超大城市是全球经济、文化以及高科技产业发展的承载体和重要纽带，其形态结构特征和人口聚集效应是城市化影响的典型表现，然而当前对于全球超大城市形态特征及扩张模式的研究相对不足。基于2000—2020年全球城市土地利用/覆盖变化数据（GULUC-30），利用城市扩张强度差异指数分析了超大城市用地的时空变化规律；而后运用面积—半径标度分析模型研究了超大城市的分形特征及扩张模式，最后基于城市用地面积和城市人口之间的线性关系评价城市用地效率。结果发现：① 2000—2020年东南亚和东亚的中国超大城市用地扩张最剧烈，城市用地面积分别扩张了3148.32 km2和5996.26 km2，城市扩张强度差异指数平均值大于3；② 2000—2020年超大城市的形态特征和扩张模式向着更加集约和紧凑的方向发展，径向维数平均值由1.54增加至1.56，分维差呈逐年减少趋势，城市内部结构一体化特征显著；③ 北美和欧洲的超大城市用地效率低，2020年城市用地面积与城市人口比值系数范围为0.89~4.11；南亚和非洲城市用地效率高，比值范围为0.23~0.87。超大城市空间扩张格局和形态变化的认识对于城市用地的集约利用和可持续发展具有重要参考价值。严格控制超大城市扩张规模，促进城市用地的均衡发展是建设韧性城市和实现城市地区可持续发展的必要条件。
科学调适耕地细碎现象使其益于耕地可持续集约利用且与环境背景相适应是细碎化治理研究及实践长期努力的目标。从耕地细碎化与耕地可持续集约利用的理论内涵出发，剖析细碎化影响耕地可持续集约利用的理论机理，构建面向可持续集约利用的耕地细碎化“特征—影响—环境”综合治理分析框架，探讨细碎化治理中的关键问题、情景决策机理及空间尺度效应，希冀为优化细碎化治理提供理论借鉴。结果表明：① 耕地细碎化是涵盖资源、空间、利用及权属等多维属性特征的复合体系，对资源利用、农业生产、景观生态等影响广泛且复杂，并通过多尺度全方位、差异性和不确定性、交互式级联传导等作用路径成为影响耕地可持续集约利用的核心和关键。② 耕地细碎化本身并不具备明显的问题/价值倾向，其成为问题或有益的情形和程度取决于其影响及当地自然地理、农业生态、社会经济等环境背景及农业发展定位。③ 以细碎化特征表现为基础，以其对耕地可持续集约利用多维影响为依据，以其与地方环境背景相适应为准则的耕地细碎化“特征—影响—环境”综合治理框架通过解构复杂细碎化情景治理决策中的5个关键问题、两个关系、两个倾向及3级空间尺度互联互通机理，为从多维度、复合视角科学诊断细碎化治理导向、优化治理模式提供新思路，有益于完善细碎化治理体系、促进耕地可持续集约利用。
耕地粮食产出价值与种植结构均深刻影响着国家粮食安全，探讨耕地粮食产出价值与种植结构的时空耦合变化，可理清两者关系，助力粮食安全保障能力的提升。本文以中国省级行政单元为研究对象，在深刻解读粮耕价值比和种植结构内涵的基础上，综合利用Simpson指数、耦合协调度模型和空间自相关等方法，分析2004—2020年中国粮耕价值比和种植结构耦合时空演化，以揭示其时空动态关系。结果表明：① 2004—2020年各省份粮耕价值比空间分布特征表现为“由北向南”和“由西向东”的双重递减态势；② 种植结构空间格局呈现由“胡焕庸线”沿线区域向两侧递减的空间分布形态，东北、华北和华东地区多样性递减明显；③ 粮耕价值比与种植结构耦合协调度介于勉强耦合协调与高度耦合协调之间，表现为规律性空间集聚，中西部及东北地区呈高高集聚，具有“匹配性优势”，东南沿海地区呈低低集聚，有待“匹配性改良”，总体表现为：“东北、中部高，东南部低”的态势。本文认为应依据要素空间集聚和扩散的分异特征，因区施策引导耕地粮食品质化与多元化协同演进，促进粮食结构与效益匹配发展。
城市土地利用变化模拟是优化土地资源配置的科学依据，提高其精细化程度和可靠性有助于准确把握城市用地发展趋势，对城市土地资源精准调控具有重要意义。基于宏观遥感分类的土地利用变化模拟，难以在街区尺度上揭示城市用地社会功能变化及精细化模拟中空间尺度效应来源和作用机理。本文联合遥感影像和POI数据识别出城市土地利用精细化特征，运用响应面法率定土地利用精细化模拟的最优空间尺度组合，在此基础上，利用CA-Markov模型开展了未来土地利用变化的精细化模拟。以武汉市中心城区为应用案例，研究结果表明：基于POI 的城市土地利用精细化识别方法，可以深度解析城市建设用地的社会功能，极大改善了传统基于遥感的土地覆被宏观解译效果；研究区土地利用变化元胞自动机精细化模拟的最优空间尺度组合是30 m元胞、7×7邻域以及冯诺依曼邻域类型，采用最优空间尺度组合能够提高土地利用变化精细化模拟的可靠性。响应面试验设计结果可有效识别精细化模拟过程中空间尺度效应的主要来源，并区分其对模拟精度的影响程度与正负效应；预计到2025年，研究区建设用地范围将继续向周边扩张，各类型用地之间互为交织，土地利用空间格局将呈更加破碎化趋势。
地形作为影响植被覆盖的重要因素，对植被恢复评价以及生态修复规划意义重大。地形位作为测度地形因子综合效应的指标，具有单一地形因子难以比拟的优势。然而，现有地形位指数算法以整个研究区为参照，未考虑空间异质性，难以反映植被生长的局部环境特征。基于地理学第三定律对地理环境相似的强调，融合“空间位置邻近”和“环境特征相似”，对传统地形位模型进行改进：① 引入局部窗口算法，以突出局部地形特征；② 在不同生境因子组合下测算地形位指数，以排除环境差异对地形位作用的干扰。案例研究表明，新模型有效提升了地形位指数对植被覆盖水平的解释力度；当考虑生境因子组合，且采用最优窗口时，局部窗口地形位指数与植被覆盖度之间的相关性最高。此外，通过观察不同生境组合下的地形位指数发现，在高热少水阴坡和高热少水阳坡条件下，植被覆盖度与局部窗口地形位指数具有更高相关性；可见，越是水资源相对匮乏区域，植被覆盖对局部窗口地形位的响应越敏感。本文有望为植被恢复评价与规划提供新的指标。
秦岭—大巴山是中国重要的南北地理分界线和生态过渡带，建立秦巴山地南北方向上植物种类组成及重要值的详细变化序列和过渡模式，对于深入认识中国南北过渡带的过渡性、复杂性及暖温带与亚热带分界线具有十分重要的科学意义。本文通过野外实地调查获取秦巴山地东、中、西部3条南北穿越样线163个采样点的植被序列数据，分析了物种丰富度、相对重要值及优势种多度的纬向变化，并将亚热带与温带物种相对重要值的差值（SND-RIV）用于表现南北方物种的优势程度，以分析和归纳植物的空间变化模式。结果表明：① 东部（三门峡—宜昌）、中部（西安—达州）、西部（天水—广元）亚热带物种丰富度及相对重要值自北向南递增，温带物种自北向南递减。东部温带物种丰富度及相对重要值在神农架和伏牛山由于海拔高度的影响出现两个峰值，中部亚热带物种在大巴山地区最高，西部亚热带物种在陇南以南超过温带物种；② 东部南北方物种的交错过渡带最宽，约180 km；中部大约在秦岭南坡至大巴山北坡之间，约100 km；西部交错过渡带偏南，约50~60 km。③ 东、中、西部山地植物纬向过渡模式和驱动因子有明显差异。东、西部自南向北亚热带物种的减少主要与年均降水量减少有关，年平均气温影响较小；中部年平均气温的作用比湿润指数稍大。本文揭示了秦巴山地东、中、西部植物的南北变化及过渡模式，提升了对中国南北过渡带复杂性和多样性的科学认识。
横断山区位于青藏高原东缘和多条重要江河的上游，是全球生物多样性最丰富的地区和生态保护的优先区域之一，区域植被对维系区域生态安全和可持续发展起着十分重要的作用。20世纪90年代以来，中国在横断山区实施了多项重大生态恢复和建设工程，但囿于资料和调查不足，对于横断山区全域性、长时段的植被变化及其与海拔关系研究相对较少。鉴此，本文结合使用1992—2020年间多种基于卫星遥感资料生产的土地覆被数据和2000—2020年间MODIS的归一化植被指数（NDVI）数据，采用转移矩阵、Theil-Sen Median趋势分析与偏相关分析等方法研究不同植被类型转换、植被覆被面积与平均海拔变化关系以及植被活动的时空变化趋势，并分析时空变化的主要影响因素。结果表明：① 横断山区分布最广泛的植被类型是常绿针叶林与灌丛—草地镶嵌类型。植被发生变化的区域集中分布在河谷和南部低海拔区域，草地多向森林特别是常绿针叶林转换，植被覆被逐渐向好。这表明封山育林、植树造林、退耕还林等生态保护政策起到重要积极作用。时间序列数据显示，植被覆被面积变化剧烈的时期往往处在政策实施的起始阶段。② 植被活动整体呈现增强趋势。在植被类型未变化的区域中，75%以上区域植被活动增强，其中超20%的区域显著增强（P < 0.05），且森林植被活动增强趋势大于草地。③ 对植被活动影响较大的环境因子主要是气候变化和地形条件。尽管大部分区域植被活动受气候变暖影响而增强，但在干热河谷的植被活动明显受到降水减少的限制。有近1/4面积的植被活动在减弱，主要分布在山地东坡或南坡，或与降水较多、山高坡陡而造成滑坡、泥石流等自然灾害有关。这些发现可为横断山区生态保护政策效益评估、自然灾害综合风险评估和未来气候变化影响下的植被变化预测提供参考。
干旱地区林草植被生长动态变化是研究荒漠化形成发展和演变过程的重要依据。本文基于改进方向性像元二分模型构建的2000—2020年中国荒漠化潜在发生范围区（PEDC）年植被覆盖度数据集，采用Sen+Mann-Kendall时间序列趋势变化检测方法，分析了2000—2020年PEDC，特别是林草覆盖区的植被生长状况时空变化特征。研究结果表明：① 2000—2020年，PEDC平均植被覆盖度为0.284，改进的植被覆盖度估算结果能够较好地反映研究区植被覆盖状况，估算精度为86.98%。PEDC植被生长状况不断趋好，其中干旱区表现最为突出，显著增加区域达到了48%，而亚湿润干旱区平均增长量最大为0.1。② 林草生态恢复工程措施效果显著，但植被恢复是个长期缓慢的过程，特别是林草面积的恢复。2000—2010年林草面积增加较少（0.002%）；2010—2020年增加较多（0.371%）。③ 2000—2020年PEDC林地植被改善最明显，草地则较为稳定，植被覆盖度显著性增加区域分别为76.4%和71.8%。其中林地植被覆盖度在亚湿润干旱区增长量最大为0.15，而整个研究区草地增长了0.06。本文更深入地掌握PEDC林草覆盖区长时间序列植被生长状况，为进一步制定和实施各项生态工程提供重要信息参考。
风景道是国家旅游与交通产业融合发展的举措，而视觉景观质量（VLQ）则是风景道建设的依托。当代计算机视觉技术的发展为风景道VLQ的研究带来机遇，使其在方法上能够突破主观与客观之间的二元分割。以云南思小高速为研究对象，通过多镜头组合的等距拍摄方式获取道路景观的双眼视域图像，利用图像识别技术获取图像的像素信息；建构“非量表式语义差异法”，从“自然—人工”“多样—统一”“开阔—幽深”3个维度对视域图像进行像素级别的计算。结果显示，案例地VLQ的特征较为突出，具有高度自然、相对统一和开阔的总体特征；不同行驶方向上的VLQ存在差异，但该差异会随观测尺度的扩大而减小。基于研究结果，本文提出设置支线道路配合突出风景道形象、强化双向道路景观的差异化建设措施。实证研究在风景道VLQ测评方面表现出了直观、精确的特征，反映了本文“主体性与客观性兼顾”的方法论优势。该方法的运用将助力管理机构制定更具科学性的风景道规划、建设与管理决策，推动中国风景道的高质量发展。
北极地区正在经历前所未有的气候及陆地环境变化，气温升高、植被绿化、冻土融化以及野火频发等因素已经对北极地区的第一产业产生了广泛而深远的影响。为了支撑气候变化背景下北极第一产业的可持续发展与相关政策的制定，有必要加强北极气候及陆地环境变化对第一产业影响的整体性认识。本文针对北极地区的种植业、畜牧业、林业以及渔业4个第一产业部门，系统梳理了它们受到气候及陆地环境变化影响的类型与程度。同时，本文基于跨部门视角总结了当前北极环境变化对第一产业影响的相关研究，并从5个方面进行了分析与展望：① 气候及陆地环境变化对第一产业的具体影响方式；② 整合局域性科学认识的挑战；③ 气候变化适应策略的制定与实施；④ 数据与方法层面的整合与创新；⑤ 气候变化影响下北极第一产业变化对中国的启示。本文总结了未来气候变化背景下北极第一产业研究的重点领域，可为中国参与北极第一产业资源的可持续利用与开发提供参考。
河宽作为河流形态的基本参数之一，对于理解地表水过程和河流生态系统功能至关重要。雅鲁藏布江是全球具有典型地域特色的高原河流，也是重要的国际河流。雅鲁藏布江地处偏远山区，其地形环境条件恶劣、测量站分布稀疏，严重限制了对雅鲁藏布江河流水文动态变化特征的科学理解。遥感卫星通过提供多时相、长时序观测影像数据，使雅鲁藏布江河宽长期动态变化监测和水文特征分析成为可能。本文基于全球地表水变化数据集（GLAD），利用水体边界水淹频率阈值分割法重建了2000—2020年雅鲁藏布江逐月完整的水域范围，进而提取和解析雅鲁藏布江干流河宽的时空变化特征。研究结果表明：2000—2020年期间，受年内气温和降水季节性差异等影响，雅鲁藏布江干流河宽呈现出显著的季节性变化特征，中游河段的季节性变幅最大（453.6 m），下游河段季节性变幅最小（90.3 m）；雅鲁藏布江干流河道受气候和地形的影响，空间分布差异大，河道可观察到的最窄处约30 m（即Landsat卫星影像的最小空间分辨率），中下游辫状河流有效河宽最大可达6000 m，全程约50%长度的河道宽度小于150 m，仅2.0%的河道宽度大于2000 m；2000—2020年雅鲁藏布江干流河道的年平均河宽呈现先下降、后上升、再下降的变化特征，雅鲁藏布江全程平均河宽与降水、气温之间呈现较显著的正相关关系（通过p<0.01的显著性检验），相关性系数R值均为0.7。此外，本文利用10 m分辨率Sentinel-2影像数据目视解译提取的河宽信息与本文基于GLAD重建的河宽结果进行对比验证，两者的相对偏差低于2%，表明本文雅鲁藏布江河宽的提取结果总体可信。
黄河源区不同地貌环境下的河网发育模式、平面形态等具有显著差异，存在羽状、矩形状、对称羽状和树状4种典型的河网类型。选取黄河源区83个典型子流域，计算了河网平面特征参数，探讨了河网参数与地形和气候因子的关系及河网类型的分布规律。结果表明，4类河网平面特征差异性通过流域宽长比、河网密度和流域内河流流向最大频数得到了较好的体现。流域坡度和降雨量对河网密度及流向的影响显著，且能较好解释河网密度及流向最大频数的变化；降雨对流域宽长比的影响显著。羽状主要分布在源区上游北部边缘地带，气候干旱，地表裸露，流域坡度均值为4.5°，流域高差均值为730 m。矩形状集中分布在若尔盖地区，气候相对湿润，且有大量的沼泽湿地，流域坡度和流域高差均值分别为2.3°和177 m。对称羽状处于高山峡谷地带，流域坡度和流域高差均值分别为16.9°和1167 m，降雨量变化范围大。树状分布在黄河源中游山区及中下游的冲积地貌，流域坡度和流域高差均值分别为15.4°和968 m，植被覆盖较好。结合4类河网的空间分布特征及河网参数与环境因子的多元回归分析结果分析，认为地形是决定河网平面形态分异的主要原因；当地形限制减小，气候条件和植被覆盖情况对河网的发展起了重要作用。
土壤粒径（砂粒、粉粒和黏粒）是各种陆表过程和生态系统服务评估等模型的关键参数。作为一种土壤成分数据，土壤粒径的空间预测方法有和为1（或100%）等特殊要求，其空间分布精度受预测方法影响较大。本文针对土壤粒径相较于其他土壤属性的特殊性，提出了土壤粒径空间预测方法框架，综述了土壤粒径数据变换、空间插值和精度验证等系列方法，总结了提升土壤粒径空间预测精度的各种途径，包括通过有效的数据变换改善数据分布、结合数据分布特点选择合适的预测方法、结合辅助变量提升制图精度和分布合理性、使用混合模型提升插值精度、使用多成分联合模拟模型提升预测的系统性等。最后，提出了今后土壤粒径空间预测方法研究的未来方向，包括从考虑数据变换原理和机制角度改善数据分布、发展多成分联合模拟模型和高精度曲面建模方法，以及引入土壤粒径函数曲线并与随机模拟结合等。
落实“山水林田湖草生命共同体”理念，提出美丽中国生态建设优化途径已成为当前亟待解决的关键科学问题和国家生态文明建设的重大需求。因地制宜地做好美丽中国建设的生态区划，提出生态建设分区方案，是实现美丽中国愿景的重要路径。目前，生态区划对于新时期系统性生态建设内涵，以及全球气候和人类活动变化双重背景对生态系统空间异质性影响的考虑不足。本文通过构建“景观美、服务美、安全美”的三位一体美丽中国生态建设分区的理论框架，综合考虑生态系统结构、格局、质量、服务、胁迫等因素的空间异质性，建立美丽中国生态建设分区三级指标体系，以及对生态现状本底和退化程度进行评估的生态建设综合指数和生态退化综合指数。以全国第三级流域为基本单元，基于指标现状特征及生态综合评估结果，通过空间聚类分析将全国划分为5个一级生态建设区和13类22个二级生态建设区，并在二级分区的基础上选择典型区划分出三级生态建设区。分区结果为美丽中国生态建设提供应用支撑。此外，未来生态建设分区的指标构建应当更加注重指标之间的关联性和生态系统功能的多样性，并进一步耦合气候变化和人类活动对生态系统的双重干扰。
喀斯特生态系统服务主导影响因子识别是科学治理石漠化的前提，然而环境因子对生态系统服务空间分布的解释力受尺度变换的影响，其尺度效应的定量研究仍需进一步加强。为定量厘定环境因子解释力的尺度效应，本文从多尺度视角出发，利用地理探测器定量分析不同空间分辨率下环境因子对土壤侵蚀和产水量的解释力，并探求其在不同地貌形态类型区的差异性规律。结果表明，坡度和植被覆盖度是影响土壤侵蚀空间分布的主导因子，两者的交互作用对土壤侵蚀空间分布的解释力更强。受研究区地形起伏普遍性和景观破碎化的影响，坡度和土地利用类型在低分辨率下解释力最优。降水、海拔和土地利用类型是产水量空间分异的主导因子。降水和土地利用类型的交互作用对产水量的解释力达95%以上，海拔在不同地貌形态类型区的空间变异性影响其最优解释力水平。具体表现为：在台地、丘陵类型区海拔空间变异性较小，在高分辨率下其解释力最优；在山地类型区，海拔空间变异性较大，在低分辨率下其解释力更强。本文通过多尺度分析定量甄别生态系统服务变量的最优解释力，以期为喀斯特山地生态系统服务的主导因子精准辩识和分区优化提供途径和依据。
