目前全球约有45％的人口生活在城市,在发达国家则高达70%以上。城市是人类活动对环境影响最激烈的地方。受城市化驱动的土地利用/覆盖变化及其环境影响越来越突出,不仅对城市生态安全产生了威胁,甚至在区域和全球尺度上影响生态系统的结构与功能,成为当今地球生态系统平衡与人类社会可持续发展的研究热点。我国的城市化正处于加速期,《中国发展报告2010》认为我国当前的城市化率不足50%,到2030年将达到65%。可以预见,未来几十年城市化及城市扩张造成的环境问题将会更加突出。为实现可持续发展,营造安全健康的城市环境,研究城市土地利用变化及其所造成的环境效应的成因、后果以及对策等势在必行。　　 本研究以郑州市市辖区为研究案例,重点研究了土地利用变化的时空特征及其对耕地资源和生态服务价值的影响,分析了案例区水污染和大气污染程度、变化趋势及其原因,并分析了与土地利用的关系。取得的主要成果如下:　　 1)土地利用变化剧烈。利用1998、2002和2008年三期SPOT10米分辨率遥感影像,获取了土地利用变化数据,分析了郑州市1998～2008年土地利用/覆被变化特征,主要表现在:(1)耕地始终是郑州市的优势地类,但建设用地面积增加迅速,已经逼近耕地面积;工矿仓储用地、交通用地和林地面积都在逐年增加,且工矿仓储用地增加的速度更快;(2)耕地萎缩严重,主要转换为城市建设用地、园地和工矿仓储用地;林地、菜地、交通用地、乡村居民点的增加部分主要也来源于耕地;新增城市建设用地主要来自耕地、乡村居民点和菜地;园地转出明显,主要转向耕地和城市建设用地;(3)林地、菜地和园地三种地类面积相对较小,受城市扩张的影响这些地类的重心转移距离都很大;耕地、城市建设用地和工矿仓储用地重心转移距离较小;交通用地与城市建设用地的重心转移方向基本一致,菜地与耕地的重心转移方向基本一致;(4)不同行政区的土地利用变化速度表现为,二七区土地利用变化速度最快,金水区次之,中原区和管城回族区中等,惠济区最慢;经济发展越快、工业化比重越高的行政区,土地利用变化速度越快;(5)地形和交通因素对土地利用的变化速度影响明显:开阔平坦区城市扩张的速度较快,而低山丘陵区林地和园地的增加速度较快;距离道路越近,综合土地利用变化速度和耕地的减少速度越快,而城市建设用地的增加速度越快。　　 2)城市摊饼式扩张,导致大量耕地流失。选用邻接度指数、弹性系数和相对变化率指标对郑州市城市扩张特点及其对耕地资源的影响进行了分析,结果显示:1998～2002年城市扩张的弹性系数为1.55,2002～2008年则高达3.61,明显高于全国大中城市1.30的平均值。1998～2008年城市用地面积增加一倍多,新增城市用地中70%以上来自耕地,导致耕地资源大量流失。10年间耕地面积减少40%,耕地减少量的一半(51%)是由于城市占用造成的。　　 3)土地利用变化,造成郑州市区域生态服务总价值下降。10年间区域生态服务总价值由10.18亿元下降到9.22亿元,下降了9.51%。生态服务总价值构成中,耕地的生态服务价值下降,而林地的生态服务价值上升,水域和园地的服务价值略有波动。金水区和惠济区对区域生态服务总价值的贡献率较大。且惠济区城市用地变化不大,随着林地面积增大生态服务价值增加,对区域生态服务总价值的贡献率增大。中原区和管城回族区城市建设用地和工矿用地增加明显,使得生态服务价值显著下降,对区域总价值的贡献率下降。　　 4)地表水污染严重。河流水污染物中石油类、氨氮、生化需氧量、挥发酚和高锰酸钾指数超标严重。内梅罗综合污染指数表明河流水质污染严重,多数监测断面水质属于严重污染类。水库由于污水排放来源较少,污染程度相对较轻,水污染物中总氮和总磷超标明显,水质以轻污染为主。采用Mann-Kendall趋势估计法和Sens斜率估计法分析表明,地表水中多数污染物浓度呈下降趋势,水质趋于好转。多元统计分析发现,水域周边城市扩张、工农业用地调整等土地利用类型的变化是水质变化的影响因素之一。典型相关分析显示,水域周边工业用地面积与水域中石油类和挥发酚两种污染物的浓度呈较大的正相关关系,城市建设用地与氟化物呈较大的正相关关系,交通用地与石油类呈较大的正相关关系。水域面积与生化需氧量具有较大的负相关关系,林地和城市绿地与砷和铬等重金属元素具有较大的负相关关系。说明水域周边工业用地、城市建设用地和交通用地面积的增加会使得水质下降,而林地和城市绿地面积增加对水质具有改善和保护作用。　　 5)郑州市空气污染较为严重。SO2、Nox(NO2)、TSP(PM10)三种主要污染物浓度在工业区和住宅区都最高,交通枢纽和商业区次之,高新技术工业区和文教区最低。SO2和NO2浓度都呈上升趋势,TSP和PM10都呈明显的下降趋势。综合污染指数(MPI指数)表明,整个城区的空气污染有所减缓,但污染程度依然严重。一定范围内的空气污染物浓度与该范围内的主要土地利用方式有关。典型相关分析表明,城市建设用地与SO2浓度具有较大的正相关关系。交通用地与NO2浓度具有较大的正相关关系。水域与PM10和SO2浓度均有较大的负相关关系,园林绿地与PM10和NO2浓度均有较大的负相关关系。说明一定区域内城市建设用地和交通用地面积增加会导致空气质量下降,而水域和园林绿地面积增加对空气质量具有改善作用。　　 6)启示和建议:郑州市城市扩张速度过快,城市扩张对耕地资源、生态服务价值和城市环境都造成了不利的影响。下一步的城市发展应提高耕地征用补偿,严格控制城市用地蔓延;加大环境监管力度,减少工业“三废”排放;推进生态林地和公园绿地建设,改善城市环境。