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。     

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 km²增加到692.10 km²,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1.36×10⁴ t,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。     

河流CO2与CH4排放研究进展

河流作为连接海-陆两大碳库的主要通道,其水-气界面二氧化碳(CO_2)与甲烷(CH_4)排放构成全球碳循环的重要环节,对全球气候变暖的贡献不容小觑.明确河流水体CO_2与CH_4产排过程、时空特征以及控制因素是认识河流生态学功能以及其对变化环境响应的重要内容.基于当前河流CO_2与CH_4排放研究进展,构建河流碳排放动力学概念框架(内源代谢、陆源输入),并从全球尺度、区域尺度、流域尺度综述了河流碳排放时空变异性特征以及存在的研究不足.在理解碳排放动力学概念框架和时空变异特征的基础上,构建了河流CO_2与CH_4动力学控制因子分层框架(内部因子:有机质、温度、营养盐;外部因子:水文、地貌、人类活动),深入探讨了河流碳排放的关键影响因素.最后,根据当前研究中存在的不足,提出河流碳排放应将纳入区域陆地碳平衡过程,今后研究重点应包括流域尺度上河流CO_2与CH_4内源产生与陆源输入相对贡献的量化研究、不同界面CO_2与CH_4产生与排放过程研究、高时空分辨率的监测数据的补充以及变化环境与人类活动干扰下河流碳排放的响应过程等,为理解河流生态学过程及生态系统功能提供基础,同时为我国进一步深入开展相关研究提供借鉴.     

土地利用结构与空间格局对鄱阳湖流域中小河流水质的影响

为揭示土地利用结构与空间格局对中小河流水质的影响机制,于2022年1月与2022年7月在鄱阳湖流域3条中小河流的25个采样点收集水样.采用Bioenv分析、Mantel检验与方差分解量化不同空间尺度的土地利用结构与空间格局对水质的影响,使用广义加性模型拟合水质与土地利用结构与空间格局的关系,广义线性模型构建分段回归模型,并基于逐步递归法计算阈值.结果表明：①土地利用结构与空间格局对河流水质的平均解释率在丰水期（59.72%）大于枯水期（48.95%）;子流域与河岸100 m是土地利用结构与空间格局影响中小河流水质的关键尺度,平均解释率分别为54.70%和64.88%;土地利用结构与空间格局的共同解释部分是驱动河流水质变化的重要因素,占总解释率的66.90%.②土地利用结构对中小河流水质的影响具有显著的阈值效应,当子流域尺度下建设用地占比低于2%、耕地占比低于8%和林地占比高于82%,河岸缓冲区尺度下建设用地占比低于12%、耕地占比低于41%和林地占比高于49%时,均能明显改善水质.③空间格局对中小河流水质的影响也具有阈值效应但弱于土地利用结构,当子流域尺度下斑块形状值大于28.77和斑块多样性大于0.69,河岸缓冲区尺度下斑块形状值大于2.99和斑块多样性大于1.02时,均能改善水质.以上结果表明,加强对子流域与河岸100 m尺度的土地利用的管理,合理规划土地利用结构与空间格局能够有效地防止水质恶化.     

河网城市不透水面的河流生态系统响应:方法论框架

河网城市不透水面快速扩展,已成为影响河流生态系统健康的主要因素,理解掌握区域不透水面与河流生态系统之间的压力响应关系十分必要。以国外研究为重点,从不透水面的识别技术方法、 流域不透水面与河流生态系统状况之间的压力响应关系、 不透水面在流域土地利用规划调控和河流管理应用等三个方面,回顾了不透水面研究的主要进展,特别对不透水面影响河流生态系统的阈值效应进行了较细致梳理。从研究区域、 研究视角、 研究方法、 决策应用等四个方面,讨论了当前研究可能存在的问题。结合河网地区较为特殊的水文地貌特点,提出了河网城市开展相关研究的主要任务,认为必须解决的若干关键技术方法问题包括:不透水面实地调查方法及与有效不透水面转换、 汇水单元及其多尺度体系、 压力响应体系构建,以及数据分析技术方法等。最后以上海地区为案例,分析了河岸带尺度上的不透水面与河流生态系统之间的压力响应关系。这一研究体系框架试图为相关实证研究提供可实际操作的方法论参考。     

资源型地区工矿企业空间集聚与区域转型——以山西省为例

工矿企业是资源型地区实现区域转型的关键要素,研究工矿企业空间集聚的格局特征及驱动机理对于揭示资源型地区转型的空间过程及空间效应具有重要意义。以山西省为例,基于煤矿企业点数据,综合采用多种GIS空间分析方法,分析1990—2017年经济转型阶段,山西省煤矿企业空间集聚的格局演变及区位指向变化。进一步构建负二项回归模型分析山西省煤矿企业空间集聚演变的影响因素,解释资源型地区转型发展的驱动机理。结果表明：（1）煤矿企业整体集聚变化相对稳定,但发展内涵发生显著变化,企业趋向大型化、现代化、可持续化发展。（2）煤矿企业空间集聚逐步与煤层埋深线的岩层走向相吻合,并且表现出低坡度指向性、临交通线指向性特征。（3）宏观尺度上,煤矿企业空间集聚呈现以点状集聚为主到点状集聚与沿煤层线带状扩散并存的演变趋势;微观尺度上,煤矿企业核密度降低区域与核密度增加区域具有地理邻近性特征,空间上表现为煤矿企业的远郊区化过程。（4）资源禀赋对煤矿企业区位选择的影响最显著,地形坡度、路径依赖、省道、企业所有制性质、固定资产投资、区域面积等对煤矿企业的区位选择也具有显著影响,但是作用方向和强度存在差异;城镇化水平、铁路、高速公路等对煤矿企业区位选择的影响不显著。回归结果表明资源型地区的转型发展受自然基底条件、产业发展基础、区域发展阶段等多重因素的影响。     

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.     

景观格局对河流水质影响的尺度效应Meta分析

景观格局决定了陆域污染物的源汇过程,是影响河流水质状况的关键因素.由于尺度效应,不同尺度下景观格局与河流水质关系的研究结果不尽相同.然而,景观格局对河流水质影响的尺度效应问题尚缺乏系统研究.收集了国内外4 041条研究数据,采用Meta分析法定量分析了不同尺度下景观格局对河流水质的作用特征,识别了影响河流水质的关键时间和空间尺度以及景观指数.结果表明,相对于降水事件、平水期和年际尺度,丰水期下景观格局对河流水质的影响最大;相对于流域尺度,缓冲区尺度的景观格局对河流水质的影响更大;丰水期-缓冲区尺度是景观格局影响河流水质的关键时空耦合尺度.与耕地、水域、草地以及流域整体景观相比,林地和城镇用地的景观格局对河流水质的影响更大;破碎度是影响河流水质最重要的景观格局因子.在河流水质治理中,应重点考虑缓冲区的景观配置,增加缓冲区林地面积、减少林地和水域的斑块密度和减少城镇用地的面积占比和聚集度,以有效保护河流水质.     

南京市城市河道变迁对城市内涝影响研究

在对南京市地理和历史资料和近年来南京城市内涝报道大量收集整理的基础上,以南京市33条城市河流为研究对象,结合实地考察与调研,从城市建设中河流变迁和城市内涝的相关性角度出发,分析南京城市内涝灾害区域特征及其和城市河道变迁的关系,探究南京城市内涝的影响因素,期待相关部门能够注意到城市河道的建设问题,希望能对解决南京内涝灾害有所助益。     

农地城市流转驱动机制的时空尺度效应分析

协调好经济发展和农地保护的矛盾是实现我国社会经济可持续发展战略的重要基础,农地城市流转是这一矛盾的焦点。农地城市流转在不同的规模尺度上具有不同的特征,某个研究尺度上的影响因子可能在其它尺度上并不发生作用。论文从影响农地城市流转的社会经济因素出发,应用1999~2004年省级数据分析了不同时空尺度下农地城市流转的驱动机制。研究表明,影响因子本身及其影响系数随研究尺度发生不同程度的变化。其中,我国农地城市流转驱动机制的时间尺度效应表现为,GDP、固定资产投资和人口增长一直是影响农地城市流转的主要因素,但随着时间的推移,各个影响因素对农地城市流转的推动作用不同;我国农地城市流转驱动机制的空间尺度效应表现为,固定资产投资和GDP对东部省份农地城市流转的影响最明显,产业结构升级和固定资产投资对中部省份农地城市流转的影响最明显,而GDP和总人口对西部省份农地城市流转的影响最明显,各个影响因素对不同区域农地城市流转的推动方向也不同。根据上述的研究结果,文章提出了相应的政策建议。     

中国城市建设用地的动态变化态势与调控

城市建设用地总量及其用地结构动态变化的合理性是衡量一个国家和地区城镇化进程是否健康、城镇化发展质量是否高效的晴雨表。1981—2014年间的35 a来,中国城市建设用地在数量、人均面积和用地扩张弹性系数上均发生了巨大变化,城市建设用地增加了6.44倍,年均净增1 311 km²;人均城市建设用地增加了2.78倍,年均净增2.37 m²;城市建设用地扩张速度明显高于人口增长速度,且呈现出大快大慢的波浪状起伏变化态势。城市建设用地结构总体处在稳定变化的合理区间,东部地区各类城市建设用地总量占全国50%以上,近年呈微降趋势;大中小城市建设用地比例基本保持在50%∶20%∶30%的区间。近35 a来中国城市建设用地扩张存在的主要问题表现为城市建设用地无序蔓延问题严重,人均建设用地居高不下;城市建设用地结构不尽协调,降低了城市用地集约利用效率;城镇化和经济增长过于依赖建设用地,短期难以扭转;新城新区建设过多过大,加剧了城市建设用地的过度扩张。未来中国城市建设用地调控中,要综合防范城市用地无序扩张蔓延,提高土地集约利用水平;优化城市建设用地结构和功能,实现城市精明集约增长;因地因城因类地制订出差别化的建设用地调控措施;进一步科学引导我国新城新区的适度理性建设。     

Artificial lakes as a climate change adaptation strategy in drylands: evaluating the trade-off on non-target ecosystem services

Drylands are very susceptible to the effects of climate change due to water stress. One possible climate change adaptation measure is the construction of lakes to increase water availability for drinking and irrigation (food production) and decrease fire risk. These lakes can also increase local biodiversity and human well-being. However, other non-target services such as carbon (C) storage, water purification, and sediment retention might also change. Our main aim was to evaluate the trade-offs on non-targeted ecosystem services due to lakes construction in drylands. This was done using the Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs (InVEST) modeling tools, comparing a Mediterranean area located in southwest (SW) Europe, with and without artificial lakes. Results showed that the construction of artificial lakes caused an increase of 9.4% in C storage. However, the consequent increase in agricultural area decreased water purification and sediment retention services. This could diminish the life span of the lakes changing the initial beneficial cost-benefit analysis on lakes as adaptation measures to climate change. As a global measure for mitigation and adaptation to climate change strategy, we consider lake construction in drylands to be positive since it can store C in sediments and reduces the vulnerability to water scarcity. However, as a general recommendation and when built to support or increase agriculture in semi-arid landscapes, we consider that lakes should be complemented with additional measures to reduce soil erosion and nutrient leaching such as (i) locate agricultural areas outside the lakes water basin, (ii) afforestation surrounding the lakes, and (iii) adopt the best local agriculture practices to prevent and control soil erosion and nutrient leaching.     

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。     

厦门市土地利用及氮负荷变化研究

高强度的人类活动改变了城市土地利用方式和城市内氮素循环,但城市土地利用变化如何影响城市氮负荷时空变化的研究仍缺乏.本研究以厦门市为例,基于物质平衡的城市氮流动估算方法,分析了2005—2010、2010—2015年两个时间段内厦门市土地利用及氮负荷的时空演变特征及土地利用变化对氮负荷的影响.结果表明:2005—2010、2010—2015年期间城市各土地利用类型中工业、居民区及交通用地面积增加最为显著,占总面积的比例从16.9%增加到30.3%,而林地和其他类型面积的比例从53.78%下降至38.01%.大量农林地转变为工业和交通用地,导致单位面积氮负荷强度分别增加了10倍和25倍.城镇居民用地、交通用地等氮排放强度较高的土地利用类型不断扩张,造成城市中活性氮排放增加了2.1倍.同时,土地利用的空间格局也影响着城市氮负荷的空间变化特征,氮排放热点在空间上逐渐向岛外扩张,且强度也随之增加.     

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。     

干旱区绿洲城镇扩张对耕地空间影响及预测——以河西走廊区域为例

绿洲城镇是干旱地区人类活动最剧烈、人口集聚度最高、“人—地”关系矛盾最为突出的生态环境脆弱区。受全球气候变化影响及西部大开发战略推动,区域城镇与绿洲耕地之间的动态变化及利弊权衡成为当前关注的热点。基于1990—2015年多时相遥感影像数据,以典型绿洲城镇河西走廊为研究区,引入Markov和ANN-CA模型对河西走廊城镇用地与耕地的时空动态转换特征与规律展开探索,揭示了城镇扩张对耕地的影响过程与机制。研究结果表明：（1）河西走廊土地总体以未利用土地和草地为主,城镇用地与耕地仅占区域总面积的0.63%、6.35%,且城镇与耕地面积共同经历了先减少后增加的“V”型变化趋势。（2）1990—2015年河西走廊城镇面积扩张了1.53倍,其中15.67%的城镇扩张用地来自耕地占用,其他主要来源于草地,沙漠和戈壁等未利用土地。另外,区域内5个地市城镇扩张的耕地占用差异较大。（3）结合Markov与ANN-CA模型的模拟和预测结果表明,2015—2030年河西走廊79.77%的城镇扩张用地将来源于周边耕地,且城镇空间扩张方式以外延扩展为主,未来耕地被城镇侵占压力较大。研究结果将为干旱区相似区域空间规划和耕地保护提供决策支持。     

改革开放30年来中国主要城市扩展时空动态变化研究

改革开放30年来,城市化速度明显加快,城市扩展是城市化空间上表现最明显的特征之一。论文选取我国大陆地区直辖市、省和自治区政府所在地及其他50万人口以上共135个城市作为研究对象,利用2007年北京一号小卫星多光谱数据,结合20世纪70年代、80年代和21世纪初的美国陆地卫星数据,采用面向对象分割和人机交互的信息提取方法对城市的主建成区进行动态监测,采用扩展面积、扩展强度、分维数、聚集度等指标分析城市扩展的规模、程度及形态等空间格局的变化,同时根据我国区域发展特点选取7个典型区进行扩展动态分析比较,并且结合社会经济统计数据等,概括分析了中国城市扩展的主要驱动因子。     

快速城市化时期中国城市建成区植被状况的时空分异特征

基于植被变化视角,以中国656 个建制城市的建成区为研究对象,选择1992、2000 和2010 年DMSP/OLS 夜间灯光数据和植被数据,选用城市建成区内归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）的均值反映建成区植被的状况;用建成区内NDVI均值和背景区内NDVI均值的比值（NDVI比值）衡量人为因素对城市建成区植被的影响情况。结果表明：①同一年份,城市规模越大,建成区植被越差;近20 a 来,除小城市植被变差外,其他等级城市植被总体在变好。②同一年份,规模小的城市人为因素产生的不利影响相对较小。近20 a 来,人为因素对特大城市和大城市植被产生的不利影响在减小,而中等城市基本不变,小城市则变大。③同一年份,从湿润半湿润森林带、半干旱草原带到干旱荒漠带的城市建成区内的植被逐渐变差;近20 a 来,干旱荒漠带的建成区植被状况略微变差,其余植被带内建成区植被变好。④同一年份,从湿润半湿润森林带、半干旱草原带到干旱荒漠带人为因素对建成区植被的不利影响逐渐减小;近20 a 来,湿润半湿润森林带内人为因素对建成区植被的不利影响在减小,而其他植被带内,人为因素的不利影响在增加。     

海绵城市的地区分类建设范式

在系统分析我国城市的水文地质和气候条件等自然因素和新旧城区、功能区等社会因素的基础上,分类和总结现有海绵城市试点经验,提出了基于我国地域分类和社会属性分类的海绵城市建设策略和范式,以期为海绵城市建设的推广提供借鉴。