A Methodology Framework for Regional Land-use Change Studies based on Landsat TM images: A Case Study in Northeast China

Abstract

Land-use change is an important aspect of global environment change. It is, in a sense, the direct result of human activities influencing our physical environment. This paper analyzed the land- use change in Northeast China during 1985–2000 based on Landsat TM images. It divides Northeast China into five land-use zones based on the dynamic degree model of land-use: woodland/grassland-arable land conversion zone, dry land-paddy field conversion zone; urban expansion zone, interlocked zone of farming and pasturing and reclamation and abandon zone. The findings include the obvious increase of cropland area, paddy field and dry land increased by 75 and 276 thousand hm² respectively; urban areas expanded rapidly, areas of town and rural residence increased by 76.8 thousand hm²; areas of forests and grassland decreased sharply with the amounts of 1399 and 1521 thousand hm² respectively; areas of water body and unused land increased by 148 and 514 thousand hm² respectively. This paper also discusses the driving forces in each land-use dynamic zone and finds that some key biophysical factors affect conspicuously the conversion of different land-use types. The relation between land-use conversion and DEM, accumulated temperature (≤10°C) and precipitation was analyzed and represented. The land-use changes In Northeast China resulted from the changing macro social and economic factors and local physical elements. Rapid population growth and management changes can explain the shaping of woodland/grassland-cropland conversion zone. The conversion from dry land to paddy field in the dry land-paddy field conversion zone, apart from the change of physical elements promoting the expansion of paddy field, results from two reasons: one is that the implementation of market economy in China has given farmers the right to decide what and how they plant their crops, the other factor is originated partially from the change of the dietary habit along with the social and economic development. The conversion from paddy field to dry land is caused primarily by the shortfall of irrigation water, which in turn is caused by poor water allocation managed by local governments. The shaping of the reclamation and abandon zone is partially due to the lack of environment protection consciousness among pioneer settlers. The reason for the conversion from grassland to cropland is the relatively higher profits of farming than that of pasturing in the interlocked zone of farming and pasturing. In Northeast China, the rapid expansion of built-up areas results from two factors: the existence of a small number of towns and the huge potential for expansion of the existing towns and cities. The urban land expanded mainly in areas with a gentle topographic relief and low population density.     

中国自然保护区可持续管理模式探讨——伦敦自然保护区管理模式借鉴

近年来，世界各地自然保护区迅速发展，如何有效持续地管理这些自然保护区成为一个重要的问题。文章分析了我国自然保护区现有管理模式的特点与存在的问题，简要介绍了伦敦自然保护区的管理模式现状，根据我国的实际情况，笔者认为中国的自然保护区应采用强制式和完全参与合作式相结合的管理模式，并提出了几点管理模式的改革建议。     

青海湖几种主要湿地植物的种群分布格局及动态

应用种群生态空间分布的分析方法，研究了青海湖四种主要湿地植物：杉叶藻（Hippuris vulgaris)、槽杆荸荠（Eleocharis valleculosa)、华扁穗莞（Blysmus sinocompresus)、碱蓬（Suaeda glauca)的空间分布格局及其动态，研究表明：杉叶藻、槽杆荸荠、华扁穗莞三种群由侵入期、定期初期到种群发育盛期的过程中，其集群程度先增大后减小，总体呈扩散的趋势；碱蓬种群，从幼苗到繁殖期，集群程度增大，呈聚集的趋势，说明前三种植物的克隆繁殖方式于滨湖湿地生境具有更好的生态适应性，图2表3参11     

高速铁路影响下的长三角城市群可达性空间格局演变

交通网络体系对城市群空间结构的优化有重要作用，随着“高铁时代”的到来，长三角城市群区域空间结构也将发生深远的变化。引入可达性的概念，以现状2010年与规划2020年的长三角综合交通设施网络为基础，选取长三角各城市之间加权平均最短旅行时间为度量指标，分析了高速铁路系统的发展对长三角区域空间格局未来演化的影响，揭示了高速铁路将全面提升长三角区域可达性水平，大大缩短城市之间的时空距离，推动长三角一体化发展，并通过都市圈、经济轴带的形成与发展，促进区域均衡化空间结构的形成。另一方面，虽然高速铁路将推动多中心空间结构的形成，但对城市可达性水平的影响具有明显的区域差异，城市在新的高铁格局下应探析符合自身特点的发展战略     

泰州市建设用地扩展规律与格局演化研究

以多时相Landsat、TM/ETM卫星影像为数据源,运用GIS软件提取泰州市建设用地1988～2008年5个时相的用地信息,运用扩展强度指数、扩展速度指数、空间自相关等方法分析泰州市建设用地扩展时空特征和演化规律。结果表明:(1)泰州建设用地扩展经历了缓慢扩展、中速扩展、缓慢扩展3个阶段,显示了建设用地逐步走向集约利用的趋势;(2)在分析泰州建设用地不同扩展阶段的基础上,发现泰州建设用地扩展模式正处于从点状扩展向点轴扩展转变阶段,并出现了网络化扩展的端倪;(3)运用空间自相关分析了泰州建设用地扩展热点演化过程,发现扩展热点呈现跳跃迁移的特征,热点区与冷点区出现交替演化,Moran散点图体现了泰州市建设用地扩展处于空间极化的状态,外围城镇受中心城镇增长极带动发展的扩展模式。     

山区农村居民点时空格局演变特征及蚁群仿真优化——以重庆澄江镇为例

山地农村居民点系统因受自然因素及人类活动等多重扰动而处于深刻转型中,探索山区农村居民点时空格局特征及其优化策略,对于优化山区国土空间格局、推进山区国土空间综合治理与乡村振兴具有重要意义。基于构建理论框架,集成运用景观格局指数法、栅格权重叠加评价法、改进蚁群算法（ACO）等,以重庆澄江镇为例,探索山区农村居民点时空格局演变特征及优化过程,提出优化调控策略。结果表明：（1）研究区农村居民点空间格局演变特征呈现集中、靠拢的演化发展趋势,总体呈现匀质、线状、向心、院落四种分布形态;同时高程、坡度、水域、城镇、道路、基础设施等自然—经济社会因素均对山区农村居民点时空格局演化产生重要影响。（2）改进蚁群算法优化后,研究区农村居民点斑块面积（CA）减少10.07%,居民点斑块数量（NP）和密度（PD）分别减少83.12%和81.16%,平均斑块面积（MPS）增加了4.3倍,平均最近邻体距离（MENN）增加了42.82%。优化后69.1%的农村居民点斑块都集中在适宜区和较适宜区内,且重点向交通便利、公共设施完善、生产便利和中心村庄集中。优化后的农村居民点空间格局更加紧凑有序,土地集约节约效率更高。（3）基于仿真优化结果,综合考虑村庄振兴“产业—人口—土地”互动耦合机制,提出城郊融合、产业集聚、景村融合、搬迁撤并四类农村居民点格局优化方案,助推山区乡村振兴。（4）优化结果同时表明改进的蚁群算法非常适用于复杂环境条件下的较小尺度要素空间布局优化,能够为山区国土空间规划编制提供技术支撑。     

干旱荒漠区人工绿洲土壤盐碱化风险综合评估与演变分析

为明晰干旱荒漠区人工绿洲水盐时空分异特征与盐碱化风险空间格局演变过程, 以甘肃省景电灌区为研究区, 以2002, 2010及2018年为研究代表年, 基于多级模糊理论从地质气候驱动、水土环境驱动和自然-人类驱动3个驱动过程构建土壤盐碱化风险评估体系, 集成云发生器原理、黄金分割率法、组合赋权法以及排队理论构建土壤盐碱化空间风险综合评价模型.将长序列监测数据、多时相空间数据以及经济社会数据依据各驱动要素权重以ArcGIS10.2为技术平台进行多源融合, 对各空间风险状态进行了空间可视化表达与流向追踪.结果表明: 1)研究区2002, 2010及2018年土地盐碱化整体风险分别为“临界状态”、“临界状态—轻度风险”、“轻度风险”; 2)地下水埋深及地下水矿化度是驱动土壤盐碱化进程加剧的主导因素; 3)灌区盐碱化空间风险演变模式剧烈程度排序为持续变化型>前期变化型>后期变化型>持续稳定型>反复变化型.研究区盐碱化整体风险状态呈现出由“无风险—临界状态”以及“临界状态—轻度风险”过渡的趋势; 4)2002~2018年间研究区盐碱化空间风险整体呈升级态势, 表征出明显的地区差异性且总体呈现由西北向东南以弧射状增高的空间格局.     

基于安全格局理论的国土空间规划冲突协调途径

为解决国土空间面临的城市蔓延、乡村空心化、环境退化等系统性问题,国土空间规划需要整合出于各部门利益最大化制定的、时常是相互冲突的规划方案,实现“多规合一”。基于安全格局理论提出协调规划冲突的途径,包括：（1）在认识层面,将国土空间规划视为理性过程,利用最小—最大约束途径制定可辩护的规划方案,通过空间博弈协调对有限土地的竞争、寻求各方均可接受的结果;（2）在操作层面,首先识别作为保障自身目标、协调各方利益依据的安全格局,然后据此对空间用途进行谈判。实践中需要建立协调规划冲突的制度机制,并在多方博弈中优先考虑处于劣势的生态和自然资产,通过建立生态安全格局和生态基础设施提供综合生态系统服务,再造秀美河山。     

长江三角洲跨界流域生态产品交易机制——以天目湖流域为例

生态价值多元化实现是落实区域一体化生态保护格局的经济政策保障。针对当前生态产品交易制度不完善与市场活跃度问题,以天目湖流域水质净化服务产品为例,提出一条生态保护市场化与生态产品增值的双向促进道路：基于长序列监测数据与水文水质过程模型,提出流域生态保护基准概念及其约束下生态产品交易边界,精准核算基准年水质净化产品的可交易量为1.37 t,基准价格为1186.71万元/t/年;面向近10年产品实际供需主体的内在联系,揭示了“三类五种”生态产品交易机制类型,并选择设计了低端产品退出—高端产品激励的典型交易模式。生态产品交易实施为研究区生态价值实现提供市场化路径,为国内同类地区一体化生态保护格局保障提供思路。     

黄河流域城市生态化建设水平空间格局与障碍因子分析

城市生态化建设作为流域可持续发展重要途径是人地耦合与高质量发展的重要研究内容。本文旨将宏观的生态城市建设转型为落地性更强的城市生态化建设,通过构建经济、环境、社会、文化及空间生态化五位一体的理论框架,运用主客观赋权法、ESDA、障碍因子诊断模型等研究方法,探究城市生态化建设的空间格局特征和多维提升路径。结果表明：（1）黄河流域城市生态化建设总体上呈现“多中心”的空间分异格局,且呈显著的“中心—外围”逐渐递减的空间分布态势;（2）从空间关联格局来看,高—高集聚区和低—低集聚区具有明显的空间集聚,高—高显著集聚区主要分布在山东省及其邻近地区,低—低显著集聚区主要分布在宁夏回族自治区中南部 ;（3）从不同城市规模、职能类型、空间载体、流域位置的城市生态化建设特征来看,城市生态化建设水平与城市规模等级成正比,职能综合城市、发育程度高的山东半岛城市群、优先开发地区的华北平原、黄河流域下游及右岸的城市生态化建设水平相对更高;（4）不同类型城市的生态化建设障碍因子存在明显差异,总体上黄河流域城市生态化建设的障碍因子主要是人均水资源总量、单位GDP能源消费量、研发（R&D）投入占财政支出比重、每万人公共图书馆藏书量及土地利用效率等。未来城市生态化建设应立足城市自身发展状况,因地制宜地提升城市生态化建设水平,建设高质量生态城市。