武汉市城乡建设用地时空演变及驱动机制研究——基于城乡统筹视角

基于城乡统筹视角,运用GIS空间技术、土地利用动态模型和多元回归分析,研究武汉市1996~2009年城乡建设用地数量结构变化、空间格局演变及驱动机制,是土地利用变化（LUCC）研究的重要内容之一,对区域城乡建设统筹规划及城乡社会经济统筹发展具有现实指导意义。结果显示：(1)研究期内武汉市城乡建设用地整体规模扩大,城镇建设用地比重上升,农村居民点用地比重下降;城市与建制镇扩张较快,主要源自对农用地的占用及独立工矿用地、农村居民点整理。(2)外城区城-乡建设用地数量、结构变化及类型转换特征对武汉市城乡建设用地变化起主导作用。(3)人口变化、经济增长、居民生活水平提高及政策等因素对武汉市内、外城区城-乡建设用地格局的驱动作用具有明显的区域差异和城乡差异     

Temporal-spatial Characteristics of the Urbanization of Rural Land in Xinjiang

Relying on remote sensor technology, GIS and Land-sat TM digital images, the authors use spatial and statistical analysis to examine the temporal-spatial characteristics of the change caused by urban Construction in Xinjiang＇s rural areas from the end of the 1980s to the end of the 1990s. The primary findings show the following： 1） The urban construction in rural areas has increased drastically. The expansion speed of urban land use has accelerated over the past decade. The sub-land use changes caused by the urbanization of rural are characterized by salient regional differentiation among the three main regions and among the 85 counties of Xinjiang. 2） The shift of land use is mostly characterized by cultivated land and grassland being used for urban and industrial projects. Moreover, this change of land use is characteristic of regional differences. 3） Factors of rural-urban construction land use changes in Xinjiang, are undoubtedly affected by natural environment, social, economic conditions, and to a larger degree by population growth, GDP development and industrial development.     

长株潭城市群农业用地损失的动态模拟研究

对城市群发展过程中的农业用地损失进行动态模拟研究,有助于准确归纳其损失的趋势和机制,为农业用地保护规划的制定提供依据。以长株潭城市群为例,通过遥感影像图的收集与处理以及空间数据库、方格网系统、十二向玫瑰图和三维山丘图的构建,对城市群扩张和农业用地损失的过程进行动态模拟,通过离心模型归纳导致农业用地损失的动力机制,并对2020、2025年的农业用地损失情况进行预测。结果显示:城镇建成区扩张是长株潭城市群农业用地损失最主要的原因。伴随着城市群空间结构的演变,农业用地损失经历了"中心区主导—中心区与产业园区共同主导—连绵式损失"的过程。如不加以控制,至2025年,一个总面积达1 500 km~2,呈连绵状分布的超大型都市区将在长株潭城市群形成,现有中心城区、产业园区之间的农业用地将逐渐消失殆尽,从而造成难以弥补的环境损失。从空间规划上优化城市群的空间结构和发展方式,从政策法规上对侵占行为进行严格控制,是保护农业用地的关键所在。研究有望为我国城市群环境保护规划的制定提供方法论参考。     

基于CLUE-S模型的重庆市主城区土地利用情景模拟

以重庆市主城区为研究区,采用120m×120m栅格大小的数据为模拟基准,借助CLUE-S模型、情景分析法、SPSS软件及ArcGIS10.1软件建立了数量变化和空间分布变化相结合的不同情景下土地利用/覆盖变化的动态模拟模型,并对研究区不同情景下的土地利用/覆盖动态变化进行了模拟,模型综合考虑各种宏观驱动因子与土地利用变化之间的关系,较全面地考虑了多种土地利用/覆盖变化驱动因子,并利用SPSS软件进行相关性分析,确定了各因子的回归模型,提高了模拟结果的精度,通过对已有数据的模拟及精度分析,整体模拟精度达86%以上,在一定程度上反映了该模型在研究高分辨率土地利用/覆盖变化方面有很好的适应性,对土地利用/覆盖变化的复杂性研究和相关部门对土地布局、规划方面具有一定的参考价值。模拟结果表明:到2030年湿地、人工用地、林地将增加,耕地和其它用地减少,草地在不同的情景下均有稍微的增加,耕地和人工用地是变化最大的两种类型,随着时间的推移耕地和林地面积不断接近甚至持平,研究区西部及西南部变化比较明显。     

1994~2006年上海市土地利用时空变化特征及驱动力分析

快速发展的都市地区是区域土地利用变化研究热点。基于上海市1994、2000、2003和2006年4期航空遥感影像资料数据,运用人机交互目视解译方法建立上海土地利用空间数据库,并结合GIS空间分析、数理统计方法与土地利用动态度模型,对上海市1994~2006年土地利用时空变化特征进行了深入分析。结果表明：12 a间,上海市综合土地利用动态度为207%;在各种用地变化中,耕地面积变化最大,共减少了94 00772 hm2,减幅达233%;从耕地转移来看,转变为城镇建设用地（包括工业仓储用地、交通用地、城镇居民点用地和其他用地）面积共74 82586 hm2,占耕地面积总流出量的6712%;可见城镇建设用地急剧扩张而大量占用耕地,是上海市土地利用变化的主要特征;上海市土地利用变化的另一个重要特征是城市绿地的大幅增加,12 a间城市绿地面积共增加了9 29241 hm2,单一动态度为1876%。从上海土地利用变化的区域特征来看,各区的综合土地利用动态度差异明显,且表现出明显的中心城区-近郊-远郊递减趋势,其中浦东新区综合土地利用动态度最大,崇明县最小,这种差异与各区（县）的区位条件、经济发展状况以及政策等因素密切相关。通过对上海LUCC的驱动力定性定量分析表明,社会经济因素包括人口分布及变化、经济增长、人民生活水平的提高、政策以及国际大型活动的举办均对上海土地利用格局及其变化产生了重要的影响     

南昌市中心城区城市建设用地集约利用特征及空间相关性分析

城市化进程不可避免的要占用大量土地资源,当前城市土地集约利用已经成为地理学、土地科学等相关学科研究的热点问题。为了从中观尺度科学分析城市土地集约利用空间分布规律和趋势,以南昌市中心城区为研究对象,在城市建设用地集约利用评价的基础上,运用全域Moran's I和局域Moran's I系数分析建设用地集约度的空间自相关格局(依赖性),揭示建设用地利用集约度的空间局部聚集和局部异常特征。结果表明:建设用地利用集约度全域空间相关性和局域空间相关性指标均显著,从城市边缘到中心区(或副中心)呈现递增的空间形态,其中居住功能区集约度空间相关性最高,教育功能区则最低;各功能区都存在正局域相关,空间分布呈现典型的空间聚集现象。对于高值聚类区应以结构挖潜为主,通过旧城改造和用地置换优化用地布局,低值和高低值聚类区应以管理潜力挖潜为主,通过规划管理和政策引导提高集约度,达到经济社会生态效益相统一的目标,可为南昌市城市建设用地集约利用提供必要的支撑和依据。     

快速城镇化地区生态用地演变及驱动力分析

基于高分辨率遥感影像、GIS和RS技术,利用转移矩阵、景观指数和地图叠加等方法系统分析了辛庄镇域生态用地演变的时空特征,并引入二项Logistic回归模型,选择到农村居民点的距离、到道路的距离、到河流水系的距离、到村镇中心的距离、人均GDP、人均工业总产值、人均农业总产值、人均收入、人口密度为驱动因子,对研究区主要类型生态用地变化的驱动力进行分析。结果表明:1991~2009年,辛庄镇生态用地空间结构和面积变化剧烈,总体上呈加速缩减趋势。其中,水田面积变化尤为明显,18a间累积减少1 806.61hm2;经济效益较高的水产养殖用地和园地规模有所增长,尤其是水产养殖用地,1991~2009年年均增长43.01hm2,长幅为93.26%。生态用地主要转移去向为水产养殖用地、居住用地和工业用地。生态用地总体上破碎化程度加剧,类型水平上,大体上呈现为破碎度加剧、景观形状日趋规则、优势度逐渐降低、聚集度日益增加的态势。各时段生态用地演变的主要驱动因子均为邻域因子,但随着时间的推移,社会经济因子对生态用地变化的解释效力逐渐增强。     

武汉城市群空间扩展的生态状况诊断

武汉城市群是我国建设资源节约型和环境友好型社会综合配套改革实验区,城市群的生态环境质量是实现城市群可持续发展的重要保障,是建设生态型城市群的重要支撑。构建了由自然资源要素、生态环境要素和社会经济要素组成的武汉城市群空间扩展的生态状况诊断指标体系,采用熵技术支持下的AHP模型和模糊隶属度函数模型建立了城市群空间扩展的生态状况诊断模型,利用1997~2006年武汉城市群9市土地利用数据、社会经济和环境变化数据,系统分析了武汉城市群空间扩展的生态环境质量变化状况。研究认为：1997~2006年武汉城市群生态状况诊断的综合评价指数呈先下降后上升的变化趋势,说明伴随城镇用地扩张和土地利用转化,城市群生态环境质量先降后升;除仙桃市外,城市群内其余各市生态状况诊断的综合评价指数均缓慢下降,说明各市空间扩展造成生态环境质量的下降,这种影响在9个城市之间存在着较大的空间差异性。〖     

基于SWAT模型的太湖西北部30a来氮磷的输出特征

随着工业的迅速发展和农业生产方式的转变,使得太湖富营养化现象日趋严重,对流域内生态环境构成极大的威胁。以研究区6个时期土地利用数据和30a逐日降雨数据为模型的主要输入变量,利用SWAT模型分别对研究区内6个不同时期营养盐输出进行模拟研究,得到研究区内30a时间尺度(1984~2013年)营养盐输出情况。根据模型输出结果探究研究区内营养盐输出与降雨量、径流量以及土地利用变化的关系。以2009~2013年宜兴站径流数据和水质数据作为模型的率定和验证数据,总氮(TN)和总磷(TP)在模型率定期确定系数R2为0.76和0.92,纳什效率系数Ens为0.76和0.79,验证期确定系数R2为0.66和0.95,纳什效率系数Ens为0.6和0.54,模拟结果较好。结果表明:营养盐输出与降雨在时间是呈现较强的相关性,但是在空间上降雨与营养盐输出相关性不明显;土地利用类型与营养盐输出密切相关,耕地和建设用地是研究区主要的营养盐输出源,土地利用类型空间分布与TN、TP空间分布相关系数分别为0.74和0.73。将为太湖流域非点源污染控制和治理提供理论支撑及数据基础。     

1989~2015年武汉市城市格局时空演变分析

城市格局时空演变以土地利用变化为承载,为城市用地调控、空间发展政策的制定提供依据。以武汉市主城为实证区,采用1989、1999、2008和2015年4期Landsat遥感影像为数据源,综合空间信息技术、用地扩张量化分析方法研究城市土地利用转换关系,测度建设用地扩张强度、弹性与方向,揭示城市格局时空演变过程。结果表明：1989~2015年间,武汉市主城区土地利用变化以建设用地扩张、未利用地和耕地减少为主,经济增长与建设用地扩张关联度高;主城区建设用地在1999年之后扩张速度明显加快,总体扩张强度逐步加强。建设用地扩张呈现时空不平稳状态,扩张主要集中在以汉阳、青山为代表的城郊过渡带区域,以及硚口、武昌等老城区的更新改造区域,1989~2008年间扩张方向以偏西向为主,2008~2015年间扩张方向以东南向为主,反映城市区域发展阶段的差异和空间开发政策变动的影响。     

城市生态用地时空动态及其相关驱动力——以武汉市为例

城市生态用地是维持城市生态安全和可持续发展的重要屏障,研究其动态变化特征及相关驱动力,将为城市规划和生态环境保护决策提供依据。该文以武汉城区为实证区,采用1990、2002、2014年等3期Landsat遥感影像为数据源,采用土地利用变化矩阵量化数量变化,景观格局指数量化空间格局变化,生态服务价值系数和InVEST模型量化质量变化,利用二元逻辑回归模型和梯度分析法量化相关驱动力。研究结果表明:武汉市生态用地总面积持续下降,累计减少239.55 km~2,其中水域为主要转出地类;生境质量下降24%;生态用地斑块破碎度提高,"孤岛化"现象逐渐显现;坡度、建设用地的最小距离、建设用地增长、GDP增长和道路密度是驱动生态用地变化的主要因素,随着城市向三环线外扩张,三环线以外的生态用地面临较高的生态转化风险。     

Economic water management decisions: trade-offs between conflicting objectives in the sub-middle region of the São Francisco watershed

Hydro-economic models can measure the economic effects of different reservoir operating rules, environmental restrictions, maintenance of ecosystems, technical constraints, institutional constraints, land use change, and climate change. To determine the optimal economic water allocation, for its main uses in the sub-middle of the São Francisco River Basin, a hydro-economic optimization model was developed and applied. Demand curves were used rather than fixed requirements for water resources. The results show that operation rules of reservoirs and institutional constraints, such as priorities for human consumption, have high impacts on costs and benefits of the principal economic uses in the study area. Especially, costs of environmental demands, like minimum ecological river flow, have high impacts on the water resource management. Scarcity costs of irrigation users associated with maintaining ecosystems and environmental constraints are particularly significant. The results from this study provide a better understanding of the water trade-offs for future policymaking and efficient water management. Policymaking for the water resources should consider the food-water-energy-environment nexus at a regional scale to minimize environmental and economic cost under water scarcity and land use change.     

基于邻接关系的土地利用变化空间关联规则研究

空间关联规则可在海量空间数据中挖掘出空间对象之间相互作用、空间依赖、因果或共生的模式。将空间关联规则方法引入土地利用变化时空特征分析中,以浙江省桐庐县2004~2009年的两种典型地类变化(城镇用地的转入、耕地的转出)为例,结合GIS的空间统计和空间分析功能,首先通过土地利用转移矩阵分析土地利用面积变化的整体情况,再采用经典Apriori算法挖掘这两种典型地类变化与其周边邻接的地类变化间的关联性规律。研究表明:(1)桐庐县土地利用呈现明显的非农化趋势,这主要归因于城镇化进程以及其作为特色发展的生态建设;(2)城镇用地的发展主要依靠耕地和农村居民点的转型,表现为集中连片的扩展方式,且城镇用地与交通水利建设用地的发展具有明显的共生现象;(3)耕地的同种转变类型在空间上呈现连片集聚分布,且耕地发展易受相邻地类的驱动或制约,尤其是林地和农村居民点。空间关联规则挖掘能够定量分析在空间邻接的情况下地类间的转变倾向以及变化的关联规律,为土地利用变化时空分析提供有用信息。     

平原区农村居民点用地空间整治分类研究——以河北省曲周县为例

土地整治是对低效、空闲和不合理利用的土地进行治理,提高土地利用率和产出率的活动,是各类土地整理、复垦、开发以及城乡建设用地增减挂钩等活动的统称,其实质内容之一是从空间上对土地利用进行优化布局。农村居民点用地是我国进行土地整治的重要区域,对于农村居民点用地空间整治进行分类研究是新农村建设和农村土地整治的前提和基础工作。曲周县位于黄淮海平原的中部,黄淮海平原是我国主要的粮食主产区和农村人口的集聚地,对于其农村居民点用地空间整治分类进行研究,对于实现区域城乡一体化发展具有战略意义。论文按照新农村建设的要求,从发展基础、生产条件、生活条件和生态环境四个方面选取农村居民点用地整治的评价指标,利用量化后的指标和多因素综合评价法,运用聚类分析法将曲周县农村居民点用地空间整治划分为就地城镇化型、重点发展型、限制扩建型和迁移合并型四种类型。研究结果符合实际,为当地土地整治和新农村建设工作提供了理论支撑,对于其他类似地区具有借鉴意义。     

基于Dyna-CLUE模型的太湖流域建设用地空间扩张模拟

从区域尺度模拟建设用地空间扩张是理解和解释区域土地利用变化过程与趋势的有效途径之一。基于Dyna-CLUE模型,通过1985年以来5个时段太湖流域遥感影像数据及自然与社会经济数据提取先验转换规则,模拟未来太湖流域在耕地保护、生态保护与综合保护3种不同情景模式下建设用地空间增长过程。结果显示：3种模拟情景下Kappa 系数均大于0.75,具有较高的一致性,表明Dyna-CLUE模型在太湖流域建设用地空间扩张模拟中有较强的适用性;3种情景下,综合保护情景下建设用地扩张模拟精度最高;2020与2030年流域建设用地扩张均以大城市周边为主导,其中2010～2020年扩张总量位居前列的城市依次为上海、嘉兴、无锡和湖州等,而2020～2030年依次为嘉兴、苏州、上海和无锡等。2020年、2030年建设用地空间扩张模拟结果基本符合太湖流域建设用地空间扩张的趋势。研究方法及模拟结果相对可靠,以期为未来太湖流域城市化进程中的土地利用规划实施,特别是土地利用宏观需求的空间配置提供一定的借鉴与参考     

平行岭谷区都市城郊耕地景观演变案例研究——以重庆市沙坪坝区为例

为研究都市城郊耕地景观的演变历程,总结耕地景观演变模式进而为未来研究区的农业资源合理利用和优化调控提供可借鉴性措施,以重庆市沙坪坝区为例,按其地貌特征从东至西划分为东部丘陵A区、岩溶低山B区、中部浅丘C区、西部岩溶低山D区4个区域,以1979年的MSS影像、1988、1995、2001、2007和2010年5个时期的TM影像为基本数据源,采用景观指数和定量表征指标,分析了沙坪坝区耕地景观空间格局演变、空间分布变化幅度及其种植结构引起的耕地景观功能变化。结果表明：A、B、C、D 4区耕地平均斑块面积在1979～2010年有了较大程度的减小,相应的斑块数目有了显著的增加,斑块密度呈现逐步增加的趋势,多样性指数和均匀度指数除了A区在逐步减小外,其他3区均呈增大趋势,耕地景观总体的破碎化程度增加了。2001年以前,除了A区快速减少外,各区耕地面积相对稳定;2001年为界限至今,A、C两区耕地演变属于快速消退型,B、D区则属于逐渐消退型。从2003年到2007年研究区种植作物类型及各区功能定位有所变化,研究区正处于从传统都市城郊农业向现代都市农业的转变中。研究区耕地景观从东部主城核心区到西部缙云山区,呈现跳跃突变式演变的特殊模式     

江苏省城乡空间融合的形态演化研究

选取1980~2010年5期土地利用/覆被变化(LUCC)作为数据源,获取江苏省近30a的城乡建设用地变化数据,在空间分析和景观分析等方法支持下,分析城乡空间形态的演变特征,揭示城乡空间融合的过程和动力机制,并归纳不同类型的城乡空间融合模式。结果表明:(1)城镇空间扩展方面,数量变化呈先平缓后急剧增长特征,空间形态变化首先以外部扩展为主,然后进入斑块边缘间的填充扩展的循环过程,苏锡常地区城镇空间的扩展最为密集;(2)农村地域变化方面,总量呈小幅增长态势,江苏北部沿淮河地区农村建设用地分布较为密集,沿江地区逐渐形成农村建设用地的次级密集区;(3)城乡空间融合过程方面,城乡空间开始由离散扩展逐步向粘合扩展过渡,城乡连通程度逐步提高,苏南地区城乡粘合扩展最为明显;(4)城乡空间融合的动力机制和地域模式,社会经济发展水平的快速提高、乡镇企业的高速发展、交通基础设施的不断完善、开发区和新城区的快速建设是江苏城乡融合发展的主要驱动力。依据空间形态变化特征和主要动力因素,江苏省具有3种城乡空间融合发展类型:枢纽链接模式、集聚吞并模式、融合扩展模式。     

Changes in mineral soil organic carbon stocks in the croplands of European Russia and the Ukraine, 1990–2070; comparison of three models and implications for climate mitigation

Three soil carbon models (RothC, CANDY and the Model of Humus Balance) were used to estimate the impacts of climate change on agricultural mineral soil carbon stocks in European Russia and the Ukraine using detailed spatial data on land-use, future land-use, cropping patterns, agricultural management, climate and soil type. Scenarios of climate were derived from the Hadley Centre climate Version 3 (HadCM3) model; future yields were determined using the Soil–Climate–Yield model, and land use was determined from regional agricultural and economic data and a model of agricultural economics. The models suggest that optimal management, which entails the replacement of row crops with other crops, and the use of extra years of grass in the rotation could reduce Soil organic carbon (SOC) loss in the croplands of European Russia and the Ukraine by 30–44% compared to the business-as-usual management. The environmentally sustainable management scenario (SUS), though applied for a limited area within the total region, suggests that much of this optimisation could be realised without damaging profitability for farmers.     

大城市边缘区土地利用时空格局模拟--以武汉市洪山区为例

大城市边缘区的土地利用变化复杂而迅速,采用定量模型对此地域的时空格局进行模拟,在土地规划领域有重大意义。以武汉市洪山区为例,首先采用DPSIR模型对大城市边缘区的工业用地、居住用地、服务设施用地、绿地等进行驱动力机制的定性分析,得出每种用地相应的驱动力、压力和状态;进而采用CLUE S模型,通过用地变化驱动力因子作用权重系数的求解,模拟时段内各类用地的需求分析与用地变化的动态分配过程,对边缘区的用地演变进行模拟;最后通过用地现状图对模拟用地进行验证,模拟结果基本拟合。在模拟的基础之上,设定了两种大城市边缘区空间发展的情景模式,即不作任何空间约束的用地演变和进行可持续发展约束的用地演变,有针对性地提出该区域的发展需要重点保护水体和自然风景区。其方法及成果可为大城市边缘区制定发展管理政策提供科学参考。     

基于CLUE-S模型的重庆市渝北区土地利用变化动态模拟

以重庆市渝北区为研究区域,运用CLUE-S模型,结合Logistic回归分析,分别以2007年和2009年为基期,对渝北区2013年土地利用情况进行模拟研究,在此基础上构建了渝北区2013~2020年3种不同情景的土地利用变化模式,模拟了3种情景模式下渝北区在2020年的土地利用空间分布格局。结果表明:(1)两期模拟的正确率分别达到了92.26%和94%,Kappa系数值分别为90.32%和92.5%,均取得了较好的模拟效果,说明CLUE-S模型适用于渝北区的土地利用空间格局变化的模拟研究,具有较好的模拟区域土地利用时空变化的能力;(2)地形、国道、省道、高速公路等主要道路、河流、城镇和村庄是影响渝北区土地利用空间格局变化的重要驱动因素;(3)在3种情景模式中,主要的用地格局变化均发生在两江新区,区内建设用地总体呈现向东北部扩张的趋势,表明区域经济社会发展政策对用地类型的变化具有较大的影响;(4)从促进城乡统筹和谐发展、土地节约集约利用、生态环境显著改善和保护耕地的区域发展目标而言,情景模式2为较为合理的发展模式。研究结果可为决策部门在土地可持续利用和土地管理方面提供参考依据。