市域是自然保护地整合优化的具体实施单元,揭示市域自然保护区的时空格局演变特征和发展趋势对于全面建设中国特色自然保护地体系具有重要的现实意义.基于1975-2020年间隔5 a的10期中国自然保护区名录,通过标准差椭圆、探索性空间数据分析、空间Markov链等方法首次从市域尺度探讨了中国自然保护区的时空动态演变特征和发展趋势,并引入地学信息图谱构建其变化模式.结果表明:①中国市域自然保护区比例呈现先快速增长后逐步稳定的趋势,但整体仍以低值区为主.市域间自然保护区比例差异明显,逐步形成了"西高东低"的空间格局.重心整体表现为"东南-西北-东北"的迁移过程,重心移动距离和速度逐渐缩小.1990年以后,中国市域自然保护区比例始终呈现"东北-西南"向的空间分布格局.②市域自然保护区比例存在显著的空间相关性且相关性总体呈上升之势,但空间集聚水平的变化逐年缩小.局部空间异质性较强,高高和低低集聚区均呈扩张态势.③从变化模式图谱来看,中国市域自然保护区比例等级以"前期变化-低频-逐步提升"(ESC-LQ-T1)的方式进行,主要图谱类型为"空缺区转为低值区".市域自然保护区比例等级类型转移具有稳定性和显著的时空异质性,后期出现了"俱乐部收敛"现象,且邻域背景在其动态变化过程中发挥着重要作用.未来要加强对空缺区和低值区市域单元的自然资源进行摸底评估,将其最有价值的区域纳入自然保护区,同时推广区域联合保护机制,促进自然保护地体系高质量建设.

为科学识别大运河无锡段国土空间管控范围内运河生态脆弱区域,本研究以大运河无锡段为研究区,采用脆弱性域图模型(vulnerability scoping diagram,VSD)建立暴露性、敏感性和适应性3个维度的评价指标体系,对2010-2020年的无锡市域范围生态脆弱性进行时空变化分析.研究发现,已有模型无法高效解析运河管控区内的生态脆弱性梯度化.因此,结合大运河无锡段监控区内24个生态脆弱性指标的主成分分析,揭示大运河管控区内生态脆弱性变化的主要趋势.结果表明:在时间尺度上,2010-2020年,大运河无锡段生态脆弱度极高脆弱区占比减少至18.8％,并发生了大比例的由高脆弱向中等脆弱的转移,低脆弱区占比增加至21.91％,总体脆弱度减少;在空间尺度上,研究区内生态脆弱度主要表现为惠山区的轻微退化,滨湖区的局部退化,梁溪区、锡山区的明显改善和新吴区的基本维持;VSD模型揭示的生态脆弱性显著退化区域大多位于建成区边缘地带,这导致位于城市中心区的大运河无锡段监控区内生态脆弱性变化不显著,未提示显著的生态脆弱性变化区域;监控区内近10年的主要变化趋势均为降低生态系统暴露度,提高维持能力方向.该区域整体处于生态脆弱性维持或改善的趋势中,故市域范围的VSD模型很难直接揭示其内部脆弱性梯度变化;在监控区范围内,存在局部不符合上述脆弱性改善趋势的空间范围,通过组合监控区内5种不利趋势的空间分布,选择了 3种及以上不利趋势对应空间和生态控制区的重叠区域作为亟需保护的滨河生态区的候选范围;结合对滨河生态区的环境分析和卫片判读,指出该区域存在农村区域治理资金相对稀缺,治理资金主要针对工业污染,非管控对象的耕地、果林、林地等斑块显著退化和特定生态服务能力降低3个主要问题,并针对性提出保护措施.

城市化进程带来经济社会快速发展的同时,也造成资源环境耗损和生态系统退化,对区域生态系统长久稳定产生威胁,针对性构建区域生态网络对缓解城市化的负面生态影响,提升区域生态安全水平具有重要意义.通过解析不同情形生态网络构建目标,以及高强度城市化地区生态需求和生态网络构建要点,基于尺度嵌套与复合功能视角,以江苏省江阴市为例,与环太湖地区和无锡市形成尺度嵌套生态网络,统筹考虑热岛效应、雨洪调节及景观游憩服务供给构建复合功能生态网络,形成高强度城市化地区生态网络体系.研究结果表明:(1)在尺度嵌套生态网络方面,江阴市核心生态源地共4 个,保育生态源地共26 个,两类生态源地总面积占比 4.76%,大多分布于江阴市北部和中部;完全位于江阴市范围内的基础生态廊道共 39 条,通过与江阴市外部生态源地形成内外联结的无锡-江阴生态廊道共 11 条,环太湖-江阴生态廊道共 3 条,生态廊道总体分布均匀;(2)在复合功能生态网络方面,江阴市共有 11 个复合功能生态源地,总面积 4755.31hm2,占市域面积的 4.78%,主要分布于北部长江沿线以及中部的定山、花山;兼具复合功能的功能型生态战略点共 88 个;所提取的三类单一生态功能网络要素包括,热缓解生态源地 31 个,热缓解生态廊道 51 条,雨洪调节生态源地 26 个,雨洪调节生态廊道 52 条,游憩资源点 56 个,景观游憩廊道 85 条;(3)依托由尺度嵌套生态网络和复合功能生态网络构成的生态网络体系,建议江阴市采取包含保护建设、管控维护以及联动修复等多方面的生态保护修复措施.研究工作为高强度城市化地区进行差异化生态网络构建提供了思路,可为相关地区开展国土空间生态修复工作借鉴参考.

城市形态引起城市生态空间格局与生态系统服务功能的变化,深刻影响着城市生境质量.以广州市为对象,基于2020年土地覆盖数据和城市基础开放数据,运用InVEST模型评估广州市生境质量,构建多尺度地理加权回归模型,探究城市形态对生境质量的影响.结果表明:(1)广州市的生境质量具有明显的空间差异,高生境质量占市域面积的34.56％,低生境质量占25.48％,外围城区的生境质量较高,主城区的生境质量较低.(2)城市形态对生境质量影响有空间非稳性,建筑覆盖度、夜间灯光强度、建筑斑块紧凑度等在局部尺度上影响广州市的生境质量;而建筑斑块形状指数等指标在全局尺度上影响广州市的生境质量.(3)城市形态对生境质量影响具有空间异质性,生境质量较好的外围城区受城市形态的负影响最强烈,更容易遭受城市扩张的影响;而主城区城市形态稳定,受城市扩张影响较小,与建筑斑块紧凑度呈正相关.(4)城市形态对生境质量影响程度不同,影响程度按大小依次为建筑覆盖度、建筑斑块紧凑度、建筑高度标准差、建筑斑块形状指数、夜间灯光强度、道路密度、人口数量.(5)协调城市发展与生态优先的关系,需要因地制宜完善城市空间形态,在高密度的城市中心区完善绿色基础设施建设,提高城市土地利用率;在外围城区建立生态保护区,降低人口活动强度和城市化扩张的影响.

探索市域尺度与格网尺度下城市化强度与生态韧性之间的作用机制,对提高生态韧性水平、提升城市发展质量、促进城市群可持续发展具有重要意义.以京津冀城市群为研究区,基于2000-2020年土地利用数据、人口密度数据和社会经济数据,尝试构建一套完整的城市化强度与生态韧性指标体系.利用景观安全度模型修正了"规模-密度-形态"生态韧性方法,以市域尺度与格网尺度对比分析为手段,结合耦合协调度模型与Tapio解耦模型,探究二者的时空分异格局及协同演化特征.结果表明:(1)不同尺度下,城市化强度和生态韧性在全局上变化趋势相反且错位关系明显,北京、天津城市化强度高而生态韧性较低;格网尺度下,城市化强度与生态韧性的分布形状存在差异:城市化强度多呈现中心-外围空间分布,生态韧性呈多样化、零散化特征.(2)不同尺度下,城市化强度与生态韧性的耦合协调度逐年增强,北京、天津最高,廊坊、石家庄、衡水、沧州次之,邯郸、邢台相对较低;格网尺度下,局部区域出现特殊现象:北京、天津中部出现初级协调、轻度失调;邯郸、邢台小部分区域达到良好协调.(3)城市化强度与生态韧性的脱钩关系处于良性发展状态,弱脱钩、扩张负脱钩呈上升变化,而强脱钩呈下降变化,表明城市化发展到一定水平,推动生态韧性正向发展,城市化强度与生态韧性达到可持续发展的协调状态.此次研究结果为城市化强度与生态韧性的耦合协调分析提供科学依据.

城市化背景下人类与自然环境的矛盾呈现出多尺度、层级化特征,而传统生态网络的构建方式较少考虑不同尺度下生态要素的关系,无法从区域落实到中心城区,难以形成系统性的解决方案.研究在综合梳理各尺度生态网络构建方法的基础上,以长沙市为例,基于形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA)、景观连通性原理和生态斑块重要性评价识别生态源地,并通过多层级生态阻力面的确定,综合运用最小费用路径(Least-cost path method,LCP)、电路理论、层级传导理论、尺度嵌套等方法对市域、都市区、中心城区的生态网络进行了协同构建和层级优化,最后基于不同尺度生态网络的特点应用并落实到多层级的国土空间规划体系中.研究结果表明:(1)长沙市域生态网络和都市区生态网络具有较好的层级嵌套特征;共识别两尺度生态叠合源地14个、生态叠合廊道15条,主要通过中心城区内的湘江、浏阳河和捞刀河部分河段与外围生态绿圈相衔接,形成"外环内楔"的空间格局.(2)确定市域重要廊道、市域潜在廊道、生态叠合廊道、都市区重要廊道、都市区潜在廊道的核心保护面积共501.14 km2,并提取位于生态廊道核心保护区范围内的生态夹点和生态障碍点,以进一步落实生态保护修复策略.(3)得到具有重要生态连通功能的中心城区生态绿道长度441.2 km,生态修复单元56个,并结合生态阻力值划分为5级进行针对性修复.(4)基于不同尺度生态网络的衔接、嵌套,最终构建"市域总体生态安全格局—都市区城市生态空间发展格局—以城市绿道为基础的中心城区生态修复单元",并与不同层级的国土空间规划体系相对应.研究结果将为以大城市为中心的跨尺度生态系统修复和生态安全格局构建提供科学参考.

多种生态系统服务相互关系及其对景观配置响应的多尺度分析一直是生态系统服务研究的热点问题,对于厘清生态系统服务尺度效应和实现区域分级管理具有重要的意义.以湖北省为研究区域,采用遥感、土地利用类型、水文、气象、土壤等多元数据,从5 km×5 km、10 km×10 km、15 km×15 km、20 km×20 km、25 km×25 km、县域和市域等7个递增尺度分析4种生态系统服务(水源供给、碳固持、粮食生产、水质净化)对景观配置的响应关系.结果表明:(1)4种生态系统服务的空间分布具有较强的异质性,粮食生产服务的高值区与水质净化服务的低值区主要分布于湖北省中部和东部的耕地集中区域,碳固持与水源供给呈现相反的空间特征.(2)生态系统服务权衡关系的作用强度随尺度增加而减弱,而协同关系呈增加趋势;同时服务间相互作用强度的变化大于作用方向的变化.(3)景观配置对生态系统服务的影响程度在县域和市域尺度上大于格网尺度.结果反映了受尺度变化中"削峰填谷"过程的影响,景观配置对生态系统服务影响的大小和正负效应具有尺度差异性.研究结果可为区域生态系统服务分级管理和景观格局调控提供科学参考.

以PSR模型为理论基础构建评价指标体系,并基于模糊神经网络在市域范围内以区县和主体功能区为评价单元对北京市2007、2015年的生态环境质量进行了定量评估.结果表明:1)北京市生态环境质量等级由高到低依次为:远郊区县、近郊区县、中心城区;2)北京市生态涵养发展区与禁止开发区域的生态环境质量等级明显高于其他类型主体功能区;3)2007、2015年北京市北部与西南部地区生态环境质量等级基本保持在Ⅱ的水平,东南部部分地区的生态环境质量等级在逐渐提高,而北京市中部与近郊区县等相当一部分地区的生态环境质量等级在近几年来有降低的趋势.

市域绿色空间是市域尺度内连接城市生态系统与自然生态系统的纽带,是维护市域整体生态系统稳定的基本保障.现阶段以中心城区为核心的城市绿地系统空间规划忽视了城市化过程中自然与城市之间发生的动态变化,忽视了市域绿色空间对城乡人居环境质量的决定作用.构建良好的市域尺度绿色空间体系,能够实现市域层面的生态环境稳定,协调城市化发展与自然资源保护之间的矛盾,对城市可持续发展有着积极意义.以招远市域绿色空间为研究对象,借助形态学空间格局分析(MSPA)方法,利用其研究尺度兼容性强、景观要素生态内涵明确、所得成果便于量化评估等优势特性,首先对招远市域绿色空间中的重要景观要素核心区、桥接区进行识别,并提取具有生态拓补潜力的景观要素孤岛作为未来绿色空间优化潜力节点的空间落点;其次选用可能联通性(PC)、斑块重要度等指数量化景观要素对绿色空间的重要度并进行评价分级;然后将核心区和潜力节点作为生态源,通过不同景观要素对物种流通的阻力构建消费阻力面,以最小路径方法得出场地内的潜力生态廊道;再次,通过通量分析定性不同生态斑块在生态过程中的功能角色,并借助核密度分析对潜力生态网络的发展趋势进行测度;最终以发展趋势较弱区域中对整体生态网络联通具有较高贡献度,并在生态过程中扮演踏脚石的一二级潜力节点斑块作为未来生态发展中的重要关键点进行生态质量提升,得出招远市域绿色空间发展结构,并提出科学的空间优化指引和发展建议.本研究可以为高度破碎化地区的绿色空间构建提供一定的理论依据,对我国城市化发展中其他地区的市域绿色空间构建也具有一定的参考和示范意义.

生境质量是评价区域生态安全的重要指标,掌握其对城镇化发展的时空响应,有利于新型城镇化的深入推行.本研究基于土地利用数据,在综合利用空间分析及生态模型分析基础上,从网格尺度对长春市景观格局、生境质量及其样带进行时空特征分析,并进一步探讨生境质量在城镇化发展过程中的响应状况.结果 表明:长春市景观斑块密度、边缘密度及Shannon多样性指数低值多分布在西部平原地带,聚合度指数高值区则在市域东部及南部呈现片状格局.2000-2015年,长春市生境质量呈退化趋势且空间异质性显著,大致呈现出“东高西低”分布态势,建设用地扩张及交通基础设施建设对区域生境质量退化起到主导作用;不同样带内生境质量变化存在显著差异性,水域整体变化相对较小,而山脉、城市扩张及交通的变化频度及幅度处于较高水平.坡度及高程等自然因素基本塑造了长春市生境质量整体分布格局,而人口密度、国内生产总值、夜间灯光指数等城镇化要素与生境质量总体呈负相关关系.为缓解城镇化带来的生态压力、促进生境质量的回升,本研究提出防止大黑山脉林区滥砍乱伐、以生态手段修复生境退化地区,提升城镇建成区土地利用效率、促进城镇“精明增长”,设定丘陵地带耕地红线、加强生态基础设施建设等差异化发展策略.