基于土地利用格局重建的区域生境质量时空变化分析

区域生境质量决定了区域内生物多样性状况,是生态系统服务功能和生态系统健康程度的重要体现,生境质量变化研究对区域生态安全具有重要的意义,重建区域生境质量空间格局可以还原历史时期的生态环境本底,为揭示区域生态环境质量演变规律提供科学支撑。选取高程、坡度、坡向、GDP、人口、温度、降雨量、河流距离、城市距离和海岸线距离10个土地利用变化驱动因子,构建CA-Markov模型参数,模拟得到历史土地利用空间数据。在此基础上,运用InVEST模型重建泛长三角地区生境质量空间格局,并对计算得到的生境退化度指数和生境质量指数进行等级划分与统计分析。结果表明：① 土地利用模拟精度验证结果显示Kappa系数为0.88,土地利用空间格局重建方法可行,可以在此基础上开展生境质量模拟研究。② 泛长三角地区1975—2010年生境退化度逐期上升,生境退化等级在空间分布上呈圈层递变分布规律。生境质量则表现为逐期下降,高值区主要分布于山区,低值区大部分位于建成区;1975—2010年期间,低值区逐渐向周边高值区域演变,生境高值区域趋于破碎化。③ 1975—2010年生境质量时空变化特征表明：生境质量差等级区域,其生境难以修复,维持原状居多;生境质量较差等级区域易继续恶化,且易发生在建成区周边区域,占比为研究区总面积的6.40%;生境等级为良好和优等的区域,其生境等级易转换为差等和较差等级,使得该区域的生境破碎化,该类型的面积占比为研究区总面积的5.68%。④ 1975—2010年期间,研究区土地利用变化显著,对生境质量造成了巨大的影响;研究区生境质量逐期变差,其生境质量等级位于较差及以下区域面积占比均达到了60%以上,建设用地为生境质量最大的威胁因子。     

长沙都市区生境质量对城市扩张的时空响应

生境质量是评价生态环境的重要指标,掌握其对城市扩张的时空响应规律,有助于提升都市区城乡规划质量和生态管控的合理性。本文在运用InVEST模型对长沙都市区1995-2015年生境质量时空演化的基本特征进行分析的基础上,利用缓冲区由内向外逐层剖析,探讨长沙都市区近20年来城市扩张格局及其对生境质量的影响。结果表明：①长沙都市区建设用地面积从170.26 km²增至487.19 km²;三环线以内建设用地快速扩张,从三环线起向外扩张逐渐放缓;②生境质量中等及以上的区域占比从1995年的43.49%下降到2015年的27.22%,生境质量平均值则相应地从0.46下降到0.31,且退化最明显的区域从核心外围区(5-10号缓冲区)外移到三环线附近(10-15号缓冲区);③各圈层建设用地扩张强度与生境质量变化之间存在显著的空间负相关性,生境质量变化对城市扩张响应最强烈的区域始终位于核心外围区;④建设用地空间布局零散和几何形态不规则程度的增加加剧了生境质量的退化,并在三环线附近区域(10-15号缓冲区)表现最为明显,应成为未来长沙都市区城乡规划和生态管控的重点区域。     

呼和浩特市生境质量对城市用地扩展的时空响应

以呼和浩特市为研究区,采用梯度分析法,结合InVEST模型,在评价研究区近27 a城市用地扩展及生境质量演变的基础上,运用双变量空间自相关剖析生境质量对城市用地扩展的时空响应。结果表明：（1） 研究时段内,城市扩展表现为核心区的低密度扩张及外围区的多点扩散,紧凑度不断下降,城市结构不稳定,扩展模式不尽合理。（2） 生境平均值从0.49下降到0.44,质量等级跌至较差水平。低等级生境主要呈圈层向南部、东南部扩散,与建设用地扩展方向基本一致。（3） 建设用地扩展强度与生境质量变化空间分布呈负相关关系,核心外围区的建设用地扩展始终为变化最强烈的地带,生境质量退化也最为剧烈。（4） 斑块密度不断上升,特别是建设用地斑块的增加使得城市景观格局愈发破碎。     

基于PLUS和InVEST模型的渭河流域土地利用与生境质量时空变化及预测

生境质量是关系人类福祉和实现可持续发展的重要基础,对区域生态保护和土地资源可持续利用具有重大意义。以渭河流域为研究对象,基于2000、2010年和2020年的土地利用数据,应用斑块生成土地利用变化模拟（Patch-generating land use simulation,PLUS）模型、生态系统服务和权衡的综合评估（Integrated valuation of ecosystem services and trade-offs,InVEST）模型预测并评价了土地利用与生境质量时空变化特征。结果表明：（1） 2000—2020年渭河流域建设用地和草地面积逐年增加,林地面积略微增长,耕地面积持续减少;2020—2050年土地利用变化趋势同2000—2020年基本一致但剧烈程度显著下降,建设用地扩张趋势减缓,耕地减少幅度下降,草地面积占比超过耕地跃居流域第一。（2） 2000—2020年流域内生境质量两极分化趋势明显,低生境质量和高生境质量区域面积有所增加,中等生境质量的面积减少,整体生境质量水平呈上升趋势;2020—2050年生境质量水平继续保持逐年上升趋势但增幅放缓,生境质量变化强度下降,低生境质量区域面积逐渐减少,中等生境质量面积保持稳定,高生境质量面积有所增长。研究结果可为渭河流域土地资源可持续利用和高质量发展提供相应科学依据和决策参考。     

基于生境质量的城市增长边界研究——以长三角地区为例

基于“生态优先”理念,提出一种利用生境质量评估策略的城市增长边界划定方法。结合ArcGIS和InVEST模型,通过综合评估生境自身及其在威胁情境下的质量,模拟各市独立规划、建设用地指标再分配及区域一体化发展的三类建设用地扩张情景,分别划定2024和2034年的长三角地区城市增长边界。结果表明：研究区生境质量总体呈南高北低格局,平均生态系统服务价值密度为10 770.604元/（hm²·a）,高质生境位于西南地区;根据指标再分配及一体化发展情景模拟的2024年研究区建设用地总量分别为10 583.273 km2和10 489.090 km2,2034年达到13 603.535 km2和13 252.370 km2;模拟的建设用地集中在东部沿海地区,并向北部及环杭州湾区域拓展;建设用地指标再分配能从整体上减少建设用地对优质生境的占用,区域一体化发展则能进一步降低城市发展造成的生态压力。     

资源型城市生境质量空间分异格局及其影响机理研究——以唐山市为例（英文）

退化的生态环境一直是全球资源型城市可持续发展的挑战。尽管此问题已经引起了学界的广泛关注,但从自然与人为因素相互作用的角度探讨资源型城市生境质量的空间分异格局及其影响机理的研究较少。本文以唐山市为例,基于综合生态系统服务价值和InVEST-HQ模型对生境质量进行评估,利用空间自相关识别唐山市生境质量的空间分异特征,并借助地理探测器模型和空间生产理论探讨唐山市生境质量空间分布差异的影响因素及其影响机理。结果表明:(1)2019年唐山市生境质量总值为3.45×10~(10)元,每公顷生境质量价值为24435.05元。唐山市生境质量值呈现出"南北偏热,中西偏冷"的分布格局。(2)县域尺度上迁西县生境质量最优,路北区生境质量最差;乡镇单元上上营乡生境质量均值最高,开平街道最低。(3)自然环境条件是影响唐山市生境质量空间分异的重要基础因素。城市化和工业化因素是唐山市生境质量空间分异的重要外在动力。平均海拔、平均坡度、原材料业密度和人口密度对生境质量空间分异的贡献均大于0.40。任意两因子对生境质量的交互作用均为增强。人口聚集、工业资源丰富、交通便利的区域成为生境质量低值区,景观格局优美、降雨充沛、气候舒适的区域成为生境质量高值区。空间生产理论可以用来解释生境质量空间分异的形成机理。     

基于InVEST模型的1980–2100年长江中下游地区动植物生境质量时空变化研究

20世纪80年代以来,人类活动加速了长江流域的土地利用变化,这对当地动植物的生境质量造成了影响,在中国生态文明建设和长江经济带发展战略不断推进的大背景下,对长江中下游地区的生境质量变化开展长时间多时段的研究具有重要的现实意义。本研究以长江中下游地区7省的土地利用覆盖数据(1980–2018年)与未来土地利用模型模拟出未来四种情景(A1B,A2,B1,B2)下的土地利用覆盖数据(2050年,2100年)为基础,借助环境服务与权衡综合评估(In VEST)模型评估了长江中下游地区的生境质量时空变化。结果表明:(1)2000–2015年,研究区的坡度(R=0.502,P <0.01)和海拔(R=0.003,P <0.05)、人口密度(R=0.299,P <0.01)、NDVI(R=0.366,P <0.01)与生境质量显著相关;(2)从1980年到2018年,研究区总面积61.93%的土地生境质量下降,38.07%的土地生境质量上升;在A2情景(人口密度大,环境技术投入少,传统能源成本高)和B2情景(中等人口密度,中等绿色技术,区域政府间缺乏合作)下,研究区的生境质量将下降;(3)长江下游的生境质量恶化程度高于中游,研究区北部的生境质量恶化程度低于南部。整体上,积极的环境保护政策是有效的,但并未根本上遏制生境质量的整体退化趋势。区域发展应加大环境保护力度,控制人口增长,鼓励绿色技术创新,在处理生态问题时,要注重省际合作。本研究可为区域野生动植物保护规划和国际上的类似流域研究提供科学参考。     

渭河流域生境质量时空演变及其地形梯度效应与影响因素

生境质量是关乎人类福祉和区域可持续发展的重要基础,对保护生物多样性、提升生态系统服务功能以及构建区域生态安全格局具有重要意义。基于2000—2020年3期土地利用数据,综合应用InVEST模型、地形位指数、地理探测器及空间统计分析等方法,对渭河流域生境质量空间分布特征及其地形梯度效应与影响因素进行综合分析。结果表明：（1）2000—2020年渭河流域生境质量指数呈逐年增加态势,由0.607增长至0.624,增长幅度为2.463%,空间上呈现出两极化分布格局,低等和高等生境质量面积持续增加,而中等和良好生境质量面积有所下降。（2）渭河流域生境质量空间分布受地形因素影响较大,具有显著的地形梯度效应,低等生境质量在低地形梯度上分布广泛,分布指数最高,而高等生境质量在高地形梯度上占据主导优势。（3）土地利用类型是渭河流域生境质量空间分异的主要影响因素,且任意2个因子对生境质量空间分异的交互作用均大于单个驱动因子的作用,土地利用类型与降雨量、气温、海拔、归一化植被指数的交互决定力均大于0.6。研究结果可为渭河流域可持续发展以及生态保护与高质量发展提供科学的理论支撑与决策支持。     

基于InVEST模型的1980–2100年长江中下游地区动植物生境质量时空变化研究（英文）

20世纪80年代以来,人类活动加速了长江流域的土地利用变化,这对当地动植物的生境质量造成了影响,在中国生态文明建设和长江经济带发展战略不断推进的大背景下,对长江中下游地区的生境质量变化开展长时间多时段的研究具有重要的现实意义。本研究以长江中下游地区7省的土地利用覆盖数据(1980–2018年)与未来土地利用模型模拟出未来四种情景(A1B,A2,B1,B2)下的土地利用覆盖数据(2050年,2100年)为基础,借助环境服务与权衡综合评估(In VEST)模型评估了长江中下游地区的生境质量时空变化。结果表明:(1)2000–2015年,研究区的坡度(R=0.502,P 0.01)和海拔(R=0.003,P 0.05)、人口密度(R=0.299,P 0.01)、NDVI(R=0.366,P 0.01)与生境质量显著相关;(2)从1980年到2018年,研究区总面积61.93%的土地生境质量下降,38.07%的土地生境质量上升;在A2情景(人口密度大,环境技术投入少,传统能源成本高)和B2情景(中等人口密度,中等绿色技术,区域政府间缺乏合作)下,研究区的生境质量将下降;(3)长江下游的生境质量恶化程度高于中游,研究区北部的生境质量恶化程度低于南部。整体上,积极的环境保护政策是有效的,但并未根本上遏制生境质量的整体退化趋势。区域发展应加大环境保护力度,控制人口增长,鼓励绿色技术创新,在处理生态问题时,要注重省际合作。本研究可为区域野生动植物保护规划和国际上的类似流域研究提供科学参考。     

太行山淇河流域土地利用变化对生境的影响

山地作为陆地表面的特殊地域单元,地形起伏较大,生态系统较为脆弱,对全球变化信号有放大作用。因此,研究山地土地利用变化对生境质量的影响,对于权衡区域生态保护与发展及土地资源的可持续利用具有重要意义。本文基于InVEST模型,结合土地利用数据,并从地形起伏度视角,对太行山淇河流域2000-2015年生境质量进行研究。结果表明：①2000-2015年期间,淇河流域土地利用变化表现为耕地、林地面积逐渐减少,草地、建设用地面积逐渐增加。②流域整体生境质量较好,平均生境质量指数均超过0.7,且2015年有明显提升。③淇河流域的生境质量变化受地类变化影响较大。耕地、草地、建设用地由于受到过人为干扰的影响,其生境出现不同程度的退化;采伐、毁林开荒等行为导致林地的生境也开始缓慢退化,但由于林地的植被覆盖度较高,抗干扰能力较强,加上逐渐开始对其进行恢复,生境质量水平依然较高。④该流域生境质量在地形起伏度上的分布特征表现为平坦区和微起伏区以一般等级生境质量为主,小起伏区和中起伏区则以高度重要和极重要等级生境质量为主。     

Impact of Land Use Changes on Habitat Quality in Altay Region

Altay region is located in the northern part of Xinjiang, and has complex and diverse internal geomorphic types, undulating terrain and a fragile ecosystem. Studying the impact of land use changes on habitat quality is of great significance to regional ecological protection and development, rational planning and utilization, and ensuring the sustainable development of the ecological environment. Based on the InVEST model, combined with land use panel data and topographic relief data of the Altay region, this paper studied the habitat quality from 1995 to 2018. The results show that cultivated land, water area and construction land increased gradually from 1995 to 2018, while grassland and unused land decreased. Forestland remained stable in the first five periods, but increased significantly in 2018. During 1995-2018, all land use types were transferred, mainly between cultivated land, forestland, grassland and unused land in the flat and slightly undulating areas. Poor habitat quality was dominant during 1995-2018. Habitat quality decreased significantly in 2015, which was related to the rapid expansion of cultivated and construction land as threat sources, as well as the decrease of forest and grassland as sensitive factors. However, habitat quality improved significantly in 2018, because a large amount of cultivated land and unused land were converted into forest land and grassland with high habitat suitability. Land use type has an important influence on habitat quality. The distribution characteristics of habitat quality for topographic relief types from good to bad were: large undulating area>medium undulating area>small undulating area>flat area>slightly undulating area. The findings of this study are of great significance for coordinating social, economic, and ecological development in this region and in similar areas.     

Land use and land cover change in Greater Dhaka, Bangladesh: Using remote sensing to promote sustainable urbanization

This study evaluates land use/cover changes and urban expansion in Greater Dhaka, Bangladesh, between 1975 and 2003 using satellite images and socio-economic data. Spatial and temporal dynamics of land use/cover changes were quantified using three Landsat images, a supervised classification algorithm and the post-classification change detection technique in GIS. Accuracy of the Landsat-derived land use/cover maps ranged from 85 to 90%. The analysis revealed that substantial growth of built-up areas in Greater Dhaka over the study period resulted significant decrease in the area of water bodies, cultivated land, vegetation and wetlands. Urban land expansion has been largely driven by elevation, population growth and economic development. Rapid urban expansion through infilling of low-lying areas and clearing of vegetation resulted in a wide range of environmental impacts, including habitat quality. As reliable and current data are lacking for Bangladesh, the land use maps produced in this study will contribute to both the development of sustainable urban land use planning decisions and also for forecasting possible future changes in growth patterns.     

1980—2020年粤港澳大湾区城镇用地空间格局类型演变及其驱动力多维探测

深入研究1978年改革开放以来粤港澳大湾区城镇用地空间格局类型,探索土地城镇化多维和交互驱动机制,对推进粤港澳大湾区建设,打造世界级城市群具有重要意义。本文基于模糊聚类,从规模、形态和分布3个维度划分和定义粤港澳大湾区城镇用地空间格局类型,利用地理探测器测度城镇用地空间格局多维变化驱动力及其交互作用。结果表明：① 粤港澳大湾区城镇用地空间格局类型包括分形/复杂大面积型、分形小面积型、复杂小面积型、简单小面积型和散布型5种类型,城镇用地规模和形状复杂性具有一定的正相关性,2010年后用地规模趋于稳定,形态的规则性和紧凑性得到优化,分布集中。② 人口、GDP、地方财政收入、固定资产投资额和路网密度等社会经济因素对城镇用地面积和形态变化影响显著,核心城市对城市群发展的牵引作用在2000年后得以显现。2010—2020年各影响因子对城镇用地面积、分布和类型变化的作用差异有所减弱,但社会经济因素对形状特征的影响力上升。③ 城镇用地面积特征变化的影响力交互作用最为多样,表现有非线性增强、协同增强、单因子减弱和非线性减弱4种类型;对形状、分布和空间格局类型变化的影响力交互作用主要表现为协同增强和非线性增强。核心城市牵引力、路网密度、河网密度与多数因子交互产生“1+1>2”的效果,反映出城市群核心区位、交通优势对城镇用地扩展的强烈推动作用。     

基于“三生空间”的土地利用转型与生态环境效应——以长江三角洲核心区为例

以长江三角洲核心区为例,利用1990、2000、2010年3期遥感影像解译获取土地利用变化数据,按照“生产-生态-生活”土地利用主导功能分类,通过土地利用转移矩阵、生态环境质量指数、土地利用转型的生态贡献率等方法,定量分析长江三角洲地区土地利用转型、时空格局特征与生态环境效应。结果表明：① 1990~2010年,长三角地区基于“三生用地”的土地利用转型表现为生产用地减少,生态用地稳定,及生活用地快速增加。② 长三角地区生态环境质量指数从1990年的0.470持续降至2010年的0.444,整体质量有所恶化,较高质量区和高质量区面积与比重保持稳定。③ 1990~2010年,长三角地区同时存在生态改善和恶化的两种趋势,生态环境改善小于环境恶化的趋势。城镇和农村生活用地、工矿生产用地对农业生产用地的挤占则是导致生态环境质量恶化的重要原因。     

河西走廊景观类型变化的社会经济驱动力研究

利用1995和2000年两个时期的Landsat5的4、3、2(RGB)波段合成影像解译结果, 采用中国科学院资源环境数据库中的全国1∶10万土地资源利用分类系统, 对河西走廊近5年来景观动态变化的驱动力进行了研究。为判断出区域景观类型变化趋势, 研究从区域背景变化格局分析入手, 对区域内部变化斑块的几何特征、变化数目及与GDP的对应关系进行统计分析, 得出河西走廊景观变化和社会经济发展具有较高的时空相关性, 进而用典型相关分析方法来推导了斑块变化的内在社会经济驱动力。结果表明: ①引起耕地斑块转出的因子是农牧投入-产出的增加, 水域斑块转出直接与渔业产值有关, 未利用地斑块转出与农业机械的使用和播种面积增加相关, 林地斑块转出的因子是农业产量和工业产值的变化, 城建斑块转出与农民收入低、城市化水平有关; 城镇用地斑块转入是工业产值增加的结果, 草地、林地斑块转入的因子是农业投入的增加, 耕地斑块转入与农民收入增加有关, 水域斑块转入直接因子是渔业产值增加。②结合驱动力类型分析, 耕地面积变化主要是最优经济福利及粮食安全驱动作用下的结果; 草地、林地被开垦, 耕地增加主要是生存型经济福利驱动的结果, 最优经济福利驱动有时也起到一定的作用; 城镇用地增加主要是最优经济福利驱动的结果; 在生态环境脆弱及其     

21世纪初期南京城市用地类型与用地强度演变关系

城市三维空间扩展已成为21世纪初期中国城市空间扩展的重要特征。利用南京市2000年和2012年两期三维城市数字重建成果,将地类变化转移矩阵的应用方法进行拓展,研究城市建成区用地类型变化引致的用地强度的演变。主要结论为：① 21世纪以来南京建成区处于高速扩张之中,12年间工业用地增长幅度最大,其增加的来源主要是农用地,其次为住宅用地,农用地和水域面积减少较为明显;② 在城市内部5种主要地类的转化过程中,除住宅用地转为其他建设用地的类型容积率有所降低外,其余转换类型容积率均有明显增长,城市内部用地类型未发生变化的地块,容积率也处在不断的提高中;③ 在城市扩展区各地类的容积率保持在较好的水平,新增住宅、教育和其他建设用地的容积率超过了老城区相应地类的容积率,新建工业用地容积率与老工业用地容积率持平,新建商业用地容积率是老商业用地容积率的65.67%。