识别京津冀城市群热岛斑块时空分布特征,划分城市热岛斑块景观类型并分析其时空转移路径.在此基础上,揭示城市群热环境空间网络和关键廊道时空演变过程.结果表明,2020年城市热岛斑块面积为16 610 km²,占研究区面积比例为7.68%. 2005～2020年京津冀城市群热岛面积和斑块数量显著增加.城市热岛斑块类型由2005年孤岛型为主导转变为2020年以核心型为主导.其中,2020年核心型城市热岛斑块主要来源于2005年的非城市热岛斑块、核心型和边缘型城市热岛斑块. 2020年京津冀城市群热环境源地数量和廊道长度、密度及电流密度均高于2005年.通过城市热环境廊道等级分析发现,2020年京津冀城市群热环境敏感型廊道为主要类型. 2005～2020年敏感型廊道增加数量最多.同时,城市热环境廊道系数增加,表征京津冀城市群热环境廊道趋向稳定型发展.最终提出城市热环境空间网络模式并讨论城市热环境主动适应和...     

旱区城市扩展过程区位因素研究——以中国呼包鄂榆城市群为例

认识城市扩展过程的区位因素特征对旱区城市可持续发展具有重要意义。为此,以中国呼包鄂榆城市群为例,利用随机森林方法量化区位因素对城市扩展过程的影响。研究发现：随机森林方法能够有效地量化旱区城市扩展过程区位因素的基本特征,模型的AUC（area under curve）值达到0.97。同时,到城市中心距离对区域1980—2017年城市扩展过程影响最大,重要性达到42.62%。国道、高速公路和铁路等交通因素也有重要的影响,重要性均大于10%。此外,所有区位因素对区域城市扩展过程的影响均存在尺度效应,其中地形、气候和河流对城市扩展过程影响的尺度效应相对比较明显。地形、气候和河流对大城市影响的重要性分别为27.17%、20.23%和8.12%,分别是其对小城市影响的4.02倍、3.91倍和2.36倍。因此,建议在旱区城市建设中,应该高度重视地形、气候和河流等自然要素的约束作用,因地制宜地进行城市规划和建设。     

京津冀城市群城市用地扩张的空间特征及俱乐部收敛分析

我国已进入城市化快速发展阶段,城市群是未来我国城市化的重要载体。以城市群为单元研究城市用地扩张的空间特征及内部分异规律,是提高城市化质量、实现城市群协调可持续发展的关键。论文以京津冀城市群为研究对象,基于空间效应的视角,采用1990、2000、2005和2010年4期遥感影像解译数据和城市扩张相关指数,综合运用探索性空间数据分析方法和空间计量经济学方法,分析了研究区1990—2010年间城市用地扩张的空间格局、区域分异及空间俱乐部收敛等特征。结果表明：1）京津冀城市群城市用地扩张迅速,新增城市用地围绕各市中心和高速公路沿线呈圈层和轴线式扩张;2）城市群内部城市用地扩张具有明显的空间集中性与分异性,并呈现显著空间自相关;3）通过Moran’s I指数对研究区进行内生分组,利用空间面板模型估计,结果发现：L-L和L-H地区城市扩张存在明显的空间俱乐部收敛,H-H地区虽收敛,但结果不显著,H-L地区不收敛。这些研究结果为进一步研究京津冀城市群地区城市扩张动力机制、促进城市理性扩张和京津冀协调一体化相关规划提供科学参考。     

基于结构方程模型的京津冀城市用地行政边界效应分析

行政边界如何影响城市用地规模?论文以京津冀为研究案例,基于结构方程构建5个时段（1990、1995、2000、2005、2010年）的城市用地行政边界效应模型,揭示行政边界影响下城市用地的扩张机理和演化特征。研究结果表明：行政边界对城市用地规模的直接影响效应不显著;行政边界通过对经济、人口等中间要素的影响间接作用于城市用地的扩张过程;1990—2010年的5个时间节点,京津冀城市用地行政边界效应的间接影响要素中,财政支出和非农业人口的主导作用明显,社会固定资产、实际利用外资和职工平均工资也在不同阶段发挥了不可忽视的作用;在社会经济发展水平较低、市场化和区域一体化滞后的阶段,社会固定资产是行政边界影响城市用地规模的重要间接要素,而在要素流动较为频繁的时期,实际利用外资和职工平均工资成为构筑在行政边界和城市用地规模间不可忽视的中间要素。本研究可为京津冀城市用地的理性扩张和城市开发边界的划定提供理论支持和政策建议。     

基于RS的多数据源的700 多年来贵阳城市扩展时空特征研究

以1973、1990、2001、2006 和2010 年的Landsat 系列遥感影像为主要数据源,结合历史文献和专题图的多数据方法,在贵阳城市区域遥感信息提取的基础上,对1279 年建城以来,包含1626、1930、1947 年的共9 个时相的贵阳市时空扩展特征进行分析,主要包括城市扩展的时间轨迹、方向性、扩展强度、扩展规模和城市扩展的空间分异等。结果表明:花溪、金阳是贵阳城市扩展的主要区域;1947 年以前,贵阳市扩展速度极其缓慢,基本处于停滞状态;1947-1973年,城市已填满贵阳狭小的盆地区域,并开始沿着河谷地形向外扩展;1990 年贵阳市向外扩散趋势加剧,2006 年以后,贵阳以喷水池-大十字为核心,以南明河为主要的扩展轴,沿着南、东、东北、西分别向花溪、龙洞堡、新添寨和金阳扩散,呈现显著的Y字形扩展格局。贵阳城市扩展过快,停止外延型扩展进程,将有助于区域的和谐发展。     

近20 a中国省会及以上城市空间形态演变

以多时相、多波段的Landsat TM/ETM+遥感影像为数据源,利用NDBI-SAVI指数提取1990-2010年中国35个省会及以上城市的建设用地信息,通过计算紧凑度和形状指数,研究城市扩张状况,并借助雷达图来分析城市扩张的方向。结果表明:从城市扩张速度来看,东部城市总体上扩张速度高于中部和西部,其中4个直辖市的扩张速度普遍高于其它城市;扩张速度相对较慢的城市多分布在华北和西北等重工业或河谷型城市。从空间形态变化上看,两时期35个城市的形状大都集中于正方形与矩形之间,只有少数城市形状为菱形、星形、H形或X形。综合来看,近20 a中35个城市形状指数的平均值增加,而标准差减小,城市形态趋于复杂;同时,城市紧凑度的平均值减小。有15个城市的紧凑度增加,20个城市的紧凑度减小。城区往往趋向于少数几个方向扩张,"摊大饼"式的扩张不多见。     

基于空间决策的区域城镇发展与农业生产协调布局优化——以江西省临川区为例

科学地进行城镇发展空间与农业生产空间的划分,是解决城市无序发展问题和粮食安全问题的重要途径。本文以江西省临川区为例,借助ArcGIS、GeoDa等软件,对临川区耕地综合质量及其自相关关系进行评价,以此确定永久基本农田初步划定成果,采用多准则判断CA模型对城市扩张进行模拟,通过两方面结果的对比与调整,结合城市发展方向、发展模式和耕地国家利用等别,进行永久基本农田和城市开发边界的划定。结果表明：永久基本农田划定面积为593.46 km²,初步划定结果主要分布于上顿渡镇、崇岗镇、河埠乡和荣山镇等耕地综合质量较高,且多为高—高聚集的区域。经过城市扩张模拟结果可知,临川区城市建设用地面积较为显著增加,主要增加面积分布于展坪乡、上顿渡镇以及钟岭街道。城市发展方向和城市扩张模型分析结果显示,临川区城市建设用地主要向西北、东南、西南方向扩张,扩张类型主要为蔓延式扩展。根据耕地国家利用等别将初步划定永久基本农田区分为可调入区与可调出区,从而进行永久基本农田区与城市开发边界的优化与协调,形成永久基本农田区与城市开发边界的最终成果。研究结果可为保护耕地资源、避免城市的无序扩张提供参考,也可为今后的划定工作提供借鉴。     

广西西江沿岸后备适宜建设用地潜力及空间分布

测算和评价后备适宜建设用地潜力是区域工业化和城镇化发展的重要基础工作之一。论文在建立后备适宜建设用地潜力多要素分步式算法及技术流程的基础上,借助GIS 空间分析技术,利用1：5 万DEM数据、1：10 万土地利用图、县级行政区划图和各类保护区分布图,测算和评价了广西西江沿岸20 km 范围内及沿江主要城市周边后备适宜建设用地的数量、等级和空间分布特征。研究结果表明：广西西江沿岸20 km范围内后备适宜建设用地面积为1 962.64 km²,占土地总面积的比重为4.82%;来宾和柳州接壤的柳江东岸存在一个后备适宜建设用地富集区域,具有成片集中开发利用的前景。南宁和柳州2 市城区周边的后备适宜建设用地数量较为丰富,具备进一步规模性开发和建设的用地条件;百色、崇左、来宾、贵港和梧州5 市城区周边的后备适宜建设用地潜力相对较为有限,未来建成区规模的拓展应适当控制。     

基于城市空间扩张与人口增长协调性的高铁新城研究

论文基于改进后的城市用地扩张与人口增长协调性系数和城市紧凑度,利用49个高铁城市2004、2013年城市人口和城区面积等数据,对中心城市的用地扩张与人口增长进行定量分析;在此基础上,依据高铁新城和母城的空间位置关系选取4个案例城市进行新城建设与规划的适宜性实证分析。结果表明：1）高铁新城中心城市的土地扩张与人口增长之间的协调性较弱,以土地快速扩张为主,占65.31%,相应地人口与城市用地分别占55.01%、58.13%;其次是人地基本协调型,数量为13个,相应地拥有39.75%的人口和33.57%的城市建设用地。2）在高铁战略下新建的案例高铁新城主要分为“飞地式”、“城市副中心式”和“双城式”3类,不同城市空间形态下的新城模式对城市发展及人地关系的影响有所不同。未处理好新城与母城的空间形态、内部结构、土地与人口增长的关系,导致新城的建设/规划大多不合理,从而陷入城市土地资源浪费和盲目扩张的困境。