兰州市是中国西部区域中心城市之一,也是国家石化工业和综合交通枢纽基地,更是“一带一路”战略背景下国家着力打造的向西开放平台,自古以来在军事、交通及地缘政治中具有特殊和重要的战略地位。在上世纪50年代末至60年代初及“三线建设”时期,兰州市由经济基础和城市建设相对落后的消费型城镇迅速发展为现代化的工业重镇。此后在改革开放、西部大开发及“一带一路”等政策的引导下,城市建设和城市化水平显著提高,尤以城市建成区扩展最为显著。不同于平原型城市,兰州市城市建成区位于黄河河谷盆地中,城市空间扩展严格受到河谷地形的限制。近几年来,兰州市城市建成区已填充满了整个河谷盆地,城市建成区已从河谷平原向限制建设区的山地蔓延。在过去的近半个多世纪的城市化进程中,兰州河谷盆地曾拥有的大量优质耕地、林地、草地等生态用地被不断扩展的城市区域所侵占,导致城市生态环境不断恶化,原本优越的山水景观格局面临严峻挑战。为探索城市化进程中城市土地利用变化及对城市景观生态格局的影响,本研究以兰州市河谷盆地为研究区,在详细解译1961-2015年各类高分辨率航片、遥感影像、数字地形图和Google Earth地球高清影像的基础上,利用GIS空间分析、景观生态学和生态健康评价方法研究了近54年间兰州市主城区土地利用时空变化格局、土地转移规模及景观生态健康演变规律,高时空分辨率地揭示了城市化进程中城市土地利用的时空格局、阶段性、规律性特征。通过本研究,一方面为兰州市城市规划提供重要参考信息,另一方面改进了城市土地利用与景观生态健康评价方法。本研究主要结论有:(1)从1961-2015年,兰州市河谷盆地内土地利用变化以城市建成区、农村居民点、林地和城市绿地增长和耕地、草地、水体、河漫滩不同程度降低为主要特征,尤以城市建成区扩展和耕地锐减最为显著。54年间,城市建成区面积由51.26 km2增长到130.22 km2,扩大了2.54倍,在研究区面积占比由21%增长到53%。与此同时,耕地面积由74.20 km2降到3.84 km2,降低了19.32倍,在研究区面积占比由30.43%降到1.56%;生态用地结构中,林地、城市绿地增长而草地、水体和河漫滩降低。林地由21.78 km2增长到35.36 km2,在研究区面积占比由8.93%增长到14.50%。城市绿地由1.71 km2增长到12.10 km2,扩大了7.07倍,在所有用地类型中虽然规模最小但面积增幅最大,在研究区面积占比由0.70%增长到4.96%;草地由60.32km2减少到39.17km2,占研究区的比例也由24.74%降低到16.07%。水体和河漫滩在研究区面积占比由1961年的12.78%降低到2015年的5.69%;农村居民点面积由3.34km2增长到9.26km2,面积占比由1%增长到4%。(2)1961-2015期间以耕地、草地、林地转换为城市建成区为土地转移主要特征。在城市建成区扩展面积中,转移自耕地41.48km2,草地19.50km2,林地9.61km2,水体7.45km2,河漫滩4.79km2,分别占城市建成区净增面积的50%,23%和11%,水体和河漫滩二者共占15%左右。土地转移在区域上呈现出较大差异,林地和草地主要位于研究区城乡结合部;水体、河漫滩大面积消失的区域主要发生在城关区和七里河区沿黄河两岸、“三滩”和“雁滩”;而城市绿地增长的主要区域发生黄河两岸及城市主干道,安宁区增长最为显著,其次为城关区,西固区最小。(3)在近半个多世纪的城市化进程中,兰州市主城区土地利用变化的阶段性和规律性主要表现在城市建成区的时空扩展特征中。时间上,1998年前后是兰州市主城区城市建成区面积由稳定增长转变为快速扩展的分水岭。在城市建成区空间扩展的区域差异性上,整体以东扩为主。在具体区域上,形成了以东岗-雁滩片区为主要城市扩展区的11个热点区。这11个热点区域是城市化最为剧烈,扩展面积最大的区域,是城市化的主体部分,且基本为成片的大面积土地,近年来逐渐向“三荒”地,林地和耕地不适宜建设区域扩展。对于研究区而言,人口对城市建成区扩展起到直接推动作用,经济发展对城市建成区空间扩展的驱动力正在减弱,城市总体规划主导了兰州市城市空间的方向和方式。(4)从1961-2015,兰州市主城区城市景观生态有恶化趋势。具体表现在:各类土地斑块平均面积和最大斑块面积显著扩大,斑块面积两极化和均值化趋势明显,生物多样性指数下降;主要生态用地景观破碎度加剧,生态用地之间的物理连通性降低。从1961-2015,虽然林地面积整体增长,但林地增长主要来源于草地转换,且随着城市建成区的扩展,林地被不断分割隔离,其景观破碎度明显增长。其他类城市生态用地如草地、水体和河漫滩不仅在规模上不断减少,其生态系统的物理连通性也在降低,特别是在2km范围内趋势更明显。从景观指数的变化来看,虽然城市绿地的景观生态功能趋于良性发展,但因规模和斑块面积都较小,难以弥补因林地、草地损失的生态系统功能。(5)1961-2015年城市景观生态健康指数(ueh)整体变化呈“先降后增的”特征。ueh的变化受城市土地生态系统活力(v)、组织(o)、恢复力(r)和土地生态系统服务价值(esv)共同影响。以上4个方面共同影响了城市景观生态健康的走势。1992-2015年处于波动上升,上升的主要原因是城市经济的发展、城市绿地的增长和生态系统服务指数的提高。城市生态系统服务价值受社会发展阶段、恩格尔系数和资源稀缺性的共同影响,呈现不断增长的变化趋势。本研究最后建议,提高兰州市主城区城市绿地的覆盖度,增强城市绿地与周边林地、草地及水体、河漫滩的景观连通性,是在城市化背景下改善和提高城市生态系统功能的重要举措。