1 作者简介

张宇硕，女，1985年生，山西神池人。北京师范大学人文地理学博士，山西财经大学文化旅游学院教师、硕士生导师，主讲旅游地理学与旅游地理信息系统课程。主要研究方向为区域土地利用变化及其生态影响、生态系统服务与人类活动、公共生态空间与居民福祉等。先后参与有关土地利用变化、生态文明建设等多项研究课题。在《总体环境科学》（Science of the Total Environment）、《可持续》（Sustainability）以及《自然资源学报》《地理科学进展》《经济地理》等期刊发表学术论文20余篇。

2 图书目录

总序

前言

1  绪论

1.1  研究背景△1.1.1  人类活动促使土地利用/覆盖发生了剧烈变化/1.1.2  土地利用/覆盖变化改变着生态系统服务的供给能力/1.1.3  生态系统服务与区域可持续发展和人类福祉密切相关/1.1.4  京津冀协同发展对生态系统监测与管理提出要求

1.2  研究意义△1.2.1  理论意义/1.2.2  实践意义

1.3  国内外相关研究进展△1.3.1  尺度的基本概念/1.3.2  土地利用/覆盖监测与时空变化/1.3.3  生态系统服务评估与时空变化/1.3.4  考虑空间尺度的土地利用/覆盖变化对生态系统服务的影响

1.4  研究框架、研究内容及技术路线△1.4.1  研究框架/1.4.2  研究内容/1.4.3  技术路线

2  研究区、数据来源及研究方法

2.1  研究区概况

2.2  数据来源与处理△2.2.1  基础数据库/2.2.2  派生数据库

2.3  研究方法△2.3.1  土地利用/覆盖统计与分析/2.3.2  生态系统服务评估与分析

3  京津冀城市群土地利用/覆盖格局及其时空变化

3.1  土地利用/覆盖空间分布格局

3.2  土地利用/覆盖时空变化特征△3.2.1  总体变化幅度/3.2.2  区域变化特征/3.2.3  空间变化分异

3.3  土地利用/覆盖类型转换特征

3.4  本章小结

4  京津冀城市群生态系统服务格局及其时空变化

4.1  生态系统服务空间分布格局

4.2  生态系统服务时空变化特征△4.2.1  时间变化特征/4.2.2  区域变化特征/4.2.3  空间变化分异

4.3  生态系统服务供给多样性与综合性的空间分异特征△4.3.1  生态系统服务多样性供给的空间分异/4.3.2  生态系统服务综合性供给的空间分异

4.4  生态系统服务的空间权衡关系△4.4.1  市域尺度的权衡关系/4.4.2  县域尺度的权衡关系/4.4.3  格网尺度的权衡关系

4.5  本章小结

5  县域尺度土地利用/覆盖变化对生态系统服务的影响

5.1  指标体系构建

5.2  回归模型筛选△5.2.1  模型假设/5.2.2  模型检验/5.2.3  模型建立

5.3  影响因素测度及其变化分析△5.3.1  影响因素的多元回归分析/5.3.2  影响因素的时间变化特征

5.4  本章小结

6  格网尺度土地利用/覆盖变化对生态系统服务的影响

6.1  生态系统服务空间分异的影响因素

6.2  生态系统服务空间分异的主导影响因素

6.3  生态系统服务空间分异的交互影响因素

6.4  本章小结

7  生态系统服务保持与恢复政策建议

7.1  加强土地开发强度的控制，调整建设用地扩张速度

7.2  维护区域生态系统服务主导功能，促进社会-经济-生态协同发展

7.3  缓解生态系统服务权衡，促进生态系统服务协同

7.4  推进生态文明制度建设，建立健全生态保护法律法规

7.5  本章小结

8  总结与展望

8.1  主要结论

8.2  创新和不足△8.2.1  探索性尝试/8.2.2  存在的不足

8.3  未来研究展望△8.3.1  构建多尺度关联和多主体参与的理论框架/8.3.2  丰富和完善对水体和湿地生态系统所提供服务的评估/8.3.3  深入阐释土地利用/覆盖变化对生态系统服务影响的尺度效应/8.3.4  合理完善土地利用/覆盖变化对生态系统服务影响的尺度分析方法/8.3.5  预测和分析未来不同情景下生态系统服务的时空变化

3 相关文摘

总序

任何事物的发展都是在时空中展开的，当这个事物的体量很大时，其内部的分异就不容忽视。中国经济社会系统就是这样的事物，中国的很多城市、区域也是这样的事物，而且还都处在快速分异、分化之中。所以，在中国，以研究空间结构为主的学科—地理学，在当前是最具生命力的学科，全世界还没有哪一个国家的地理学研究人员数量和高校招生规模可与中国媲美。

以北京师范大学为例，从改革开放初期的一个地理系，发展到目前的“三宫六院点点红”（地理学院、环境学院、自然资源学院、水科学研究院、减灾与应急管理研究院等），现有全职教师300多名，在岗教授100多名，每年招收博士生数以百计。当然，中国在这方面的研究水平还不高，与美国、德国、日本等发达国家相比还有很大差距，但凭借着人多势众的研究队伍和广泛的社会需要，中国的空间结构研究必将在不远的将来站在世界的前沿，甚至引领世界发展。

空间结构是指在一定地域范围内不同要素的相对区位关系和分布形式，它是在地球表层系统长期发展过程中人类活动和区位选择的积累结果与空间表现形式，反映了人类活动的区位特点以及在地域空间中的相互关系。这些成果重在研究城乡之间、区域之间的统筹协调发展问题。按照正常的思维习惯，即先从宏观整体出发，然后逐渐深入到微观具体层面，因此本套丛书我们将视角放在城市和区域内部，以一线城市、部分二线城市和发达地区为主要研究对象，利用城市地理学、区域经济学等最新理论和地理信息系统（Geographic Information System，GIS）等现代手段，探索快速发展的城市和区域空间演变规律，旨在为正处在全面城镇化的国家决策和转型与跨越发展的区域决策提供支撑。

中国的空间结构研究从2005年开始进入爆发式发展时期。在中国知网上，以“区域空间结构”为主题进行检索，2000年可检索到文献7篇，2005年可检索到41篇，2010年可检索到86篇，2012年可检索到176篇；以“城市空间结构”为主题进行检索，2000年可检索到文献18篇，2005年可检索到203篇，2010年可检索到437篇，2012年可检索到568篇！由此可见，空间结构研究契合了国内研究的热潮。我们将广泛吸收国内外同仁加盟，总结、探索推出具有中国特色的城市与区域空间结构研究系列成果，以推动中国城市与区域的可持续发展。

高瞻远瞩遥感者，博大精深地理人。科学发展纵横论，强邦富民要躬行。地理学以其独特的空间思维迎合了大国崛起的现实需要，成为当前最具价值的战略学科之一。我们在为地理学迅速成长欢欣鼓舞的同时，也深感责任重于泰山。是为序，并与国内外同仁共勉。

本丛书的出版得益于东南大学出版社的支持，尤其是徐步政、孙惠玉两位编辑的帮助。在当今人们都热衷于追求经济利益的大背景下，他们却对学术著作出版热心扶持，其高尚之情怀令人感动。特借丛书出版之际，向东南大学出版社表示敬意和谢意！

吴殿廷

前言

随着全球范围的人口增加、经济增长和城市发展，人类活动引发了土地利用/覆盖的剧烈变化，对生态系统服务的提供能力产生严重影响。作为全球可持续发展研究的重要科学问题之一，生态系统服务已成为国际地理学、生态学及相关学科研究的前沿和热点，对生态环境保护具有重要的决策指导价值。如何有效地应对在人类活动驱动下土地利用/覆盖变化对区域生态系统服务的影响，促进区域可持续发展，是地理学研究的一个重要论题。党的十八大报告将生态文明建设作为“五位一体”之一，党的十九大报告进一步强调“绿水青山就是金山银山”的重要生态保护理念，“山水林田湖草是生命共同体”已成为重要的生态建设思想。因此，如何提出科学的理论与方法提升和优化生态系统服务，进而缓解生态系统服务有效供给对社会经济发展的限制，已成为京津冀一体化发展面临的重要问题，对实现“金山银山”与“绿水青山”的双赢战略至关重要。

地理学对土地利用格局、过程及驱动机制已有深入研究，生态系统服务评估是涉及生态学和地理学等多学科交叉的重要研究内容。多尺度分析有利于将不同尺度上土地利用/覆盖与生态系统服务的关系联系起来，深入揭示土地利用/覆盖变化对生态系统服务的影响。京津冀地区快速的人口增加、城市化和产业调整对土地利用/覆盖产生显著影响，引发了一系列生态、环境、资源等方面的问题，经济增长与生态保护之间的矛盾不断激化。因此，基于土地利用/覆盖变化对生态系统服务变化及其影响因素进行定量分析，有助于科学理解京津冀地区土地利用/覆盖与生态系统服务之间的关系，促进区域生态系统服务的提升，对京津冀生态文明建设和协同发展具有重要意义。

利用首套全球30 m空间分辨率的地表覆盖数据（GlobeLand30）对京津冀地区的土地利用/覆盖数据进行提取，采用多层次空间统计的方法对京津冀全区、三省市（北京、天津、河北）、地级市、区县及1 km×1 km格网单元的土地利用/覆盖数据进行多层次空间统计，对土地利用/覆盖格局与时空变化进行多尺度分析。研究发现，2000—2010年，京津冀地区土地利用/覆盖变化表现出明显的时空差异。耕地减少和建设用地增加是京津冀地区突出的土地利用/覆盖变化特征，耕地减少区域与城市扩张区域在空间分布上呈现明显的空间重叠现象。通过地类转换矩阵可知，耕地向建设用地转化是京津冀地区耕地减少和建设用地增加的直接原因。建设用地扩张规模最大的区域连片分布于“京津唐”地区，沿北京—保定—石家庄、北京—天津、唐山—天津—沧州形成三条点轴式分布的建设用地扩张带。

利用遥感、地形、气象、土壤等数据建立生态系统服务评估数据库，参考千年生态系统评估技术路线，根据京津冀地区的自然地理条件、社会经济发展和生态环境问题现状，选取净生产力、粮食生产、水源涵养、土壤保持作为生态系统服务评估指标。基于模型结果准确性、操作可行性及应用广泛性等原则，选取估算模型对四类生态系统服务进行估算和分析。通过对京津冀全区尺度生态系统服务平均值的统计发现，10年间粮食生产呈上升趋势，净生产力、水源涵养和土壤保持均呈下降态势。不同尺度上生态系统服务变化呈现显著的区域差异。粮食生产服务在天津南部、沧州、衡水东部区县形成一个高增长区，水源涵养服务上升区零散分布于北京的密云县、张家口的张北县等，土壤保持服务在京津冀西南部的石家庄、邢台、邯郸的西部区县形成一个明显的下降区。

基于生态系统服务估算结果，采用空间叠加和聚类分析法分别对区县单元生态系统服务供给的多样性和综合性进行时空差异分析。研究发现，京津冀地区尚无区县在净生产力、粮食生产、水源涵养和土壤保持四类服务上均具备高于全区平均水平的能力。2000年，提供三类生态系统服务能力的区域（“3”类区域）主要呈条带状分布于燕山和太行山区域，各类生态系统服务供给能力均较低的区域（“0”类区域）连片分布于北京、天津、沧州。2000—2010年，“3”类区域呈显著扩张趋势，连片分布于京津冀北部地区。“0”类区域呈缩减趋势，集中分布于“京津唐”地区。根据区县单元生态系统服务的聚类分析，结合聚类后各类区域中生态系统服务的平均值，按照生态系统服务供给水平的高低将京津冀地区划分为人口集聚区、粮食生产区、水源涵养区和土壤保持区。

基于生态系统服务标准化数据，采用相关分析法分别对地级市、区县、1 km×1 km格网尺度的生态系统服务权衡关系进行统计分析。研究发现，2000年和2010年，上述三个尺度上的净生产力与水源涵养保持协同关系，粮食生产服务与水源涵养服务、土壤保持服务则呈现权衡关系，水源涵养服务与土壤保持服务之间呈现协同关系。京津冀生态系统服务权衡/协同关系具有一定的尺度效应，如粮食生产服务和水源涵养服务在地级市尺度上不具有明显的权衡或协同关系，但在区县尺度和1 km×1 km格网尺度上则呈现出权衡关系。2000—2010年，耕地的粮食生产服务呈增加态势，土壤保持服务有所下降。林地、草地和灌丛地的水源涵养服务与土壤保持服务变化微弱，净初级生产力在耕地、林地、草地和灌丛地方面均表现为下降趋势。

基于土地利用/覆盖数据和社会经济统计数据，构建由土地利用/覆盖因素、社会因素、经济因素所组成的综合指标体系，采用因子分析和回归分析相结合的方法对生态系统服务的影响因素进行定量分析和探讨。研究发现，对粮食生产服务、水源涵养服务、土壤保持服务影响最大的均为土地利用/覆盖因子，对净生产力影响最大的是经济和人口因子。耕地对粮食生产具有正向影响，对水源涵养和土壤保持均产生负向影响。与此相反，林地、草地和灌丛地对水源涵养和土壤保持具有正向影响，对粮食生产则产生负向影响。对比不同土地类型对生态系统服务的影响程度，对粮食生产、水源涵养服务、土壤保持影响程度最大的均为耕地，对净生产力影响程度最大的是草地和林地。10年间土地利用/覆盖因子对生态系统服务的影响程度呈上升趋势，其中耕地、林地和草地对净生产力与土壤保持的影响程度均明显增强。经济和人口因子对生态系统服务的影响程度亦呈上升趋势，人口密度、城镇化水平、地均第一产业增加值对净生产力、粮食生产和土壤保持服务的影响程度均明显增强。

选择“土地利用变化与生态系统服务关系”作为研究方向得到了北京师范大学985专项项目“京津冀生态文明建设的总体战略策略”（项目编号：2015KJJCB29）的支持。选择该研究方向主要是基于对京津冀城市群社会经济发展与生态环境保护之间现实矛盾的思考，通过土地利用将社会经济活动与生态系统服务连接起来，探讨人文因素和自然因素对生态系统服务的交互影响，尝试将人文地理学对社会、经济、文化等因素的研究优势融入土地利用变化对生态系统服务影响的尺度效应研究中，探索人文地理学与自然地理学、生态学的学科交叉优势在土地利用变化与生态系统服务研究领域的重要作用。由于书中的一些内容具有一定的探索性，故难免有不妥甚至谬误之处，祈望读者不吝珠玉、慷慨赐教。

张宇硕

2020年春于山西财经大学