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GIS支持下的土地利用_覆被变化与生态效应测评研究_图文

l  蒜  |  曦

【 章编 16 3 2 0 ) —O —6 文 号】0—8 (0 0 0 6 0 0 6 292 8  

GS 持 下 的土地 利用/ I支 覆被 变化 与 生态效 应 测评 研 究 
郭  斌  任 志远  ( 陕西师范大学旅游与环境学院, 陕西西安, 0 2 70 ) 16  

【 要 】 用 西安 市 18 、00年 两期 遥 感 影 像 , 据 地 学信 息 图谱 理 论 与 地球 空 间 信 息 认 知 理 论 , A C I90和 E D S . 摘 利 9 820 根 以 R GS . R A 85  
为 平 台 分析 了 西安 市 18 20 98— 00年 问 土 地 利 用 时 空 演 变过 程 ; 对 研 究 区 18 -20 并 98 00年 土 地 利 用 变 化 引起 的 生 态 效 应 变 化  进行 了测 算 ; 结果 表 明 :2年 间 西安 城 区土 地 利 用, 被 变化 剧 烈 , 合 土 地 动 态度 为 35 , 设 用 地 面 积 则 急 剧 增 加 。 变 l 覆 综 .% 建 年  
化 率达 到 为 2 11 ; 安城 区 生 态 系统 服 务 价值 在 l 6 .% 西 2年 闻从 3 6 7 0 0 . ×1 元 减 少 到 2 9 8 0 5 . ×1 元 , 减 少 了 4 . 共 6 9×i  : 0 元 本  文证 明 用 3 s手 段 研 究 由于 土地 利 用 , 被 变 化 引起 的 生 态响 应 是 一 种 行 之 有 效 的 方 法 。 覆  

【 键 词 】土 地 利 用 / 地覆 被 变化 ;生 态 系统 服 务 价 值 ;西安 市 关 土  

【 中图分类号】F0  31

【 文献标识码 】   A

引 言 
土地 利用 / 土地 覆 被 变化 是 全 球 环境 变 化 的 核  心 内容 之一 。 目前 研 究 主要 涉 及 土 地利 用, 被 类  覆
型的 划分 , 型 区域 L C 分析 、 价 与 制 图等“ 。 典 UC 评   

的地 貌类 型包括 山前 洪 积 台地 、 岭 山地 和河 谷 冲  秦
积 平 原 。 四 季 冷 暖 干 湿 分 明 , 冷 月 平 均 气 温  最

0 4 ,最 热 月 平 均 气 温 2 .o .℃ 6 6C,年 平 均 气 温    1 .c , 平 均 降 水 量 6 37 II 多 年 平 均 湿 度  33I 年   = 1 . I1  I, I 6. 9 6%。辖 未 央 、 湖 、 城 、 林 、 塔 、 桥 、 莲 新 碑 雁 灞 阎  良、 长安 、 临潼九 区和周 至 、 县 、 陵 、 田四县  。 户 高 蓝 J  本文 中的 研究 区 为西 安 市 的 城 区 即 : 城 区 、 林  新 碑 区、 莲湖 区 、 未央 区 、 雁塔 区 、 灞桥 区。  
1 2 土 地 利 用 : 被 变 化 研 究  . 覆

生态 系统服 务功能 是指 生态系统 要素 和生态过 程直  接或 间接提供 人类 需要 的产 品 和服 务 , 的维 持 与  它 保育 是人类 生存与 现代 文 明的基 础 , 是 实现 可 持  也 续发 展 的前 提  。 目前 关 于 3 s技 术 在 生 态服 务 功  能 价值测评 方面 的研究较 为鲜见 。因此 本文 在参考  相关 文献 和前人 研究 的基础上 , 选择西 安为研究 区 ,  

12 1 数 据 源 与 预 处 理  ..

本文 采用 的数 据 源 包 括 :18 9 8年 和 20 0 0年 获  取 的陆地 卫星 T M和 E M 4影 像 ; :000地形 图、 T   - 1 5 0  

利用西 安 市 18 、 00年 两期 遥 感 影 像 , 据 地 学  98 20 根
信 息 图 谱 理 论 与 地 球 空 间 信 息 认 知 理 论 ,以   A C I . 和 E D S . 为 平 台 分 析 了 西 安 市  R GS 0 9 R A 85
18- 20 年 间 土 地 利 用 时 空 演 变 过 程 ; 研 究 区  98 0 0 对

18 98年 和 20 0 0年土 地 详 查数 据 ;9 8年 和 20 18 0 0年 
的土地 利 用 现状 图 ;9 8 20 18 - 00年 间 的其它 相 关社  会 经济统 计数据 。本 文 主要 利用 E D S . 行遥  R A 85进 感 影像格 式转换 、 何 校 正 、 佳 波段 组 合 、 影 转  几 最 投 换、 图像 掩膜 、 图像 增强处 理 、 像解译 、 影 分类 精度 评  价、 分类 后处理 以及 栅格转 矢量 等 ; 由于在数 据格 式  转换 过 程 中 , 些格 式 的数 据 在 E V 某 N I中进 行 转 换 

18- 20 9 8 0 0年土 地利用 变化 引起 的生 态效应 变化进  行 了测算 ; 运用 G S和遥 感技术 分析 近 1 I 2年来 不 同 

类 型区 土地利用 变化对 生态 系统服务 价值 的影响 。  

1 研 究 区概 况 与研 究 方 法   
1 1 研 究 区概 况  .

较为 方 便 , 本 文 在 转 换 数 据 格 式 时 也 用 到 了  故
E V ; 要 利 用 A C I90进 行 投 影 设置 与 变换 、 N I主 R GS .   建立 拓扑 关 系 以及 叠 加分 析 , 利用 A C P进行 土  R MA 地利用 图谱 和土地 利用 变化 图谱 的制作 。遥感 影像  处 理技术路 线见 图 2  。

西安位 于关 中盆地 中部 , 介于 3 。   3 。5N, 33 ~ 44    9
1 74  ~19 4   之 间 , 面 积 9 8 3 0 r2 主 要  0  ̄0 0。9 E 总 9   0 hn 。

基金 项 目 : 家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目(0 71 1) 陕 西 师 范  国 47009 ;
大 学 研 究生 培 养 创 薪 基 金项 目 。  

12 2 土地利用 , 被变 化 图谱 的生 成  .. 覆 为 了保 证土地 利 用 分 类 的科 学 性 和精 确 性 , 以 
城市发展研究 1 6卷 2 0 0 9年 2期 Ura  tde  o .6 N . 0 9 b nSu isV 11  o 22 0 

8  6

郭 等:S 下 土 利用崔 变 生 效 测 研    斌 G 支持 的 地 , 被 化与 态 应 评 究 I
及满 足生态系统 服务 功 能价 值计 算 的要 求 , 文在  本
结 合 地 区 特 点 的 基 础 上 , 考 18 参 94年 全 国 农 业 区划 

车黪 

I GN 85中的精度 评估 模块 和野外 G S实 测 数  MA I E . P

据对 分类 的影像进行 检 验 , 果表 明分 类 精 度达 到  结
9 %以上 。最终得 到西安 市城 区 18 0 9 8和 20 0 0年 土 

委员会颁 布的 《 地利 用 现状 调查 技 术 规程 》 , 土   将 
土地利 用/ 土地 覆被 类 型分 为 7个 大类 , 即耕 地 、 园  地、 地、 林 草地 、 设用地 、 域和未 利用地 。在遥感  建 水 图像处理 软 件 E D SI A IE . R A  M GN 8 5中 , 两期 遥 感  对

地利 用 图谱 ( 3 图 4 , 借助 A C I90提供 的  图 , )并 R GS .
叠置 分析功能 将 18 年 与 20 98 00年 土地利 用 图进 行  叠置 分析 , 而得到 18 从 9 8—20 00年西 安城 区 土地 利  用, 被变 化 图谱 ( 5 。对 图谱 单 元 的 属 性 数 据  覆 图 ) 进行 空间统计 运算 即可得到西 安市城 区 18 9 8~20  00 年 土地利用转 移矩 阵( 1 。 表 ) 

影像进行 预处 理 , 投 影 统一 转 换 成 A B R 将 L E S等面 
积双标 准纬线 圆锥 投影 。利用监督 分类 和 目视解译 

相结 合 的方 法 对 影 像 进 行 分 类。通 过 E D S R A 

豳 1 研 究 区 范 圈圈 

巷   簧    匿  善  莹   耋 ◆著 ● 蠢 鐾◆ 莒 鸯 ●   器 = 妻   ●萝  鎏   藩 亲 辩       塞  
g  

盆  

运  

■ 

■ 

进行掩膜运算。得到研究区遥感影像 MA K S 

图像增强  eh ne et n ac m n  

◆ 

监督分类  S
u e vs d p r ie   ca s c t n ls i ai   i f o

◆ 

分类精度评价  Ea a   vl t ue
ca s c t n ls i a o   i f i

●  

分类后处理  P sc sic in O t l s a o   a f t i
poes rcs  ■ 

【  

空闻叠置分析 O c.   vda y
一 

● 

摄格转矢量 RsroVco at t et  e r

生成土地利用图谱与土地利用变化图谱 
I   P o u eln s 妣 rd c a du e 锄 dl u c a g mis 瓤  ∞ h n e s  

l  
田 2 遥 感 影像 处 理 技 术路 线 

城 市 发展 研 究 1 6卷 2 0 0 9年 2期 Ura  tde  o .6 N . 0 9 b nSu isV 11  o 22 0  

8  7

慧髓     警

郭 等:S 持 的 地 用 覆 变 与 态 应 评 究  斌 G 支 下 土 利 , 被 化 生 效 测 研   I

固 3 18   9 8年 西安 城 区 土地 利 用 图 谱 

圈 4 20   O0年 西 安城 区 土 地 利 用 图 谱 

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图 5 18 ̄ 20   9 8 0 0年 西 安 城 区 土地 利用 , 覆被 变 化 图 谱 

*注 :、 、 、.、 、 分 别 代 表 耕 地 、 地 、 12 34 56 7 林 园地 、 地 、 体 、 草 水 未利 用 地 、 设 用 地  建

1 3 生 态 效 应 测 评 方 法  . 

地 利用 变化所 引发 的生态效 应 。生态 系统服务 价值 

13 1 生 态效应 测算  ..
本文 利用通 过 遥 感 影 响解 译 得 到 的 土地 利 用/  

计 算公 式如下 :  
E V = Z K× V K S A C  () 1 

覆被变 化数 据 ( 1 , 考 相关 研 究成 果  表 )参

, 对研 

式中,S E V为生 态 系统服 务 价值 ( ) A 元 , K为 研究 区 
第 K种土 地 利用 类 型分 布 面 积 ( r ) V K 为 生态  h 2,C n
城市 发展 研 究 1 6卷 2 0 0 9年 2期 U bn Su isVo.6 N . 0 9 ra tde  1 1  o 22 0  

究 区生态 系统服务 价 值 进行 了测评 , 以此 来 评 价 土 
8  8

郭 等G 支 下 土 利 ,被 化 生 效 测 研    斌 : S 持 的 地 用覆 变 与 态 应 评 究 I

国  酾

132 生 态 效 应 评 价  ..



18 年 的 2 39 8 m 减 少 到 20 年 的  98 12 .h   00

为了确定生 态效应 随时间 的变化对 于生态价 值  系数 的依 赖程度 , 文选取经 济学 中常 用 的弹性 系  本 数测评价 值 系数 的敏 感 性指 数 C   。并 将 各 土地  S
类 型 的 价 值 系 数 分 别 上 下 调 整 5 % , 量 生 态 系 统  0 衡

184 5 m , 设用地从 18 04 .h 2建 98年 的 396 m 增加 到  7 .h 2

20 的 122 3 m , 00年 2 7 .h 2 园地 与 水体 数量 基 本保 持 不 
变 , 外草 地 面 积有 大 幅度 增 加 , 地 面 积 略微 减  此 林

少 。这主要 归 因于 政府实施 的退耕还林 还草 和西 安 
地 区社会 经济发展 导致建设 用地 的急剧 增加 。  
2 2 土 地 利 用 变化 的 速 度  . 

服务价值 的变化 。若 C > 1 表 明 E V相对 于 V   S , S C
是 富有 弹 性 的 ; C < 1 S 则 被 认 为 是 缺 乏 弹  若 S ,E V

性 的,比值越 大 , 明生 态服 务功 能价 值 指数 的 准  表
确性越关 键 。敏感 性指数 的计算公 式如下 :  
C =( S   — J v ) E V/  z  ̄ / S j( s — V  ) C /   () 2 

土地利 用动态度 可 以定 量描述 区域 土地利用 的  速度 , 它对 比较 土地 利用 变 化 的 区域差 异 和预 测 未  来 土地利用 变化趋势都 有重要 的作用  。本 文采用  综合 土地动态 度描 述研 究 区 土地利 用 变化 的速 度 ,  
用 公 式 表 示 为 

式中: S V , E V, C k的含义 同前 , ,i 别 表示 初始  i 分 的生态 系统服务 价值和生 态服务 功能价值 指数调 整 
后 的价 值 。  

c=[ △ 一2 A U] ~×1 % ∑ £ f ∑ L 1 ×T / 0   0
() 3 

2 结 果 与 分 析 
2. 土地 利 用 变化 的 幅 度  1  

式 中: C为综合 土地利 用度 ;U 为监 测起始 时  L L;
间第 i 类土地利 用类 型 面积 ; L   监测 时段 第 i △ U一为   类土地 利用 类型转 为非 i 类土地 利用类 型 面积 的绝  对值 ; T为监测 时段长度 。当 T的时段设 定为年 时 ,   L C的值就是 该研究 区土地利用 年变化 率 。   单 一土地利 用动态度 可表达 区域一定 时间范 围 

图 6反 映 了西 安城 区 18 9 8年 到 20 00年的 土地  利用变化情况 , 明显 的趋 势 是耕 地 和 未利 用地 的  最 显著 减少 以及 建 设 用 地 的增 加 , 地 从 18 耕 98年 的  24 2 3m 减 少到 2 0 28 .h 2 00年的 16 54 m , 利用 地  2 0 .h 2未

基  
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圈 6 西 安 城 区 4 地 利用 变 化情 况  -

城 市 发展 研 究 1 6卷 2 0 0 9年 2期 U bnSu i   o.6No22 0   ra  tde V 11   . 0 9 8

8  9

蔓 饕   蠼  憩|
内某 种土地 利用类 型 的数量 变化情 况 , 式为  公
K= U 6一 U / 6× T ~l× 10 。U 0 % 

郭 等:S 持 的 地利 / 被 化 生 效 测 研    斌 G 支 下 土 用 覆 变 与 态 应 评 究 I
化速 度 很快 , 合 土地动 态 度达 到 35 , 中 以建  综 .% 其
() 4 

设用 地 面积年 变化 率 最大 , 2 11 , 为 6 . % 草地 变 化 率  次 之为 19 9 , 4 .% 这表 明在 2年间西 安城 区的城市 建  设 占用 大量土 地 , 导致 建设 用地 的数量 急剧上 升 。  

根 据 ( ) 算 出 西 安 城 区综 合 土 地 动 态 度 为  3计 35 .%。根据 ( ) 4 计算 出西安城 区土 地利 用 的年 变化 

率 ( 2 。结 果表 明 , 安 城 区 l 来 土地 利用 变  表 ) 西 2年
表2   生 态 服 务 功 能价 值 指 数 ( 位 : /i a ) 单 元 k      n

图 7 西 安 城 区 土地 利 用 结 构 ( 9 8 2 0 ) 1 8 、 0 0 

2 3 生 态 系统 服 务 价 值 变 化  .

地, 从而 导致 西安城 区 1 2年来 生 态系统 服务 价值 整  体上下 滑 , 态环境 质量 不容 乐观 的态势 。 生  
2. 4生 态 效 应 评 价 结 果 

从 表 4知 , 安城 区生态 系统 服务 价值 在 1 西 2年  间从 36 7 0 元减 少 到 29 8×16 , 减 少 了  0 . ×16 5. 0元 共

4 . 0 元 , 中耕 地 、 域 和林 地 的生 态 价 值 在  69×16 其 水

按照 ( ) 算得 到表 5 生 态 系统 服务 价 值对 生  2计 , 态价值 系数 的敏 感 性 指 数都 小 于 1 相 对 于 生 态 系  ,

减少 , 而草 地和 园地 的生 态价值 在 增 加 , 由于 l 2年 
间耕 地 出现 了不 同程度 的退化 , 部分水 域 出现萎 缩 ,  
未利用 地在不 断的减 少 , 建设 用地 急剧增 加 , 致 占  导 用大量可 以产 生 生 态 价值 的 耕 地 、 地 、 地 和 园  林 草

统服务 价值 系数来 说 , 究 区 总 的生 态 系 统 服务 价  研
值是 缺乏 弹性 的 , 研究 结果 是可信 的 。  

9   0

城市发展研究 1 6卷 2 0 0 9年 2期 Ub n Su isVo.6No22 0   ra  tde  11   . 0 9

表5  

生 态 系 统服 务 价 值敏 感 性 指 数 

3 结论 与 讨 论 
从 18 9 8到 20 00年 , 安 城 区 土 地 利 用 / 被 变  西 覆

务价值 整体上下 滑。   通过计算 得到敏 感性 系 数 c s说 明本 文选 用 的 
生态价值 系数是 比较合理 的。   尽管 西安地 区近年来加 大 了退耕还 林还草 的力 

化剧 烈 , 合 土 地 动 态 度 为 3 5 1 综 .%, 2年 间耕 地 面  积、 未利用地 面积和林 地面积不 断减少 , 建设用 地面  积则 急剧增加 , 年变 化 率达 到 为 2 1 1 草地 面 积  6 . %, 大 幅度 增加 , 导致 建设 用 地 急剧 增 加 的原 因是 城 市  化 的步 伐不 断加快 , 草地 面 积增 加 的原 因是 近 年 来 
实施 的 退 耕 还 草 举 措 。   西 安 城 区 生 态 系 统 服 务 价 值 在 l 间 从 36 7 2年 0.  

度, 但是 生态系统 服务价值仍 然有小 幅度 的下 降 , 说 
明西安 地区 的生 态环 境质 量 不容 乐 观 , 态环 境 保  生

护工作仍 任重道远 。   本文借 助地理 信 息系 统 与遥 感技 术 , 对西 安 城 
区 1 2年来 由于 L C U C导致 的生 态 系 统 服务 价 值 进  行 了初 步的计算 和分析 , 果 表 明利用 地 理信 息 系  结 统 和遥 感 技 术进 行 生 态 效应 测 评 是 一 种 有 效 的方 

×1  0 元减 少 到 2 98×1  , 减少 了 4 . 5. 0元 共 6 9×1  0 元, 由于 l 2年 间耕地 出现 了不同 程 度的退 化 , 分  部

法, 但生态 价值一般 没有市 场价格 , 国际上 至今 尚无 
公认、 一、 统 完善 的生 态价 值 的计 算方 法 , 态价 值  生 的定量研究 目前仍 处 于探 索性 阶段 , 态 效应 测 评  生
研 究还任重道 远 。△  ( 下转 6 9页 )  

水域 出现萎缩 , 未利用 地不断减 少 , 建设 用地急 剧增 
加, 导致 占用大量 可 以产 生 生 态价 值 的耕 地 、 林地 、  
草地 和园地 , 而导致 西安城 区 1 从 2年 来生态 系统 服 

城 市 发展 研究 1 6卷 2 0 0 9年 2期 Ub nSu i   o.6No22 0   ra  tde V 11  . 0 9 s

91  

刘静 鹤 : 园 ? 态 ? 乡绿 化 融 合发 晨  田 生 城

Co n r sd   o o y Ciy a d Co nt y i e Afo e t to   u i n De eo m e t u t y i e Ec l g   t   n   u r sd   f r sa i n F so   v l p n 
— —

Ta e t e Xuc a g Ciy a d Co n r sd   e a lPl n De eo m e t k  h   h n   t  n   u t i e Ov r l a   v l p y   n 

Ad a c m e tAr a Ec l g   r e   p c   y t m  a n n   s t e Ex m p e v n e n   e   oo y G e n S a e S se Pl n i g a   h   a l 
L U Jn h   I  ige

【 bt c]nt  i  dcut s eiertndvl m n’ nw sg , co i    l s h i n onyi  ee p et n  e A s atI h cya  on yi   t ao ee p ets e t e acr n t p n  e t adcuts edvl m n adt   r  e t n r d ng i o   a d go a t c y rd o   h
s caim  e r rlr c n tu to   t tgcp a ,T e Xu h n   i   n   o nr sd   v r lpa   e eo me ta v n e n  ra e oo y g en o ils n w ua e o sr cin sr e i  l a n h   c a g ct a d c u ty ie o ea   ln d v lp n  d a c me tae   c lg   e   y l r
s a e s se pa n n  n it  e rgo  ne rld v lp n ,te s san b e d v lp n ,t eg r e   i   nd s  n pa  d a,Gr u  y e p c  y tm  ln ig iss t  e in itga  e eo me t h   u tia l  e eo me t h   ad n ct a   o o   ln ie sh y o p tp   s ai   ra g me twh c   d c mp c  o e c ri o  e eo me tmo e  eemie   c o dn  o ‘ c a g Ci   n   o nrsd   e a   ln p t ar n e n  ih a   o a tn d   ord rd v lp n  d ld tr n d a c r ig t ‘ l a n Xu h n   t a d c u ty ieOv rH pa   y De eo me tAd a c me tAra Ov rl ln”, b  bdrcin lto g twa v lp n  v n e n  e   e al a  p y iie t a  u h  y, F H   sn  te a v  pa e a d c p   p c  s a e, tk   o h u y u ig h  n t e lc  ln s a e s a e h p i ae e oo ia a tr  d s  n fr a d,rv r , f we a d te s b s  st e c mp ne tee ns poe t, te d v lp n o e c   id o   c lgc fco sa  o o  amln l n i es l o  ̄ n  r e   a e a     o o n  lme t, rtcs h   e eo me tt  a h kn   f h

rs u c s eo re ,Co si tste ct  n   o ntyie s a e ge n h a t h e ge n et he g e n r a n tue     i a d c u rsd  p c   r e   er ,t   r e b l,t   re   d,fr s te g e n e oo y n t r w t h   t h y o o     re   c lg   ewo k, ih te m h
Xu h n  o n  e trct c a g tw c ne  iy,te Ch n g   r a   it c  ̄t   lc h   a g e u b n dsr t. me pa e,fr  hec niu   o n cin ct  n   o nr ie,te sa  o b  ih, i o mst   o t a c n e to   i a d c u t d nl y ys h   h p t  erc   e fn t n s p lme tr u ci   u pe nay,o g ncf so   i   n   o nrsd   c lg   e n s c  y tm , c ris o  he e rh b a tiain e po ain i h   o ra i u in ct a d c u ty ie e oo g e   p e sse y y r a are   n t   at  e ui c t   x lrto  n te f o

rgo  e e ,d v lp  e n w i   i   n   o nr sd   r e   p c   ln c n tu to   rte u b nz to  o c ryo   e b n f ilatmp . e in lv l e eo st   e t h me ct a d c u ty ie ge n s e pa   o sr cin f  h   r a ia in t  ar  n t   e e ca  t y a o h i e t 

【 ewod 】Ct a d C u t s e It r i ;Ct ad C u t s e O e l P ;A vne etA e ;E o g ;G en S ae Ss m K y rs i  n  o n y d ne ao y ri g t n i   n  o n yi   v r l l y r d a  a n d a cm n r   a cl y r   p c y e   o e   t
Pa nn l ig;Fu in De eo me t n so   v lp n 

( 接 9 上 l页 )  
【 参考 文 献 】  
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e o y tm e vc sa d n tr lc p t1 c s se sr ie  n   au a a i .Nau e 9 7, 8 a tr ,1 9 3 7:2 3— 2 0. 5 6  

作者 简 介 : 郭斌 ( 9 1 , , 族 , 士 生 , 西合 阳 人 . 18 一) 男 汉 博 陕 主 

要 从 事 资 源 环境 遥 感 与 GS 究 ; I研  

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任 志 远 , , 授 , 士研 究 生 导 师 , 西 兴 平 人 , 男 教 博 陕   主 要 从 事 资 源环 境 遥 感 与 GS 究 。 I研  
收 稿 日期 :0 8—1 20 2—2   6

Xi a   n   e Co e   a g   d Ec l gc lEfe t Ev l to   t d e   ’ n La d Us / v r Ch n e a   o o ia   f c   aua i n S u i s n
GUO  i B n,REN Zhy a     iu n

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城 市 发展 研 究 l 6卷 2 O O 9年 2期 Ub nSu isVo.6N . 0 9 ra  tde  11  0 22 0   6  9




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