珠江三角洲典型地物空间分布特征研究

珠江三角洲改革开放30年以来经历了巨大的发展,但也导致了城市的迅速扩张以及大量宝贵农田的流失,引起了诸多环境问题和社会问题。因此探讨珠江三角洲土地利用的演变规律对于未来土地利用的发展变化具有重要的借鉴和指导意义。空间分析因其能有效揭示隐藏在区域数据之后的规律信息以及提供直观的可视化信息表达,已引起许多学者的关注。引入空间整体统计参数中的平均中心、标准距离和标准偏移椭圆,探讨珠江三角洲耕地和建设用地两种典型地物1990—2005年间空间整体特征变化规律。通过对研究区及研究区各市(区)空间中心转移、空间分布扩散和空间分布偏移的计算,表明珠江三角洲耕地空间特征在1990—2005整个阶段均呈现扩散状态,而建设用地空间特征在1990—2000阶段和2000—2005阶段呈现收缩和扩散两种特征。两类地物空间特征变化强度2000—2005阶段均大于1990—2000阶段。典型地物空间特征的发展变化与社会经济发展相一致。通过对比发现,耕地与建设用地空间中心迁移呈现反向变化,揭示了经济发展中大量的耕地转化为经济价值更高的建设用地。研究区中各市(区)典型地物在不同阶段、不同区域土地利用发展也存在空间差异性。空间统计指标能直观有效地揭示地物空间分布格局变化规律,有利于深入探讨研究区土地利用/覆盖变化。     

干旱区绿洲城市生态系统服务价值空间自相关格局分析与模拟

基于1995—2015年乌鲁木齐土地利用遥感解译数据,运用CA-Markov模型模拟预测2025年土地利用变化并进行生态系统服务价值(ESV)评估,应用格网分析、空间自相关、Getis-Ord热点区分析等空间统计方法,进一步分析生态系统服务价值与土地利用空间格局的分布特征,讨论两者空间自相关关系及年际变化的冷热点空间分布变化原因。结果表明,近30 a研究区各土地利用类型的生态系统服务价值呈波动变化态势,但总体上表现为减少趋势,主要原因在于耕地、林草地提供的生态系统服务价值减少。生态系统服务价值空间分布格局差异明显,高值区域多年来主要分布在乌鲁木齐县林地面积较多的地区,低值区域集中分布于乌鲁木齐中心四区(天山区、沙依巴克区、水磨沟区、头屯河区)的周边区域。研究区生态系统服务价值具有显著的空间正自相关性与空间聚集特征,高-高、低-低聚集分布分别与生态系统服务价值高值、低值区域高度重合。生态系统服务价值热冷点区呈逐年增加趋势,热点区增加与近年来乌鲁木齐大力推行生态保护及修复等措施有极大关联,冷点区增加与城市建成区无序扩张及土地开发等一系列人类活动有密切关系。     

丹东沿海地区土地利用变化对生境质量的影响研究

土地利用变化与生态效应影响研究是全球环境变化的热点。以丹东沿海地区2000—2018年土地利用景观格局为基础,运用GIS技术和In VEST模型对丹东沿海地区生境质量进行定量评估,并结合土地利用变化规律分析了土地利用变化对生境质量的影响。丹东沿海地区作为连接海陆的重要过渡带,研究其土地利用变化对生境质量的影响,对于权衡生态保护与利用土地资源海陆统筹发展具有重要意义。结果表明,(1)耕地、草地及未利用地面积减少,林地、水域和建设用地面积增加,研究末期林地仍占研究区的62.895%,耕地比重由30.565%降至25.735%,是研究区第二大土地利用类型,其次是建筑用地、水域用地,草地与未利用地占比较小。(2)研究期间,生境质量低值区扩大,较低值区缩小,中等级、较高、高值区面积增加。生境质量呈现自东北向西南递减,自沿海向内陆递减的分布特征。(3)研究区生境质量受土地利用变化影响较大,2015—2018土地利用变化与生境质量变化都较为显著,以林地、河渠为主的土地利用类型受人类活动干扰较小,生境质量较好;沿海地区的建设用地对生态环境造成破坏,生境质量较差。(4)通过空间自相关以及热点分析发现,研究区生境质量分布状况存在空间聚集性,聚集效应近年来有分散的趋势,区域间的生境质量差异扩大。     

基于MODIS数据的珠三角地区NDVI时空变化特征及对气象因素的响应

珠江三角洲是广东省经济密度最大、人为活动最强烈的区域,随着工业化和城市化的迅速发展,该区域出现了各种生态环境问题。通过对2001-2017年覆盖珠三角地区的MODIS/NDVI数据进行月时间序列重构和年时间序列合成,利用趋势分析方法和空间自相关分析方法对珠三角地区NDVI的时间变化趋势和空间格局特征进行研究,同时结合气象站点观测资料,基于相关系数方法分析NDVI对气象因素的响应。结果表明,(1)在过去的17年中,珠三角地区NDVI在年际变化上呈现波动增长趋势,总体年平均增长速率为0.005 1。(2)在空间分布上,珠三角范围内有90.84%区域的植被呈增长趋势,而在珠三角核心地带的城市群集区域存在植被退化现象,占全区面积的9.16%。(3)珠三角地区NDVI具有高空间集聚特性,受地形和城区分布影响,低植被覆盖集聚区和高植被覆盖集聚区分布格局显著且变化稳定,在多年平均NDVI的局部空间自相关分析中分别占全区面积的28.77%和33.69%。(4)珠三角地区NDVI和气温、降水及日照时数在月变化上显著相关,NDVI对气温和降水的响应分别存在1个月和1-2个月的滞后效应,并且这种滞后效应在空间分布上也体现出"西南-东北"方向的区域差异,而NDVI对日照时数的响应不存在滞后。(5)在年尺度上,珠三角地区NDVI与气象因素之间的相关性不显著。研究结果对珠三角地区恢复植被和修复生态具有重要的参考价值和现实意义     

鄱阳湖生态经济区土地利用转型热点区域识别及其动力机制研究

识别土地利用转型的热点区域并探究其动力机制可为保护土地生态环境安全提供科技支撑,促进区域经济社会的可持续发展。利用空间热点分析模型探测鄱阳湖生态经济区2000—2014年期间土地利用转型的热点区域,通过典型相关分析定量识别土地利用转型的主导驱动因子,并从供给与需求的经济学视角阐释了土地利用转型的驱动机制。研究表明,(1)滨湖地区2000—2014年发生了剧烈的土地利用转型,耕地、林地、草地、滩地大量向城乡建设用地转化,土地生态面临严重威胁。在距鄱阳湖水面10 km之内,耕地、林地和草地面积分别减少15 740、15 152 hm~2,建设用地面积增加了47 138 hm~2。(2)城市建成区周围及主要道路对土地利用转型具有显著的辐射作用,区内土地利用变化高频区呈现"井"字形空间格局。在距离道路10 km之内,2000—2014年期间土地利用综合动态度由2.765‰衰减至1.059‰。(3)土地利用转型的热点区域数量呈增加趋势,并具有明显的轮换与跃迁特征,基本形成以南昌、九江、景德镇、鹰潭为中心的4个快速转型区。(4)经济、社会发展导致的土地供需矛盾是引发土地利用形态变化的主要动因。亟待建立滨湖生态环境缓冲区,严格控制滨湖地区的土地资源开发利用活动;对土地利用转型的热点区域进行科学规划,通过土地供需调控促进土地资源的集约、高效利用,增加土地经济供给。     

珠江三角洲土地利用变化对特征大气污染物扩散的影响

在珠江三角洲两种下垫面条件下,应用CALPUFF大气污染扩散模式,对特征污染物SO2、SO42-的扩散进行数值模拟,探讨大规模土地利用变化,尤其是城镇建设用地增加,对珠江三角洲地区大气污染物扩散的影响,并通过对4个典型区污染物月均质量浓度变化特征分析,揭示土地利用变化对不同地区的污染物分布的影响机制。模拟结果表明：土地利用变化,尤其是城镇建设用地增加,不利于污染物扩散,污染源下风方向地区受影响较大,污染物质量浓度明显升高,SO2和 SO42-年均质量浓度分别增加14.07%和3.31%;受影响范围、变化幅度与污染源排污强度呈正相关,变化幅度亦与污染源距离远近呈负相关。土地利用变化后,尤其是城镇建设用地增加,四个典型区 SO2月均质量浓度都表现为升高趋势,且冬季 SO2质量浓度升高幅度最大,夏季升高幅度最小,临近污染源密集区的两个典型区SO2月均质量浓度分别增加33.6%和26.3%。土地利用变化不仅改变局地的污染扩散,也会对区域的污染扩散有一定影响,尤其对污染源分布密集区的大气污染物扩散影响强度最大。因此,建议人类在城市化建设过程中尽可能保留自然斑块,消除人工下垫面对污染物扩散的负面影响。     

长株潭城市群土地利用/覆被变化对碳效应的影响

基于1990、1995、2000、2005、2010年长株潭城市群土地利用数据及植被类型图、土壤类型图,借助Arc GIS10.0软件,从土地利用类型的结构、转变方向、转变带来的碳排放强度及碳汇空间分布的区域差异性等方面,分析20 a间研究区土地利用/覆被变化引起的碳效应。结果表明:(1)1990—2010年间,长株潭城市群土地利用类型变化的显著特征为耕地与林地间的相互转变以及耕地、林地向建设用地的转变;(2)长株潭城市群碳效应变化呈倒"U"形趋势,整体碳汇能力减弱,碳效应空间分异明显。与其他区县相比,长沙、株洲、湘潭3市市区及望城县、长沙县这5个区县的土地利用转变碳效应及碳汇能力变化更明显,差异性大,这与区域人口密度及经济发展的不均衡直接相关;(3)可考虑通过限制林地及草地转出、优化土地利用结构及经济布局、防止生境破碎化及生态系统退化等措施来控制土地利用碳排放。     

紫色土区土壤质量敏感因子空间分异特征及其对土地利用方式变化的响应研究

掌握土壤质量因子空间分异特征及其对土地利用方式变化的响应关系对于优化土地利用方式以及改善和提高土壤质量具有重要意义。通过对川中紫色土区典型小流域276样点土壤样品进行调查和分析,结合主成分分析(PCA)和典范对应分析(CCA)等方法,研究了川中紫色土区土壤质量主要敏感因子空间分异特征及其对土地利用方式变化的响应关系。结果显示,(1)紫色土区不同土地利用方式土壤总氮(STN)质量分数均值介于0.90-1.30g·kg~(-1);土壤总磷(STP)质量分数均值介于0.48-0.78 g·kg~(-1);土壤有机质(SOM)质量分数均值介于9.90-19.73 g·kg~(-1)。(2)主成分分析和典范对应分析表明,土壤质量敏感因子主成分与土地利用方式密切相关,且主成分与土地利用方式相关性排序表现为:第一主成分(铵态氮与物理性质),水田水旱轮作田旱地林地果园;第二主成分(STN和SOM),水田水旱轮作田林地果园旱地;第三主成分(STP和硝态氮),水旱轮作田旱地水田林地果园。(3)土壤质量主要敏感因子的变化能较好地响应土地利用方式变化,且土壤质量敏感因子与土地利用方式的CCA排序结果说明,不同的土地利用方式与土壤质量敏感因子间存在着不同的相关关系。土地利用方式的变化是紫色土区土壤质量敏感因子改变的重要驱动力,这将为区域土地资源合理利用、土地利用结构优化以及提高紫色土区土壤生产力和生态功能,特别是减轻区域水土流失状况提供依据。     

扎鲁特旗土地利用变化及其驱动力分析

利用1988年和1997年的TM影像数据（覆盖范围主要包括扎鲁特旗行政辖区的中部低山丘陵区和南部倾斜冲积平原区的20个苏木），通过计算扎鲁特旗1998年至1997年间土地利用转称矩阵，分析了该区域近10a来土地利用／覆盖的时空变化规律，并进而探究了导致该变化发生的自然、人文驱动因素。结果表明：在1988年至1997年间，该区域林地和草地大面积减少，耕地大面积增加，土地沙化和盐碱化现象严重。探其原因主要是由社会、经济等人文因素造成，而包括气候波动在自然条件只是土地利用变化的背景条件。     

尖山河小流域土壤可蚀性K值空间变异研究

小流域尺度的土壤可蚀性 K 值空间分异特征及其与土地利用、植被类型、土壤理化性质等相关关系的研究,可以为小流域土壤侵蚀定量研究及综合治理决策提供科学依据。以云南省抚仙湖库区尖山河小流域为研究区,在大密度土壤采样和土壤理化性质测试分析的基础上,采用EPIC模型K值计算方法、地统计学方法和Kriging空间插值方法,计算分析了尖山河小流域土壤可蚀性K值的空间变异特征及土地利用/植被覆盖对K值的影响作用。结果表明,（1）研究区K值变化范围为0.1628-0.3836,均值为0.2824,中值为0.2885,均值与中值相近似,表明K值分布较均匀;变异系数为17.98%, K值存在中等程度的空间变异性。（2）不同土壤质地类型的K值存在一定差异,研究区主要土壤质地类型K值从大到小依次为粉壤〉壤土〉粘壤〉砂壤。（3）研究区以中可侵蚀性（0.25-0.30）、中高可侵蚀性（0.30-0.35）和中低可侵蚀性（0.20-0.25）土壤为主,面积分别为1797.88 hm2、1185.51 hm2和542.32 hm2,分别占小流域总面积的50.76%、33.47%和15.31%,而高可侵蚀性（〉0.35）土壤和较低可侵蚀性（0.15-0.20）土壤分布面积较少,无低可侵蚀性（〈0.15）土壤;在空间分布上,北部高山区土壤具有中低可侵蚀性,中、南部的低海拔区土壤具有中高可侵蚀性,中、南部其余区域土壤具有中可侵蚀性,这种空间分布与海拔存在较强的相关关系。（4）土地利用/植被覆盖对K值具有明显的影响作用,研究区主要土地利用/植被覆盖类型 K 值从小到大依次为林地〈灌草地〈荒草地〈旱平地〈园地〈旱坡地〈水田,需频繁松土、除草、耕作和扰动的土地利用/植被覆盖类型（园地、旱坡地、旱平地和水田）其K值较大,而无需耕作、扰动小的土地利用/植被覆盖类型（林地、荒草地和灌草地）其K值较小,这表?     

土地利用、覆被变化（LUCC）与环境变化关系研究进展

土地利用、覆被变化（LUCC）作为环境变化的主要原因之一,已成为全球变化研究的前沿和热点问题。文章总结了国内外 LUCC 与环境变化关系的主要研究成果和方法,继而从气候、碳循环、土壤环境、水环境以及生态环境对土地利用方式的限制等方面概括了 LUCC 与环境变化之间的关系。LUCC 通过改变大气成分和下垫面性质对气候造成影响;影响着陆地生态系统的碳循环;改变土壤的理化性质,带来土壤污染、土壤养分迁移等土壤质量问题;并且引起水体的非点源污染,影响区域的产水量和水循环。同时,环境变化对LUCC具有限制作用。不仅通过特定的气候环境直接限制土地的利用方式;还间接通过借助人类生态环境意识的改变,实现对区域土地利用强度与方式的约束。LUCC既是全球环境变化的原因,也是全球环境变化的结果。LUCC 与生态环境之间存在着复杂的、非线性的动态反馈关系。进一步探讨了当前 LUCC 与环境变化关系的主要研究方向和相关研究方法,针对目前存在的缺乏统一的指标体系,研究区域、时空尺度单一,以单要素静态研究为主,实验研究相对薄弱以及动态模拟不够等问题,提出加强跨学科综合交叉研究、注重多尺度探讨LUCC的环境效应、构建一个 LUCC 环境效应研究的统一指标体系及加强“3S”技术与模拟模型的融合等建议。为寻求更科学更合理的土地利用方式提供了基础信息。     

Land use/cover change effects on floods with different return periods: a case study of Beijing, China

In this study, an approach integrating digital land use/cover change (LUCC) analysis, hydraulic modeling and statistical methods was applied to quantify the effect of LUCC on floods in terms of inundation extent, flood arrival time and maximum water depth. The study took Beijing as an example and analyzed five specific floods with return periods of 20-year, 50-year, 100-year, 1000-year and 10000-year on the basis of LUCC over a nine-year period from 1996 to 2004. The analysis reveals that 1) during the period of analysis Beijing experienced unprecedented LUCC; 2) LUCC can affect inundation extent and flood arrival time, and floods with longer return periods are more influenced; 3) LUCC can affect maximum water depth and floods with shorter return periods are more influenced; and 4) LUCC is a major flood security stressor for Beijing. It warns that those cities having experienced rapid expansion during recent decades in China are in danger of more serious floods and recommends that their actual land use patterns should be carefully assessed considering flood security. This integrated approach is demonstrated to be a useful tool for joint assessment, planning and management of land and water.     

基于MLP-ANN与Markov Chain的土地利用变化预测方法——以锡林郭勒盟为例

以北方草地典型地区—内蒙古锡林郭勒盟为案例区,在1995年到2000年的土地利用变化与驱动力分析的基础上,利用土地利用转换类型和驱动力模型,采用多层感知人工神经网络模型分析了各种土地利用类型未来的转换潜力;利用马尔可夫链模型,预测了2005和2010年土地利用格局。预测结果显示：高覆盖度草地减少幅度最大,中覆盖度草地减少相对和缓,高、中覆盖度草地的减少造成了未利用地和低覆盖度草地的增加,尤其是前者增加的幅度最大;从空间分布看,高覆盖度草地的减少集中在西北部地区,主要转变为中低覆盖度草地,中覆盖度草地的减少主要集中在西南部地区,其流向主要是以沙化土地为主的未利用地;案例研究表明,多层感知人工神经网络模型与马尔可夫链模型的结合与应用能够在很大程度上预测稳定驱动力作用下的土地利用变化趋势,从而为生态干预提供指导。     

土地利用/覆被变化（LUCC）与土壤重金属积累的关系研究进展（Research Review of the Relationship between Land Use/Cover Change and Heavy Metal Accumulation in Soil）

土壤重金属污染是世界性环境问题之一.土地利用/覆被变化(LUCC)是最主要的环境演变驱动因子之一.为明晰LUCC对土壤重金属积累和污染的影响,根据前人研究,从场地、县域和流域/区域尺度总结了LUCC和土壤重金属污染的关系.研究发现,三个尺度上土地利用方式和覆被类型/格局是控制土壤重金属空间积累和分布的重要因子,土地利用/覆被可以直接吸纳或吸附重金属,亦能通过改变土壤物理、化学和生物性质从而控制重金属在土壤中的移动性和活性,造成土壤中重金属的积累直至污染.此外,论文阐明了LUCC在土壤重金属污染风险预测、规避和污染土壤修复中的重要作用,最后提出了在实践中通过调整土地利用/覆被类型进行污染土壤修复的建议.寓景观生态学思想于土壤重金属污染防治过程是一种新的有效途径.     

土地利用/覆被变化对土地生态系统有机碳库的影响——以吉林省通榆县为例

土地利用/覆被变化对陆地碳循环影响显著.文章基于实地采集的土壤、植物样品的测试数据和1989、2004两年8月陆地卫星TM遥感影像数据,采用生态系统类型法分析吉林省通榆县1989-2004年耕地、林地、草地、盐碱地、沙地等11 种地类之间土地利用变化对土地生态系统有机碳库的影响.计算结果表明1989-2004年通榆县土地生态系统有机碳库共损失了3.18 TgC(1Tg=106t),年均损失约为0.265 Tgc.其中,湿地、草地有机碳库分别损失5.54 TgC和3.71 TgC,盐碱地面积的增加导致有机碳库损失4.75 TgC.林地面积增加和沙地面积减少分别使有机碳库增加了4.58 TgC和3.75 TgC.研究区总体上为一个碳失汇,草地退化、湿地萎缩、土地沙化和盐碱化造成了有机碳库的碳损失,而植树造林、草地植被的恢复和重建等活动则可以显著增加土壤有机碳储量.该研究对于评估自然环境与人为活动影响下,特别是大规模土地整治与生态修复对土壤有机碳的增汇潜力和固碳效应的影响具有重要的理论意义和应用价值.     

Assessment of ecological risks induced by land use and land cover changes in Xiamen City,China

The landscape ecological risk (LER) in Xiamen City, China, from 1990 to 2030 was studied using an urban land use and land cover change (LUCC) model and LER analysis. The LUCC model was used to predict the LUCC of Xiamen from 2020 to 2030. We analyzed the characteristics of LUCC and landscape pattern changes and, finally, evaluated the effect of rapid LUCC on LER. Of the six landscape types investigated, built-up land and farmland demonstrated the most significant changes. The area of built-up land increased by 1.5 times in 2010 and is predicted to increase by 2.7 times in 2030 than that in 1990. The area of farmland increased from 34.5% in 1990 to 24.5% in 2010 and is predicted to decrease to 15.1% in 2030. The number of patches (NP) of built-up land decreased with increasing area, which promoted the dominance of built-up land over other landscape types. Five landscape types, those other than built-up land, increased in NP, landscape fragmentation, segmentation, and disturbance but decreased in dominance. The LER of Xiamen in 2010 was slightly lower than that in 1990. However, with the acceleration of urbanization, the LER in 2020 and 2030 will increase by 7.6% and 12.5% than that in 2010. The LER will significantly increase in areas such as the Huandong sea area, the second urban core of Xiamen, and northern Xiang'an. For the areas, some measures (e.g. optimum urban spatial growth patterns and control of coastal reclamation) must inevitably increase to reduce the LER posed by rapid urbanization.     

Projecting landscape changes in southern Chile: Simulation of human and natural processes driving land transformation

We describe a simulation model representing the most important human and natural factors driving land use and cover changes (LUCC) in southern Chile. We evaluate the model by examining its ability to simulate LUCC observed over the past three decades, conduct a sensitivity analysis of simulated trends to changes in important model parameters, and use the model to project likely landscape transformations over the next decade under “as usual,” “pessimistic,” and four “optimistic” scenarios. The model consists of five submodels representing LUCC on two distinct soil formations (volcanic ash and gleysols) and four major land use categories: native forest, agricultural land, shrubland, and urban land. Land use and cover sub-categories include old growth forests, secondary forests, and low and flooded shrubland. The model simulated well general historic trends in forest cover, agricultural land, shrubland, and urban land: from a forest-dominated landscape in 1976 to a landscape dominated by shrubland and agricultural land by 2007. Forest loss, forest degradation by logging and clearing for agriculture were the most important direct drivers of LUCC: forest logging and clearing were most important from 1976 to 1985, whereas after 1985 logging for firewood, driven by population growth, was most important. Sensitivity analysis indicated that model projections of general trends in the main land use and cover categories were not overly sensitive to changes in important model parameters, although further study is necessary to improve our estimates of the proportion of pasture requirements supplied by clearing low shrubland. Projections of LUCC suggested that a reduced amount of secondary forest would be left by 2017 if no actions are taken to reduce forest loss (“as usual”). Increasing population (“pessimistic scenario”) resulted in similar trajectories than those predicted by the as usual scenario, whereas reducing logging for firewood and increasing forest recruitment from shrubland could reduce loss of native forest by nearly one-third (“optimistic scenarios”). Surprisingly, shrubland exhibited the most complex and influential dynamics in all scenarios, being the immediate outcome of forest loss and the main long-term source of land for agriculture, urban expansion, and forest recovery. Few studies in Chile, or elsewhere, have considered the importance of this intermediate successional stage. Of the scenarios simulated, financial incentives targeted toward channeling shrubland into regenerated forest seemed most promising, although obstacles to such a management strategy exist.     

Accounting for monogastric livestock as a driver in global land use and cover change assessments

Land systems are described based on various characteristics, including land cover composition and agricultural production. However, it is uncertain to what extent livestock, particularly monogastric livestock, determines land systems. We included monogastrics in a land system classification, and statistically analyzed the land cover composition and agricultural production of otherwise similar land systems with and without monogastric livestock. The results indicate that land systems with monogastrics are statistically different from their counterparts in the classification without monogastrics in terms of grassland area and crop yields, but are less different in terms of tree area, crop area, and ruminant livestock production. We then used a land systems map that includes monogastrics in the classification and a similar map that does not include monogastrics to project future changes in a novel manner that integrates livestock as a determinant of land systems. The results show that including monogastrics in otherwise similar projections yields less cropland intensification and more cropland expansion in several world regions, including Northern Africa and the Middle East. Other regions, such as Europe and Australia, were characterized by less decrease or more increase in tree area in the application with monogastrics, mainly due to the occurrence of open forests with monogastrics. This study prompts a call for improved characterization of land systems for land use and cover change (LUCC) assessments in order to better represent LUCC driven by monogastric livestock.     

Industrial development and land use/cover change and their effects on local environment: a case study of Changshu in eastern coastal China

The interactions among industrial development, land use/cover change (LUCC), and environmental effects in Changshu in the eastern coastal China were analyzed using high-resolution Landsat TM data in 1990, 1995, 2000, and 2006, socio-economic data and water environmental quality monitoring data from research institutes and governmental departments. Three phases of industrial development in Changshu were examined (i.e., the three periods of 1990 to 1995, 1995 to 2000, and 2000 to 2006). Besides industrial development and rapid urbanization, land use/cover in Changshu had changed drastically from 1990 to 2006. This change was characterized by major replacements of farmland by urban and rural settlements, artificial ponds, forested and constructed land. Industrialization, urbanization, agricultural structure adjustment, and rural housing construction were the major socio-economic driving forces of LUCC in Changshu. In addition, the annual value of ecosystem services in Changshu decreased slightly during 1990–2000, but increased significantly during 2000–2006. Nevertheless, the local environmental quality in Changshu, especially in rural areas, has not yet been improved significantly. Thus, this paper suggests an increased attention to fully realize the role of land supply in adjustment of environment-friendly industrial structure and urban-rural spatial restructuring, and translating the land management and environmental protection policies into an optimized industrial distribution and land-use pattern.     

Synthesis and spatial dynamics of socio-economic metabolism and land use change of Taipei Metropolitan Region

Ever since the concept of metabolism was extended from biological science by social scientists to analyze human systems, socio-economic metabolism has been extensively applied to explore resource consumption, asset accumulation, waste emissions, and complex processes of land use change in a socio-economic system. Current research in socio-economic metabolism and land use change has used accounting approaches for macroscopic comparisons of countries and regions. However, socio-economic metabolism has seldom been applied to the analysis of land use change. To simulate the spatial-temporal dynamics of socio-economic metabolism and land use change, this study adopts a spatial system modeling method to develop a Socio-Economic Metabolism and Land Use Change (SEMLUC) model for the Taipei Metropolitan Region. The simulation results illustrate that the Taipei Metropolitan Region is highly dependent on inflows of non-renewable energy and exhibits a spatial hierarchy of non-renewable energy consumption centering on Taipei's Main station. Additionally, urban assets provide feedback to natural and agricultural systems to extract additional resource inflows which, driven by the maximum power principle, accelerate the convergence of energy flows toward urban assets. Accumulating urban assets also facilitates inflows of non-renewable material to nearby cells thereby enhancing land use conversion to urban areas. This work also demonstrates the capability of ArcGIS software in simulating socio-economic metabolism and land use change in an urban system.