基于景观镶嵌度指数的森林破碎化模式动态——以美国俄勒冈州为例

有效的景观模式特征评价及其变动预测是合理调控和管理森林景观、维持景观安全格局的基本前提.利用3期美国国家土地覆盖数据库(1992、2001和2006年),采用景观镶嵌度指数与马尔科夫模型相结合的方法,分析了美国俄勒冈州的森林破碎化模式及森林与其他土地利用类型空间交互特征的变化.结果表明:景观镶嵌度模型中,开发主导的景观镶嵌类型(D)转变为单一的开发类型(DD)的概率最大,为0.319,说明城市化是推动区域景观格局变化的主要动力;森林安全度模型中,主要为农业和开发景观镶嵌类型(ad)的森林损失率最高,表明在城市与农业占主导的景观上森林被吞噬的可能性最大;稳态分布表明,森林破碎化趋势日益加剧,到稳定状态时森林占总区域的面积比例不到50%,空间分布趋向于混合型的景观格局.景观镶嵌度模型2006年模拟值与实际值Kappa系数达到0.82,模型精度较高;森林安全度模型Kappa系数为0.21,模型精度较差.     

人工林与天然林破碎化过程差异对比——以美国华盛顿州和密西西比州为例

森林损失和破碎化一直是国际社会普遍关注的重大环境问题之一。根据Forman景观变化包括穿孔、分割、破碎化、收缩和消失5种空间过程的理论,利用ArcGIS Modeler建立森林破碎化过程模型用以明确描述森林景观破碎化的空间过程和生态进程。基于NLCD2001、2006、2011 3期数据,以美国华盛顿州和密西西比州为研究区,利用森林破碎化过程模型,将森林损失斑块分为4种破碎化过程(分割类型因其线状特征被归入破碎化类型),对比分析天然林和人工林的破碎化过程在时空上的差异性。研究表明天然林破碎化斑块多分布于城市/森林、耕地/森林、以及灌木/森林的交界处,而人工林破碎化斑块分布格局较为零散;天然林中破碎化斑块和收缩斑块大多发生在上阶段收缩、破碎化以及穿孔斑块的边缘,而人工林中4种空间过程的承接关系不像天然林那么明显,但两者整体上都呈现相似的"收缩-消失-穿孔/破碎化"变化规律,主要表现为收缩类型占主导然后慢慢消退,穿孔和破碎化逐渐增多占据新的主导。     

基于“空间形态-破碎化-聚集度”的粤港澳大湾区森林景观格局时空演变

森林景观格局的时空演变研究能够帮助理解区域森林变化过程。传统的景观指数方法多以均值为计算结果且空间信息表达不足，基于形态学方法能够从空间上直观辨别景观类型，综合破碎化和聚集度的定量分析有助于进一步认识森林景观格局的演变特征。以1990、2000、2010、2020年粤港澳大湾区土地利用数据为基础，建立基于“空间形态-破碎化-聚集度”的综合研究框架，开展大湾区森林景观格局的时空演变研究。结果表明：(1)近30年大湾区森林形态以核心区为主，森林面积逐渐减少，而2010—2020年减少速率降低，各类型森林斑块均有所恢复；(2)整体破碎化程度较低，中部破碎化地区表现为先上升后下降的变化趋势；(3)聚集度结果表明，距离森林边界500 m内的森林斑块面积最大，约占研究区总面积的30%,而距离大于4.5 km的非森林斑块面积几乎翻倍增加，应重点关注该区域的森林损失。研究有助于全面理解森林景观格局的变化特征，相关结果可为粤港澳大湾区的森林生态修复工程、国土空间规划以及城市可持续发展提供科学依据。     

基于面向对象技术提取的顺德区基塘系统格局分析

进行基塘景观的信息提取及其景观格局分析研究, 对于协调城市发展与传统基塘农业景观可持续的关系有着重要意义。基于面向对象分类技术使用ENVI 中的Feature Extraction 拓展模块对顺德区2015 年的OLI 遥感影像进行基塘信息提取, 利用Fragstats 4.0 对提取结果进行景观指数分析。结果表明: 1、基于面向对象技术的分类方法具有较好的分类精度, 分类总精度为91.5%, Kappa 系数为0.87。2、基塘景观在顺德区空间上分布呈聚集态, 主要集中于中部的勒流街道、西南的杏坛镇以及均安镇等; 整体景观格局呈现景观类型比较单一, 林地和耕地等景观的破碎化严重以及建设用地占主导优势的现象。3、顺德区各镇/街道中, 均安镇的基塘景观破碎化最为严重; 进行高标准基塘整治后的杏坛镇基塘面积最多, 占总基塘面积的30.5%, 分布较聚集且每个基塘斑块都具有较大的规模。     

区域城市扩张对森林景观破碎化的影响——以粤港澳大湾区为例

森林生境丧失与景观破碎化是引起生物多样性下降,生态系统功能降低的重要原因。量化森林景观破碎化的时空特征及其与城市扩张格局的关系是开展区域生态修复与功能提升的重要基础。本文以快速城市化的典型区域——粤港澳大湾区为研究对象,基于遥感解译的1980年、1990年、2000年、2010年和2018年土地覆盖/利用专题图,通过多尺度的景观格局分析和统计分析,定量解析森林景观破碎化的时空演变特征及其与城市扩张格局间的关系。研究结果显示：1）1980-2018年,大湾区林地覆盖面积缩减1,274 km²,林地转变为建设用地的面积占林地丧失总面积的比例从1980-1990年的11%增长至2010-2018年的42%,表明城市扩张已成为林地丧失的主导因素;2）森林景观破碎化程度加剧,表现为林地斑块密度提高,平均斑块面积减小,但破碎类型与程度具有地域差异;3）城市扩张幅度与空间格局显著影响林地破碎化,其中,城市扩张幅度对林地破碎化的影响更为重要。基于森林景观破碎化与城市扩张的现状,落实城市增长边界划定、关键斑块-廊道识别与生态网络构建等措施,有助于保护与连通重要生态空间,保障和提升生态功能。     

黄河源区沙化草地区域景观特征

以黄河源区玛曲县沙化草地为对象,运用景观生态学原理,借助地理信息系统技术,选取景观异质性指数(景观多样性、景观优势度)、景观破碎化指数(斑块密度、分离度)、形状指数(伸长指数、分维数)3类指标,分析了黄河源区沙化草地不同景观类型的空间分布及景观格局现状特征.结果表明,区域整体景观结构简单,局部变化复杂,自然景观仍是景观变化的主体,景观结构受草地、湿地、灌木林地等少数自然景观类型控制.区域景观斑块呈条带状分布,各景观条带差异较大,从河流阶地带到低山草地带到高山草甸带,景观斑块类型减少,景观多样性减小,景观破碎化程度减弱,景观结构呈简单化趋势.沙化景观尤其是流动沙地对景观结构的影响较大,在区域景观异质性增强及破碎化加剧过程中起主要作用.固定沙地、半固定沙地和潜在沙化土地也不同程度地影响着景观的构成及变化;人工景观比沙化景观对景观结构的影响小,但其潜在变化空间较大.人工景观和沙化景观将是未来区域景观结构变化的共同主导因素.     

新疆三工河流域农业绿洲近30年景观格局变化及其驱动力

干旱区绿洲水土资源的不平衡利用导致了荒漠化问题日益严重.本文以新疆三工河流域农业绿洲区为例,利用1978、1987、1998和2009年4期影像数据,综合应用景观格局分析方法、GIS、RS和统计等手段,分析了流域尺度土地利用景观演变及其驱动要素.结果表明:人为土地开发作用的加强,增加了景观的多样性,同时加剧了景观破碎化,区域景观斑块由自然景观类型中的草地景观类型为主导,转变为人工景观中的耕地景观类型.由于区域耕地的增加,引发对水资源需求加大,造成人为水利建设作用加强,推动了流域景观的演变,同时人类经济活动也加速了区域景观格局的演化过程.     

快速城市化过程中土地覆盖格局研究——以深圳市为例

研究一个以城市化过程为主的土地利用/覆盖变化可以从不同的角度出发。选择景观生态学中的景观格局的研究方法,对快速城市化地区——深圳市的城市化过程中的土地利用/覆盖的动态变化进行研究。具体选择景观格局指数中的破碎度指数、Shannon-Weaver多样性指数和聚集度指数,来表征斑块水平、景观水平、区域水平3个不同层次的土地覆盖格局。首先在区域水平上,分析了深圳全市,以及经济特区和特区外的宝安区、龙岗区的土地覆盖格局变化。在此基础上,以研究区的镇级行政单元为景观单元,计算了镇级行政区域以及镇级行政区海拔0～30m的区域的景观格局指数,在景观水平上分析了区域经济发展水平和速度,以及地形因素对土地覆盖格局变化的影响。随后分析了研究区各土地覆盖类型以及不同时期的斑块水平上的土地覆盖格局。最后以城镇用地比例表征城市化水平,讨论了城市化水平与土地覆盖格局变化的关系。在城市化初期,景观类型多样性和斑块破碎化程度出现上升趋势,空间聚集性下降,生态安全问题开始突现。在城市化水平20%～40%之间,其景观类型多样性和斑块破碎化程度达到较高水平,而空间聚集度水平较低,生态安全水平明显下降;随着城市化过程的不断深入,城市化水平不断提高,景观类型多样性和斑块破碎化程度又出现了较为明     

基于多种方法的景观格局动态变化综合分析——以辽宁省铁岭市为例

景观格局变化一直是景观生态学研究的核心问题之一,也是相关生态和环境过程研究的基础.本文应用3S技术,综合传统的空间统计分析、转移矩阵、景观指数和景观动态指数、Kappa指数系列,并引入模糊Kappa指数方法,以铁岭市2002-2011年间景观格局变化为例进行了综合研究.结果表明:铁岭市景观空间格局在研究时段内发生一定程度的变化.旱地面积大幅增加,水田面积明显减少,各景观类型之间均有相互转化.景观格局总体的变化趋势是形状趋于复杂、异质性增加、破碎化加剧,人为干扰的影响较明显.研究区域2002-2007年综合景观动态度指数明显高于2007-2011年,景观动态总体呈现放缓趋势.通过Kappa指数系列可知,研究时段内研究区景观变化由景观类型之间变化为主逐渐转变为各类斑块位置上的变化为主.应用多种方法进行综合分析更能全面有效地反映景观格局变化.     

苏南典型乡镇景观梯度变化

基于2009年Quickbird卫星影像和GIS空间分析技术,采用土地利用程度综合指数和景观格局指数,结合梯度分析方法,研究了苏南典型乡镇(辛庄镇)土地利用强度和景观结构的城乡梯度变化,并分析了土地利用强度与景观格局的关系。结果表明:水田是辛庄地区的优势景观类型,村镇建设用地、鱼塘和水体也是当地的主要景观类型。镇区的土地利用强度明显大于农村地区,随着与镇中心距离的增加,土地利用程度综合指数逐渐降低。镇区景观空间聚集度大,景观结构较为规则,破碎化程度较低;农村地区景观空间离散度大,形状复杂,破碎化现象严重,景观格局有待优化。土地利用强度与斑块密度、景观形状指数呈显著的负相关(P<0.05),与香农多样性、均匀度指数呈极显著正相关(P<0.01),与聚集度指数呈显著相关,说明随着土地开发强度的增加,城镇景观向着多样化和均匀化的方向发展,建设用地成为优势景观,空间聚集度不断加大。     

黑龙江林口林业局森林景观格局特征

以黑龙江林口林业局1∶50000林相图作为基本信息源,利用地理信息系统软件ArcView和景观结构分析软件Fragstats,从景观格局的总体特征、景观破碎度、景观形状指数、分形维数和平均最近距离等方面,对该林业局的景观格局进行了分析.结果表明:该林业局以森林景观为主体(56.74%),居民点和农田景观也占有较高比例,而沼泽、灌木、荒山荒地、河流、迹地和裸地等景观零星分布于森林景观中;该林业局的森林景观主要以人工针叶纯林(40.47%)和天然蒙古栎林(20.96%)为主,斑块分布集中、形状复杂、边缘褶皱度高.人工林与天然林的面积基本相等,但破碎度较大、斑块形状相对简单、斑块分布较集中,软阔叶林及硬阔叶林斑块分别占11.89%和7.38%.研究表明,该林业局的森林景观受人为干扰程度过大,景观结构不合理,要实现林业的可持续发展,必须对景观斑块结构进行调整.     

Change in Vegetation Patterns Over a Large Forested Landscape Based on Historical and Contemporary Aerial Photography

Changes to vegetation structure and composition in forests adapted to frequent fire have been well documented. However, little is known about changes to the spatial characteristics of vegetation in these forests. Specifically, patch sizes and detailed information linking vegetation type to specific locations and growing conditions on the landscape are lacking. We used historical and recent aerial imagery to characterize historical vegetation patterns and assess contemporary change from those patterns. We created an orthorectified mosaic of aerial photographs from 1941 covering approximately 100,000 ha in the northern Sierra Nevada. The historical imagery, along with contemporary aerial imagery from 2005, was segmented into homogenous vegetation patches and classified into four relative cover classes using random forests analysis. A generalized linear mixed model was used to compare topographic associations of dense forest cover on the historical and contemporary landscapes. The amount of dense forest cover increased from 30 to 43% from 1941 to 2005, replacing moderate forest cover as the most dominant class. Concurrent with the increase in extent, the area-weighted mean patch size of dense forest cover increased tenfold, indicating greater continuity of dense forest cover and more homogenous vegetation patterns across the contemporary landscape. Historically, dense forest cover was rare on southwesterly aspects, but in the contemporary forest, it was common across a broad range of aspects. Despite the challenges of processing historical air photographs, the unique information they provide on landscape vegetation patterns makes them a valuable source of reference information for forests impacted by past management practices.     

济南城市森林景观生态格局

城市森林景观生态格局研究不仅是城市森林系统规划与城市生态建设的基础和前提,而且是优化城市空间结构、充分发挥城市森林生态功能以及创建生态宜居环境的重要途径和手段.本研究以RS和GIS技术为支撑,通过总体景观生态格局定量分析和梯度分析等研究方法,采用10个景观指数从斑块水平和景观水平两方面,对济南市建成区城市森林景观生态格局进行定量分析,并提出优化对策.结果表明: 济南市建成区城市森林覆盖率为15.8%;城市森林总体景观生态格局在景观水平上表现为城市森林景观斑块类型较齐全、景观破碎化程度较大、各类型城市森林所占面积存在差异、以大斑块为主且同种斑块高度连接,在斑块类型水平上表现为生态公益林以大斑块为主且占优势地位、风景游憩林形状较规则且以大中型斑块为主、道路林及附属林形状复杂且以小斑块为主、生产经营林缺乏;在斑块类型水平上,以风景游憩林为主导类型、生态公益林斑块面积最大、道路林及附属林破碎度大,在景观水平上,城市中心森林景观破碎度大、人为干扰严重、景观形状复杂;在城市森林景观生态格局分析基础上,提出“一环二网、三片四轴、多点棋布”的济南市城市森林生态网络构建方案,从而加强各类型城市森林的连接度,发挥大尺度生态系统的整体生态效益.     

Characterizing a tropical deforestation wave: a dynamic spatial analysis of a deforestation hotspot in the Colombian Amazon

Tropical deforestation is the major contemporary threat to global biodiversity, because a diminishing extent of tropical forests supports the majority of the Earth's biodiversity. Forest clearing is often spatially concentrated in regions where human land use pressures, either planned or unplanned, increase the likelihood of deforestation. However, it is not a random process, but often moves in waves originating from settled areas. We investigate the spatial dynamics of land cover change in a tropical deforestation hotspot in the Colombian Amazon. We apply a forest cover zoning approach which permitted: calculation of colonization speed; comparative spatial analysis of patterns of deforestation and regeneration; analysis of spatial patterns of mature and recently regenerated forests; and the identification of local‐level hotspots experiencing the fastest deforestation or regeneration. The colonization frontline moved at an average of 0.84 km yr^?1 from 1989 to 2002, resulting in the clearing of 3400 ha yr^?1 of forests beyond the 90% forest cover line. The dynamics of forest clearing varied across the colonization front according to the amount of forest in the landscape, but was spatially concentrated in well‐defined ‘local hotspots’ of deforestation and forest regeneration. Behind the deforestation front, the transformed landscape mosaic is composed of cropping and grazing lands interspersed with mature forest fragments and patches of recently regenerated forests. We discuss the implications of the patterns of forest loss and fragmentation for biodiversity conservation within a framework of dynamic conservation planning.     

新疆额河河谷林区景观格局对杨树植食性昆虫危害的影响

开展森林景观格局与植食性昆虫危害关系的研究,是构建景观生态安全格局和实现有害生物生态调控的重要理论依据。在额河河谷林区开展实地调查获取杨树植食性昆虫危害数据,基于遥感数据提取景观格局相关指数,使用线性混合效应模型（Linear Mixed-Effects Models）分别从景观水平和景观类型水平上分析了林区景观格局与林地、耕地、草地和荒地的景观格局对两种植食性昆虫危害的影响。结果表明在额河河谷林区中,景观破碎化是造成两种植食性昆虫危害加重的关键,但食叶率和潜叶蛾虫口密度对景观格局的响应不完全一致;景观水平下,景观丰富度和景观连接度越高,食叶率越高,平均斑块面积与潜叶蛾虫口密度呈显著负相关;景观类型水平下,林地的斑块数量越多,额河河谷林区受到的植食性昆虫危害越严重,耕地面积的增加导致潜叶蛾虫口密度上升,荒地的景观凝聚力指数和草地的平均斑块分维数与食叶率呈显著正相关。因此在优化景观格局时,合理规划景观组成并减少景观破碎化有助于维持经济发展和生态保护的平衡,促进森林的可持续发展。     

基于视觉特性的川西亚高山秋季景观林色彩量化及景观美学质量评价

景观美学质量评价是森林资源管理体系中的重要环节,色彩是秋季景观林的重要组成部分,色彩的定量分析及科学地进行景观美学质量评价对秋季景观林的经营管理具有重要意义。本研究通过美景度评判法评估川西亚高山秋季景观林整体的美学质量,根据人眼视觉特性从色彩组成和色彩空间格局两方面定量分析色彩特征对秋季景观林观赏价值的影响。结果表明: 根据美景度值将川西亚高山秋季景观林景观美学质量从高到低划分为5个等级(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ),71.5%的景观属于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等级,说明川西亚高山秋季景观林具有较高的观赏价值;按美景度值大小排序,阔叶混交林的景观美学质量大于针阔混交林和纯林;在色彩要素综合指标评价体系中,按指标权重大小排序,色彩斑块异质性因子>秋季主色调因子>色彩饱和度与明度因子>色彩多样性与均匀度因子;通过聚类分析将川西亚高山秋季景观分为3类,其中,观赏价值较高的秋季景观林具有斑块破碎化和异质性程度大、秋季彩色占比大、绿色占比小、高明度和高饱和度、高色彩多样性指数和高均匀度指数的色彩特征;群落中植物或彩叶植物越丰富,多样性和均匀度指数越高,美景度值越大。在秋季景观林的打造中,应注重色彩的多样性和破碎化处理,通过种植和培育叶色多样且色泽鲜亮的树种来提高秋季景观林的美学质量。     

热带森林中的斑块动态与物种多样性维持

斑块作为景观要素之一,直接到景观结构的空间格局及其内部各要素之间的相互关系,其动态也将导致景观格局的变化。异质性的斑块在自然森林中是普遍存在的,这就是说,顶极森林中仍然存在着由不同种类或不同生长时期的植物种群组成的森林斑块。由自然或人为干扰所驱动的森林生长循环导致敢这些斑块在空间上的镶嵌,对于持定的地域片段,也导致了不同生长时期的森林斑块的周期性循环。在热带森林中,森林的生长循环由林窗期（ｇａｐ     

成都市近20年林地景观变化特征

基于多时段遥感数据资料,利用景观格局方法和区域土地利用指数模型,并结合生态功能区划,从时间和空间上对成都市1985-2006年的林地景观变化特征进行了分析.结果表明:研究时段内,成都市林地损失面积超过17000 hm²,林地斑块格局特征变化复杂,中、小斑块的数量和面积变化显著,体现出林地剧烈的转化和破碎化过程.从林地区域分布特征来看,林地斑块在山地亚区面积最大,约占研究区总面积的70%;平原亚区斑块数量最多,占总数的70%左右;全市林地面积变化速度最快的时期为1985-1995年,其中以山地亚区的林地面积减少速度最快;不同时段各生态功能亚区林地的相对变化率也不同.从林地的转化方向看,林地的转出、转入类型均以耕地和草地为主,林地在2000-2006年稳定性最高.促使林地景观格局时序变化的驱动力主要是生存型经济福利驱动、环境安全驱动和快速城市化过程,而自然生态条件、社会经济地域分工与布局则是林地景观空间变化的重要约束因子.     

The spatial distribution of birds and carabid beetles in pine plantation forests: the role of landscape composition and structure

Aim To evaluate the joint and independent effects of spatial location, landscape composition and landscape structure on the distribution patterns of bird and carabid beetle assemblages in a mosaic landscape dominated by pine plantation forests. Location A continuous 3000‐ha landscape mosaic with native maritime pine Pinus pinaster plantations of different ages, deciduous woodlands and open habitats, located in the Landes de Gascogne forest of south‐western France. Methods We sampled breeding birds by 20‐min point counts and carabid beetles by pitfall trapping using a systematic grid sampling of 200 points every 400 m over the whole landscape. Explanatory variables were composed of three data sets derived from GIS habitat mapping: (1) spatial variables (polynomial terms of geographical coordinates of samples), (2) landscape composition as the percentage cover of the six main habitats, and (3) landscape structure metrics including indices of fragmentation and spatial heterogeneity. We used canonical correspondence analysis with variance partitioning to evaluate the joint and independent effects of the three sets of variables on the ordination of species assemblages. Moran's I correlograms and Mantel tests were used to assess for spatial structure in species distribution and relationships with separate landscape attributes. Results Landscape composition was the main factor explaining the distribution patterns of birds and carabids at the mesoscale of 400 × 400 m. Independent effects of spatial variables and landscape structure were still significant for bird assemblages once landscape composition was controlled for, but not for carabid assemblages. Spatial distributions of birds and carabids were primarily influenced by the amount of heathlands, young pine plantations, herbaceous firebreaks and deciduous woodlands. Deciduous woodland species had positive responses to edge density, while open habitat species were positively associated with mean patch area. Main conclusions Forest birds were favoured by an increase in deciduous woodland cover and landscape heterogeneity, but there was no evidence for a similar effect on carabid beetles. Fragmentation of open habitats negatively affected both early‐successional birds and carabids, specialist species being restricted to large heathlands and young plantations. Several birds of conservation concern were associated with mosaics of woodlands and grasslands, especially meadows and firebreaks. Conserving biodiversity in mosaic plantation landscapes could be achieved by the maintenance of a significant amount of early‐successional habitats and deciduous woodland patches within a conifer plantation matrix.