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.

研究快速城市化地区景观格局变化及景观生态效应,有助于加强城市生态环境规划和土地管理.以重庆市主城区为研究对象,借助于ArcGIS 9.3和Fragstats 4.2软件,采用景观扩展指数、景观人工干扰强度模型、景观格局分析相结合的方法,分别从城市扩展模式、人为干扰强度、景观格局梯度等3个方面对1995-2014年研究区城市扩展过程中景观组分变化引起的生态效应进行综合分析.结果表明:2001年之后研究区受地形地貌及交通的影响,占主导优势的边缘扩展模式随时间变化呈减弱趋势,跳跃扩展模式优势却不断增强,而填充扩展模式始终处于同期最低值;1995-2014年,以林地、草地、水域等为主的低、低中强度景观人工干扰区域变化稳中略有增长,但以城乡居民点和工业用地为主高强度景观人工干扰区域却在2007年和2014年呈现出向中、中高强度区域蔓延的态势,旱地、水田空间丧失严重;南-北向和东-西向样带随着距城区中心越远,斑块密度、平均欧式最近邻体距离、Shannon多样性指数值越高,而靠近城区中心区域上述相关景观指数值随时间变化却呈下降趋势;且聚集度指数在时空上的变化却正好与之相反.在南-北向和东-西向样带局部区域景观格局梯度变化存在显著的时空差异,这对城市化过程中景观组分变化引起的生态效应产生深远的影响.

海岸带地区地处海陆交互作用频繁地带,快速城市化作用下该区域陆海生态斑块破碎化问题突出.以“闽三角”城市群(厦门市-漳州市-泉州市)为例,提取生境敏感区、重要生态功能区及自然保护区等生态斑块的空间信息,以陆域的土地利用类型及海域的海洋功能区划构建阻力面,采用最小费用路径法,构建闽三角地区陆海一体化的生态网络,并通过网络闭合度(α指数)、线点率(β指数)和网络连接度(y指数)评价其生态网络完善度.结果表明:(1)模拟构建的陆海一体化生态网络中连接重要生态斑块的廊道和节点主要分布于陆域的林地、草地和海域的保护区、保留区及特殊利用区等自然属性较高的区域,而人类活动密集的建设用地、港口区等则对生态廊道有较强的阻隔作用;(2)陆海交互作用的海岸带是沿海城市发展的重点区域,同时也是连接陆、海生态斑块的关键生态区域,连接陆海的生态廊道承受着城市快速发展带来的较大压力;(3)生态网络完善度评价结果(α=0.86,β=2.56,γ=0.91)表明构建的闽三角生态网络目前整体状态正常,但需关注海岸带快速城市化及其他高强度人类活动胁迫下的网络状态演变和预警.以陆海生态网络为基础,统筹闽三角城市群陆域和海域的整体生态安全布局,为海岸带城市群快速城市化过程中的陆海统筹、生态管理提供了新的思路和支撑.

面对快速城市化进程中城市高密度地区生态空间缺乏、布局支离破碎的问题,从规划层面分析了其问题的症结所在;提出屋顶绿化与城市绿地系统联动互补,是针对城市高密度地区生态环境受损严重以及土地资源紧缺的约束条件下,建构生态空间网络的有效途径;并以厦门本岛为研究区,基于GIS、遥感技术,利用高清遥感数据结合实地调研、问卷调查、部门资料、规划文本建立现状及规划空间数据库;从既有研究梳理、综合效益影响、城市发展诉求分析3个层面总结屋顶绿化实施潜力影响因子,结合规划分区与建筑分类建立实施潜力评估方法;对研究区进行屋顶绿化实施潜力评估,结合城市绿地系统,以“全域空间、重点片区、多维网络”为方法进行研究区生态空间网络规划.结果表明:1)生态结构完善、城市功能优化、公共服务需求、环境改善需求、建筑属性特征、建筑产权归属是屋顶绿化实施潜力评估要素,其包含的城市生态框架、城市功能结构、景观提升需求、建筑改造需求、内涝程度、热岛强度、微气候环境、建筑高度、建筑年代、建筑类型、建筑产权属性是关键性评估因子;2)厦门本岛2016年屋顶绿化率仅有2％,且附属于居住建筑和城中村的屋顶绿化量超过总量的一半,商业、公共、产业建筑作为空间载体进行屋顶绿化有较大发展空间,未绿化的屋顶资源中有81.3％适宜进行屋顶绿化;3)探索高密度城区生态空间网络布局的规划方法是本研究的第一步,下一步通过借助AI、GIS等技术,尝试防控高强度开发与高危集聚引发的城市生态和灾害问题,构建满足复合功能的生态空间网络优化的研究方法.

伴随郊区城市化的快速发展,高强度人工管控对河流生态系统产生持续胁迫作用,河流生态系统健康受到严重威胁甚至损害.以北京房山区河流水系为例,于2016--2017年在区域内的31处样点进行野外调查.选取河流的水环境功能、防洪效益功能、生态效益功能和支持利用功能4方面16个具体评价指标,并通过层次分析法计算权重,构建区县尺度下的河流生态系统健康评价指标体系,并进行健康状况评价.结果表明:房山区河流的防洪效益功能与生态效益功能中“健康与亚健康”状态比例分别为58.0％与41.9％,而水环境功能与和支持利用功能中“较差与差”状态比例为71.0％与41.9％;河流生态系统健康整体水平较差,勉强满足河流生态系统一般需求.同时,房山区境内的拒马河与小清河的河流生态系统健康状态远优于大石河与永定河.河流生态基流是影响河流生态系统健康的关键因素,适当释放库区截留水量与调配区外清洁水体,已成为恢复房山区河流生态系统健康的前提与基础.

罗山自然保护区孑遗生境具有过渡性、稀有性和脆弱性,其生态走向关乎濒危物种的延续与北方干旱荒漠带宁夏段的生态平衡.利用Landsat MSS/TM/ETM+/OLI(1977-2017年)数据、SRTM DEM和罗山周边气象站点(1977-2017年)年均气温和降水数据,对流域内典型人文要素(人口、耕地、居民建设用地面积)和自然生态要素(NDVI)进行了定量化表达及相关性分析.研究发现:流域视角下罗山保护区一些人文、生态、景观地理学指标发生了变化,41年来(1977-2017年)真形(依比例)居民建设用地面积增加了3.09倍;生态移民使局部地区人口增长了34.30倍;土地利用方式发生了根本变化,旱作耕地大部分退耕还林,小部分转移为水浇地;近5a(2013-2017年)罗山自然保护区NDVI最大值、NDVI总和虽有轻微上升趋势,但仍低于历史较好时期.结果 表明:(1)公路、铁路、围栏的建设将狭小的生态保护区分割包围,使景观格局严重破碎化,使动植物栖息环境高度隔离化.(2)红寺堡移民区快速城市化和高强度的农业开发,使流域人-地关系愈加紧张,加重了区域生态风险.

在综合考虑深圳市城市功能区分异特征的基础上,进行全市表层土壤系统采样,全面监测土壤表层8种重金属元素污染状况,分析不同重金属元素含量的统计学特征,探讨不同城市功能区对土壤表层重金属污染的影响,采用内梅罗指数和潜在生态危害指数评估不同重金属元素和不同城市功能区的生态风险水平,分别进行基于两种方法的全市重金属污染生态风险分区.结果 表明:1)深圳市土壤表层的Mn、Ni、Cr和Pb 4种元素受人为活动的影响程度较低,Cd、Zn、Cu和As 4类元素受人为活动影响较大.地表环境约束因素背景下的高强度城市化和工业化过程,是各种重金属污染区域分异和功能区分异的决定性因素.2)深圳市土壤重金属污染风险较高的重金属元素为Cd、Zn、Cu和Pb,特别是Pb污染问题尤为突出,必须加强管控工作.深圳市总体土壤表层重金属污染风险水平高于国内相关城市,需要引起足够重视.3)内梅罗指数法和潜在生态危害指数法的侧重点不同,在单一重金属元素风险判断、不同城市功能区生态风险的总体评价,以及市域土壤重金属污染生态风险分级评价方面结果差异较大,组合使用效果更好.

基于GIS和RS技术,利用最小阻力距离法构建研究区4个时期(1988、2000、2009和2017年)的生态网络,结合重力模型、斑块中心度指数评价网络完善度,探讨海口市海岸带生态网络的演变趋势.结果 显示:(1) 1988-2017年间研究区内生态源地由18个减少为10个,生态廊道数目由43条减少到15条.从空间角度看,核心斑块未发生变化,但四级斑块的大量减少对生态网络产生直接影响;从时间角度看,各斑块间相互作用力呈减弱态势.(2)生态网络踏脚石斑块多分布于园林地和湿地,在整个生态网络中具有重要的连接性作用,同时又具有保护生物多样性的重要生态功能.(3) 1988到2017年生态网络质量显著下降,网络模型趋于单一化.(4)快速城市化及高强度人类活动是网络状态弱化的主要胁迫因素.研究结果对海口市海岸带地区生态网络的构建具有重要的指导意义和实践价值,同时亦可为其他地区生态网络的构建提供借鉴与参考.

作为城市发展的最高空间组织形式,城市群在高速城市化进程中将不可避免的对地区生态环境产生胁迫影响.如何平衡生态环境和城市化发展已经成为了值得关注的问题.以长三角城市群为例,基于Google Earth Engine 云平台,通过整合日间光学遥感和夜间灯光遥感数据对生态环境状况、城市化强度以及二者在发展过程中的耦合协调特征开展了长时间序列的对比分析.结果表明:1)长三角城市群在过去近20年间的遥感生态环境指数(Remote Sensing-based Ecological Index,RSEI)稳定上升,生态环境呈现出好转的态势,但地区间的差异依旧显著;2)综合灯光指数(Comprehensive Nighttime Light Index,CNLI)能够较为准确的刻画城市群的城市化水平,研究期间内长三角城市群形成了"层次分明"、"由东向西"逐步推进的多层次的城市化格局,其中高强度城市化城市集中在上海市及其周边的无锡、苏州和嘉兴,低强度城市化城市则分布在城市群西部;3)基于CNLI 和RSEI指数构建的耦合协调距离模型能够有效的识别出城市群内部城市化与生态环境的耦合协调程度,并根据象限特征将城市群城市划分为良好协调类型、初级协调类型、城市化滞后型和生态环境滞后型城市.

本文将景观指数、梯度分析和移动窗口法相结合,分析了惠州市景观格局的空间分异特征.以中心城区为起点,向外等距设置辐射状梯度带;同时结合研究区的特点,设置了4个不同方向的样带.综合运用景观指数粒度效应分析和土地面积变化评价指数模型,确定适合研究区的分析粒度;考虑到景观格局的各向异性,计算不同方向的半变异函数和相应的块基比,确定不同方向样带的分析幅度;采用移动窗口法分析不同方向样带的景观格局特征.结果表明:(1)50 m的栅格大小为适合研究区景观格局分析的粒度值,4条样带上移动窗口的适宜分析尺度分别为750、850、1350、1150 m;(2)从中心城区到外围区域,可将惠州市依次划分为城市中心区、农业区、城市副中心区、过渡区和生态保育区;(3)高强度城市化地区和远郊区的景观组分类型单一,优势度特征明显,城市边缘区或城乡过渡带的景观异质性增加,破碎化程度高;(4)不同方向的样带能够反映景观格局的方向分异特征,是城市景观梯度分析的有效手段.