银川盆地土地利用变化对景观格局脆弱性的影响

景观格局脆弱性能反映生态系统的不稳定性和对外界干扰的敏感性,有助于了解生态环境的状态和变化趋势.以银川盆地为研究对象,结合景观敏感性和景观适应性2个维度获取2001和2013年研究区景观格局脆弱度的分布情况,并探讨土地利用程度综合指数、综合土地利用动态度、土地利用变化重要性指数和多种土地转移类型对景观格局脆弱度的影响.结果表明： 土地利用程度综合指数的增加主要由耕地、林地、建设用地引起,耕地、林地的比例越高脆弱度越低,建设用地作用相反;随着综合土地利用类型动态度的增加,建设用地显著提高景观格局脆弱度,其次是草地,林地显著降低景观格局脆弱度,其次是耕地;随着土地利用变化重要性指数的增加,耕地显著降低景观格局脆弱度,其次是林地,草地有较弱趋势,规律不明显,建设用地显著提高景观格局脆弱度;耕地、林地、草地为主要转移类型时,建设用地的增加会提高景观格局脆弱度,建设用地为主要转移类型时,林地和草地会提高景观格局脆弱度,耕地作用相反.土地利用类型数量的变化在一定程度上可以影响土地空间结构变化,为合理开发利用土地资源提供参考依据.三元图能有效地反映多种土地利用变化类型对景观格局脆弱度的影响,丰富了土地利用变化研究的内容.     

四川省若尔盖县土地利用时空变化研究

四川省若尔盖县是高寒湿地的重要分布区,区域土地利用变化对生态安全具有重要影响.以2000年、2010年和2019年3期Landsat ETM+遥感影像资料为基础数据源,运用土地利用动态度、土地利用转移矩阵、土地利用程度和人类活动强度模型分析了研究区2000—2019年土地利用时空变化特征.结果表明:若尔盖县土地利用类型...     

基于CA-Markov模型的呼图壁县土地利用景观格局预测研究

以2002、2009、2016年三期遥感影像数据为基础, 运用GIS技术及景观生态学理论, 对呼图壁县近14年的土地利用景观格局变化特征及其各景观类型空间转化特点进行了分析。并结合CA-Markov模型对土地利用类型特征参数、景观格局指数等进行模拟, 预测和分析未来7年土地利用和景观格局演变特征。结果表明: 从时间尺度分析, 研究区内景观格局有较大变化, 主要表现为耕地与建设用地的增加; 从景观类型转移分析可知, 耕地与建设用地的交替变化最为显著, 其主要集中于中部地区; 景观类型水平指数分析得到, 林草地、水域及耕地整体破碎化程度低, 未利用地则表现相反; 从景观水平分析可知, 研究区内景观整体破碎度与复杂度增高, 同时斑块逐渐趋于离散分布, 景观结构不稳定性增加。研究结果可为该区域提供更为科学有效的生态环境保护措施, 以期为制定相关土地利用政策和合理配置土地资源提供参考。     

基于高分遥感影像的滇西北村域景观格局演变——以大理市低丘缓坡山地开发区为例

人类的开发活动是造成土地覆盖和景观格局变化的主要原因.村域尺度上高强度的人类开发活动对土地覆盖及景观格局演变的影响规律研究尚不多见.本研究采用2009年的GeoEye-1数据和2014年的WorldView 3数据,利用ArcGIS和ENVI,基于面向对象和人机交互的方法解译影像,应用土地利用转移矩阵和景观指数定量研究大理市海东镇低丘缓坡山区改造过程中的土地覆盖变化和景观格局演变.结果表明: 2009年主要土地覆盖类型是林地、水田和旱地,占总面积的82.8%,2014年林地、推平未建地和水田占总面积的70.9%;研究期间,土地利用变化主要由林地、水田和旱地向推平未建地、建设用地转移,尤其是2014年推平未建地面积达531.57 hm²,其中,来自林地、旱地和水田的面积分别占42.8%、21.7%和14.2%.景观空间格局演变表现为斑块数量和密度增加,平均斑块面积变小;边缘指数和形状指数增加,斑块形状更加复杂;斑块破碎化,整体构成更加多样化.     

中国高铁沿线区域土地利用景观格局变化分析

高铁建设会对周边土地利用格局产生重要影响, 但目前对中国高铁周边土地利用时空变化缺乏系统性研究。基于土地利用变化分析指标、景观格局指数、缓冲区等方法, 系统研究近年来中国高铁沿线土地利用景观格局时空动态变化。结果表明: (1)耕地和林地是沿线主要地类; 城乡、工矿、居民用地变化幅度和单一动态度最大, 耕地变化幅度位居其次; 各类用地综合动态度不高; 土地利用变化程度逐渐上升。不同类型用地的土地利用转移程度各异。(2)耕地和城乡、工矿、居民用地变化幅度呈距离衰减; 距高铁线越近, 土地利用程度综合指数越高。(3)景观多样性指数先增后减; 各类用地分形维数较接近; 景观破碎化加剧。研究可为高铁规划和建设、沿线区域土地规划和开发利用提供决策参考。     

近50a土地利用变化对干旱区典型流域景观格局的影响——以新疆玛纳斯河流域为例

土地利用变化与景观格局间的相互作用机制是全球环境变化的研究焦点。大规模土地开发导致的土地利用变化及其对景观格局影响的定量评估对区域土地资源可持续利用具有重要意义。评价长时间尺度土地利用变化对干旱区典型流域景观格局的影响,以期为经济发展与生态环境保护政策的制定提供有益信息。选择的研究区新疆玛纳斯河流域是中国西北干旱区水土开发的典型代表区域。以1962年地形图,1976、1989、1999和2008年遥感影像为基础数据源,利用数学模型和景观格局指数重建土地利用和景观格局变化过程,并探讨了土地利用变化对流域景观格局的影响。结果表明:(1)近50a玛纳斯河流域土地利用变化剧烈,耕地和建设用地"涨势"显著,未利用地和林地"落势"较明显,草地和水域先"涨"后"落",土地利用变化整体处于不平衡态,单向转换频繁。(2)研究区景观破碎度和多样性增加,优势度减小,各景观类型间差异缩小,异质性程度和景观结构复杂性加大。(3)土地利用变化改变了流域景观格局,导致景观结构趋于多样化、均匀化和破碎化。最后,提出通过发展大规模集约化农业降低土地利用变化引起景观格局负面生态效应的观点。     

1980—2015年南四湖流域景观格局及其脆弱性

流域景观格局及脆弱性变化对流域生态环境具有重要影响.为保障南四湖流域生态环境安全,本研究以流域1980—2015年7期土地利用数据为基础,通过计算景观格局指数分析南四湖流域景观格局变化,利用景观适应度(LAI)和景观敏感度指数(LSI)构建景观格局脆弱度(LVI),并分析其空间分布与变化.结果表明: 1980—2015年,南四湖流域耕地面积比例下降4.6%,建设用地增加39.7%,其他土地利用类型呈波动变化,林地、草地、未利用地面积减少,水域面积增加.耕地一直是南四湖流域的优势景观类型.耕地和水域破碎度增加,其他地类破碎度降低.流域景观整体破碎度有所缓和,景观类型之间形成了较好的连接性,景观格局的不规则性和复杂性下降并朝着均匀化和多样化方向发展.各时期流域景观脆弱度大体上表现出东部高于西部、北部高于南部的趋势,其空间分布与流域地形,以及景观类型的分布、土地利用变化有关.研究期间,流域LVI整体下降,东部景观脆弱度严重地区的景观格局开始趋于分散,逐渐被低一级脆弱区所取代,西北部地区脆弱度的回升最明显,南部及西南部一直是低脆弱区.     

南疆生态脆弱区土地利用变化及其生态影响评价--以新疆阿克苏市为例

在城市化速度加快的背景下,研究LUCC对生态脆弱区的生态环境影响过程,对了解区域生态环境变化具有重要意义。利用南疆生态脆弱区———阿克苏市1995、2000和2003年的TM遥感影像,采用景观生态学的空间格局指数对城乡土地利用动态变化特征进行了研究,参照Costanza等对全球不同生态系统类型服务功能价值测算结果的比例关系,分析了阿克苏市城乡土地利用类型的生态价值,定量综合评价了阿克苏市城乡区域LUCC的生态影响。结果表明,阿克苏市域景观总体构成表现为景观破碎度较高,斑块数目较多;农业用地中有近半数不稳定,水土条件差致使农用地和未利用地相互转换。研究时段内市域土地利用变化带来了较好的生态影响,土地利用生态效益持续提高,并表现出了较大空间差异。     

沈阳西郊景观格局变化的研究

景观格局变化的主要原因在于外界的干扰作用,其显著变化具有3种典型类型。本文对景观格局的研究,采用了几种计测指标:(1)各类嵌块体的数目和面积大小;(2)嵌块体的转移矩阵;(3)嵌块体的优势度指数;(4)景观的多样性指数。研究结果表明,沈阳西部景观在经历了30年的变化后,变得更加破碎,出现了较多的块状和岛状嵌块体。景观基质发生了改变,城市化现象较为明显,土地利用的经济效益也有所提高。但由于人口的剧增,人均土地面积在不断减少,荒地开发殆尽,这预示着土地承载能力的饱和与危机的开端。     

1996-2016 年洞庭湖区土地利用及景观格局演变特征

以1996 年、2001 年、2007 年、2012、2016 年洞庭湖区的遥感影像数据为基础, 利用转移矩阵模型及景观格局指数等方法分析了洞庭湖区20 年间的土地利用及景观格局变化特征。结果表明: 洞庭湖区土地利用景观格局变化主要表现为耕地、林地和建设用地的增加, 水域、草地和其它用地有不同程度的减少; 总体景观呈破碎化趋势, 形状更加复杂, 多样性指数呈增加趋势; 各类型土地的斑块数目总体呈上升趋势, 其中水域与其他用地基本保持不变, 耕地的最大斑块指数变化最大, 平均分维数基本呈上升趋势。     

基于MODIS-归一化植被指数的广东省植被覆盖与土地利用变化研究

基于MODIS-NDVI遥感植被指数,利用像元二分模型进行植被覆盖度提取,结合趋势分析和显著性检验等方法,对2000—2020年间广东省的植被覆盖时空变化特征进行分析,并结合土地利用变化图谱,探究土地利用类型对植被覆盖时空变化的驱动作用。结果表明：(1)2000—2020年,广东省植被覆盖度整体以0.23%/a的变化率呈波动增长趋势,但空间异质性显著,呈现出以珠三角地区为中心向外辐射递增的趋势;(2)广东省多年平均植被覆盖度介于0.7—0.76,以中高和高植被覆盖度为主,低植被覆盖区约占研究区总面积的4.37%。全省以植被改善为主(78.18%),显著和极显著退化区域占全区面积的5.84%,主要集中分布在珠三角、粤东沿海以及粤西沿海等地区;(3)研究区以耕地与林地的图谱单元互换为主要土地利用变化特征,而城乡、工矿、居民用地在耕地和林地的占用和补充过程中起了重要的作用,反映出城乡建设过程中对耕地和林地的大量占用;植被覆盖变化与土地利用变化存在响应联系,且各土地利用类型对植被覆盖度的贡献各异;向城乡、工矿、居民用地转化的图谱与植被显著和极显著退化区高度重合,说明耕地和林地向城乡、工矿、居民...     

太湖流域景观空间格局动态演变

基于2000、2010和2015年的土地利用数据集,利用景观格局指数、动态变化模型、景观转移矩阵及CLUE-S模型预测的研究方法,对太湖流域景观空间格局动态演变进行分析.结果表明: 2000—2015年间,流域景观类型始终以耕地、建设用地为主,景观破碎化程度加强,分布呈现均匀趋势.从动态转移变化来看,耕地和建设用地变化显著,分别以2.1%和8.4%的速度减少和增加了6761和6615.33 km²;由景观转移可见,耕地减少部分主要转变为建设用地,有7866.30 km²的耕地转变成建设用地,占耕地变化量的91.6%,对建设用地增加的贡献率达到96.5%.各县市的耕地、建设用地变化趋势与整个太湖流域相同,其中,上海市中心城区、浦东新区、临安市、宝山区、闵行区、嘉定区和常州市的耕地和建设用地面积变化尤为突出.结合总量变化与CLUE-S模型模拟2030年景观格局动态演变表明,自然发展情景下耕地和建设用地的变化幅度最大;在生态保护情景下草地面积猛增,动态度达到54.5%;在耕地保护情景下耕地和建设用地的变化幅度骤减.     

流域土地利用变化对不同重现期洪水的影响——以奉化江皎口水库流域为例

土地利用变化对流域洪水过程产生显著影响,并导致设计洪水发生变化。为进一步指导流域防洪及水库洪水设计,以浙东沿海奉化江皎口水库流域为例,应用HEC-HMS水文模型模拟分析土地利用/覆被变化(LUCC)对不同重现期暴雨洪水事件的影响。结果表明,流域内1985—2003年土地利用变化引起不同重现期洪水过程与洪水量级发生改变,其中,洪量和洪峰均增加,洪量较洪峰变化明显。LUCC对小洪水过程影响更明显,5年一遇以上洪水的洪峰和洪量分别平均增加3%和7.6%,而小于2年一遇洪水的洪峰和洪量分别平均增加5.41%和11.91%。同时,LUCC使100年、50年和25年一遇洪水重现期分别提前了15、6a和2a,即其对量级最高的特大洪水的重现期影响最大。此外,不同的土地利用转变方式对洪水的影响程度不一,其中,林地向裸地转变对洪水影响最大,林地向灌草地转变次之,林地向耕地变化对洪水影响最小,且这种差异性在低重现期洪水表现更明显。     

Catchment Legacies and Time Lags: A Parsimonious Watershed Model to Predict the Effects of Legacy Storage on Nitrogen Export

Nutrient legacies in anthropogenic landscapes, accumulated over decades of fertilizer application, lead to time lags between implementation of conservation measures and improvements in water quality. Quantification of such time lags has remained difficult, however, due to an incomplete understanding of controls on nutrient depletion trajectories after changes in land-use or management practices. In this study, we have developed a parsimonious watershed model for quantifying catchment-scale time lags based on both soil nutrient accumulations (biogeochemical legacy) and groundwater travel time distributions (hydrologic legacy). The model accurately predicted the time lags observed in an Iowa watershed that had undergone a 41% conversion of area from row crop to native prairie. We explored the time scales of change for stream nutrient concentrations as a function of both natural and anthropogenic controls, from topography to spatial patterns of land-use change. Our results demonstrate that the existence of biogeochemical nutrient legacies increases time lags beyond those due to hydrologic legacy alone. In addition, we show that the maximum concentration reduction benefits vary according to the spatial pattern of intervention, with preferential conversion of land parcels having the shortest catchment-scale travel times providing proportionally greater concentration reductions as well as faster response times. In contrast, a random pattern of conversion results in a 1:1 relationship between percent land conversion and percent concentration reduction, irrespective of denitrification rates within the landscape. Our modeling framework allows for the quantification of tradeoffs between costs associated with implementation of conservation measures and the time needed to see the desired concentration reductions, making it of great value to decision makers regarding optimal implementation of watershed conservation measures.     

石家庄西部太行山区景观格局时空变化

基于1987、2000年两期TM、ETM＋遥感数据资料，利用ArcGIS提取石家庄西部太行山区的景观类型转移矩阵，并结合重心模型，从时间和空间上对景观格局动态变化进行分析。结果表明：（1）1987～2000年，景观基质均为耕地，林地、草地、水域、建设用地和未利用土地作为斑块单元镶嵌其中；耕地、草地和水域的面积均为减少，其中草地面积减少量最大，主要向林地转化；林地、建设用地和未利用土地的面积均为增加，其中建设用地面积增加量最大，主要由未利用土地转化而来。（2）1987～2000年间，水域重心迁移距离最大；耕地、水域和建设用地的重心偏移方向为北偏西；林地和草地的重心偏移方向为北偏东；未利用土地的重心偏移方向为南偏西。     

典型喀斯特地区石漠化景观格局对土地利用变化的响应

土地利用是人类活动最基本的表现形式,探讨石漠化与土地利用变化之间的响应关系,对于石漠化治理和区域的可持续发展是非常重要的。基于贵州道真县2005年、2015年LANDSAT和石漠化数据,再利用ENVI 5.3进行监督分类,将道真县土地利用分为8种类型。通过景观格局空间分析技术和3S技术,对道真县土地利用时空演变和石漠化景观格局进行综合分析,结果表明:(1) 2005—2015年间,道真县建设用地和灌木林地面积增加,大部分灌木林地由水田和旱地转化而来,其面积增加了7.51%,建设用地增加了1.30%。(2)近10年间,研究区石漠化等级间的转移表现为轻、中、重度转化为潜在石漠化,其斑块转移面积分别为11.26、38.79、2.71 km2,表明研究区石漠化景观得到了恢复,低等级石漠化斑块面积增加,降低了原有高等级石漠化斑块的优势度。(3) 2005—2015年间道真县土地利用和石漠化景观格局,多样性指数分别下降了0.6434和2.4309,均匀度指数各减少了0.0552和0.5436,分维度指数各提高了0.0061和0.0801,蔓延度指数各增加0.1751、25.5396和聚合度指数分别增加1.8688和2.9112,景观形状指数分别减少0.9812和4.536,石漠化景观格局的变化对应土地利用景观格局指数的变化,随着人们土地利用方式的改变,石漠化也发生相应的改变。通过该研究的进行,有助于提高人们对石漠化和土地利用景观格局的认识,基于景观生态学背景对石漠化治理成效进行评估,为之后的石漠化治理工作的进行及研究提供了参考。     

晋西黄土区土地利用对降雨入渗产流模式和优先流分布的影响试验研究

黄土高原退耕还林(草)工程显著改变了河川径流过程,但其作用机制尚不明晰。选取晋西黄土区4种典型下垫面(20年和30年刺槐人工林地、草地、休耕地)分别开展连续3场模拟降雨试验,观测坡面入渗产流过程,并结合染色示踪和图像处理软件技术,分析土地利用类型对坡面降雨入渗产流模式和优先流分布的影响。结果表明：(1)累积入渗量和优先流发育程度均表现为刺槐林地>草地>休耕地,刺槐林地优先流对总入渗的贡献是草地和休耕地的2.5—4.5倍,但优先流贡献均不超过10%,仍以基质流入渗为主。(2)4种用地类型降雨入渗主要补给地表60—70cm土层,前期降雨均匀增加表层土壤含水率,而后期降雨补给深层土壤水分的空间变异性显著增强。(3)刺槐林地产流量及径流系数均显著小于草地和休耕地,且前期含水量对20年刺槐林地的影响较小,而显著影响草地和休耕地径流系数。(4)直径d<1mm的细根显著促进降雨入渗和优先流发育,而d>5mm的粗根与入渗量和基质流量呈显著负相关。较高的土壤初始含水率、容重和粘粒含量会抑制入渗和优先流的发生。研究说明不同土地利用类型将改变降雨入渗产流过程及土壤水运动形式。     

A Generalized Deforestation and Land-Use Change Scenario Generator for Use in Climate Modelling Studies

A new deforestation and land-use change scenario generator model (FOREST-SAGE) is presented that is designed to interface directly with dynamic vegetation models used in latest generation earth system models. The model requires a regional-scale scenario for aggregate land-use change that may be time-dependent, provided by observational studies or by regional land-use change/economic models for future projections. These land-use categories of the observations/economic model are first translated into equivalent plant function types used by the particular vegetation model, and then FOREST-SAGE disaggregates the regional-scale scenario to the local grid-scale of the earth system model using a set of risk-rules based on factors such as proximity to transport networks, distance weighted population density, forest fragmentation and presence of protected areas and logging concessions. These rules presently focus on the conversion of forest to agriculture and pasture use, but could be generalized to other land use change conversions. After introducing the model, an evaluation of its performance is shown for the land-cover changes that have occurred in the Central African Basin from 2001–2010 using retrievals from MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer Vegetation Continuous Field data. The model is able to broadly reproduce the spatial patterns of forest cover change observed by MODIS, and the use of the local-scale risk factors enables FOREST-SAGE to improve land use change patterns considerably relative to benchmark scenarios used in the latest Coupled Model Intercomparison Project integrations. The uncertainty to the various risk factors is investigated using an ensemble of investigations, and it is shown that the model is sensitive to the population density, forest fragmentation and reforestation factors specified.     

Effects of land use on taxonomic and functional diversity: a cross-taxon analysis in a Mediterranean landscape

Land-use change is the major driver of biodiversity loss. However, taxonomic diversity (TD) and functional diversity (FD) might respond differently to land-use change, and this response might also vary depending on the biotic group being analysed. In this study, we compare the TD and FD of four biotic groups (ants, birds, herbaceous, woody vegetation) among four land-use types that represent a gradient of land-use intensity in a Mediterranean landscape (Mediterranean shrublands, dehesas, mixed-pine forests, olive groves). Analyses were performed separately at two different spatial scales: the sampling unit scale and the site scale. Land-use intensity effects on TD and FD were quite different and highly varied among the four biotic groups, with no single clear pattern emerging that could be considered general for all organisms. Additive partitioning of species diversity revealed clear contrasting patterns between TD and FD in the percentage of variability observed at each spatial scale. While most variability in TD was found at the larger scales, irregardless of organism group and land-use type, most variability in FD was found at the smallest scale, indicating that species turnover among communities is much greater than functional trait turnover. Finally, we found that TD and FD did not vary consistently, but rather followed different trajectories that largely depended on the biotic group and the intensity of land-use transformation. Our results highlight that the relationship of land use with TD and FD is highly complex and context-dependent.     

Dominant control of climate variations over land-use change on net primary productivity under different urbanization intensities in Beijing,China

Climate variations and land-use change induced by rapid urbanization can lead to crucial impacts on ecosystem Net Primary Productivity (NPP), especially in regions with intensive human activity. However, the relative contributions of land-use change and climate variations to NPP changes under different urbanization intensities are still a topic of debate. This study reports on a case study in Beijing, which is undergoing rapid urbanization, to estimate the effects of land-use change and climate variations on NPP in regions with diverse urbanization intensities in recent decades using remote-sensing data and the Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA) model. The results reveal obvious land-use changes in Beijing, showing an increase in both built-up and forested areas in the two inner, highly urbanized regions and a dramatic conversion from built-up area and grassy bush to forest in the two outer, less urbanized regions. Factorial experiments were performed to estimate the contributions of land-use change and climate variations to NPP changes for different regions and land-use types. An increasing trend in regional NPP was observed with decreasing urbanization intensity in all experiments. However, the increment in NPP between 2002 and 2009 tended to decrease with decreasing urbanization intensity in most experiments. Climate variation was the dominant factor in increasing NPP in the study region during 2002–2009, with a mean contribution of ∼89.5% over different regions and land-use types. However, land-use change contributed to a certain extent to NPP changes for specific land-use types (e.g., ∼28.1% for forests) in regions of intensive urbanization. Eco-engineering approaches such as increasing vegetation cover, especially forest, in built-up areas and reforestation and afforestation in non-built-up areas may be useful in mitigating the impacts of urbanization on NPP, especially in intensively urbanized regions.