Get 20M+ Full-Text Papers For Less Than $1.50/day. Start a 14-Day Trial for You or Your Team.

Learn More →

Effects of Urbanization on Landscape Patterns in the Middle Reaches of the Yangtze River Region

Effects of Urbanization on Landscape Patterns in the Middle Reaches of the Yangtze River Region Article  Effects of Urbanization on Landscape Patterns in the Middle  Reaches of the Yangtze River Region  1,2,3,4 4 1 1 1 1,5 1 Yang Yi  , Chen Zhang  , Guilian Zhang  , Luqi Xing  , Qicheng Zhong  , Jialin Liu  , Yichen Lin  ,   1 1 4 3 2,6, Xiewei Zheng  , Na Yang  , Hao Sun  , Mingchang Shi   and Hongzhang Kang  *    Key Laboratory of National Forestry and Grassland Administration on Ecological Landscaping of   Challenging Urban Sites, National Innovation Alliance of National Forestry and Grassland Administration  on Afforestation and Landscaping of Challenging Urban Sites, Shanghai Engineering Research Center of  Landscaping on Challenging Urban Sites, Shanghai Academy of Landscape Architecture Science and   Planning, Shanghai 200232, China; yy@shsyky.com (Y.Y.); zgl@shsyky.com (G.Z.); xlq@shsyky.com (L.X.);  zqc@shsyky.com (Q.Z.); jialinliu@seas.harvard.edu (J.L.); lyc@shsyky.com (Y.L.); zxw@shsyky.com (X.Z.);  yn@shsyky.com (N.Y.)    School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China    Beijing Engineering Research Center of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University,   Beijing 100083, China; shimc@bjfu.edu.cn    Shanghai Foundation Ding Environmental Technology Company, Shanghai 200063, China;   joezhangchen@sina.com (C.Z.); sunhao930309@163.com (H.S.)    Harvard China Project, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences,   Citation: Yi, Y.; Zhang, C.; Zhang,  Cambridge, MA 02138, USA  G.; Xing, L.; Zhong, Q.; Liu, J.; Lin,    School of Design, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China  Y.; Zheng, X.; Yang, N.; Sun, H.; et  *  Correspondence: kanghz@sjtu.edu.cn  al. Effects of Urbanization on   Landscape Patterns in the Middle  Abstract: The middle reaches of the Yangtze River region (MRYRR) are China’s first trans‐regional  Reaches of the Yangtze River   urban agglomeration, located in the center of the Yangtze River Economic Belt. The MRYRR is an  Region. Land 2021, 10, 1025.  important ecological reserve, and its land cover changes are affected by both socio‐economic devel‐ https://doi.org/10.3390/land10101025  opment and geographical environment. In this paper, Landsat ETM/TM/OLI remote sensing images  were used to monitor land use and landscape patterns from 1990 to 2015. Through supervised clas‐ Academic Editors: Luca Salvati and  sification, land use transfer matrix, landscape pattern metrics and correlation analysis, the spatial‐ Diane Pearson  temporal patterns of land use change and its relationship with socio‐economic in the study area  were revealed. The results showed that: (1) the main land use types in the study area were cropland  Received: 27 July 2021  Accepted: 17 September 2021  (CL) and forestland (FL), accounting for more than three‐quarters of the study area. During the  Published: 30 September 2021  study period, built‐up land (BL) increased, CL decreased, FL increased first and then decreased; (2)  the BL expanded mainly by occupying CL and FL, and regional landscape pattern was gradually  Publisher’s  Note:  MDPI  stays  neu‐ fragmented, with complex patch shape and increasing diversity and heterogeneity. Among them,  tral  with  regard  to  jurisdictional  the BL is gradually gathered, and the FL and CL are gradually fragmented; (3) in the past 25 years,  claims in published maps and institu‐ the urbanization process in this region has been obvious, and the Gross Domestic Product (GDP)  tional affiliations.  has increased by 36 times. The socioeconomic variables were positively correlated with BL, orchard  (OL) and Shannon diversity index (SHID), and negatively correlated with CL, Wasteland (WL),  mean patch size (MPS) and contagion size (CONTAG). The results showed that the urbanization  development has a great impact on the region, and the ecological protection task is still challenging.  Copyright: © 2021 by the authors. Li‐ It is necessary to protect high‐quality cropland and draw a red line for ecological protection. We  censee  MDPI,  Basel,  Switzerland.  should strengthen the construction of ecological corridors and ecological nodes to adapt to regional  This article  is an open access article  sustainable development.  distributed under the terms and con‐ ditions of the Creative Commons At‐ tribution (CC BY) license (http://crea‐ Keywords: urbanization; land use transition; landscape patterns; middle reaches of the Yangtze  tivecommons.org/licenses/by/4.0/).  River region; correlation analysis      Land 2021, 10, 1025. https://doi.org/10.3390/land10101025  www.mdpi.com/journal/land  Land 2021, 10, 1025  2  of  17  1. Introduction  Since the 20th century, with the rapid development of economy and the rapid in‐ crease of urban population, the intensification of human activities such as urbanization  and industrialization have had a serious impact on regional land use, vegetation cover  and  ecological  environment  [1–3].  Therefore,  a  series  of  ecological  problems  have  emerged, such as climate warming, water pollution, low forest efficiency, soil erosion, etc.,  [4,5]. Deforestation, urban construction and over exploitation of tourism resources destroy  the natural growth of regional vegetation, resulting in soil erosion, low vegetation cover‐ age, fragmentation of vegetation patches and other problems, which have a significant  impact on the overall regional ecological environment balance of the region, and endanger  the integrity and sustainability of the ecosystem [6,7]. As the world population continues  to increase, the global urbanization process will accelerate, especially in developing coun‐ tries [8]. With destruction of the ecological environment and the decline of forest coverage,  China’s urbanization rate increased from 17.90% in 1978 to 60.60% in 2019 [9–11]. Forest  cover in MRYRR is decreasing, which exacerbates the phenomenon of soil erosion [12,13].  Therefore, the Sediment content of the Yangtze River Basin is relatively high, ranking the  −3 fourth in the world with a value of 1.18 kg∙m , and washing away as much as 900 million  tons of sediment every year [14]. However, there are relatively few studies on land use  change and its driving factors in MRYRR. Therefore, it is of great significance to study the  change of regional land use and landscape pattern and its driving factors.  Spatial and temporal patterns of land use types and landscape patterns were the im‐ portant topics in global change and land  science [15,16]. The Land Use/Cover Change  (LUCC) scientific research program was jointly developed and published by the Interna‐ tional Geosphere Biosphere Program (IGBP) and the International Human Dimensions  Program on Global Environmental Change (IHDP) in 1995 [17]. Spatial and temporal pat‐ tern analysis of regional land use change was the most basic content and the earliest re‐ search field of this research program [18,19]. Landscape pattern analysis method was de‐ fined as patch type, quantity and spatial distribution in landscape structure [20]. Analysis  and research on land use and landscape patterns analysis gradually shifted from simple  and intuitive qualitative research to quantitative analysis combined with spatial distribu‐ tion [21]. The main representatives of land use and landscape patterns researches are For‐ man [22], Pickett [23], Turner [24], Risser [25], Wang [26], Wu [27], etc. With the develop‐ ment of RS and GIS technology, since the 21st century, Alejandro [28], Ellis [29], Munroe  [30], Fu [31], Louisa [32] and other representative studies have laid a good foundation for  land use and landscape pattern research.  In recent years, scholars have done a lot of research on the landscape patterns. Meth‐ ods mainly focus on land use transfer matrix, dynamic change mathematical model, land‐ scape measurement, gradient analysis, etc. [33–35]. Its achievements mainly focused on  landscape patterns change [36], urbanization process and ecological eco‐environment ef‐ fects [37], driving mechanism [38], and land use model simulation and prediction [39].  Based on the vegetation map, Ma et al. chose a variety of landscape metrics to analyze and  evaluate the landscape fragmentation in Dongling Mountain [40]. Zhang et al. established  ecological risk index based on remote sensing data and analyze the temporal and spatial  characteristics of ecological risk in Shiyang River Basin by using landscape indicators,  which is of great significance to optimizing the land use structure and landscape pattern  of the basin and maintaining the ecological function of the basin [41]. Qi et al. analyzed  the landscape patterns of small and medium‐sized cities in the Yangtze River Delta and  Xinjiang and discussed the differences and driving factors of land use and landscape pat‐ tern change among regions based on population and economic data [42]. Fan et al. [43],  Kim et al. [44], Huang et al. [45] and Asimeh et al. [46] analyzed and discussed the changes  of land use and landscape patterns in different regions, obtaining important enlighten‐ ment, which providing important theoretical  basis for regional land use planning and  landscape optimization. However, studies on land use and landscape patterns changes in  Land 2021, 10, 1025  3  of  17  China were mainly concentrated in cities [47,48], and study areas were mainly concen‐ trated in the eastern coastal area [49]. The quantitative analysis of land use change and  socio‐economic driving forces of typical  urban agglomerations in MRYRR is  relatively  rare.  Urban agglomeration in the MRYRR was the first approved national urban agglom‐ eration in China [50]. MRYRR was the second largest urban agglomeration in China after  the Yangtze River Delta urban agglomeration [51]. In April 2015, the development plan of  MRYRR urban agglomeration was released, indicating that MRYRR urban agglomeration  has become a key area for the implementation of ecological priority green development  strategy in the Yangtze River economic belt [52,53]. Under the national strategy of coordi‐ nated  regional development and the strategy  of the  rise of  central China, the  Yangtze  River Delta urban agglomeration, as an important part of the Yangtze River Economic  Belt, played a key role and was the core hub connecting the central and western regions  with the Yangtze River Delta and the Hong Kong‐Macao Bay area in Guangdong [54]. The  MRYRR  includes  Hubei  Province,  Hunan  Province  and  Jiangxi  Province.  Due  to  its  unique mountainous terrain, geographical environment and climate characteristics, this  area was rich in natural vegetation resources and was an important ecological protection  area in China [50]. This area connected the upper and lower reaches of the Yangtze River  and had obvious transition characteristics. Regional natural ecological development was  of great significance for maintaining the ecological sustainable development of the whole  Yangtze River basin [55,56]. The urbanization process in this area was typical and repre‐ sentative. It was of great significance to study the spatio‐temporal changes of land use and  landscape patterns and their coupling coordination with social, economic and ecological  environmental systems.  Based on the remote sensing data and socio‐economic data from 2000 to 2015, this  study selected the MRYRR (Hubei Province, Hunan Province and Jiangxi Province) to an‐ alyze the change characteristics and evolution trend of land use and landscape patterns  and determine the driving factors of land use and landscape pattern in this region. The  purposes were to: (1) reveal the spatial‐temporal dynamic characteristics of land use in  the MRYRR; (2) evoke the trend of landscape patterns in the MRYRR; (3) analyze the re‐ lationship between social, economic and population factors and land use, and landscape  pattern change. This study could provide scientific reference for regional urbanization  sustainable development and ecological environment construction measures.  2. Study Area  The  MRYRR  includes  Hubei  Province,  Hunan  Province  and  Jiangxi  Province  (24°25′N−33°16′N,108°24′E−118°23′E), with a total area of 564,000 km  (Figure 1). The re‐ gional  climate  type  is  subtropical  monsoon  climate,  with  precipitation  of  1000–1600  −1 mm∙a  and annual average temperature of 16–18 °C [57]. The MRYRR mainly consists of  mountainous hills and plains, which account for 48.3% and 14.8% of the area, respectively.  The area has an average altitude of about 1500 m [36]. MRYRR has three agglomeration  areas, including Wuhan Metropolitan Area, Poyang Lake Metropolitan area and Chang‐ sha‐Zhuzhou‐Tan Metropolitan area, making MRYRR one of the most important national  urban agglomerations in China [58]. In 2018, the total population of this region was 174.38  million, accounting for 12.7% of the total population of China, with a GDP of 9.8 trillion  yuan. The urbanization level exceeded 50%, with frequent human economic activities and  large regional disturbances [59].  Land 2021, 10, 1025  4  of  17  Figure 1. Locations of the MRYRR.  3. Materials and Methods  3.1. Data Sources and Processiong  The  data  form  Landsat  TM/ETM/OLI  remote  sensing  images  (https://www.usgs.gov/, accessed on 14 August 2021) in 1990, 2000, 2010 and 2015 were  used in this study [60]. Combined with the 2017 China land cover classification standard  system and the land use characteristics of land use types in the study area, supervision  and classification were carried out. Land use types were divided into eight types: cropland  (CL), forestland (FL), shrubland (SL), orchard (OL), grassland (GL), waterbodies (WB),  built‐up land (BL) and wasteland (WL) (Table 1). One hundred and sixty samples were  randomly selected, and high‐resolution images were used to detect Google Earth (10 × 10  m ) and interpret the accuracy. The overall accuracy was above 74% and kappa coefficient  was above 0.70. All operations were performed using the ENVI 5.3 software. Socioeco‐ nomic factors (population, urban residents, rural residents, GDP, per capita GDP, primary  sector, secondary sector, tertiary sector) are derived from the statistical yearbook [61–64].  Table 1. Land use types in the study area (based on the Chinese National Standard and Yi) [65,66].  Land Cover Types  Description  Grassland (GL)  Refers to growing herbaceous plants, including pasture or mainly pasture.  Refers to land for planting crops, including cultivated land, new open wasteland,  Cropland (CL)  wheeled land, and crop fields so as to cultivate rice, lotus root, and other aquatic crops.  Forestland (FL)  It mainly refers to natural forests and plantations  Shrubland (SL)  Short woodlands and shrubs.  Refers to many years of intensive planting of woody and herbaceous crops for the inten‐ Orchard (OL)  sive management of fruit, leaves, roots, stems, and juices.  All types of manmade structures: Residential, industrial, agricultural commercial and  Built‐up land (BL)  services; transportation and utilities.  Refers to natural land waters and land for water conservancy facilities, including reser‐ Waterbodies (WB)  voirs, ponds, rivers, lakes, snow, oceans and submerged land, etc.  Wasteland (WL)  The surface is rock or gravel, bare soils, sand, and bare stone.  3.2. Study Methods  3.2.1. Land Use Transfer Matrix  Land use transfer matrix is a two‐dimensional matrix based on the relationship be‐ tween land cover change in two different periods in the same region. By analyzing the  transformation matrix, we can get the conversion between two different periods of differ‐ ent land categories. It can not only reflect the area of various land types at a static time  Land 2021, 10, 1025  5  of  17  point, but also reflect the output information of land cover in the early stage and the in‐ come information in the later stage. Land use transfer matrix can visually describe the  spatio‐temporal change process of land use [67].  𝑆 𝑆 𝑆 ⋯𝑆 ⎡ ⎤ 𝑆 𝑆 𝑆 ⋯𝑆 ⎢ ⎥ 𝑆 𝑆 𝑆 𝑆 ⋯𝑆   (1) ⎢ ⎥ ⋮⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⎢ ⎥ 𝑆 ⋯𝑆 ⎣𝑆 𝑆 ⎦ where 𝑆   is the area of class i land converted into class j (The i = j represents the un‐ changed area of a certain land use type); i and j respectively represent the land use types  before and after the transfer. n is the number of land use types (n = 8 in this paper).  In order to clearly express the data of land use transfer from 1990 to 2015, we made  a graph called circos and listed the data as Appendix A (Figure 2 and Tables A3–A6).  Graphing method used the template (http://mkweb.bcgsc.ca/tableviewer/ accessed on 14  August 2021) by Canada’s Michael Smith Genome Sciences Centre (CMSGSC) [68]. The  illustration is as follows:  Figure 2. An explanation of the circos chart. Each stripe represents the occurrence of a transfor‐ mation process at two different times, and the color represents the land use types. (a) The area of A1  transformed into other land use types; (b) The types of land use transformed from A1; (c) The total  area of A1 transformed out and transformed into; (d) The area of A1 transformed from other land  use types; (e) The types of land use transformed into A1; (f) The proportion of each land use types  in transferred from A1; (g) The proportion of each land use types in transferred into A1; (h) The total  amount of A1 transferred into and transferred out.  3.2.2. Quantification of Landscape Patterns  Landscape metrics are widely used to quantitatively describe the changes of regional  landscape patterns [69,70]. According to the diversity of land use types in the study area,  relevant metrics were selected, mainly including landscape metrics that could reflect area,  density, diversity, connectivity and shape (Table 2). Fragstats 3.3 software is used to cal‐ culate the landscape metrics.  Table 2. Description of landscape metrics.  Structural Category  Landscape Metrics  Abbreviation  Description  Patch density  PD  Number of patches per unit area in a landscape  Area/Density  Largest Patch Index  LPI  Area of the largest patch  Mean Patch Area  MPS  The average mean surface of patches  Land 2021, 10, 1025  6  of  17  The total number of patches can reflect the spatial  Number patches  NP  pattern of landscape  Diversity  Shannon diversity index  SHDI  Detection of Landscape Diversity  Increases as the patches of the corresponding patch  Patch Cohesion Index  COHESION  type become less connected  Connectivity  The degree of aggregation and extension of certain  Contagion index  CONTAG  patches within a landscape  Shape  Landscape shape index  LSI  Represents the complexity of the boundary shape  3.2.3. Statistical Analysis  Statistical correlations among land use types (CL, FL, SL, OL, GL, WB, BL and WL),  landscape patterns (PD, LPI, MPS, NP, SHDI, and CONTAG) and urbanization metrics  (POP, RUR, URR, GDP, PGDP, PRI, SEC, TER) were calculated. p value less than 0.05 was  considered  a  significant  correlation  [71].  All  statistical  analyses  were  performed  using  SPSS 20 software.  4. Results  4.1. Land Use Change in the MRYRR from 1990 to 2015  4.1.1. Characteristics of Spatiotemporal Change of Land Use  From 1990 to 2015, the MRYRR experienced significant land use transfer changes. FL  and CL were the main land use types in the study area, and the land use area in the order  from large to small was always as follows: FL > CL > SL > WB > GL > BL > OL > WL (Figure  3). In 1990 and 2015, the proportion of CL was 31.47% and 30.41%, and that proportion of  FL was 50.31% and 49.82%, respectively, the sum of which reached about 80% (Table A2,  Figures 3 and 4). BL accounted for about 1.73% to 2.81% of the whole study area, showing  an overall growth trend. The area of BL increased by 7.67%, 17.36% and 28.61%, respec‐ tively. CL and SL decreased, while FL and WL fluctuated greatly. OL showed a decreasing  trend before 2000 and gradually increased after 2000.  Figure 3. Spatiotemporal change of land use types in the MRYRR from 1990 to 2015.  Land 2021, 10, 1025  7  of  17  Figure 4. Changes in land use types in the MRYRR region from 1990 to 2015. The data in the color  histogram represent the area of land use types in the study period (1990, 2000, 2010 and 2015) from  left to right. Details of the abbreviations are shown in Table A2.  4.1.2. Characteristics of Land Use Transfer Changes  From 1990 to 2000, the area of BL in the MRYRR increased by 749 km , an increase of  7.67%. In the past 10 years, the total area of CL decreased by 1524 km  (0.86%). The total  area of FL increased by 1179 km , mainly from CL and SL. From 1990 to 2000, the intensity  of land use type transfer within the study area was relatively high (Figure 5a). From 2000  2 2 to 2010, BL increased by 1825 km , an increase of 17.36%. Among them, 1221 km  and 474  2 2 km  came from CL and FL. The OL area increased by 1048 km , most of which came from  FL. The area of CL decreased by 2042 km , most of which was converted into FL, OL and  WB. From 2000 to 2010, the intensity of transfer between land use types in this region was  low, with the transfer proportion less than 20%. Among them, CL has the highest transfer  intensity (Figure 5b).  Figure 5. Land use transfer flow charts in the MRYRR from 1990 to 2015. (a) Land use transfer flow  chart from 1990 to 2000. (b) Land use transfer flow chart from 2000 to 2010. (c) Land use transfer  flow chart from 2010 to 2015. (d) Land use transfer flow chart from 1990 to 2015.  Land 2021, 10, 1025  8  of  17  From 2010 to 2015, BL increased by 3529 km , an increase of 28.61%. Among them,  2 2 the areas from CL and FL were 2123 km  and 1127 km  respectively. The changes of OL  area mainly came from FL, with an increase of 2120 km . The area of CL was decreased by  2450 km , which was mainly transferred to BL. During this period, the intensity of transfer  in the MRYRR was small, with the proportion of transfer less than 1.6%. In terms of land  use transfer out, CL has the largest transfer out intensity, and the transfer out area ac‐ counts for 1.6% (Figure 5c). In the 25 years from 1990 to 2015, BL increased by 6103 km ,  an increase of 62.52%, with an average annual increase of 244.12 km . Various land use  types have been transferred to BL, and CL and FL were the main land use types converted  to BL. The area of FL decreased by 2808 km , and FL transferred to CL (17.41%), SL (6.56%)  and others (0.85%). The area of CL decreased by 6016 km , with an annual decrease of  2 2 2 240.64 km  (20%). OL increased by 3005 km , WL decreased by 273 km , GL decreased by  2 2 656 km  and SL decreased by 1413 km  (Figure 5d).  4.2. Changes in Landscape Patterns in MRYRR from 1990 to 2015  4.2.1. Changes Metrics of Landscape Scale in the Study Area  From 1990 to 2015, the PD of MRYRR increased and the landscape patterns became  increasingly fragmented. The increase of SHDI indicated that the landscape pattern had  became heterogeneous and fragmented. The LPI increased from 44.43 to 44.96 from 1990  to 2000, and then decreased to 44.13, indicating that the dominant patch became more and  more obvious from 1990 to 2000, and then gradually fragmented. The MPS and CONTAG  decreased, indicating  that landscape  patches  became  more  fragmented.  On the  whole,  with the development of urbanization, the landscape fragmentation in the MRYRR be‐ comes more obvious, and the landscape heterogeneity is enhanced (Figure 6).  Figure 6. Landscape metrics in the MRYRR from 1990 to 2015. (a) Number of patches from 1990 to  2015. (b) Mean patch area from 1990 to 2015. (c) Patch density patches from 1990 to 2015. (d) Con‐ tagion index from 1990 to 2015. (e) Shannon’s diversity index from 1990 to 2015. (f) Largest patch  index from 1990 to 2015.  4.2.2. Changes of Horizontal Pattern of Landscape Types in the Study Area  The LSI of BUL became complex, but patches are more concentrated. The COHE‐ SION of orchard increased before 2010, but after 2010, COHESION decreased. The patches  of  CL  and  FL  became  fragmented,  with  reduced  connectivity  and  complex  landscape  shapes. During the period 1990 to 2015, the NP of BUL increased from 6232 to 7936, and  Land 2021, 10, 1025  9  of  17  2 2 the MPS increased from 1.57 km  to 2.00 km , indicating that the BUL was more concen‐ trated. At the same time, the NP and LSI of CL increased from 1990 to 2015, while the LPI  and MPS decreased, which indicated that CL was gradually fragmented (Figure 7).  2 2 The MPS of FL decreased from 64.45 km  to 59.56 km  during the period, and LSI  decreased from 163.66 to 162.52 from 1990 to 2000, then increased to 164.71 in 2015. The  COHESION was consistently at a high level (99.89%). The NP and MPS of WL firstly in‐ creased and then decreased. The MPS of SL gradually decreased (Figure 7).  Figure 7. Landscape metrics on each type of land use in the MRYRR from 1990 to 2015.  4.3. Urbanization Process and Its Relationship with Land Use and Landscape Pattern  4.3.1. The Urbanization Process in MRYRR from 1990 to 2015  From 1990 to 2015, MRYRR underwent rapid and noticeable urbanization. The GDP  and PGDP increased by 36.03 times and 30.45 times, respectively. The PRI, SEC and TER  increased by 8.28 times, 25.72 times and 39.5 times, respectively. During the time, POP  increased from 32.35 million to 92.09 million. The RUR was gradually flowed into the cit‐ ies, making the increase of URR an important factor of urbanization development. Over  the past 25 years, the urbanization level in the study area increased from 21.19% to 51.43%,  an increase of 2.43 times. The increase of BL in this study also indicated the rapid urbani‐ zation in the MRYRR (Figure 8).  Figure 8. Socio‐economic indicators in the middle reaches of the Yangtze River region from 1990 to  2015.  Land 2021, 10, 1025  10  of  17  4.3.2. The Relationship between Land Use Change, Urbanization and Landscape Driving  Factors  The BL was negatively correlated with RUR and positively correlated with other fac‐ tors. The correlation order was the TER > GDP > PGDP > SEC > PRI > RUR (p < 0.05). The  area of CL was positively correlated with RUR (p < 0.05), and negatively correlated with  other factors, except POP, and the correlation order was the PGDP > GDP > PRI > RUR >  TER > SEC > URR (p < 0.05). SL was negatively correlated with POP and RUR (p < 0.01),  while SL was positively correlated with RUR (p < 0.05) (p < 0.05) (Figure 9).  BL  and  OL  were  significantly  positively  correlated  with  economic  factors  (GDP,  PGDP, SEC and TER), while CL, SL and WL were significantly negatively correlated with  economic factors. From the perspective of landscape patterns, NP was positively corre‐ lated with POP. PD was positively correlated with TER. MPS and CONTAG were nega‐ tively correlated with GDP, PGDP, SEC and TER, and SHDI was positively correlated  with GDP, PGDP, PRI, SEC and TER (Figure 9).  Figure 9. Correlation of land use, landscape patterns and other factors in the MRYRR from 1999 to 2015. Green represents  negative relationships and red represents positive relationships. The lighter the color, the weaker the correlation. The data  in the frame represents the correlation coefficients between land use types. * Means that p less than 0.05; ** means that p  less than 0.01. Details of the abbreviations are shown in Table A1.  5. Discussion  Social and economic development, urbanization level and geographical conditions  were important factors affecting the changes of regional land use types and landscape  patterns [72,73]. This study revealed the spatial‐temporal patterns and driving factors of  land use change in MRYRR over the past 25 years. According to the research results, BL  and OL increased by 1.08% and 0.54%, respectively, from 1990 to 2015, CL and FL de‐ creased by 1.06% and 0.49% respectively (Figure 4 and Table A2). Compared with China’s  coastal urban agglomerations, MRYRR has less land use change. For example, BL in the  Yangtze River Delta increased by 8.68% and CL decreased by 8.34% in the past 10 years.  Over the last 16 years, BL in the pearl river delta increased by 9.98%, CL and FL decreased  by 7.12% and 2.26%, respectively [74,75]. The changes of land use types and landscape  patterns in the MRYRR were consistent with its socio‐economic level, geographical con‐ ditions and national development policies.  Land 2021, 10, 1025  11  of  17  At the socioeconomic level, urbanization was an important driving force of landscape  pattern change. The Yangtze River Delta and the Pearl River Delta were located in the  coastal areas, opening up to the outside world earlier and developing rapidly. The de‐ mand for BL was strong, leading to the acceleration of CL reduction [76–78]. Statistics  showed  that  the  development  intensity  of  Shanghai  and  Beijing  were  36.5%  and  48%;  however, the development intensity in London and Tokyo was only 23.75% and 29.4%  [79]. MRYRR, located in central and western China, has relatively slow economic devel‐ opment and urban population growth, and has a weak impact on CL and FL. Since 2016,  the development of the Yangtze River economic belt had been implemented as a national  strategy, and the economic development would increase rapidly. Therefore, the land use  change in the study area should learn from the development experience and lessons of  other regions in order to adapt to the sustainable development of social economy and  environment.  At the level of natural environment, geographical environment has a restriction effect  on land use changes. The Yangtze River Delta and the Pearl River Delta were mainly del‐ tas and alluvial plains formed by the estuaries. The lack of natural barriers in mountainous  regions limits land development and promotes land use disorder. Hilly areas in the three  provinces of the MRYRR made up more than half of the total area [80,81]. Even in the  middle delta of Wuhan, Changsha and Nanchang, the capital cities of the study area, there  were still a large number of mountainous areas, which restrict the expansion of urbaniza‐ tion to a certain extent. However, with the development of urbanization in the past 25  years, the landscape fragmentation in this area became more and more serious, and the  complexity of patch shape increased, even in the marginal areas, which had a negative  impact on the maintenance of its ecosystem function.  At the level of national development strategies, land use was also affected by policies.  The MRYRR area has implemented the Yangtze River Shelterbelt and the project of Grain  to Green. In recent years, the implementation of ecological engineering and the promul‐ gation of protection policies provided favorable conditions for the landscape ecological  protection in this region, and also affected the landscape patterns [82,83]. SL has been the  dominant land type in the study area for the past 25 years, and the area still maintains a  high proportion of natural ecosystems, which provides a basis for development based on  ecological conservation. However, due to the high intensity of human activities, the CL  and FL in the region decreased, and the degree of landscape fragmentation was still in‐ creasing. Therefore, the protection of basic farmland and the control of urban expansion  scale should be done well, and the maintenance of natural ecosystem connectivity should  be strengthened.  6. Conclusions  From  1990 to  2015,  with  the  rapid  development  of urbanization,  BL  increased  by  more than half in MRYRR, mainly by occupying CL and FL. BL gradually aggregated into  the main patch of the core urban area. At the same time, the CL and FL were fragmented.  During this period, the overall landscape of MRYRR became more heterogeneous and  fragmented. The increase of economic and demographic factors in the study area was pos‐ itively correlated with BL, OL and SHID, and negatively correlated with CL, WL, MPS  and CONTAG. Urbanization had a profound impact on the local land use and landscape  patterns.  As the central region of the Yangtze River Economic Belt, the MRYRR is facing rapid  economic  development  and  the  continuous  improvement  in  urbanization,  which  may  cause a strong negative impact on the existing ecological landscape patterns. This is al‐ ready happening in the Yangtze River Delta and Pearl River Delta regions. The following  measures should be adopted for a sustainable development: (1) The government should  strictly  implement  the  ecological  protection  strategies,  delimiting  ecological  idle  space  and form strict systems; (2) The MRYRR has many mountains and hills. Urban roads and  dams will lead to habitat fragmentation and ecological corridor fragmentation. Therefore,  Land 2021, 10, 1025  12  of  17  the connectivity of ecological patches should be increased to improve ecological nodes  and corridors; (3) The MRYRR is the site of the Three Gorges Dam and needs strong water  conservation forests to improve forest ecosystem services. This study has important ref‐ erence value for ecological development and rational planning of land development, and  utilization in the Yangtze River Basin and other similar regions.  Author Contributions: Conceptualization, Y.Y. and M.S.; methodology, H.K.; software, Y.Y.; vali‐ dation, G.Z.; formal analysis, L.X.; investigation, Q.Z.; resources, C.Z., H.S. and J.L.; data curation,  Y.L., X.Z. H.K. and N.Y.; writing—original draft preparation, Y.Y.; writing—review and editing,  Y.Y., H.K.; visualization, Y.Y.; supervision, M.S.; project administration, C.Z.; funding acquisition,  H.K. All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.  Funding: This research was supported by National Natural Science Foundation of China (31770746),  Youth initiation project of Shanghai Academy of landscape planning (KT00262), National Key R&D  Program of China (2017YFC0505501), the National Natural Science Foundation of China (31800411),  and  Special  Project  of  Shanghai  Municipal  Economy  and  Information  Technology  Commission  (201901024).  Institutional Review Board Statement: Not applicable.  Informed Consent Statement: Not applicable.  Conflicts of Interest: The authors declare that they have no known competing financial interest or  personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.  Appendix A  Table A1. Land use types, landscape metrics and other factors abbreviations.  Types  Abbreviation  Content  GL  Grassland  CL  Cropland  SL  Shrubland  OL  Orchard  Land use types  BL  Built‐up land  WL  Wasteland  WB  Water bodies  FL  Forestland  NP  Number patches  PD  Patch density  LPI  Largest Patch Index  Landscape met‐ MPS  Mean Patch Area  rics  CONTAG  Contagion index  SHID  Shannon diversity index  COHESION  Patch Cohesion Index  LSI  Landscape shape index  POP  Population  RUR  Rural residents  URR  Urban residents  Socioeconomic  GDP  Gross domestic product  factors  PGDP  Per capital Gross domestic product   PRI  Primary sector  SEC  Secondary sector  TER  Tertiary sector  Others  MRYRR  Middle reaches of the Yangtze River region      Land 2021, 10, 1025  13  of  17  Table A2. Changes in area of land use types in the MRYRR region from 1990 to 2015.  1990   2000  2010  2015  Land Use  Area  Percentage  Area  Percentage  Area  Percentage  Area  Percentage  Types  2 2 2 2 (km )  (%)  (km )  (%)  (km )  (%)  (km )  (%)  CL  177,513  31.47  175,989  31.2  173,947  30.84  171,497  30.41  FL  283,779  50.31  284,958  50.52  284,246  50.4  280,971  49.82  SL  41,060  7.28  40,458  7.17  39,899  7.07  39,647  7.03  OL  3072  0.54  2909  0.52  3957  0.7  6077  1.08  GL  22,786  4.04  22,403  3.97  21,931  3.89  22,130  3.92  WB  23,945  4.25  24,687  4.38  25,784  4.58  26,003  4.61  BL  9762  1.73  10,511  1.86  12,336  2.19  15,865  2.81  WL  2083  0.37  2085  0.37  1900  0.34  1810  0.32  Table A3. Land use transfer matrix in the middle reaches of the Yangtze River from 1990 to 2000 (km ).  CL  FL  SL  OL  GL  WB  BL  WL  1990  CL  102,176.00  51,661.00  5242.00  772.00  3736.00  7555.00  6080.00  291.00  177,513.00  FL  49,664.00  199,864.00  18,792.00  1146.00  9799.00  2891.00  1583.00  40.00  283,779.00  SL  6363.00  19,093.00  14,581.00  125.00  223.00  472.00  196.00  7.00  41,060.00  OL  797.00  1215.00  144.00  590.00  0.00  0.00  326.00  0.00  3072.00   GL  3980.00  8010.00  1026.00  103.00  8632.00  0.00  390.00  645.00  22,786.00  WB  7180.00  3138.00  673.00  173.00  0.00  12,781.00  0.00  0.00  23,945.00  BL  5579.00  1929.00  0.00  0.00  0.00  306.00  1916.00  32.00  9762.00   WL  250.00  48.00  0.00  0.00  13.00  682.00  20.00  1070.00  2083.00   2000  175,989.00  284,958.00  40,458.00  2909.00  22,403.00  24,687.00  10,511.00  2085.00  64,500.00  NOTE: The data in each row added up to the total area of land use in the same category in 1990, and the data in each  column equalled the total area of land use in the same category in 2000. The data in each cell represented the area of the  row land use type transferred to column land use type from 1990 to 2000. The total area of the study area is 64,500 km .  Table A4. Land use transfer matrix in the middle reaches of the Yangtze River from 2000 to 2010 (km ).  CL  FL  SL  OL  GL  WB  BL  WL  2000  CL  173,418.00  162.00  22.00  157.00  15.00  969.00  1221.00  25.00  177,513.00   FL  194.00  283,100.00  40.00  966.00  34.00  149.00  474.00  1.00  283,779.00   SL  20.00  504.00  39,803.00  54.00  3.00  30.00  41.00  3.00  41,060.00   OL  6.00  127.00  8.00  2738.00  5.00  9.00  16.00  0.00  3072.00   GL  59.00  331.00  26.00  37.00  21,846.00  69.00  30.00  5.00  22,786.00   WB  227.00  19.00  0.00  3.00  25.00  24,172.00  82.00  159.00  23,945.00   BL  7.00  3.00  0.00  2.00  0.00  23.00  10,471.00  5.00  9762.00   WL  16.00  0.00  0.00  0.00  3.00  363.00  1.00  1702.00  2083.00   2010  173,947.00  284,246.00  39,899.00  3957.00  21,931.00  25,784.00  12,336.00  1900.00  64,500.00  Note: The data in each row added up to the total area of land use in the same category in 2000, and the data in each column  equalled the total area of land use in the same category in 2010. The data in each cell represented the area of the row land  use type transferred to column land use type from 2000 to 2010. The total area of the study area is 64,500 km .  Table A5. Land use transfer matrix in the middle reaches of the Yangtze River from 2010 to 2015 (km ).  CL  FL  SL  OL  GL  WB  BL  WL  2010  CL  171,180.00  65.00  3.00  240.00  15.00  316.00  2123.00  5.00  173,947.00  FL  96.00  280,644.00  38.00  1871.00  394.00  76.00  1127.00  0.00  284,246.00  SL  5.00  37.00  39,588.00  112.00  20.00  16.00  121.00  0.00  39,899.00  OL  18.00  132.00  8.00  3757.00  6.00  10.00  26.00  0.00  3957.00  GL  11.00  33.00  2.00  88.00  21,683.00  8.00  105.00  1.00  21,931.00  Land 2021, 10, 1025  14  of  17  WB  127.00  24.00  6.00  3.00  11.00  25,450.00  145.00  18.00  25,784.00  BL  59.00  36.00  2.00  5.00  0.00  16.00  12,218.00  0.00  12,336.00  WL  1.00  0.00  0.00  1.00  1.00  111.00  0.00  1786.00  1900.00  2015  171,497.00  280,971.00  39,647.00  6077.00  22,130.00  26,003.00  15,865.00  1810.00  64,500.00  Note: The data in each row added up to the total area of land use in the same category in 2010, and the data in each column  equalled the total area of land use in the same category in 2015. The data in each cell represented the area of the row land  use type transferred to column land use type from 2010 to 2015. The total area of the study area is 64,500 km .  Table A6. Land use transfer matrix in the middle reaches of the Yangtze River from 1990 to 2015.  CL  FL  SL  OL  GL  WB  BL  WL  1990  CL  177,513.00  99,138.00  50,062.00  5152.00  1502.00  3658.00  8751.00  8950.00  300.00  FL  283,779.00  48,910.00  197,041.00  18,427.00  3260.00  9887.00  3075.00  3134.00  45.00  41,060.00  SL  6284.00  18,577.00  13,675.00  270.00  1404.00  483.00  361.00  6.00  OL  780.00  1199.00  136.00  658.00  160.00  74.00  62.00  3.00  3072.00  GL  3943.00  9626.00  1802.00  251.00  6498.00  365.00  284.00  17.00  22,786.00  WB  23,945.00  6868.00  3014.00  303.00  89.00  390.00  11,689.00  1047.00  545.00  BL  9762.00  5327.00  1406.00  146.00  44.00  120.00  691.00  1991.00  37.00  WL  2083.00  247.00  46.00  6.00  3.00  13.00  875.00  36.00  857.00  2015  171,497.00  280,971.00  39,647.00  6077.00  22,130.00  26,003.00  15,865.00  1810.00  64,500.00  Note: The data in each row added up to the total area of land use in the same category in 1990, and the data in each column  equalled the total area of land use in the same category in 2015. The data in each cell represented the area of the row land  use type transferred to column land use type from 1990 to 2015. The total area of the study area is 64,500 km .  References  1. Kalnay, E.; Cai, M. Impact of urbanization and land‐use change on climate. Nature 2003, 423, 528–528.  2. Kabir, A.; Sekine, M.; Imai, T.; Yamamoto, K. Assessing Small‐Scale Freshwater Microplastics Pollution, Land‐use, Source‐to‐ Sink Conduits, and Pollution Risks: Perspectives from Japanese Rivers Polluted with Microplastics. Sci. Total Environ. 2021, 768,  144655.  3. Shen, J.; Qin, G.; Yu, R.; Zhao, Y. Urbanization has changed the distribution pattern of zooplankton species diversity and the  structure of functional groups. Ecological. Indic. 2021, 120, 106944.  4. Tian, L.; Guo, Y. Peri‐Urban China: Land Use, Growth, and Integrated Urban–Rural Development; Routledge: London, UK, 2019.  5. Liu, D.; Zheng, X.; Wang, H. Land‐use Simulation and Decision‐Support system (LandSDS): Seamlessly integrating system  dynamics, agent‐based model, and cellular automata. Ecol. Model. 2020, 417, 108924.  6. Yi, Y.; Zhao, Y.; Ding, G.; Gao, G.; Shi, M.; Cao, Y. Effects of Urbanization on Landscape Patterns in a Mountainous Area: A  Case Study in the Mentougou District, Beijing, China. Sustainability 2016, 8, 1190.  7. Zhu, Z.; He, Q.Y. Spatio‐temporal Evaluation of the Urban Agglomeration Expansion in the Middle Reaches of the Yangtze  River and Its Impact on Ecological Lands. Sci. Total Environ. 2021, 790, 148150.  8. Dadashpoor, H.; Azizi, P.; Moghadasi, M. Land use change, urbanization, and change in landscape pattern in a metropolitan  area. Sci. Total Environ. 2019, 655, 707–719.  9. National Bureau of Statistics of the People’s Republic of China. China Statistical Yearbook 2010; China Statistics Press: Beijing,  China, 2011.  10. National Bureau of Statistics of the People’s Republic of China. China Statistical Yearbook 2019; China Statistics Press: Beijing,  China, 2020.  11. Yi,Yang. Spatiotemporal change characteristics of land landscape pattern in mountainous areas since reform and opening up:  A case study of Mentougou District, Beijing. Subtrop. Soil Water Conserv. 2021, 33, 12–18. (In Chinese)  12. Li, C.G.; Yin, H.F.; Chen, D.X.; Wang, B. Flood control problems and countermeasures in the middle reaches of the Yangtze  River‐Enlightenment from the devastating flood in 1998. Earth Sci. 1999, 4, 329–334. (In Chinese)  13. Yi, Y.; Shi, M.; Liu, C.; Kang, H.; Wang, B. On landscape patterns in typical mountainous counties of middle reaches of the  Yangtze River in China. Int. J. Environ. Res. Public Health 2021, 18, 4000.  14. Zheng, W.W. A preliminary study on reasonable forest species structure and forest coverage rate in the Three Gorges Reservoir  Area [D]. Beijing For. Univ. 2006, 6, 610–613. (In Chinese)  15. Arki, V.; Koskikala, J.; Fagerholm, N.; Kisanga, D.; K Käyhköa, N. Associations between local land use/land cover and place‐ based landscape service patterns in rural Tanzania. Ecosyst. Serv. 2020, 41, 101056.  16. Shehab, Z.N.; Jamil, N.R.; Aris, A.Z.; Shafie, N.S. Spatial variation impact of landscape patterns and land use on water quality  across an urbanized watershed in Bentong. Malaysia. Ecol. Indic. 2021, 122, 107254.  Land 2021, 10, 1025  15  of  17  17. Turner, B.L.; Skole, D.; Sanderson, S.; Fischer, G.; Fresco, L.; Leemans, R. Land Use and Land Cover Change: Science/Research Plan;  IGBP Report No.35 and HDP Report No.7; IGBP: Stockholm, Sweden, 1995; pp. 2–15.  18. Castella, J.C.; Kam, S.P.; Dang, D.Q.; Verburg, P.H.; Ch, T.H. Combining top‐down and bottom‐up modelling approaches of  land use/cover change to support public policies: Application to sustainable management of natural resources in northern Vi‐ etnam. Land Use Policy 2007, 24, 531–545.  19. Verburg, P.H.; Schot, P.P.; Dijst, M.J.; Veldkamp, A. Land use change modelling: Current practice and research priorities. Geo‐ journal 2004, 61, 309–324.  20. Spencer, R.; Meyer, K.B.; Christopher, S.C.; Robert, J.L. An analysis of spatio‐temporal landscape patterns for protected areas in  northern New England: 1900–2010. Landsc. Ecol. 2015, 30, 1291–1305.  primary produc‐ 21. Zhou, Y.Y.; Yue, D.X.; Guo, J.J.; Chen, G.G.; Wang, D. Spatial correlations between landscape patterns and net  tivity: A case study of the Shule River Basin, China. Ecol. Indic. 2021, 130, 94–104.  22. Forman, R.T.T.; Godron, M. Landscape Ecology; John Wiley & Sons: New York, NY, USA, 1986.  23. Pickett, S.T.A.; Cadenasso, M.L. Landscape ecology: Spatial heterogeneity in ecological systems. Science 1995, 269, 331–334.  24. Turner, M.G.; Gardner, R.H. Quantitative Methods in Landscape Ecology; Springer: New York, NY, USA, 1991.  25. Risser, P.G.; Iverson, L.R. 30 years later—landscape ecology: Directions and approaches. Landsc. Ecol. 2013, 28, 367–369.  26. Wang, X.L.; Xiao, D.N. Landscape pattern analysis of liaohe Delta wetland. Acta Ecol. Sin. 1997, 17, 317–323. (In Chinese)  27. Wu, J.; Levin, S.A. A spatial patch dynamic modeling approach to pattern and process in an annual grassland. Ecol. Monogr.  1994, 64, 447–464.  28. Mas, J.F.; Velázquez, A.; Díaz‐Gallegos, J.R.; Mayorga‐Saucedo, R.; Alcántara, C.; Bocco, G.; Castro, R.; Fernández, T.; Pérez‐ Vega, A. Assessing land use/cover changes: A nationwide multidate spatial database for Mexico. Int. J. Appl. Earth Obs. Geoinf.  2004, 5, 249–261.  29. Ruddiman, W.F.; Ellis, E.C. Effect of per‐capita land use changes on Holocene forest clearance and CO2 emissions. Quat. Sci.  Rev. 2009, 28, 3000–3015.  30. York, A.M.; Munroe, D.K. Urban encroachment, forest regrowth and land‐use institutions: Does zoning matter? Land Use Policy  2010, 27, 471–479.  31. Fu, B.; Wang, Y.F.; Lu, Y.H.; He, C.S.; Chen, L.; Song, C.J. The effects of land use combination on soil erosion‐a case study in  Loess Plateau of China. Prog. Phys. Geogr. 2009, 33, 793–804.  32. Jansen, L.J.M.; Gregorio, A.D. Land‐use data collection using the “land cover classification system”: Results from a case study  in Kenya. Land Use Policy 2003, 20, 131–148.  33. Antrop, M. Landscape change and the urbanization process in Europe. Landsc. Urban Plan. 2004, 67, 9–26.  34. Wu, J.G.; Jenerette, G.D.; Buyantuyev, A.; Redman, C.L. Quantifying spatiotemporal patterns of urbanization: The case of the  two fastest growing metropolitan regions in the United States. Ecol. Complex. 2011, 8, 1–8.  35. Zhu, C.M.; Zhang, X.L.; Zhou, M.M.; He, S.; Gan, M.Y.; Yang, L.X.; Wang, K. Impacts of urbanization and landscape pattern on  habitat quality using OLS and GWR models in Hangzhou, China. Ecol. Indic. 2020, 117, 106654.  36. Ren, Z.; He, X.; Zheng, H.; Wei, H. Spatio‐Temporal Patterns of Urban Forest Basal Area under China’s Rapid Urban Ex‐pansion  and Greening: Implications for Urban Green Infrastructure Management. Forests 2018, 9, 272; doi:10.3390/f9050272.  37. Du, X.; Huang, Z. Ecological and environmental effects of land use change in rapid urbanization: The case of hangzhou, China.  Ecol. Indicator. 2017, 81, 243–251. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.05.040.  38. Chen, W.; Chi, G.; Li, J. The spatial association of ecosystem services with land use and land cover change at the county level in  China 1995‐2015. Sci. Total Environ. 2019, 669, 459–470.  39. Yuan, Z.; Xu, J.; Wang, Y.; Yan, B. Analyzing the influence of land use/land cover change on landscape pattern and ecosystem  services in the Poyang Lake Region, China. Environ. Sci. Pollut. Res. 2021, 28, 27193–27206.  40. Mark, M.; Fu, B. Evaluation of landscape pattern and fragmentation in Dongling Mountain area, Beijing. Chin. J. Plant Ecol. 2000,  1, 320–326. (In Chinese).  41. Zhang, X.; Shi, P.J.; Luo, J.; Liu, H.; Wei, W. Ecological risk analysis of arid inland river basin based on Landscape Pattern: A  case study of Shiyang River Basin. J. Nat. Resour. 2014, 29, 410–419.  42. Qi, Y.; Wu, J.G.; Li, J.L.; Yu, Y.; Peng, F.; Sun, C. Landscape pattern and driving forces of small and medium‐sized cities in  eastern and Western China. Acta Ecol. Sin. 2013, 33, 275–285. (In Chinese)  43. Fan, Y.; Gan, L.; Hong, C.; Jessup, L.H.; Lu, L. Spatial identification and determinants of trade‐offs among multiple land use  functions in Jiangsu Province, China. Sci. Total Environ. 2021, 772, 145022.  44. Kim,  J.H.;  Kwon,  O.S.;  Ra,  J.H.  Urban  Type  Classification  and  Characteristic  Analysis  through  Time‐Series  Environmental  Changes for Land Use Management for 31 Satellite Cities around Seoul, South Korea. Land 2021, 10, 1–10.  45. Huang, C.; Huang, X.; Peng, C.; Zhou, Z.; Teng, M.; Wang, P. Land use/cover change in the Three Gorges Reservoir area, China:  Reconciling the land use conflicts between development and protection. Catena 2019, 175, 388–399.  46. Asimeh, M.; Nooripoor, M.; Azadi, H.; Hossein, A.; Veerle, V.E.; Petr, S.; Frank, W. Agricultural land use sustainability in  Southwest Iran: Improving land leveling using consolidation plans. Land Use Policy 2020, 94, 104555.  47. Li, H.; Peng, J.; Liu., Y.; Hu, Y. Urbanization impact on landscape patterns in Beijing City, China: A spatial heterogeneity per‐ spective. Ecol. Ind. 2017, 82, 50–60. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.06.032.  48. Yi, Y.; Wang, B.; Shi, M.; Meng, Z.; Zhang, C. Variation in Vegetation and Its Driving Force in the Middle Reaches of the Yangtze  River in China. Water 2021, 13, 2036.  Land 2021, 10, 1025  16  of  17  49. Ng, C.N.; Xie, Y.J.; Yu, X.J. Measuring the spatio‐temporal variation of habitat isolation due to rapid urbanization: A case study  of the Shenzhen River cross‐boundary catchment, China. Landsc. Urban Plan. 2011, 103, 44–54.  50. Pan, Z.; He, J.; Liu, D.; Wang, J.; Guo, X. Ecosystem health assessment based on ecological integrity and ecosystem services  demand in the Middle Reaches of the Yangtze River Economic Belt, China. Sci. Total Environ. 2021, 774, 144837.  51. Hu, X.L.; Yi, Y.; Kang, H.Z.; Wang, B.; Shi, M.C.; Liu, C.J. Temporal and spatial variations of land use and the driving factors in  the middle reaches of the Yangtze River in the past 25 years. Acta Ecol. Sin. 2019, 39, 1877–1886. (In Chinese).  52. National Development and Reform Commission. Notice on the issuance of the “Development Plan for Triangle of Central  China”.  [2015‐04‐13].  Available  online:  https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/201606/t20160603_962187.html?code=&state=123 (accessed on 14 August 2021).  53. Chen, Y.; Zhang, S.; Huang, D.; Li, B.L.; Liu, J.; Liu, W. The development of China’s Yangtze River Economic Belt: How to make  it in a green way? Sci. Bull. 2017, 62, 648–651.  54. Chen, D.S.; Jiang, P.H.; Li, M.C. Assessing potential ecosystem service dynamics driven by urbanization in the Yangtze River  Economic Belt, China. J. Environ. Manag. 2021, 292, 112734.  55. Ma, J.; Li, X.F.; Zhang, H. Study on the coordination of urban development quality system in the middle reaches of the Yangtze  River. Econ. Geogr. 2016, 36, 53–61.  56. Huang, M.Y.; Yue, W.Z.; Xiang, H.E. Decoupling relationship between urban expansion and economic growth in the Yangtze  River economic belt and its spatial heterogeneity. J. Nat. Resour. 2018, 33, 219–232.  57. Wu, H.; Hu, X.; Sun, S.; Dai, J.; Ye, S.J.; Du, C.Y.; Chen, H.; Yu, G.L.; Zhou, L.; Chen, J. Effect of increasing of water level during  the middle of dry season on landscape pattern of the two largest freshwater lakes of China. Ecol. Indic. 2020, 113, 106283.  58. Chen, W.; Zhao, H.; Li, J.; Zhu, L.; Wang, Z.; Zeng, J. Land use transitions and the associated impacts on ecosystem services in  the middle reaches of the Yangtze River economic belt in China based on the geo‐informatic Tupu method. Sci. Total Environ.  2020, 701, 134690.  59. Long, H.L.; Heilig, G.K.; Wang, J.; Li, X.B.; Luo, M.; Wu, X.Q.; Zhang, M. Land use and soil erosion in the upper reaches of the  Yangtze River: Some socio‐economic considerations on China’s Grain‐for‐Green Programme. Land Degrad. Dev. 2006, 17, 589– 603.  60. United States Geological Survey. Remote Sensing Images. Available online: https://www.usgs.gov/ (accessed on 17 April 2018).  61. Chinese Academy of Sciences. National Earth System Science Data Sharing Infrastructure. Available online: http://www.geo‐ data.cn/ (accessed on 17 April 2018).  62. Hubei Provincial Bureau of Statistics. Statistical Bulletin of National Economic and Social Development of Hubei Province in  2015. 2016. Available online: http://tjj.hubei.gov.cn/tjsj/sjkscx/tjnj/qstjnj/ (accessed on 10 April 2021).  63. Hunan Provincial Bureau of Statistics. Statistical Bulletin of National Economic and Social Development of Hunan Province in  2015. 2016. Available online: www.hunan.gov.cn/zfsj/tjgb/201604/t20160422_4832916.html (accessed on 10 April 2021).  64. Jiangxi Provincial Bureau of Statistics. Statistical Bulletin of National Economic and Social Development of Jiangxi Province in  2015. 2016. Available online: Tjj.jiangxi.gov.cn/art/2016/11/24/art_38773_2343871.html (accessed on 10 April 2021).  65. China’s  national  standard  (GB/T  21010‐2017).  Current  Land  Use  Condition  Classification.  Available  online:  http://www.gov.cn/xinwen/2017‐11/04/content_5237211.htm (accessed on 1 November 2017).  66. Gonzalez‐Avila, S.; Lopez‐Leiva, C.; Bunce, R.G.H.; Elena‐Rosselló, R. Changes and drivers in Spanish landscapes at the Rural‐ Urban Interface between 1956 and 2018. Sci. Total Environ. 2020, 714, 136858.1–136858.10.  67. Liu, R.; Zhu, D. Discussion on land use change information mining method based on transition matrix. Resour. Sci. 2010, 32,  1544–1550.  68. Krzywinski, M.I.; Schein, J.E.; Birol, I.; Connors, J.; Gascoyne, R.; Horsman, D.; Jones, S.J.; Marra, M.A. Circos: An information  aesthetic for comparative genomics. Genome Res. 2009, 19, 1639–1645.  69. Su, S.; Xiao, R.; Zhang, Y. Multi‐scale analysis of spatially varying relationships between agricultural landscape patterns and  urbanization using geographically weighted regression. Appl. Geography. 2012, 32, 360–375, doi:10.1016/j.apgeog.2011.06.005.  70. Xiao, R.; Wang, G.; Zhang, Q.; Zhang, Z. Multi‐scale analysis of relationship between landscape pattern and urban river water  quality in different seasons. Sci. Rep. 2016, 6, 25250; doi:10.1038/srep25250.  71. Hope, A.S.; Boynton, W.L.; Stow, D.A.; Douglas, D.C. Interannual growth dynamics of vegetation in the Kuparuk River water‐ shed,Alaska based on the Normalized Difference Vegetation Index. Int. J. Remote Sens. 2003, 24, 3413–3425.  72. Zhou, D.; Xu, J.C.; Wang, L.; Lin, Z.L. Assessing urbanization quality using structure and function analyses: A case study of the  urban agglomeration around Hangzhou Bay (UAHB), China. Habitat Int. 2015, 49, 165–176.  73. Ye, C.; Zhu, J.J.; Li, S.M.; Chen, M.X. Assessment and analysis of regional economic collaborative development within an urban  agglomeration: Yangtze River Delta as a case study. Habitat Int. 2019, 83, 20–29.  74. Xu, N. Study on the Spatial Pattern of Land Use in the Yangtze River Delta from 2000 to 2010; Xi’an University of Science and Tech‐ nology: Xi’an, China, 2014.  75. Ye, C.S.; Wang, F. Study on land use and landscape pattern change in Pearl River Delta. Bull. Soil Water Conserv. 2012, 32, 238– 243.  76. He, Y.; Wang, J.J.; Yuan, Z.J.; Zheng, M.G.; Huang, B.; Liang, C. Land use change and its response to urbanization in the Pearl  River Delta. Ecol. Environ. Sci. 2020, 29, 303–310.  77. Zhu, B.; Zhang, T.L. The impact of cross‐region industrial structure optimization on economy, carbon emissions and energy  consumption: A case of the Yangtze River Delta. Sci. Total Environ. 2021, 778, 146089.  Land 2021, 10, 1025  17  of  17  78. Yu, Z.; Li, X.F.; Wang, S.R.; Liu, L.Y.; Zeng, E.Y. The human and ecological risks of neonicotinoid insecticides in soils of an  agricultural zone within the Pearl River Delta, South China. Environ. Pollut. 2021, 284, 117358.  79. Zhao, Y.; Liu, Y.Z.; Long, K.S. Characteristics and influencing factors of urban land development intensity in Yangtze River  Delta. Resour. Environ. Yangtze Basin 2012, 21, 1480–1485.  80. Du, W.C.; Jiang, H. Analysis on the connotation and essence of “the ecological environment protection plan for the Yangtze  River economic belt”. Environ. Prot. 2017, 45, 51–56.  81. Kong, L.Q.; Zhang, L.; Zheng, H.; Xu, W.H.; Xiao, Y.; Ouyang, Z.Y. Evolution and driving forces of ecosystem pattern in the  Yangtze River Basin. Acta Ecol. Sin. 2018, 38, 741–749. (In Chinese)  82. Chen, W.; Li, J.; Zhu, L. Spatial heterogeneity and sensitivity analysis of ecosystem services value in the Middle Yangtze River   Nat. Resour. 2019, 34, 325–337.  region. J. 83. Chen, W.; Ye, X.; Li, J.; Fan, X.; Liu, Q.; Dong, W. Analyzing requisition–compensation balance of farmland policy in China  through telecoupling: A case study in the middle reaches of Yangtze River Urban Agglomerations. Land Use Policy 2019, 83,  134–146.  http://www.deepdyve.com/assets/images/DeepDyve-Logo-lg.png Land Multidisciplinary Digital Publishing Institute

Effects of Urbanization on Landscape Patterns in the Middle Reaches of the Yangtze River Region

Loading next page...
 
/lp/multidisciplinary-digital-publishing-institute/effects-of-urbanization-on-landscape-patterns-in-the-middle-reaches-of-1hyVOX5Uge

References

References for this paper are not available at this time. We will be adding them shortly, thank you for your patience.

Publisher
Multidisciplinary Digital Publishing Institute
Copyright
© 1996-2021 MDPI (Basel, Switzerland) unless otherwise stated Disclaimer The statements, opinions and data contained in the journals are solely those of the individual authors and contributors and not of the publisher and the editor(s). MDPI stays neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations. Terms and Conditions Privacy Policy
ISSN
2073-445X
DOI
10.3390/land10101025
Publisher site
See Article on Publisher Site

Abstract

Article  Effects of Urbanization on Landscape Patterns in the Middle  Reaches of the Yangtze River Region  1,2,3,4 4 1 1 1 1,5 1 Yang Yi  , Chen Zhang  , Guilian Zhang  , Luqi Xing  , Qicheng Zhong  , Jialin Liu  , Yichen Lin  ,   1 1 4 3 2,6, Xiewei Zheng  , Na Yang  , Hao Sun  , Mingchang Shi   and Hongzhang Kang  *    Key Laboratory of National Forestry and Grassland Administration on Ecological Landscaping of   Challenging Urban Sites, National Innovation Alliance of National Forestry and Grassland Administration  on Afforestation and Landscaping of Challenging Urban Sites, Shanghai Engineering Research Center of  Landscaping on Challenging Urban Sites, Shanghai Academy of Landscape Architecture Science and   Planning, Shanghai 200232, China; yy@shsyky.com (Y.Y.); zgl@shsyky.com (G.Z.); xlq@shsyky.com (L.X.);  zqc@shsyky.com (Q.Z.); jialinliu@seas.harvard.edu (J.L.); lyc@shsyky.com (Y.L.); zxw@shsyky.com (X.Z.);  yn@shsyky.com (N.Y.)    School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China    Beijing Engineering Research Center of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University,   Beijing 100083, China; shimc@bjfu.edu.cn    Shanghai Foundation Ding Environmental Technology Company, Shanghai 200063, China;   joezhangchen@sina.com (C.Z.); sunhao930309@163.com (H.S.)    Harvard China Project, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences,   Citation: Yi, Y.; Zhang, C.; Zhang,  Cambridge, MA 02138, USA  G.; Xing, L.; Zhong, Q.; Liu, J.; Lin,    School of Design, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China  Y.; Zheng, X.; Yang, N.; Sun, H.; et  *  Correspondence: kanghz@sjtu.edu.cn  al. Effects of Urbanization on   Landscape Patterns in the Middle  Abstract: The middle reaches of the Yangtze River region (MRYRR) are China’s first trans‐regional  Reaches of the Yangtze River   urban agglomeration, located in the center of the Yangtze River Economic Belt. The MRYRR is an  Region. Land 2021, 10, 1025.  important ecological reserve, and its land cover changes are affected by both socio‐economic devel‐ https://doi.org/10.3390/land10101025  opment and geographical environment. In this paper, Landsat ETM/TM/OLI remote sensing images  were used to monitor land use and landscape patterns from 1990 to 2015. Through supervised clas‐ Academic Editors: Luca Salvati and  sification, land use transfer matrix, landscape pattern metrics and correlation analysis, the spatial‐ Diane Pearson  temporal patterns of land use change and its relationship with socio‐economic in the study area  were revealed. The results showed that: (1) the main land use types in the study area were cropland  Received: 27 July 2021  Accepted: 17 September 2021  (CL) and forestland (FL), accounting for more than three‐quarters of the study area. During the  Published: 30 September 2021  study period, built‐up land (BL) increased, CL decreased, FL increased first and then decreased; (2)  the BL expanded mainly by occupying CL and FL, and regional landscape pattern was gradually  Publisher’s  Note:  MDPI  stays  neu‐ fragmented, with complex patch shape and increasing diversity and heterogeneity. Among them,  tral  with  regard  to  jurisdictional  the BL is gradually gathered, and the FL and CL are gradually fragmented; (3) in the past 25 years,  claims in published maps and institu‐ the urbanization process in this region has been obvious, and the Gross Domestic Product (GDP)  tional affiliations.  has increased by 36 times. The socioeconomic variables were positively correlated with BL, orchard  (OL) and Shannon diversity index (SHID), and negatively correlated with CL, Wasteland (WL),  mean patch size (MPS) and contagion size (CONTAG). The results showed that the urbanization  development has a great impact on the region, and the ecological protection task is still challenging.  Copyright: © 2021 by the authors. Li‐ It is necessary to protect high‐quality cropland and draw a red line for ecological protection. We  censee  MDPI,  Basel,  Switzerland.  should strengthen the construction of ecological corridors and ecological nodes to adapt to regional  This article  is an open access article  sustainable development.  distributed under the terms and con‐ ditions of the Creative Commons At‐ tribution (CC BY) license (http://crea‐ Keywords: urbanization; land use transition; landscape patterns; middle reaches of the Yangtze  tivecommons.org/licenses/by/4.0/).  River region; correlation analysis      Land 2021, 10, 1025. https://doi.org/10.3390/land10101025  www.mdpi.com/journal/land  Land 2021, 10, 1025  2  of  17  1. Introduction  Since the 20th century, with the rapid development of economy and the rapid in‐ crease of urban population, the intensification of human activities such as urbanization  and industrialization have had a serious impact on regional land use, vegetation cover  and  ecological  environment  [1–3].  Therefore,  a  series  of  ecological  problems  have  emerged, such as climate warming, water pollution, low forest efficiency, soil erosion, etc.,  [4,5]. Deforestation, urban construction and over exploitation of tourism resources destroy  the natural growth of regional vegetation, resulting in soil erosion, low vegetation cover‐ age, fragmentation of vegetation patches and other problems, which have a significant  impact on the overall regional ecological environment balance of the region, and endanger  the integrity and sustainability of the ecosystem [6,7]. As the world population continues  to increase, the global urbanization process will accelerate, especially in developing coun‐ tries [8]. With destruction of the ecological environment and the decline of forest coverage,  China’s urbanization rate increased from 17.90% in 1978 to 60.60% in 2019 [9–11]. Forest  cover in MRYRR is decreasing, which exacerbates the phenomenon of soil erosion [12,13].  Therefore, the Sediment content of the Yangtze River Basin is relatively high, ranking the  −3 fourth in the world with a value of 1.18 kg∙m , and washing away as much as 900 million  tons of sediment every year [14]. However, there are relatively few studies on land use  change and its driving factors in MRYRR. Therefore, it is of great significance to study the  change of regional land use and landscape pattern and its driving factors.  Spatial and temporal patterns of land use types and landscape patterns were the im‐ portant topics in global change and land  science [15,16]. The Land Use/Cover Change  (LUCC) scientific research program was jointly developed and published by the Interna‐ tional Geosphere Biosphere Program (IGBP) and the International Human Dimensions  Program on Global Environmental Change (IHDP) in 1995 [17]. Spatial and temporal pat‐ tern analysis of regional land use change was the most basic content and the earliest re‐ search field of this research program [18,19]. Landscape pattern analysis method was de‐ fined as patch type, quantity and spatial distribution in landscape structure [20]. Analysis  and research on land use and landscape patterns analysis gradually shifted from simple  and intuitive qualitative research to quantitative analysis combined with spatial distribu‐ tion [21]. The main representatives of land use and landscape patterns researches are For‐ man [22], Pickett [23], Turner [24], Risser [25], Wang [26], Wu [27], etc. With the develop‐ ment of RS and GIS technology, since the 21st century, Alejandro [28], Ellis [29], Munroe  [30], Fu [31], Louisa [32] and other representative studies have laid a good foundation for  land use and landscape pattern research.  In recent years, scholars have done a lot of research on the landscape patterns. Meth‐ ods mainly focus on land use transfer matrix, dynamic change mathematical model, land‐ scape measurement, gradient analysis, etc. [33–35]. Its achievements mainly focused on  landscape patterns change [36], urbanization process and ecological eco‐environment ef‐ fects [37], driving mechanism [38], and land use model simulation and prediction [39].  Based on the vegetation map, Ma et al. chose a variety of landscape metrics to analyze and  evaluate the landscape fragmentation in Dongling Mountain [40]. Zhang et al. established  ecological risk index based on remote sensing data and analyze the temporal and spatial  characteristics of ecological risk in Shiyang River Basin by using landscape indicators,  which is of great significance to optimizing the land use structure and landscape pattern  of the basin and maintaining the ecological function of the basin [41]. Qi et al. analyzed  the landscape patterns of small and medium‐sized cities in the Yangtze River Delta and  Xinjiang and discussed the differences and driving factors of land use and landscape pat‐ tern change among regions based on population and economic data [42]. Fan et al. [43],  Kim et al. [44], Huang et al. [45] and Asimeh et al. [46] analyzed and discussed the changes  of land use and landscape patterns in different regions, obtaining important enlighten‐ ment, which providing important theoretical  basis for regional land use planning and  landscape optimization. However, studies on land use and landscape patterns changes in  Land 2021, 10, 1025  3  of  17  China were mainly concentrated in cities [47,48], and study areas were mainly concen‐ trated in the eastern coastal area [49]. The quantitative analysis of land use change and  socio‐economic driving forces of typical  urban agglomerations in MRYRR is  relatively  rare.  Urban agglomeration in the MRYRR was the first approved national urban agglom‐ eration in China [50]. MRYRR was the second largest urban agglomeration in China after  the Yangtze River Delta urban agglomeration [51]. In April 2015, the development plan of  MRYRR urban agglomeration was released, indicating that MRYRR urban agglomeration  has become a key area for the implementation of ecological priority green development  strategy in the Yangtze River economic belt [52,53]. Under the national strategy of coordi‐ nated  regional development and the strategy  of the  rise of  central China, the  Yangtze  River Delta urban agglomeration, as an important part of the Yangtze River Economic  Belt, played a key role and was the core hub connecting the central and western regions  with the Yangtze River Delta and the Hong Kong‐Macao Bay area in Guangdong [54]. The  MRYRR  includes  Hubei  Province,  Hunan  Province  and  Jiangxi  Province.  Due  to  its  unique mountainous terrain, geographical environment and climate characteristics, this  area was rich in natural vegetation resources and was an important ecological protection  area in China [50]. This area connected the upper and lower reaches of the Yangtze River  and had obvious transition characteristics. Regional natural ecological development was  of great significance for maintaining the ecological sustainable development of the whole  Yangtze River basin [55,56]. The urbanization process in this area was typical and repre‐ sentative. It was of great significance to study the spatio‐temporal changes of land use and  landscape patterns and their coupling coordination with social, economic and ecological  environmental systems.  Based on the remote sensing data and socio‐economic data from 2000 to 2015, this  study selected the MRYRR (Hubei Province, Hunan Province and Jiangxi Province) to an‐ alyze the change characteristics and evolution trend of land use and landscape patterns  and determine the driving factors of land use and landscape pattern in this region. The  purposes were to: (1) reveal the spatial‐temporal dynamic characteristics of land use in  the MRYRR; (2) evoke the trend of landscape patterns in the MRYRR; (3) analyze the re‐ lationship between social, economic and population factors and land use, and landscape  pattern change. This study could provide scientific reference for regional urbanization  sustainable development and ecological environment construction measures.  2. Study Area  The  MRYRR  includes  Hubei  Province,  Hunan  Province  and  Jiangxi  Province  (24°25′N−33°16′N,108°24′E−118°23′E), with a total area of 564,000 km  (Figure 1). The re‐ gional  climate  type  is  subtropical  monsoon  climate,  with  precipitation  of  1000–1600  −1 mm∙a  and annual average temperature of 16–18 °C [57]. The MRYRR mainly consists of  mountainous hills and plains, which account for 48.3% and 14.8% of the area, respectively.  The area has an average altitude of about 1500 m [36]. MRYRR has three agglomeration  areas, including Wuhan Metropolitan Area, Poyang Lake Metropolitan area and Chang‐ sha‐Zhuzhou‐Tan Metropolitan area, making MRYRR one of the most important national  urban agglomerations in China [58]. In 2018, the total population of this region was 174.38  million, accounting for 12.7% of the total population of China, with a GDP of 9.8 trillion  yuan. The urbanization level exceeded 50%, with frequent human economic activities and  large regional disturbances [59].  Land 2021, 10, 1025  4  of  17  Figure 1. Locations of the MRYRR.  3. Materials and Methods  3.1. Data Sources and Processiong  The  data  form  Landsat  TM/ETM/OLI  remote  sensing  images  (https://www.usgs.gov/, accessed on 14 August 2021) in 1990, 2000, 2010 and 2015 were  used in this study [60]. Combined with the 2017 China land cover classification standard  system and the land use characteristics of land use types in the study area, supervision  and classification were carried out. Land use types were divided into eight types: cropland  (CL), forestland (FL), shrubland (SL), orchard (OL), grassland (GL), waterbodies (WB),  built‐up land (BL) and wasteland (WL) (Table 1). One hundred and sixty samples were  randomly selected, and high‐resolution images were used to detect Google Earth (10 × 10  m ) and interpret the accuracy. The overall accuracy was above 74% and kappa coefficient  was above 0.70. All operations were performed using the ENVI 5.3 software. Socioeco‐ nomic factors (population, urban residents, rural residents, GDP, per capita GDP, primary  sector, secondary sector, tertiary sector) are derived from the statistical yearbook [61–64].  Table 1. Land use types in the study area (based on the Chinese National Standard and Yi) [65,66].  Land Cover Types  Description  Grassland (GL)  Refers to growing herbaceous plants, including pasture or mainly pasture.  Refers to land for planting crops, including cultivated land, new open wasteland,  Cropland (CL)  wheeled land, and crop fields so as to cultivate rice, lotus root, and other aquatic crops.  Forestland (FL)  It mainly refers to natural forests and plantations  Shrubland (SL)  Short woodlands and shrubs.  Refers to many years of intensive planting of woody and herbaceous crops for the inten‐ Orchard (OL)  sive management of fruit, leaves, roots, stems, and juices.  All types of manmade structures: Residential, industrial, agricultural commercial and  Built‐up land (BL)  services; transportation and utilities.  Refers to natural land waters and land for water conservancy facilities, including reser‐ Waterbodies (WB)  voirs, ponds, rivers, lakes, snow, oceans and submerged land, etc.  Wasteland (WL)  The surface is rock or gravel, bare soils, sand, and bare stone.  3.2. Study Methods  3.2.1. Land Use Transfer Matrix  Land use transfer matrix is a two‐dimensional matrix based on the relationship be‐ tween land cover change in two different periods in the same region. By analyzing the  transformation matrix, we can get the conversion between two different periods of differ‐ ent land categories. It can not only reflect the area of various land types at a static time  Land 2021, 10, 1025  5  of  17  point, but also reflect the output information of land cover in the early stage and the in‐ come information in the later stage. Land use transfer matrix can visually describe the  spatio‐temporal change process of land use [67].  𝑆 𝑆 𝑆 ⋯𝑆 ⎡ ⎤ 𝑆 𝑆 𝑆 ⋯𝑆 ⎢ ⎥ 𝑆 𝑆 𝑆 𝑆 ⋯𝑆   (1) ⎢ ⎥ ⋮⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⎢ ⎥ 𝑆 ⋯𝑆 ⎣𝑆 𝑆 ⎦ where 𝑆   is the area of class i land converted into class j (The i = j represents the un‐ changed area of a certain land use type); i and j respectively represent the land use types  before and after the transfer. n is the number of land use types (n = 8 in this paper).  In order to clearly express the data of land use transfer from 1990 to 2015, we made  a graph called circos and listed the data as Appendix A (Figure 2 and Tables A3–A6).  Graphing method used the template (http://mkweb.bcgsc.ca/tableviewer/ accessed on 14  August 2021) by Canada’s Michael Smith Genome Sciences Centre (CMSGSC) [68]. The  illustration is as follows:  Figure 2. An explanation of the circos chart. Each stripe represents the occurrence of a transfor‐ mation process at two different times, and the color represents the land use types. (a) The area of A1  transformed into other land use types; (b) The types of land use transformed from A1; (c) The total  area of A1 transformed out and transformed into; (d) The area of A1 transformed from other land  use types; (e) The types of land use transformed into A1; (f) The proportion of each land use types  in transferred from A1; (g) The proportion of each land use types in transferred into A1; (h) The total  amount of A1 transferred into and transferred out.  3.2.2. Quantification of Landscape Patterns  Landscape metrics are widely used to quantitatively describe the changes of regional  landscape patterns [69,70]. According to the diversity of land use types in the study area,  relevant metrics were selected, mainly including landscape metrics that could reflect area,  density, diversity, connectivity and shape (Table 2). Fragstats 3.3 software is used to cal‐ culate the landscape metrics.  Table 2. Description of landscape metrics.  Structural Category  Landscape Metrics  Abbreviation  Description  Patch density  PD  Number of patches per unit area in a landscape  Area/Density  Largest Patch Index  LPI  Area of the largest patch  Mean Patch Area  MPS  The average mean surface of patches  Land 2021, 10, 1025  6  of  17  The total number of patches can reflect the spatial  Number patches  NP  pattern of landscape  Diversity  Shannon diversity index  SHDI  Detection of Landscape Diversity  Increases as the patches of the corresponding patch  Patch Cohesion Index  COHESION  type become less connected  Connectivity  The degree of aggregation and extension of certain  Contagion index  CONTAG  patches within a landscape  Shape  Landscape shape index  LSI  Represents the complexity of the boundary shape  3.2.3. Statistical Analysis  Statistical correlations among land use types (CL, FL, SL, OL, GL, WB, BL and WL),  landscape patterns (PD, LPI, MPS, NP, SHDI, and CONTAG) and urbanization metrics  (POP, RUR, URR, GDP, PGDP, PRI, SEC, TER) were calculated. p value less than 0.05 was  considered  a  significant  correlation  [71].  All  statistical  analyses  were  performed  using  SPSS 20 software.  4. Results  4.1. Land Use Change in the MRYRR from 1990 to 2015  4.1.1. Characteristics of Spatiotemporal Change of Land Use  From 1990 to 2015, the MRYRR experienced significant land use transfer changes. FL  and CL were the main land use types in the study area, and the land use area in the order  from large to small was always as follows: FL > CL > SL > WB > GL > BL > OL > WL (Figure  3). In 1990 and 2015, the proportion of CL was 31.47% and 30.41%, and that proportion of  FL was 50.31% and 49.82%, respectively, the sum of which reached about 80% (Table A2,  Figures 3 and 4). BL accounted for about 1.73% to 2.81% of the whole study area, showing  an overall growth trend. The area of BL increased by 7.67%, 17.36% and 28.61%, respec‐ tively. CL and SL decreased, while FL and WL fluctuated greatly. OL showed a decreasing  trend before 2000 and gradually increased after 2000.  Figure 3. Spatiotemporal change of land use types in the MRYRR from 1990 to 2015.  Land 2021, 10, 1025  7  of  17  Figure 4. Changes in land use types in the MRYRR region from 1990 to 2015. The data in the color  histogram represent the area of land use types in the study period (1990, 2000, 2010 and 2015) from  left to right. Details of the abbreviations are shown in Table A2.  4.1.2. Characteristics of Land Use Transfer Changes  From 1990 to 2000, the area of BL in the MRYRR increased by 749 km , an increase of  7.67%. In the past 10 years, the total area of CL decreased by 1524 km  (0.86%). The total  area of FL increased by 1179 km , mainly from CL and SL. From 1990 to 2000, the intensity  of land use type transfer within the study area was relatively high (Figure 5a). From 2000  2 2 to 2010, BL increased by 1825 km , an increase of 17.36%. Among them, 1221 km  and 474  2 2 km  came from CL and FL. The OL area increased by 1048 km , most of which came from  FL. The area of CL decreased by 2042 km , most of which was converted into FL, OL and  WB. From 2000 to 2010, the intensity of transfer between land use types in this region was  low, with the transfer proportion less than 20%. Among them, CL has the highest transfer  intensity (Figure 5b).  Figure 5. Land use transfer flow charts in the MRYRR from 1990 to 2015. (a) Land use transfer flow  chart from 1990 to 2000. (b) Land use transfer flow chart from 2000 to 2010. (c) Land use transfer  flow chart from 2010 to 2015. (d) Land use transfer flow chart from 1990 to 2015.  Land 2021, 10, 1025  8  of  17  From 2010 to 2015, BL increased by 3529 km , an increase of 28.61%. Among them,  2 2 the areas from CL and FL were 2123 km  and 1127 km  respectively. The changes of OL  area mainly came from FL, with an increase of 2120 km . The area of CL was decreased by  2450 km , which was mainly transferred to BL. During this period, the intensity of transfer  in the MRYRR was small, with the proportion of transfer less than 1.6%. In terms of land  use transfer out, CL has the largest transfer out intensity, and the transfer out area ac‐ counts for 1.6% (Figure 5c). In the 25 years from 1990 to 2015, BL increased by 6103 km ,  an increase of 62.52%, with an average annual increase of 244.12 km . Various land use  types have been transferred to BL, and CL and FL were the main land use types converted  to BL. The area of FL decreased by 2808 km , and FL transferred to CL (17.41%), SL (6.56%)  and others (0.85%). The area of CL decreased by 6016 km , with an annual decrease of  2 2 2 240.64 km  (20%). OL increased by 3005 km , WL decreased by 273 km , GL decreased by  2 2 656 km  and SL decreased by 1413 km  (Figure 5d).  4.2. Changes in Landscape Patterns in MRYRR from 1990 to 2015  4.2.1. Changes Metrics of Landscape Scale in the Study Area  From 1990 to 2015, the PD of MRYRR increased and the landscape patterns became  increasingly fragmented. The increase of SHDI indicated that the landscape pattern had  became heterogeneous and fragmented. The LPI increased from 44.43 to 44.96 from 1990  to 2000, and then decreased to 44.13, indicating that the dominant patch became more and  more obvious from 1990 to 2000, and then gradually fragmented. The MPS and CONTAG  decreased, indicating  that landscape  patches  became  more  fragmented.  On the  whole,  with the development of urbanization, the landscape fragmentation in the MRYRR be‐ comes more obvious, and the landscape heterogeneity is enhanced (Figure 6).  Figure 6. Landscape metrics in the MRYRR from 1990 to 2015. (a) Number of patches from 1990 to  2015. (b) Mean patch area from 1990 to 2015. (c) Patch density patches from 1990 to 2015. (d) Con‐ tagion index from 1990 to 2015. (e) Shannon’s diversity index from 1990 to 2015. (f) Largest patch  index from 1990 to 2015.  4.2.2. Changes of Horizontal Pattern of Landscape Types in the Study Area  The LSI of BUL became complex, but patches are more concentrated. The COHE‐ SION of orchard increased before 2010, but after 2010, COHESION decreased. The patches  of  CL  and  FL  became  fragmented,  with  reduced  connectivity  and  complex  landscape  shapes. During the period 1990 to 2015, the NP of BUL increased from 6232 to 7936, and  Land 2021, 10, 1025  9  of  17  2 2 the MPS increased from 1.57 km  to 2.00 km , indicating that the BUL was more concen‐ trated. At the same time, the NP and LSI of CL increased from 1990 to 2015, while the LPI  and MPS decreased, which indicated that CL was gradually fragmented (Figure 7).  2 2 The MPS of FL decreased from 64.45 km  to 59.56 km  during the period, and LSI  decreased from 163.66 to 162.52 from 1990 to 2000, then increased to 164.71 in 2015. The  COHESION was consistently at a high level (99.89%). The NP and MPS of WL firstly in‐ creased and then decreased. The MPS of SL gradually decreased (Figure 7).  Figure 7. Landscape metrics on each type of land use in the MRYRR from 1990 to 2015.  4.3. Urbanization Process and Its Relationship with Land Use and Landscape Pattern  4.3.1. The Urbanization Process in MRYRR from 1990 to 2015  From 1990 to 2015, MRYRR underwent rapid and noticeable urbanization. The GDP  and PGDP increased by 36.03 times and 30.45 times, respectively. The PRI, SEC and TER  increased by 8.28 times, 25.72 times and 39.5 times, respectively. During the time, POP  increased from 32.35 million to 92.09 million. The RUR was gradually flowed into the cit‐ ies, making the increase of URR an important factor of urbanization development. Over  the past 25 years, the urbanization level in the study area increased from 21.19% to 51.43%,  an increase of 2.43 times. The increase of BL in this study also indicated the rapid urbani‐ zation in the MRYRR (Figure 8).  Figure 8. Socio‐economic indicators in the middle reaches of the Yangtze River region from 1990 to  2015.  Land 2021, 10, 1025  10  of  17  4.3.2. The Relationship between Land Use Change, Urbanization and Landscape Driving  Factors  The BL was negatively correlated with RUR and positively correlated with other fac‐ tors. The correlation order was the TER > GDP > PGDP > SEC > PRI > RUR (p < 0.05). The  area of CL was positively correlated with RUR (p < 0.05), and negatively correlated with  other factors, except POP, and the correlation order was the PGDP > GDP > PRI > RUR >  TER > SEC > URR (p < 0.05). SL was negatively correlated with POP and RUR (p < 0.01),  while SL was positively correlated with RUR (p < 0.05) (p < 0.05) (Figure 9).  BL  and  OL  were  significantly  positively  correlated  with  economic  factors  (GDP,  PGDP, SEC and TER), while CL, SL and WL were significantly negatively correlated with  economic factors. From the perspective of landscape patterns, NP was positively corre‐ lated with POP. PD was positively correlated with TER. MPS and CONTAG were nega‐ tively correlated with GDP, PGDP, SEC and TER, and SHDI was positively correlated  with GDP, PGDP, PRI, SEC and TER (Figure 9).  Figure 9. Correlation of land use, landscape patterns and other factors in the MRYRR from 1999 to 2015. Green represents  negative relationships and red represents positive relationships. The lighter the color, the weaker the correlation. The data  in the frame represents the correlation coefficients between land use types. * Means that p less than 0.05; ** means that p  less than 0.01. Details of the abbreviations are shown in Table A1.  5. Discussion  Social and economic development, urbanization level and geographical conditions  were important factors affecting the changes of regional land use types and landscape  patterns [72,73]. This study revealed the spatial‐temporal patterns and driving factors of  land use change in MRYRR over the past 25 years. According to the research results, BL  and OL increased by 1.08% and 0.54%, respectively, from 1990 to 2015, CL and FL de‐ creased by 1.06% and 0.49% respectively (Figure 4 and Table A2). Compared with China’s  coastal urban agglomerations, MRYRR has less land use change. For example, BL in the  Yangtze River Delta increased by 8.68% and CL decreased by 8.34% in the past 10 years.  Over the last 16 years, BL in the pearl river delta increased by 9.98%, CL and FL decreased  by 7.12% and 2.26%, respectively [74,75]. The changes of land use types and landscape  patterns in the MRYRR were consistent with its socio‐economic level, geographical con‐ ditions and national development policies.  Land 2021, 10, 1025  11  of  17  At the socioeconomic level, urbanization was an important driving force of landscape  pattern change. The Yangtze River Delta and the Pearl River Delta were located in the  coastal areas, opening up to the outside world earlier and developing rapidly. The de‐ mand for BL was strong, leading to the acceleration of CL reduction [76–78]. Statistics  showed  that  the  development  intensity  of  Shanghai  and  Beijing  were  36.5%  and  48%;  however, the development intensity in London and Tokyo was only 23.75% and 29.4%  [79]. MRYRR, located in central and western China, has relatively slow economic devel‐ opment and urban population growth, and has a weak impact on CL and FL. Since 2016,  the development of the Yangtze River economic belt had been implemented as a national  strategy, and the economic development would increase rapidly. Therefore, the land use  change in the study area should learn from the development experience and lessons of  other regions in order to adapt to the sustainable development of social economy and  environment.  At the level of natural environment, geographical environment has a restriction effect  on land use changes. The Yangtze River Delta and the Pearl River Delta were mainly del‐ tas and alluvial plains formed by the estuaries. The lack of natural barriers in mountainous  regions limits land development and promotes land use disorder. Hilly areas in the three  provinces of the MRYRR made up more than half of the total area [80,81]. Even in the  middle delta of Wuhan, Changsha and Nanchang, the capital cities of the study area, there  were still a large number of mountainous areas, which restrict the expansion of urbaniza‐ tion to a certain extent. However, with the development of urbanization in the past 25  years, the landscape fragmentation in this area became more and more serious, and the  complexity of patch shape increased, even in the marginal areas, which had a negative  impact on the maintenance of its ecosystem function.  At the level of national development strategies, land use was also affected by policies.  The MRYRR area has implemented the Yangtze River Shelterbelt and the project of Grain  to Green. In recent years, the implementation of ecological engineering and the promul‐ gation of protection policies provided favorable conditions for the landscape ecological  protection in this region, and also affected the landscape patterns [82,83]. SL has been the  dominant land type in the study area for the past 25 years, and the area still maintains a  high proportion of natural ecosystems, which provides a basis for development based on  ecological conservation. However, due to the high intensity of human activities, the CL  and FL in the region decreased, and the degree of landscape fragmentation was still in‐ creasing. Therefore, the protection of basic farmland and the control of urban expansion  scale should be done well, and the maintenance of natural ecosystem connectivity should  be strengthened.  6. Conclusions  From  1990 to  2015,  with  the  rapid  development  of urbanization,  BL  increased  by  more than half in MRYRR, mainly by occupying CL and FL. BL gradually aggregated into  the main patch of the core urban area. At the same time, the CL and FL were fragmented.  During this period, the overall landscape of MRYRR became more heterogeneous and  fragmented. The increase of economic and demographic factors in the study area was pos‐ itively correlated with BL, OL and SHID, and negatively correlated with CL, WL, MPS  and CONTAG. Urbanization had a profound impact on the local land use and landscape  patterns.  As the central region of the Yangtze River Economic Belt, the MRYRR is facing rapid  economic  development  and  the  continuous  improvement  in  urbanization,  which  may  cause a strong negative impact on the existing ecological landscape patterns. This is al‐ ready happening in the Yangtze River Delta and Pearl River Delta regions. The following  measures should be adopted for a sustainable development: (1) The government should  strictly  implement  the  ecological  protection  strategies,  delimiting  ecological  idle  space  and form strict systems; (2) The MRYRR has many mountains and hills. Urban roads and  dams will lead to habitat fragmentation and ecological corridor fragmentation. Therefore,  Land 2021, 10, 1025  12  of  17  the connectivity of ecological patches should be increased to improve ecological nodes  and corridors; (3) The MRYRR is the site of the Three Gorges Dam and needs strong water  conservation forests to improve forest ecosystem services. This study has important ref‐ erence value for ecological development and rational planning of land development, and  utilization in the Yangtze River Basin and other similar regions.  Author Contributions: Conceptualization, Y.Y. and M.S.; methodology, H.K.; software, Y.Y.; vali‐ dation, G.Z.; formal analysis, L.X.; investigation, Q.Z.; resources, C.Z., H.S. and J.L.; data curation,  Y.L., X.Z. H.K. and N.Y.; writing—original draft preparation, Y.Y.; writing—review and editing,  Y.Y., H.K.; visualization, Y.Y.; supervision, M.S.; project administration, C.Z.; funding acquisition,  H.K. All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.  Funding: This research was supported by National Natural Science Foundation of China (31770746),  Youth initiation project of Shanghai Academy of landscape planning (KT00262), National Key R&D  Program of China (2017YFC0505501), the National Natural Science Foundation of China (31800411),  and  Special  Project  of  Shanghai  Municipal  Economy  and  Information  Technology  Commission  (201901024).  Institutional Review Board Statement: Not applicable.  Informed Consent Statement: Not applicable.  Conflicts of Interest: The authors declare that they have no known competing financial interest or  personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.  Appendix A  Table A1. Land use types, landscape metrics and other factors abbreviations.  Types  Abbreviation  Content  GL  Grassland  CL  Cropland  SL  Shrubland  OL  Orchard  Land use types  BL  Built‐up land  WL  Wasteland  WB  Water bodies  FL  Forestland  NP  Number patches  PD  Patch density  LPI  Largest Patch Index  Landscape met‐ MPS  Mean Patch Area  rics  CONTAG  Contagion index  SHID  Shannon diversity index  COHESION  Patch Cohesion Index  LSI  Landscape shape index  POP  Population  RUR  Rural residents  URR  Urban residents  Socioeconomic  GDP  Gross domestic product  factors  PGDP  Per capital Gross domestic product   PRI  Primary sector  SEC  Secondary sector  TER  Tertiary sector  Others  MRYRR  Middle reaches of the Yangtze River region      Land 2021, 10, 1025  13  of  17  Table A2. Changes in area of land use types in the MRYRR region from 1990 to 2015.  1990   2000  2010  2015  Land Use  Area  Percentage  Area  Percentage  Area  Percentage  Area  Percentage  Types  2 2 2 2 (km )  (%)  (km )  (%)  (km )  (%)  (km )  (%)  CL  177,513  31.47  175,989  31.2  173,947  30.84  171,497  30.41  FL  283,779  50.31  284,958  50.52  284,246  50.4  280,971  49.82  SL  41,060  7.28  40,458  7.17  39,899  7.07  39,647  7.03  OL  3072  0.54  2909  0.52  3957  0.7  6077  1.08  GL  22,786  4.04  22,403  3.97  21,931  3.89  22,130  3.92  WB  23,945  4.25  24,687  4.38  25,784  4.58  26,003  4.61  BL  9762  1.73  10,511  1.86  12,336  2.19  15,865  2.81  WL  2083  0.37  2085  0.37  1900  0.34  1810  0.32  Table A3. Land use transfer matrix in the middle reaches of the Yangtze River from 1990 to 2000 (km ).  CL  FL  SL  OL  GL  WB  BL  WL  1990  CL  102,176.00  51,661.00  5242.00  772.00  3736.00  7555.00  6080.00  291.00  177,513.00  FL  49,664.00  199,864.00  18,792.00  1146.00  9799.00  2891.00  1583.00  40.00  283,779.00  SL  6363.00  19,093.00  14,581.00  125.00  223.00  472.00  196.00  7.00  41,060.00  OL  797.00  1215.00  144.00  590.00  0.00  0.00  326.00  0.00  3072.00   GL  3980.00  8010.00  1026.00  103.00  8632.00  0.00  390.00  645.00  22,786.00  WB  7180.00  3138.00  673.00  173.00  0.00  12,781.00  0.00  0.00  23,945.00  BL  5579.00  1929.00  0.00  0.00  0.00  306.00  1916.00  32.00  9762.00   WL  250.00  48.00  0.00  0.00  13.00  682.00  20.00  1070.00  2083.00   2000  175,989.00  284,958.00  40,458.00  2909.00  22,403.00  24,687.00  10,511.00  2085.00  64,500.00  NOTE: The data in each row added up to the total area of land use in the same category in 1990, and the data in each  column equalled the total area of land use in the same category in 2000. The data in each cell represented the area of the  row land use type transferred to column land use type from 1990 to 2000. The total area of the study area is 64,500 km .  Table A4. Land use transfer matrix in the middle reaches of the Yangtze River from 2000 to 2010 (km ).  CL  FL  SL  OL  GL  WB  BL  WL  2000  CL  173,418.00  162.00  22.00  157.00  15.00  969.00  1221.00  25.00  177,513.00   FL  194.00  283,100.00  40.00  966.00  34.00  149.00  474.00  1.00  283,779.00   SL  20.00  504.00  39,803.00  54.00  3.00  30.00  41.00  3.00  41,060.00   OL  6.00  127.00  8.00  2738.00  5.00  9.00  16.00  0.00  3072.00   GL  59.00  331.00  26.00  37.00  21,846.00  69.00  30.00  5.00  22,786.00   WB  227.00  19.00  0.00  3.00  25.00  24,172.00  82.00  159.00  23,945.00   BL  7.00  3.00  0.00  2.00  0.00  23.00  10,471.00  5.00  9762.00   WL  16.00  0.00  0.00  0.00  3.00  363.00  1.00  1702.00  2083.00   2010  173,947.00  284,246.00  39,899.00  3957.00  21,931.00  25,784.00  12,336.00  1900.00  64,500.00  Note: The data in each row added up to the total area of land use in the same category in 2000, and the data in each column  equalled the total area of land use in the same category in 2010. The data in each cell represented the area of the row land  use type transferred to column land use type from 2000 to 2010. The total area of the study area is 64,500 km .  Table A5. Land use transfer matrix in the middle reaches of the Yangtze River from 2010 to 2015 (km ).  CL  FL  SL  OL  GL  WB  BL  WL  2010  CL  171,180.00  65.00  3.00  240.00  15.00  316.00  2123.00  5.00  173,947.00  FL  96.00  280,644.00  38.00  1871.00  394.00  76.00  1127.00  0.00  284,246.00  SL  5.00  37.00  39,588.00  112.00  20.00  16.00  121.00  0.00  39,899.00  OL  18.00  132.00  8.00  3757.00  6.00  10.00  26.00  0.00  3957.00  GL  11.00  33.00  2.00  88.00  21,683.00  8.00  105.00  1.00  21,931.00  Land 2021, 10, 1025  14  of  17  WB  127.00  24.00  6.00  3.00  11.00  25,450.00  145.00  18.00  25,784.00  BL  59.00  36.00  2.00  5.00  0.00  16.00  12,218.00  0.00  12,336.00  WL  1.00  0.00  0.00  1.00  1.00  111.00  0.00  1786.00  1900.00  2015  171,497.00  280,971.00  39,647.00  6077.00  22,130.00  26,003.00  15,865.00  1810.00  64,500.00  Note: The data in each row added up to the total area of land use in the same category in 2010, and the data in each column  equalled the total area of land use in the same category in 2015. The data in each cell represented the area of the row land  use type transferred to column land use type from 2010 to 2015. The total area of the study area is 64,500 km .  Table A6. Land use transfer matrix in the middle reaches of the Yangtze River from 1990 to 2015.  CL  FL  SL  OL  GL  WB  BL  WL  1990  CL  177,513.00  99,138.00  50,062.00  5152.00  1502.00  3658.00  8751.00  8950.00  300.00  FL  283,779.00  48,910.00  197,041.00  18,427.00  3260.00  9887.00  3075.00  3134.00  45.00  41,060.00  SL  6284.00  18,577.00  13,675.00  270.00  1404.00  483.00  361.00  6.00  OL  780.00  1199.00  136.00  658.00  160.00  74.00  62.00  3.00  3072.00  GL  3943.00  9626.00  1802.00  251.00  6498.00  365.00  284.00  17.00  22,786.00  WB  23,945.00  6868.00  3014.00  303.00  89.00  390.00  11,689.00  1047.00  545.00  BL  9762.00  5327.00  1406.00  146.00  44.00  120.00  691.00  1991.00  37.00  WL  2083.00  247.00  46.00  6.00  3.00  13.00  875.00  36.00  857.00  2015  171,497.00  280,971.00  39,647.00  6077.00  22,130.00  26,003.00  15,865.00  1810.00  64,500.00  Note: The data in each row added up to the total area of land use in the same category in 1990, and the data in each column  equalled the total area of land use in the same category in 2015. The data in each cell represented the area of the row land  use type transferred to column land use type from 1990 to 2015. The total area of the study area is 64,500 km .  References  1. Kalnay, E.; Cai, M. Impact of urbanization and land‐use change on climate. Nature 2003, 423, 528–528.  2. Kabir, A.; Sekine, M.; Imai, T.; Yamamoto, K. Assessing Small‐Scale Freshwater Microplastics Pollution, Land‐use, Source‐to‐ Sink Conduits, and Pollution Risks: Perspectives from Japanese Rivers Polluted with Microplastics. Sci. Total Environ. 2021, 768,  144655.  3. Shen, J.; Qin, G.; Yu, R.; Zhao, Y. Urbanization has changed the distribution pattern of zooplankton species diversity and the  structure of functional groups. Ecological. Indic. 2021, 120, 106944.  4. Tian, L.; Guo, Y. Peri‐Urban China: Land Use, Growth, and Integrated Urban–Rural Development; Routledge: London, UK, 2019.  5. Liu, D.; Zheng, X.; Wang, H. Land‐use Simulation and Decision‐Support system (LandSDS): Seamlessly integrating system  dynamics, agent‐based model, and cellular automata. Ecol. Model. 2020, 417, 108924.  6. Yi, Y.; Zhao, Y.; Ding, G.; Gao, G.; Shi, M.; Cao, Y. Effects of Urbanization on Landscape Patterns in a Mountainous Area: A  Case Study in the Mentougou District, Beijing, China. Sustainability 2016, 8, 1190.  7. Zhu, Z.; He, Q.Y. Spatio‐temporal Evaluation of the Urban Agglomeration Expansion in the Middle Reaches of the Yangtze  River and Its Impact on Ecological Lands. Sci. Total Environ. 2021, 790, 148150.  8. Dadashpoor, H.; Azizi, P.; Moghadasi, M. Land use change, urbanization, and change in landscape pattern in a metropolitan  area. Sci. Total Environ. 2019, 655, 707–719.  9. National Bureau of Statistics of the People’s Republic of China. China Statistical Yearbook 2010; China Statistics Press: Beijing,  China, 2011.  10. National Bureau of Statistics of the People’s Republic of China. China Statistical Yearbook 2019; China Statistics Press: Beijing,  China, 2020.  11. Yi,Yang. Spatiotemporal change characteristics of land landscape pattern in mountainous areas since reform and opening up:  A case study of Mentougou District, Beijing. Subtrop. Soil Water Conserv. 2021, 33, 12–18. (In Chinese)  12. Li, C.G.; Yin, H.F.; Chen, D.X.; Wang, B. Flood control problems and countermeasures in the middle reaches of the Yangtze  River‐Enlightenment from the devastating flood in 1998. Earth Sci. 1999, 4, 329–334. (In Chinese)  13. Yi, Y.; Shi, M.; Liu, C.; Kang, H.; Wang, B. On landscape patterns in typical mountainous counties of middle reaches of the  Yangtze River in China. Int. J. Environ. Res. Public Health 2021, 18, 4000.  14. Zheng, W.W. A preliminary study on reasonable forest species structure and forest coverage rate in the Three Gorges Reservoir  Area [D]. Beijing For. Univ. 2006, 6, 610–613. (In Chinese)  15. Arki, V.; Koskikala, J.; Fagerholm, N.; Kisanga, D.; K Käyhköa, N. Associations between local land use/land cover and place‐ based landscape service patterns in rural Tanzania. Ecosyst. Serv. 2020, 41, 101056.  16. Shehab, Z.N.; Jamil, N.R.; Aris, A.Z.; Shafie, N.S. Spatial variation impact of landscape patterns and land use on water quality  across an urbanized watershed in Bentong. Malaysia. Ecol. Indic. 2021, 122, 107254.  Land 2021, 10, 1025  15  of  17  17. Turner, B.L.; Skole, D.; Sanderson, S.; Fischer, G.; Fresco, L.; Leemans, R. Land Use and Land Cover Change: Science/Research Plan;  IGBP Report No.35 and HDP Report No.7; IGBP: Stockholm, Sweden, 1995; pp. 2–15.  18. Castella, J.C.; Kam, S.P.; Dang, D.Q.; Verburg, P.H.; Ch, T.H. Combining top‐down and bottom‐up modelling approaches of  land use/cover change to support public policies: Application to sustainable management of natural resources in northern Vi‐ etnam. Land Use Policy 2007, 24, 531–545.  19. Verburg, P.H.; Schot, P.P.; Dijst, M.J.; Veldkamp, A. Land use change modelling: Current practice and research priorities. Geo‐ journal 2004, 61, 309–324.  20. Spencer, R.; Meyer, K.B.; Christopher, S.C.; Robert, J.L. An analysis of spatio‐temporal landscape patterns for protected areas in  northern New England: 1900–2010. Landsc. Ecol. 2015, 30, 1291–1305.  primary produc‐ 21. Zhou, Y.Y.; Yue, D.X.; Guo, J.J.; Chen, G.G.; Wang, D. Spatial correlations between landscape patterns and net  tivity: A case study of the Shule River Basin, China. Ecol. Indic. 2021, 130, 94–104.  22. Forman, R.T.T.; Godron, M. Landscape Ecology; John Wiley & Sons: New York, NY, USA, 1986.  23. Pickett, S.T.A.; Cadenasso, M.L. Landscape ecology: Spatial heterogeneity in ecological systems. Science 1995, 269, 331–334.  24. Turner, M.G.; Gardner, R.H. Quantitative Methods in Landscape Ecology; Springer: New York, NY, USA, 1991.  25. Risser, P.G.; Iverson, L.R. 30 years later—landscape ecology: Directions and approaches. Landsc. Ecol. 2013, 28, 367–369.  26. Wang, X.L.; Xiao, D.N. Landscape pattern analysis of liaohe Delta wetland. Acta Ecol. Sin. 1997, 17, 317–323. (In Chinese)  27. Wu, J.; Levin, S.A. A spatial patch dynamic modeling approach to pattern and process in an annual grassland. Ecol. Monogr.  1994, 64, 447–464.  28. Mas, J.F.; Velázquez, A.; Díaz‐Gallegos, J.R.; Mayorga‐Saucedo, R.; Alcántara, C.; Bocco, G.; Castro, R.; Fernández, T.; Pérez‐ Vega, A. Assessing land use/cover changes: A nationwide multidate spatial database for Mexico. Int. J. Appl. Earth Obs. Geoinf.  2004, 5, 249–261.  29. Ruddiman, W.F.; Ellis, E.C. Effect of per‐capita land use changes on Holocene forest clearance and CO2 emissions. Quat. Sci.  Rev. 2009, 28, 3000–3015.  30. York, A.M.; Munroe, D.K. Urban encroachment, forest regrowth and land‐use institutions: Does zoning matter? Land Use Policy  2010, 27, 471–479.  31. Fu, B.; Wang, Y.F.; Lu, Y.H.; He, C.S.; Chen, L.; Song, C.J. The effects of land use combination on soil erosion‐a case study in  Loess Plateau of China. Prog. Phys. Geogr. 2009, 33, 793–804.  32. Jansen, L.J.M.; Gregorio, A.D. Land‐use data collection using the “land cover classification system”: Results from a case study  in Kenya. Land Use Policy 2003, 20, 131–148.  33. Antrop, M. Landscape change and the urbanization process in Europe. Landsc. Urban Plan. 2004, 67, 9–26.  34. Wu, J.G.; Jenerette, G.D.; Buyantuyev, A.; Redman, C.L. Quantifying spatiotemporal patterns of urbanization: The case of the  two fastest growing metropolitan regions in the United States. Ecol. Complex. 2011, 8, 1–8.  35. Zhu, C.M.; Zhang, X.L.; Zhou, M.M.; He, S.; Gan, M.Y.; Yang, L.X.; Wang, K. Impacts of urbanization and landscape pattern on  habitat quality using OLS and GWR models in Hangzhou, China. Ecol. Indic. 2020, 117, 106654.  36. Ren, Z.; He, X.; Zheng, H.; Wei, H. Spatio‐Temporal Patterns of Urban Forest Basal Area under China’s Rapid Urban Ex‐pansion  and Greening: Implications for Urban Green Infrastructure Management. Forests 2018, 9, 272; doi:10.3390/f9050272.  37. Du, X.; Huang, Z. Ecological and environmental effects of land use change in rapid urbanization: The case of hangzhou, China.  Ecol. Indicator. 2017, 81, 243–251. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.05.040.  38. Chen, W.; Chi, G.; Li, J. The spatial association of ecosystem services with land use and land cover change at the county level in  China 1995‐2015. Sci. Total Environ. 2019, 669, 459–470.  39. Yuan, Z.; Xu, J.; Wang, Y.; Yan, B. Analyzing the influence of land use/land cover change on landscape pattern and ecosystem  services in the Poyang Lake Region, China. Environ. Sci. Pollut. Res. 2021, 28, 27193–27206.  40. Mark, M.; Fu, B. Evaluation of landscape pattern and fragmentation in Dongling Mountain area, Beijing. Chin. J. Plant Ecol. 2000,  1, 320–326. (In Chinese).  41. Zhang, X.; Shi, P.J.; Luo, J.; Liu, H.; Wei, W. Ecological risk analysis of arid inland river basin based on Landscape Pattern: A  case study of Shiyang River Basin. J. Nat. Resour. 2014, 29, 410–419.  42. Qi, Y.; Wu, J.G.; Li, J.L.; Yu, Y.; Peng, F.; Sun, C. Landscape pattern and driving forces of small and medium‐sized cities in  eastern and Western China. Acta Ecol. Sin. 2013, 33, 275–285. (In Chinese)  43. Fan, Y.; Gan, L.; Hong, C.; Jessup, L.H.; Lu, L. Spatial identification and determinants of trade‐offs among multiple land use  functions in Jiangsu Province, China. Sci. Total Environ. 2021, 772, 145022.  44. Kim,  J.H.;  Kwon,  O.S.;  Ra,  J.H.  Urban  Type  Classification  and  Characteristic  Analysis  through  Time‐Series  Environmental  Changes for Land Use Management for 31 Satellite Cities around Seoul, South Korea. Land 2021, 10, 1–10.  45. Huang, C.; Huang, X.; Peng, C.; Zhou, Z.; Teng, M.; Wang, P. Land use/cover change in the Three Gorges Reservoir area, China:  Reconciling the land use conflicts between development and protection. Catena 2019, 175, 388–399.  46. Asimeh, M.; Nooripoor, M.; Azadi, H.; Hossein, A.; Veerle, V.E.; Petr, S.; Frank, W. Agricultural land use sustainability in  Southwest Iran: Improving land leveling using consolidation plans. Land Use Policy 2020, 94, 104555.  47. Li, H.; Peng, J.; Liu., Y.; Hu, Y. Urbanization impact on landscape patterns in Beijing City, China: A spatial heterogeneity per‐ spective. Ecol. Ind. 2017, 82, 50–60. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.06.032.  48. Yi, Y.; Wang, B.; Shi, M.; Meng, Z.; Zhang, C. Variation in Vegetation and Its Driving Force in the Middle Reaches of the Yangtze  River in China. Water 2021, 13, 2036.  Land 2021, 10, 1025  16  of  17  49. Ng, C.N.; Xie, Y.J.; Yu, X.J. Measuring the spatio‐temporal variation of habitat isolation due to rapid urbanization: A case study  of the Shenzhen River cross‐boundary catchment, China. Landsc. Urban Plan. 2011, 103, 44–54.  50. Pan, Z.; He, J.; Liu, D.; Wang, J.; Guo, X. Ecosystem health assessment based on ecological integrity and ecosystem services  demand in the Middle Reaches of the Yangtze River Economic Belt, China. Sci. Total Environ. 2021, 774, 144837.  51. Hu, X.L.; Yi, Y.; Kang, H.Z.; Wang, B.; Shi, M.C.; Liu, C.J. Temporal and spatial variations of land use and the driving factors in  the middle reaches of the Yangtze River in the past 25 years. Acta Ecol. Sin. 2019, 39, 1877–1886. (In Chinese).  52. National Development and Reform Commission. Notice on the issuance of the “Development Plan for Triangle of Central  China”.  [2015‐04‐13].  Available  online:  https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/201606/t20160603_962187.html?code=&state=123 (accessed on 14 August 2021).  53. Chen, Y.; Zhang, S.; Huang, D.; Li, B.L.; Liu, J.; Liu, W. The development of China’s Yangtze River Economic Belt: How to make  it in a green way? Sci. Bull. 2017, 62, 648–651.  54. Chen, D.S.; Jiang, P.H.; Li, M.C. Assessing potential ecosystem service dynamics driven by urbanization in the Yangtze River  Economic Belt, China. J. Environ. Manag. 2021, 292, 112734.  55. Ma, J.; Li, X.F.; Zhang, H. Study on the coordination of urban development quality system in the middle reaches of the Yangtze  River. Econ. Geogr. 2016, 36, 53–61.  56. Huang, M.Y.; Yue, W.Z.; Xiang, H.E. Decoupling relationship between urban expansion and economic growth in the Yangtze  River economic belt and its spatial heterogeneity. J. Nat. Resour. 2018, 33, 219–232.  57. Wu, H.; Hu, X.; Sun, S.; Dai, J.; Ye, S.J.; Du, C.Y.; Chen, H.; Yu, G.L.; Zhou, L.; Chen, J. Effect of increasing of water level during  the middle of dry season on landscape pattern of the two largest freshwater lakes of China. Ecol. Indic. 2020, 113, 106283.  58. Chen, W.; Zhao, H.; Li, J.; Zhu, L.; Wang, Z.; Zeng, J. Land use transitions and the associated impacts on ecosystem services in  the middle reaches of the Yangtze River economic belt in China based on the geo‐informatic Tupu method. Sci. Total Environ.  2020, 701, 134690.  59. Long, H.L.; Heilig, G.K.; Wang, J.; Li, X.B.; Luo, M.; Wu, X.Q.; Zhang, M. Land use and soil erosion in the upper reaches of the  Yangtze River: Some socio‐economic considerations on China’s Grain‐for‐Green Programme. Land Degrad. Dev. 2006, 17, 589– 603.  60. United States Geological Survey. Remote Sensing Images. Available online: https://www.usgs.gov/ (accessed on 17 April 2018).  61. Chinese Academy of Sciences. National Earth System Science Data Sharing Infrastructure. Available online: http://www.geo‐ data.cn/ (accessed on 17 April 2018).  62. Hubei Provincial Bureau of Statistics. Statistical Bulletin of National Economic and Social Development of Hubei Province in  2015. 2016. Available online: http://tjj.hubei.gov.cn/tjsj/sjkscx/tjnj/qstjnj/ (accessed on 10 April 2021).  63. Hunan Provincial Bureau of Statistics. Statistical Bulletin of National Economic and Social Development of Hunan Province in  2015. 2016. Available online: www.hunan.gov.cn/zfsj/tjgb/201604/t20160422_4832916.html (accessed on 10 April 2021).  64. Jiangxi Provincial Bureau of Statistics. Statistical Bulletin of National Economic and Social Development of Jiangxi Province in  2015. 2016. Available online: Tjj.jiangxi.gov.cn/art/2016/11/24/art_38773_2343871.html (accessed on 10 April 2021).  65. China’s  national  standard  (GB/T  21010‐2017).  Current  Land  Use  Condition  Classification.  Available  online:  http://www.gov.cn/xinwen/2017‐11/04/content_5237211.htm (accessed on 1 November 2017).  66. Gonzalez‐Avila, S.; Lopez‐Leiva, C.; Bunce, R.G.H.; Elena‐Rosselló, R. Changes and drivers in Spanish landscapes at the Rural‐ Urban Interface between 1956 and 2018. Sci. Total Environ. 2020, 714, 136858.1–136858.10.  67. Liu, R.; Zhu, D. Discussion on land use change information mining method based on transition matrix. Resour. Sci. 2010, 32,  1544–1550.  68. Krzywinski, M.I.; Schein, J.E.; Birol, I.; Connors, J.; Gascoyne, R.; Horsman, D.; Jones, S.J.; Marra, M.A. Circos: An information  aesthetic for comparative genomics. Genome Res. 2009, 19, 1639–1645.  69. Su, S.; Xiao, R.; Zhang, Y. Multi‐scale analysis of spatially varying relationships between agricultural landscape patterns and  urbanization using geographically weighted regression. Appl. Geography. 2012, 32, 360–375, doi:10.1016/j.apgeog.2011.06.005.  70. Xiao, R.; Wang, G.; Zhang, Q.; Zhang, Z. Multi‐scale analysis of relationship between landscape pattern and urban river water  quality in different seasons. Sci. Rep. 2016, 6, 25250; doi:10.1038/srep25250.  71. Hope, A.S.; Boynton, W.L.; Stow, D.A.; Douglas, D.C. Interannual growth dynamics of vegetation in the Kuparuk River water‐ shed,Alaska based on the Normalized Difference Vegetation Index. Int. J. Remote Sens. 2003, 24, 3413–3425.  72. Zhou, D.; Xu, J.C.; Wang, L.; Lin, Z.L. Assessing urbanization quality using structure and function analyses: A case study of the  urban agglomeration around Hangzhou Bay (UAHB), China. Habitat Int. 2015, 49, 165–176.  73. Ye, C.; Zhu, J.J.; Li, S.M.; Chen, M.X. Assessment and analysis of regional economic collaborative development within an urban  agglomeration: Yangtze River Delta as a case study. Habitat Int. 2019, 83, 20–29.  74. Xu, N. Study on the Spatial Pattern of Land Use in the Yangtze River Delta from 2000 to 2010; Xi’an University of Science and Tech‐ nology: Xi’an, China, 2014.  75. Ye, C.S.; Wang, F. Study on land use and landscape pattern change in Pearl River Delta. Bull. Soil Water Conserv. 2012, 32, 238– 243.  76. He, Y.; Wang, J.J.; Yuan, Z.J.; Zheng, M.G.; Huang, B.; Liang, C. Land use change and its response to urbanization in the Pearl  River Delta. Ecol. Environ. Sci. 2020, 29, 303–310.  77. Zhu, B.; Zhang, T.L. The impact of cross‐region industrial structure optimization on economy, carbon emissions and energy  consumption: A case of the Yangtze River Delta. Sci. Total Environ. 2021, 778, 146089.  Land 2021, 10, 1025  17  of  17  78. Yu, Z.; Li, X.F.; Wang, S.R.; Liu, L.Y.; Zeng, E.Y. The human and ecological risks of neonicotinoid insecticides in soils of an  agricultural zone within the Pearl River Delta, South China. Environ. Pollut. 2021, 284, 117358.  79. Zhao, Y.; Liu, Y.Z.; Long, K.S. Characteristics and influencing factors of urban land development intensity in Yangtze River  Delta. Resour. Environ. Yangtze Basin 2012, 21, 1480–1485.  80. Du, W.C.; Jiang, H. Analysis on the connotation and essence of “the ecological environment protection plan for the Yangtze  River economic belt”. Environ. Prot. 2017, 45, 51–56.  81. Kong, L.Q.; Zhang, L.; Zheng, H.; Xu, W.H.; Xiao, Y.; Ouyang, Z.Y. Evolution and driving forces of ecosystem pattern in the  Yangtze River Basin. Acta Ecol. Sin. 2018, 38, 741–749. (In Chinese)  82. Chen, W.; Li, J.; Zhu, L. Spatial heterogeneity and sensitivity analysis of ecosystem services value in the Middle Yangtze River   Nat. Resour. 2019, 34, 325–337.  region. J. 83. Chen, W.; Ye, X.; Li, J.; Fan, X.; Liu, Q.; Dong, W. Analyzing requisition–compensation balance of farmland policy in China  through telecoupling: A case study in the middle reaches of Yangtze River Urban Agglomerations. Land Use Policy 2019, 83,  134–146. 

Journal

LandMultidisciplinary Digital Publishing Institute

Published: Sep 30, 2021

Keywords: urbanization; land use transition; landscape patterns; middle reaches of the Yangtze River region; correlation analysis

There are no references for this article.