近几十年来,城市化进程在全球快速推进,城市用地不断向外围拓展。城市化的发展推进了社会经济的发展,但也带来了一系列环境问题,城市化区域已经成为生态脆弱区。研究区属于中国城市化发展的代表区域,位于河南省郑州市和开封市的城市对接区域,是郑汴一体化的核心区域。近十几年来研究区的景观格局发生了很大变化,但景观格局的具体变化程度(是否与规划目标相吻合),对区域环境(生态系统服务)的影响怎样,是当地政府和群众亟待了解的问题。本文采用景观生态学为主,多学科融合的方法,探讨研究区2000～2015年间的景观格局变化以及生态系统服务的响应问题,尝试为国家政策实施提供检验,为解决中国当代城市化发展中的环境问题提供决策参考。主要研究结论如下:(1)郑汴一体化的核心区域的景观格局的最佳研究尺度为20m×20m,而梯度分析的最佳尺度为半径1000m左右的幅度。(2)选取适合研究区的景观格局指数斑块个数(NP)、总边界长度(TE)、最大斑块所占景观面积的比例(LPI)、多样性指数(SHDI)、周长面积分维数(PAFRAC)、景观类型面积百分比(PLAND)对研究区不同时期的景观格局进行分析:景观水平上:2005～2015年,研究区景观破碎化程度加大,斑块数量增加了32.38%,2010到2015年是景观破碎化程度加大的主要时期,破碎化对这一时期的农田影响较大。从梯度上分析,研究区东西两端景观变化比中央快;西部(靠近郑州段)的景观变化大于东部(靠近开封段)景观变化;西部景观变化表现在斑块数量、斑块形状等,东部在景观要素类型变化上比西部快。类型水平上:水域在整个研究区不属于优势景观要素,在整个研究期所占的面积百分比为3.68%～5.37%。2005～2015年,水域的总面积和平均面积都逐渐增大,斑块个数逐渐降低。水域变化受人为影响比较大,主要是在城市化进程中,小的坑塘逐渐消失,同时出现了一些人工湖泊,其中2005～2010年最为显著;农田在整个研究时期属于优势景观要素,也是变化最大的景观要素。农田面积从2005年占总面积的79.01%降为2015年的60.01%。农田受人为影响较大,具体表现在其边界复杂化程度持续降低和景观破碎化的程度加大;林地的斑块数量和总体面积处于上升趋势,林地的形状相对规整,规划中人工林的大量种植是其景观格局变化的主要原因;建设用地属于研究区次优势的景观要素,在短短的十年间,建设用地的面积从占总面积的9.20%上升到23.84%。从景观格局指数上分析,建设用地几乎没有受到景观破碎化的影响,其形状也最为规整;未利用地在整个研究期总面积均比较小,但其面积和斑块数量逐时期降低,说明土地利用强度持续增大。研究区在2005到2010年间出现大的未利用地斑块,主要是由于这一时期处于建设的初期,拆迁工程较多,形成很多拆迁废弃地,本研究将其划为未利用地。(3)研究区建设用地的增加绝大部分来自农田的转化,未利用地也主要转化为建设用地,林地和水域面积的增加主要来自于农田。从驱动力角度分析,人文因素是研究区2005～2015年景观格局变化的主要驱动力,其中2005年到2010年的人文影响较大。(4)采用优化后的马尔科夫数学模型对2020年的景观格局进行了预测,发现目前研究区的景观变化进度略低于预期目标,即政府为实现研究期2020年的目标,需要加快建设进度。(5)采用Invest模型等方法对研究区调节服务(碳储量)、供给服务(小麦产量)、支持服务(生境质量)、文化服务(景观美学)四类生态系统服务进行研究。结果表明:研究区四类生态系统服务在2005～2015年均处于下降的趋势;随后结合生态系统服务的量化方法,对四类生态系统服务提出了切实可行的管理建议,具体如下:①碳储量:从景观要素层面,如提高研究区碳储量,应优先增加林地面积,其次是增加水域和农田面积,而建设用地和未利用地面积变化对碳储量影响不大。从碳储量载体层面,一种方式是通过加大种植密度,丰富种植层次,甚至更换碳储量高的树种等方式来提高生物量碳储量,另一种方式是采取适当的农耕、灌溉等措施通过提高土壤碳储量的方法来提高研究区碳储量。②生境质量:对研究区生境质量保护,首先应优先保护生境稀缺性程度高的区域。农田在整个研究区所占面积最大,是研究区生态环境的基础,在研究期受破坏程度最大,生境稀缺性最高,因此在制定土地利用政策应该优先保护农田,其次是保护研究区的水域(坑塘和水渠)和林地,而建设用地和未利用地的升值稀缺性较低;如提高生境质量可以优先提高生境质量高的景观类型面积,如水域和林地,其次是农田,最后是未利用和建设用地。③美学价值:增加美学价值,应优先提高水域和林地的面积,其次是农田,在没有特色建筑的情况下,建设用地面积越小,美学价值越高。④小麦产量:提高小麦产量,第一是增加种植面积,限制研究区大面积的农田转化为非农业用地;第二是提高单位面积产量,即通过一些水肥管理、农作措施等,提高单位面积产量。(6)对生态系统服务之间的关系进行了重新分类。具体分为:权衡相关、协同相关、单向相关,复合相关和变化相关五类。随后采用生态系统服务动态的当量因子法和本文研究的方法对研究区多种生态系统服务之间的相互关系进行两个时段的动态对比评价。本文所研究的四类生态系统服务,只有协同服务类型,共两种,属于1 vs 1的类型,分别是固碳服务和美学景观,它们变化趋势相同,在两个研究期都属于先上升后下降;小麦生产和生境质量,变化趋势相同,两个时期都处于下降状态。(7)引入生物学上物种与环境的分析方法,在Canoco 4.5的平台支持下,分析了研究区三类生态系统服务(碳储量、景观美学、小麦产量)对五种景观格局指数(NP、TE、LPI、PAFRAC、SHDI)的变化响应。结果表明,LPI与三类生态系统服务呈正相关,其他四种景观格局指数与三类生态系统服务呈现负相关。本研究通过对郑汴一体化区域的景观格局变化以及生态系统服务的响应进行研究,有助于理解城市化过程对区域环境的影响。同时,本研究对景观格局变化下的生态系统服务研究提供了新的思路,比如生态系统服务关系的分类研究和生态系统服务关系的多时段研究等;本文在生态系统服务研究的基础上也给出了研究区生态系统服务管理的具体建议,可以为相关研究和政策制定提供参考依据。