上海城市用地扩展强度、模式及其空间分异特征

基于多时段TM遥感影像资料,通过有关城市扩展度量指标和网格样方法等空间分析手段的综合应用,论文对上海地区城市扩展规模、强度和空间分异特征进行了研究,结果表明:①上海市区各时期城市用地扩展相对集中于宝山-闵行、嘉定-浦东等方向,并分别构成城市扩展的南北轴向和东西轴向,不同时期各轴向城市用地扩展性质和强度有明显差异,从而使各时期城市扩展表现为以城镇用地为主(1987～1990)到城镇用地与工业开发区并存(1990～1995)以及以工业开发区扩展为主(1995～2000)的形式;②整个上海地区城市化扩展模式在不同时期也发生了很大变化,由较简单的以中心市区及周边区域为主的“单核扩展”为主的模式,逐渐转变为较复杂的包括中心城区、卫星城、郊区城镇以及交通干道等周边区域的“多核扩展”和“点-轴扩展”模式,整个区域城市网络体系发育得更为完善,城市土地利用的功能也由简单趋于复杂和多元化;③从城市土地利用扩展的两种类型看,城镇用地与新开发区的扩展规模和速度及对城市土地利用扩展的贡献率等数量特征各时期存在着极为显著的差异。     

经济转型背景下长三角城市用地扩张及影响因素的时空差异

研究全球化、市场化和分权化等因素对长三角城市用地扩张的影响,对于在经济转型背景下促进长三角区域协调发展具有重要意义。利用城市用地扩张差异指数和强度指数分析了2001—2015年长三角城市用地扩张的热点区域及各城市的城市用地扩张时序变化,并通过时空加权回归模型对不同驱动力作用的时空差异进行研究。结果表明：（1）长三角城市用地扩张具有空间集中性及阶段性特征,苏锡常等都市圈是城市用地扩张的热点地区,随着协同水平的提升,区域内城市发展状态差距逐渐缩小。（2）研究期间长三角城市用地扩张强度在整体和个体上均呈上升趋势,扩张强度平均值大致呈以上海为中心向外围递减的圈层分布,外围城市的扩张强度以更为稳定和快速的状态在提升。（3）全球化、市场化和分权化均能较好地解释长三角城市用地的扩张,全球化是长三角城市发展的重要推动力,且存在明显的区域差异;上海、苏南和浙北地区市场化的发展对城市发展的推动显著,而后发地区需进一步激发市场改革红利;财政赤字是地方政府实行城市扩张策略的重要因素,但发展模式会随着发展水平的提升而改变。（4）控制变量上,经济发展的影响显著且较为平稳,人口也具有显著的推动作用且部分城市有加深趋势,固定资产投资的作用较为集中。     

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。     

南通地区城镇用地扩展时空特征分析

以多时相LandsatTM/ETM卫星遥感影像为数据源,引入扩展速度、扩展强度、分维数、空间自相关指数等测度指标,分析了南通地区各类城镇的用地扩展过程、形态变化、结构分异及空间格局等时空特征。结果表明:①各类城镇用地扩展速度逐渐提高,扩展强度逐渐加大;②区域城镇用地扩展在1980年代以中心城市扩展为主,1990年代以后则以县(市)城和建制镇用地扩展为主;③因区域城市化进程加速和自然条件的影响,城镇用地分维数呈现逐渐增大的趋势,表明城镇用地的形态越来越不稳定;④城镇用地扩展主要以中、低速扩展类型为主;⑤城镇用地扩展速度、扩展强度的空间自相关性偏弱,但个别类型也呈现出集聚分布的趋势,如扩展速度的高值区域呈现出一定的临江和沿交通干线分布的特征,扩展强度的高值区围绕中心城市分布。     

不同发展阶段煤炭资源型城市空间结构演化的对比研究——以淮南、淮北为例

通过追踪淮南、淮北城市空间扩展,对比分析了中兴期和枯竭衰退期煤炭资源型城市空间结构扩展过程、特征、影响因素,结果表明:煤炭资源城市空间形态较为分散,都会经历"相对紧凑→分散布局→再度集聚"的演化过程、具有沿交通线轴向延伸的共性;都会经历飞地拓展、轴向延伸、内向填充、区位再造4 个阶段,但无依托型煤炭资源城市初期还会经历缘矿建镇阶段;城市空间扩展总量、扩展速度、扩展强度方面又具有阶段性差异.城市规模的扩张主要依靠工业用地、居住用地、商业及公共设施用地的增长来推动,空间重构现象自20 世纪80 年代开始在逐步加强,并以居住用地取代工业用地、商业及公共服务用地取代居住用地两种形式为主.从影响因素角度看,资源禀赋与矿区开发建设、地形及地质条件、交通运输、技术进步、城市职能以及城市规划对煤炭资源型城市空间结构产生共性影响.     

基于生态约束的城市开发边界模拟研究——以南京为例

城市开发边界划定是国土空间规划的重要内容,也是实施国土空间管治、城乡建设管理和生态安全管控的关键抓手,对于推动城市空间高质量发展具有基础性和约束性作用。综合利用回归分析模型、InVEST模型和CA模型,探索构建基于生态约束的城市开发边界划定方法,并以南京市中心城区为例,在评价城市生态用地重要性和建设用地空间扩展潜力基础上,开展不同目标年份的城市用地扩张模拟,据此划定城市开发边界。研究表明：城市建设用地扩张具有动态性、复杂性、系统性特征,受到多因子相互作用,基于生态约束的城市开发边界模拟能够兼顾城市空间发展需求和居民高品质生态环境诉求,促进城市发展与生态保护相统一、人口经济和资源环境相协调,有助于丰富城市开发边界划定方法研究,为国土空间规划编制提供科学参考。     

乌鲁木齐都市圈空间变化及其发展模式研究

以乌鲁木齐都市圈为例，基于1989-2002年的LandsatTM/ETM＋卫星影像和多期城市用地信息，运用GIS空间分析功能研究了都市圈宏观与微观层次的空间变化，得出以下结论：①1989-2002年间研究区内面积增加的用地主要有农业用地、城镇用地、农村居民点与道路，增加的部分主要来源于裸地、天然植被和原有农业用地。农业用地、城镇、农村居民点和道路向北部冲积平原扩张的趋势明显，建设用地的迅速扩张在一定程度上加剧了干旱区景观的破碎化。②1998-2006年间，都市圈内各城市用地面积总体上增幅不大，但是每个城市在某些局部方位用地增幅显著，并且有向核心城市趋近的现象。核心城市乌鲁木齐主要功能用地具有一定的圈层分布特征，周边中小城市还未形成圈层结构，但是昌吉和米泉在城市外围已有较为成型的工业集中区。③都市圈在空间发展中存在核心城市拓展受限、脆弱的生态格局受到胁迫和用地不合理布局的问题，针对这些问题提出区域发展“一体化”、城镇格局“大聚小散”和职能空间“重组化”的构想。     

基于LEI和MSPA的南昌市城市扩张类型与生态景观类型变化关联分析

中国正处于城市化快速发展阶段,城市扩张导致大量生态景观日益破碎,分析城市扩张类型与生态景观类型的变化及其关联机制能为改善生态环境提供指导。以南昌市为研究区,采用景观扩张指数（LEI）和形态学空间格局分析法（MSPA）识别南昌市的城市扩张类型和生态用地景观类型,并通过建立缓冲区带分析城市扩张类型与生态景观类型变化的关联特征。结果表明：（1）南昌市城市扩张主要以边缘型扩张为主,生态用地以“核心”形态为主;（2）不同圈层的城市扩张类型和生态景观类型的关系在不同发展阶段差异显著;（3）在城市扩张过程中,总体上生态景观越加破碎,边缘型扩张会加速大型绿色斑块的减小,飞地型扩张促进绿色景观单元的破碎化,填充型扩张则有弱化这一过程的作用。研究结果可为控制城市无序扩张提供可靠的理论参考,并为研究区的城市有序扩张和生态环境保护提供决策依据。     

1949~2005年中国河谷盆地型大城市空间扩展与土地利用结构转型——以兰州市为例

讨论了从计划经济到转型期中国河谷盆地型城市空间扩展与土地利用发展趋势与理论设想,并以兰州市为例进行了实证。在GIS技术支持下,以不同年份兰州市建成区土地利用现状图以及2004年卫星遥感图为基础,在总结城市空间扩张特征、用地结构转变等整体特征的基础上,利用弹性指数、转移矩阵和动态模型等若干方法,分析了1949~2005年城市土地利用扩张、结构特征和动态变化,得出了城市新增用地扩展经济弹性指数由4.29上升到5.02,1976~2001年道路广场开发度高达19.30%和耗减度仅为1.37％,2001~2004年建成区内公共设施用地开发度跃至19.39％和农业用地耗减度高达13.66％以及用地扩展弹性系数远超过1.12的合理范围,转型期城市用地信息熵值升高以及建设用地向滩地、山地扩张趋势显著等若干结论。     

面向二/三维城市形态指标的PM2.5浓度调控模拟

城市形态可影响空气污染的源分布与扩散过程,但如何通过优化城市形态指标缓解城市空气污染一直缺少实用的定量方法与模型.故以长沙市为例,定量分析了二/三维城市形态指标对主城区PM_2.5浓度分布的影响,提出了一种关键因子指标驱动下的城市空气质量优化调控模型（UFR-AQOM）,开展了指标阈值与空气质量目标双约束下的城市PM_2.5浓度情景模拟实验.结果表明,长沙市主城区PM_2.5浓度高值区呈现"一轴两区四节点"的空间格局,商业服务用地与道路交通用地、高斑块密度与高用地容积率网格PM_2.5浓度相对较高.三类城市形态因子指标中,开发强度对城市PM_2.5浓度空间变化的影响程度最大,景观格局、用地功能次之,多因子共同作用比单因子影响更加显著.顾及因子指标贡献差异与交互作用的UFR-AQOM模型可有效用于城市PM_2.5浓度的优化调控模拟（R²=0.65,RMSE=1.40 μg·m^-3）.面向PM_2.5浓度达标约束要求,长沙市主城区宜加强周长面积分维数与斑块密度等景观格局指标的全面管控,同时应考虑对工业占比与水域占比等城市用地功能指标和用地容积率等城市开发强度指标的分区优化调控.研究成果将为面向空气质量改善的国土空间规划指标调控提供决策支持.     

贵州典型城市河流表层沉积物汞生态风险研究

遵义湘江河是流经遵义市主城区的典型城市河流,为评价遵义湘江河的汞污染状况,系统采集河流表层底泥并进行分析。结果表明:沉积物汞含量为0.131~3.132 mg/kg,平均汞含量为1.049 mg/kg,河水和沉积物汞含量上游低于下游,汞含量与流经市区距离呈显著正相关。沉积物的甲基汞含量为2.1~31.4 ng/g,占总汞的比例为1.11%~1.87%,略高于其他地区。汞的BCR形态分析表明,沉积物中的汞主要以残渣态为主。生态风险分析表明,湘江河属于轻度污染但存在较大的潜在生态风险。     

东江下游河网区土地利用变化及其对水体的生态影响

论文以东莞市为研究区域,基于1990、2000、2009年3期遥感影像,采用土地利用变化速率、土地利用转移矩阵及景观指标,分析了近20 a东莞市土地利用变化过程及其对水体的生态效应。研究结果表明:①近20 a东莞市土地利用结构由农业用地、林地为主向城市建设用地为主迅速转变,耕地、园地、林地比例由1990年的23.56%、13.39%和28.73%下降为2009年的11.35%、3.26%和17.39%,与此同时建设用地面积比例则由20.21%增加为53.62%,此外,2000—2009年土地利用变化程度较1990—2000年更为剧烈;②东莞市农业用地面积逐年降低,单位面积化肥施用量减少58.30%,单位面积农药施用减少32.35%,表明农业面源污染在过去一段时间内具有减弱趋势,与此同时城镇建设用地下垫面增加导致的城市非点源污染威胁则逐渐增强,这一情形将随着城市化用地的继续扩展和水体总面积的减少而愈加严重;③东莞市水体景观优势程度逐渐下降,水体受人为干扰强烈。水库、河流缓冲带内建设用地比例明显增加,河道被人工化、渠道化程度增强。综合以上研究结果,东莞在城市化建设中应加强水资源的保护和管理;水污染防治中,在治理点源污染的基础上,加强城市下垫面非点源污染的防控。     

长江水系表层沉积物重金属污染特征及生态风险性评价

对2007年采集的长江水系表层沉积物中的9种重金属(Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、As和Hg)含量进行了分析.结果表明,沉积物中除了重金属Cr、Co、Ni外,Cu、Zn、Pb、Cd、As和Hg的含量都明显高于20世纪90年代调查结果.主成分分析(PCA)结果表明,前3个主成分的累积贡献率达到86.75%,表明了重金属的3种主要来源,分别为采矿与工业排污、岩石的自然风化与侵蚀和城市电镀工业废水与自然源.地累积指数和富集因子评估结果同时显示,长江水系表层沉积物中未受Cr、Co和Ni的污染,Cu、Zn、As和Hg受轻度污染,而Cd和Pb的污染最大.Hakanson生态风险指数法对沉积物中重金属的生态风险评价表明,各重金属单因子生态危害程度为CdHgAsZnPbCuCoNiCr.综合潜在生态指数表明,在61个位点中,中等生态危害的样点占36%,有3个位点属于强生态危害范畴,即长江干流重庆段、支流资水洞庭湖入口和信江位点;而支流湘江衡阳段、湘江株洲段、湘江洞庭湖入口、洞庭湖和安徽顺安河位点为极强生态危害范畴.     

太湖流域城乡建设用地扩张的高程特征变化

文章以城乡建设用地扩张的高程变化为焦点,运用太湖流域1985、1995、2000 和2010 年4 期土地利用数据及90 m DEM数据,通过构建建设用地密度指数、增量比、扩张速度、扩张强度及建设用地高程指数等指标,探寻太湖流域城乡建设用地高程变化的空间分异特征及其演变规律,结果表明:建设用地流域整体扩张的热点从中等高程区向较高和较低高程区转移,且向较低高程区转移态势尤为凸显,流域空间分布上表现为流域东部下游平原河网及北部沿江的城镇密集区和南部苕溪上游山谷地带建设用地向较低高程区逐渐扩张的趋势,而在除苕溪外的流域其他上游山地丘陵区逐渐向较高高程区扩张;新区开发及新城建设推动着城乡建设用地快速扩张,适宜建设土地供给有限与土地财政驱动下用地需求旺盛之间的矛盾迫使建设用地扩张走向较低和较高高程区,尤其苏南城镇密集区向较低高程区转移趋势更显著;建设用地向低海拔地区扩张必然挤占自然蓄滞水空间,分割和阻塞自然行洪通道,且地势低洼处洪水易蓄难排,而高海拔地区扩张会加快汇流缩短下游洪峰时间,导致区域水文安全隐患和内涝事件频发.     

青藏高原典型流域土壤重金属分布特征及其生态风险评价

青藏高原属于环境极端脆弱区和人类活动敏感区,近年来在该区域检测到越来越多的人为干扰.本研究基于甘南"一江三河"和西藏"一江两河"两个流域,分析了Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb这7种重金属的空间分布关系及其生态风险.结果表明,甘南"一江三河"流域7种重金属的空间分布呈东部高西部低的特点,平均含量均超过青藏高原背景值,以Cd （4.50倍）和As （2.83倍）较显著,Cd和Pb的高值主要分布在水域、城镇及农村居民用地和工交建设用地;西藏"一江两河"流域7种重金属的空间分布呈沿江一线重金属含量较低、高海拔地区重金属含量较高的特点,Ni、Zn、As和Cd的平均含量超过青藏高原背景值,以Cd （3.13倍）较显著,Cd的高值主要分布在水域覆盖区.地累积指数法和潜在生态风险指数法表明,在甘南"一江三河"流域以As和Cd的污染程度较高,且在水域覆盖区潜在生态风险最高;西藏"一江两河"流域以Cd的污染程度较高,水域覆盖区潜在生态风险最高.本研究对青藏高原不同土地利用方式下土壤环境保护和可持续开发利用具有指导意义.     

凤眼莲在城市重污染河道修复中的应用

外港河是秦淮河重要支流，长期以来遭受严重污染。2006年4月份起对外港河进行了综合生态治理。在前期清淤和截污的基础上，7月份开始引种凤眼莲。在上游排污口附近和外港河河口段分别设置的4个生态区以及河面上布设的水面载体内全面放养以凤眼莲为主的浮水植物。经过5个多月的初步治理，外港河水体透明度从40cm以下提高到120cm左右，COD下降了70．4％，TSS、TN和NH3-N分别下降了39．6％、49．7％和21．8％。结果证明，凤眼莲在净化严重污染的河道方面起到了良好的效果，引种凤眼莲治理城市重污染河道是切实可行的；此外，用PVC管设计制作的水面载体来放养浮水植物可以点缀水面环境，美化城市河道景观。     

基于生态网络—人类干扰的国土空间生态修复优先区诊断——以长株潭城市群为例

基于整体保护与系统治理思维诊断生态修复优先区,是科学有序推进国土空间生态修复的重要抓手。以长株潭城市群为例,利用人类足迹定量评估人类活动对生态系统的干扰强度,在此基础上通过最小累积阻力模型、电路理论、移动窗口搜索法等,识别生态网络并诊断人类干扰致其结构与功能受损的关键区域为生态修复优先区。研究表明：（1）城市群人类干扰整体呈核心—边缘递减的圈层式分布,且西高东低,北高南低;（2）识别区域生态网络,其中包含140个生态源地斑块以及307条源间潜在生态廊道;（3）诊断得到生态源地修复优先区共计867.17 km²,生态廊道修复优先区共计97.83 km,生态夹点修复优先区共计40处,从面线点相结合角度提出消除或弱化人类干扰的修复策略。研究能为新时代区域国土空间生态修复的规划编制与实施工作提供空间指引。     

基于InVEST-PLUS模型的碳储量空间关联性及预测——以广东省为例

构建土地利用碳储量数据库,基于InVEST模型Carbon模块,得到广东省1990~2020年碳储量时空分布情况.用Moran’s I指数和Getis-Ord Gi^*分析格网尺度下碳储量时空分布特征,用Anselin Local Moran’s I得到LISA集聚图.然后运用PLUS模型和14个土地利用驱动因子预测2050年土地利用及其碳储量分布.结果表明,土地利用变化直接影响区域碳储量高低,林地、草地等具有生态服务功能地类碳密度最高,分别是188.44,329.34Mg/hm².碳储量空间格局整体呈现出中部低、北部高、东西中等的特点.碳储量空间分布特征与土地利用特征一致,碳储量显著高值集聚区域分布在建设用地少、生态用地多且连片的粤北地区,显著低值区域分布在国土开发强度和生态用地破碎化程度高的珠三角地带.在自然发展情景下,到2050年广东省土地利用碳储量将减少4327.21万Mg,随着国土空间进一步开发,环珠江口沿岸城市碳储量持续下降.增加植被生态系统碳储量,是实现碳中和的重要手段之一.要继续维持粤北山区生态保护屏障的重要地位,减缓珠三角城市土地开发强度,提高建设用地集约节约能力,形成平衡协调的土地利用和碳储量格局.     

近50年来河西走廊区域生态环境变化特征与综合防治对策

近50年来,河西走廊地区在人类活动强烈作用和区域气候变化双重驱动下,区域水文与生态环境发生了一系列变化。①区域出山径流过程表现为走廊东段的石羊河流域出山流量多年变化呈显著减少趋势,河西走廊中、西段的黑河流域和疏勒河流域年均出山流量则呈现递增趋势,但下游河流水量锐减并呈现明显的人为水文过程特征,水体盐化和污染趋势加剧,其中Ⅳ～Ⅴ级污染河道长度达到208km。②南部祁连山区森林面积减少约16.5%,自20世纪90年代以来逐渐有所恢复;北部天然荒漠森林则持续衰退,天然林加速消亡,仅额济纳和民勤两地减少林地34.31×104hm₂。草地生态呈现以面积减少、草地荒漠化和载畜能力降低等为特征的持续退化趋势,河西地区总体退化草地面积达46.86%。③近50年来河西土地沙漠化发展十分强烈,其发展速度在80年代初期最高达到年递增2.15%,80年代后期至90年代,全区域土地沙漠化过程出现明显的减缓。以流域为单元,进行水资源统筹利用规划与管理,统筹兼顾不同区域经济发展与生态环境建设对水的需求,以生态系统健康发展为原则,遵循生态规律来进行土地资源的开发利用,系统开展流域为单元的生态功能保护与建设是提高区域可持续发展能力的根本途径。     

中国西部生态系统的水问题综合评估研究——以三工河流域为例

基于中国西部生态系统综合评估的概念框架,提出了该评估的水问题评估目标和概念框架,并以三工河流域为研究对象,通过对不同年份生态系统服务价值的评估,以人工生态系统和天然生态系统服务功能最大化为原则,确定1987年的生态景观状态组合为生态系统保护的最佳生态目标。在此保护目标下,分别估算了河流廊道和河道外生态需水,判定三工河流域生态需水的阈值区间为17%～24%。其后,结合社会经济需水的预测情况,综合分析了当地居民福利变化的情况,并以河流廊道用水和河道外用水平衡、社会经济内部用水平衡以及生态系统和社会经济系统用水平衡为原则,提出了基于人与生态和谐的水资源配置的对策和建议。