盐池县土地利用自然生态位变化及其对景观格局的影响

以盐池县为研究区, 尝试将土地利用自然生态位的理论和方法引入到景观生态学当中, 为研究景观格局提供了新的思路。结果表明: (1)不同景观要素自然生态位的动态变化不同, 耕地、草地、未利用地的自然生态位呈现下降的趋势, 而林地和水域的自然生态位不断上升。(2)整体景观更加具有多样性、破碎性和离散性。(3)相关性分析表明, 土地利用自然生态位与景观要素面积及其变化率都呈显著正相关, 体现土地利用自然生态位的时间效应对景观要素类型时空演变的影响程度。(4)土地利用自然生态位与形状指数和斑块内聚力指数具有正相关性, 与最大斑块指数和斑块类型占景观面积的比例具有强正相关性。总的来说, 土地利用自然生态位与景观要素类型的关系极其密切, 是区域景观格局变化的重要因素。     

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。     

景观生态学的学科前沿与发展战略

根据美国景观生态学2001年年会关于景观生态学的关键议题和研究领域特别专题的讨论,综合16位国际知名专家所发表的关于深化理论、整合协调和方法改进等方面的意见,深入论述了景观生态学的6项关键议题和10个优先研究领域。包括通过景观镶嵌体的生态流,土地利用和土地覆被变化的过程、机制,非线性动态和景观复杂性,尺度转换方法论的发展,景观指标与生态过程,人类活动与景观生态,景观格局的优化,景观保育与可持续性,资料获取与准确性评价。并对构建中国景观生态学的理论框架提出了初步的想法,即发展以格局——过程关系为中心的生态空间理论,以人类活动有序化为中心的景观生态建设理论,以发挥景观多重价值为中心的景观规划理论。     

中性景观模型在景观生态学中的应用和发展

中性景观模型可以模拟产生大量具有相似统计特征而不包含特定生态过程或自然地理过程的格局,为研究真实景观提供一个参照系统,在大范围景观格局变化研究等方面提供便利.目前,中性景观模型成为景观生态学研究的一种重要方法和手段,已成功应用于检验现有景观指数并发展新的景观指数、景观格局对种群动态影响和干扰过程研究等多个领域.本文介绍了中性景观模型的产生、内涵和类型,阐述了中性景观模型在景观生态学中的应用.同时,展望了中型景观模型研究的发展方向:模型类型趋于多样化,结构趋于复杂化,着重模型模拟结果的验证,以及随着景观生态学理论和实践的发展、结合中性景观模型和景观生态学研究方法,深入地应用于格局和过程两者之间关系的研究.     

“源”“汇”景观理论及其生态学意义

格局与过程的关系是景观生态学研究中的核心内容.景观格局指数是定量分析景观格局与生态过程的主要方法,但由于许多景观格局指数难以将格局与过程有机融合在一起而陷入困境,探讨景观格局分析中有效表征生态过程的理论与方法,对于景观生态学的发展具有积极意义.基于大气污染中的“源”“汇”理论,在已有研究基础上,提出了“源”“汇”景观的概念和理论.认为根据不同景观类型的功能,可以将他们划分为“源”“汇”两种景观类型,从而将过程的内涵融于景观格局分析中.该理论认为：（1）在格局与过程研究中,异质景观可以分为“源”“汇”景观两种类型,其中“源”景观是指那些能促进过程发展的景观类型,“汇”景观是那些能阻止或延缓过程发展的景观类型;（2）“源”“汇”景观的性质是相对的,对于某一过程的“源”景观,可能是另一过程的“汇”景观,“源”“汇”景观的分析必须针对特定的过程;（3）“源”“汇”景观区分的关键在于判断景观类型在生态过程演变中所起的作用,是正向推动作用还是负向滞缓作用;（4）不同类型“源”（或者“汇”）景观对于同一种生态过程的贡献是不同的,在分析景观格局对生态过程的影响时需要考虑这种作用的差异;（5）“源”“汇”景观理论可以应用于非点源污染、生物多样性保护、城市热岛效应等不同领域.“源”“汇”景观理论提出的主要目的是探究不同景观类型在空间上的动态平衡对生态过程影响,从而找到适合一个地区的景观空间格局.这一理论的提出有助于推动景观格局与生态过程研究的深入,希望以此为基础,通过大量的实证研究,丰富和完善“源”、“汇”景观的理论和方法.     

景观指数耦合景观格局与土壤侵蚀的有效性

景观格局分析是景观生态学中揭示景观变化及其生态效应的主要方法,而景观指数是景观格局分析中广泛使用的工具。土壤侵蚀是土壤物质在景观中的迁移和再分配过程,受地形、植被和人类活动及其空间格局的调控。运用景观格局分析揭示景观格局变化特别是土地利用/覆被格局变化对土壤侵蚀的影响是土壤侵蚀研究中应用景观生态学原理和方法的典型。在当前的研究中,斑块-廊道-基质范式下建立的景观指数对侵蚀过程的解释能力不断受到质疑,建立筛选适用的景观指数的原则和方法十分必要。以延河流域碾庄沟小流域为例,利用WATEM/SEDEM模型模拟多个年份流域侵蚀产沙和输沙量;基于土地利用/覆被数据,利用Fragstat4.2软件,计算了相应年份流域斑块、边界密度、形状、集聚与分散和斑块类型多样性4个方面的代表性景观指数。在此基础上,分析了景观指数与流域侵蚀产沙和输沙之间的关系,讨论了景观指数在土壤侵蚀研究中的有效性,在景观和斑块类型水平上分析了景观指数表达"源"、"汇"两大类景观类型的空间格局与侵蚀产沙和输沙之间的关系的一致性。结果表明:斑块-廊道-基底范式下发展的景观指数在指示景观格局的土壤侵蚀效应时存在局限。相对而言,斑块类型尺度的景观指数更能有效表达景观格局与土壤侵蚀的关系。基于景观类型在土壤侵蚀过程中的"源"、"汇"功能,提出了在土壤侵蚀研究中筛选适用的景观指数的原则:(1)对"源"、"汇"两类景观类型,景观指数与土壤侵蚀状况表征变量的相关系数符号相反;(2)对同为"源"或"汇"景观类型的多个景观类型,景观指数与土壤侵蚀表征变量的相关系数应具有符号一致性。尽管景观指数在斑块类型水平上具有一定的有效性,但用其预测景观格局变化的侵蚀效应有很大的不确定性。因此,基于土壤侵蚀过程与景观格局的作用机制发展新型的景观指数是增强景观格局分析预测土壤侵蚀过程的能力的途径。     

基于高分辨率卫星图的川中丘陵区村级景观格局特征研究

以Erle C.Ellis 建立的村级景观分类和景观制图方法,利用IKONOS高分辨率（1 m）卫星遥感图,进行典型抽样和地形→土地利用→土地覆被→生态立地的景观分类和分层制图,研究了四川盆地中部丘陵地区村级景观的构成和格局特征,并就有关方法作了讨论.结果表明,川中盆地丘陵村级景观类型多样,其多样性指数从地形、土地覆被、土地利用到生态立地变化在1.08～2.26之间,丰富度除土地覆被较高,达到85%以外,其余都较低,在42.22%～58.62%之间.分布普遍的生态立地类型为12.5%,其余88.5%的类型都以较大差异分布在各村级景观内.景观破碎化指数较高,不同村级景观之间为2.93～4.27,地形到生态立地的破碎度为2.86～5.63.村级景观构成中,人口密度、道路面积和农家院落面积与景观格局指数存在较大程度的线性相关关系,但以农家院落面积与景观分形指数、景观破碎度的线性相关显著,分别为0.957*和0.991**.运用景观4级分类和制图方法研究村级景观,多数景观格局指标都表现出显著的统计学差异,表明运用高分辨率卫星遥感图研究村级景观,以多级景观单元分类研究比单一分类的更能够反映相关信息,增加对村级景观格局的认识和理解.     

太湖流域土地利用与景观格局演变研究

基于遥感、GIS技术和景观生态学方法,以太湖流域为研究区域,在1985年、1995年和2000年的土地利用图基础上,分析了土地利用与景观格局演变.结果表明,15年间,太湖流域农田呈减少趋势,建设用地、林地、草地、水体呈增加趋势,其中农田的减少占土地利用总减少量的89.64%,建设用地的增加占土地利用总增加量的79.21%;由于人类活动的干预,太湖流域景观结构与景观异质性发生了较大变化.从景观尺度上看,斑块密度、多样性指数和均匀度指数呈降低趋势,边界密度、优势度指数、景观形状指数呈增加趋势;从斑块尺度上看,各景观组分的异质性指数及其变化过程有较大的差异,体现了景观生态系统的复杂性.人口增长、经济、政策等因素是太湖流域近15年景观格局动态变化的主要驱动力.太湖流域土地利用变化产生了景观碎化、边缘效应、生境退化等景观生态效应.可通过调整景观尺度上的土地利用方式,使太湖流域生态建设及水土资源实现可持续发展.     

景观生态学原理在城市土地利用分类中的应用

根据城市相同土地利用类型具有相似景观格局特征的原理,探讨了融合景观格局特征指数和遥感技术的城市土地利用信息提取的新方法。以北京市五环内建城区为例,研究表明,在斑块类型水平和景观水平上,居住用地和非居住用地内景观斑块的大小、形状、边缘特征、空间连接度、核心区面积特征、多样性、均匀性等特征都有极显著的差异。进一步融合TM遥感影像和这些景观格局特征指数,提取了居民用地和非居民用地类型,总分类精度是79.7%,Kappa系数达到59.8%。研究揭示,景观生态学原理的引入,为传统的遥感技术应用提供了新的思路,在格局复杂的城市土地利用信息提取中有很大的应用发展潜力。     

干旱区绿洲土地利用/覆被及景观格局变化特征——以新疆精河县为例

从宏观上运用3S技术,利用1972年MSS、1990年Landsat TM、2001年Landsat ETM+和2005年CBERS 4个时期遥感影像数据,将GIS和景观生态学的数量分析方法相结合,运用ArcGIS以及Fragstats,分析了干旱区绿洲精河县1972～2005年间的土地利用/覆被和景观格局的变化.结果表明:(1)1972～2005年的33a中,精河县LUCC的总体变化趋势是绿洲面积有小幅度扩张,其中人工绿洲面积扩张尤为显著,天然绿洲面积减少.(2)研究区水域面积的变化受艾比湖湖面面积的变化影响较大,变化不显著,但总体上呈缓慢增长的趋势.(3)盐渍地面积的变化经历了先扩张后减小的一个过程.1990年达到最大值,但到2005年面积又有很大程度减少.沙地面积小幅度减小,其他地类的面积始终呈增加趋势.(4)景观在各个研究时段也发生显著变化.总的来说,整个研究区景观的密度持续增大,最大斑块指数先减小后增大,面积加权形状指数减小,形状趋于规则;斑块间的最邻近距离减小.表明1972年时景观中的优势斑块类型的连接性较2005年好,逐渐向具有多种要素的密集格局演变,景观更加破碎.同时不同斑块间的分离度增大,也说明景观破碎化程度加深.从香农多样性指数和香农均度指数的变化可以看出,景观的多样性增加,且均度增强.景观多样性及破碎化程度增加,也反映了土地利用越来越丰富.总之,要实现区域土地资源的可持续发展和景观生态功能的良性发挥,必须注重土地利用格局优化,维护景观生态过程与格局的连续性.     

3S技术在哈尔滨市郊景观生态规划中的应用

利用哈尔滨市遥感数据资料,在RS、GIS 和GPS技术支持下,获取哈尔滨市郊景观格局现状及哈尔滨数字高程模型(DEM).选取平均斑块面积、景观优势度、平均坡度、平均海拔和破碎度因子对其进行综合分析,并借助 DEM 模型进行景观生态规划.结果表明,3S技术为典型景观类型的确定提供了科学依据;建立了市郊景观类型数据库,并生成景观类型专题图;土地利用现状和景观空间分布以及地形地貌和土地利用类型相结合.DEM和遥感影像的叠加,从大尺度上定性刻画市郊的景观生态规划,而景观生态规划和DEM 的叠加,更加直观地反映了市郊的景观结构,为提高区域生态功能,促进城乡一体化的健康发展提供科学依据.     

南昌市城镇空间扩展与景观生态风险的耦合关系

为探究城镇用地空间扩展对景观生态风险的影响,以南昌市为例,运用遥感、GIS及数理统计的方法,借助城镇扩展强度指数研究了南昌市2000—2017年城镇空间扩展的时空变化特征,构建了景观生态风险指数,以3 km×3 km的单元网格进行系统采样,探究城镇扩展下南昌市景观格局的动态变化和景观生态风险,最后基于地理加权回归(GWR)模型,定量分析2000—2017年南昌市城镇空间扩展与景观生态风险之间的耦合关系。结果表明:(1)2000—2017年,南昌市城镇用地增加了247.56 km~2,年均扩展速率达17.75 km~2,其中2000—2005年扩展最快,呈现出剧烈扩展的态势,扩展强度达到0.55。城镇扩展主要沿正北和西北方向扩展,分布在青山湖区、南昌县、新建区等,总体上呈快速扩展趋势;(2)南昌市景观格局以耕地为主,建设用地快速扩张,耕地、林地、草地面积持续减少,土地利用的景观格局指数反映此期间人类活动的干扰程度加剧,景观斑块数量增加,整体破碎度提高。借助地统计分析方法,计算得到南昌市景观生态风险由2000年的0.1354上升至2017年的0.1420,景观生态风险呈逐渐升高的趋势;(3)2000—2017年,城镇用地面积与景观生态风险、城镇空间扩展强度指数和景观生态险变化值之间,都呈现负相关影响,后者相关性在减弱。回归系数的空间分布上,由中部向外逐渐升高,低值位于城镇扩展较快的南昌市区,城镇的快速扩展使城镇用面积大幅增加,景观破碎度、损失度降低,景观生态风险随之降低;高值出现在进贤县、安义县等经济发展缓慢的地区,城镇用地扩展幅度小,扩展边界斑块破碎度大,分离度上升,景观生态风险增加。研究结果为促进城市建设与生态环境保护的相互协调,正确评价人类活动对城市生态系统的影响,以及南昌市的可持续发展和科学管理提供借鉴。     

喀斯特断陷盆地景观生态风险演变及其地形分异

景观生态风险评价是构建区域生态安全格局的关键途径。以喀斯特断陷盆地为研究对象,从自然、社会、景观格局三个维度选取11个评价因子构建景观生态风险评价指标体系,通过空间主成分分析的方法评价研究区2000—2020年的景观生态风险时空演变格局,并基于地形位指数系统揭示喀斯特断陷盆地景观生态风险与地形的关系。结果表明：(1)2000—2020年,喀斯特断陷盆地的景观生态风险水平整体呈下降趋势,生态环境整体好转。(2)景观生态风险的变化呈现出较强的时空异质性,南部更甚。2000和2005年,研究区高、较高景观生态风险区主要分布于研究区北部和南部部分地区;2010年及其以后,高风险区面积显著减少,低风险区面积显著增加,但南部个别区县的风险水平未明显改善。(3)20年间,除建设用地外,不同土地利用类型的生态风险水平均显著降低。到2020年,耕地、林地、草地均主要分布在风险水平较低的区域,而建设用地在高风险区的面积仍高达43.43%。(4)景观生态风险在不同地形位梯度的变化随时间推移有显著差异。研究初期,各风险区对地形的选择性较强,低、较低风险区在中、低地形位区间的分布优势较强,高风险区倾向分布在高地...     

黄土丘陵区生物结皮空间分布的代表性景观指数

景观指数可量化表征生物结皮的分布特征,但景观指数存在数量众多、冗余度较高的问题。本研究以位于典型黄土丘陵区的陕西省吴起县合沟小流域不同分布格局的58个样方的生物结皮为对象,计算其15个常用景观格局指数,基于相关分析、因子分析和敏感性分析,筛选出可描述生物结皮景观格局、具有特定生态学意义的代表性景观指数,并以陕西省定边县杨井镇鹰窝山涧小流域退耕地不同盖度的生物结皮为例,检验所选景观格局指数的可靠性和合理性。结果表明: 15个景观指数中,10个指数之间具有显著相关关系,而边缘长度(TE)和边缘密度(ED)分别与斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、丛生度(CLUMPY)和散布与并列指数(IJI)无显著相关性。斑块占景观比例(PLAND)、ED、斑块连结度(COHESION)和分离度(SPLIT),分别从盖度、长度、连通度和破碎度方面描述了生物结皮空间分布特征,其代表的3个公因子在刻画生物结皮空间分布格局时累计贡献率达91.6%。本研究确定了可量化生物结皮空间分布复杂性的代表性景观指数,为研究生物结皮格局变化及其与生态过程的关系提供了理论依据。     

祁连山部分地区山地景观格局空间幅度效应的研究

三元图能有效反应多种斑块类型对景观格局的影响, 依据“斑块-廊道-基质”模式, 比较各斑块类型对整个研究区的响应。选择祁连山100 km×100 km的某正方形区域为研究区并运用景观格局指数法对研究区的空间幅度效应进行研究, 同时得出研究区尺度依赖性的有效幅度和特征尺度。结果表明: (1)草地为整个研究区景观结构的基质, 其面积最大, 在整个景观中占绝对优势; (2)在斑块类型中, 裸地在整个研究区中起主导作用; (3)12 km和88 km是研究区的两个特征尺度, 88 km幅度为研究区尺度依赖性的有效幅度, 超过这一幅度范围, 无论景观要素, 还是景观指数都失去了尺度依赖性。研究通过对祁连山部分地区景观格局与尺度效应的分析可以了解研究区景观格局空间特征及分布规律, 为祁连山的规划与管理、生态建设提供参考依据。     

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.     

黄丘区特色治理开发小流域土壤侵蚀变化对景观格局演变的响应

研究土壤侵蚀与景观格局变化的关系对小流域的治理开发具有重要的指导意义。本研究以实施退耕还林草、生态农业、生态旅游及科技示范的黄土高原安塞南沟特色治理小流域为研究对象,基于GIS平台和通用土壤流失方程,分析小流域1981—2018年景观格局和土壤侵蚀量的时空演化特征,并利用主成分回归法,从斑块类型水平和景观水平两个尺度分析土壤侵蚀模数与3类9个景观格局指标的关系。结果表明: 研究期间,在5种景观类型中,耕地和林地面积的时空变化主导了南沟小流域景观格局的演化,并且影响整个小流域的聚集分散程度;南沟小流域的土壤侵蚀量逐年减少,1981—2018年土壤侵蚀面积减少29.7%,侵蚀模数减少61.2%,且有73.4%的区域土壤侵蚀强度减轻;耕地和林地面积的变化决定了整个小流域土壤侵蚀模数的变化,其景观格局指数的变化方向与该景观类型土壤侵蚀的变化方向一致;退耕还林草工程是流域景观格局变化、土壤侵蚀减轻的主要原因,特色开发治理可以减弱局部地区土壤侵蚀强度。景观类型的合理化配置能有效地防治小流域土壤侵蚀,将其与特色治理开发相结合有助于实现小流域可持续高质量发展。     

海峡西岸经济区景观格局10年变化及驱动力

海峡西岸经济区是在国家区域发展战略引领下的我国未来发展的重点区域之一,分析其景观格局的变化有利于促进经济区的可持续发展。基于2000、2005、2010年的土地覆被分类数据,采用空间分析、主成分分析、景观指数分析的方法,研究海峡西岸经济区景观格局特征及其变化的驱动力。研究结果表明,由于城市用地面积的扩张,导致耕地、湿地、草地的面积下降,其中面积减少最多的为耕地,10年间减少了约14.0%,与此同时建设用地面积增长了38.6%。除建设用地外,各类景观的最大斑块指数(LPI)值均降低,建设用地的LPI值由0.1增至0.4,成为除林地外的优势景观。耕地的景观形状指数(LSI)由325.1下降到315.9,而其他各类景观的LSI值为上升趋势。林地的平均斑块面积(AREA_MN)急剧增加,由560.6增长到787.6,其他各类型景观AREA_MN值变化甚微。选取经济因素和政策因素分析海峡西岸经济区景观变化的驱动因子,结果表明,海峡西岸经济区景观格局的变化是两个因素共同作用的结果。海峡西岸经济区未来的经济发展需要与该区域耕地缩减的情况相平衡。     

艾比湖区域景观格局空间特征与地表水质的关联分析

为进一步明确区域土地利用/覆被—景观格局对河流水质影响的空间尺度。选择新疆艾比湖区域为研究对象,以25个水质采样点为中心,建立5种尺度的河流缓冲区并提取不同尺度下的土地利用/覆被-景观格局数据。首先,通过主成分分析获得水环境的主要水质变量。其次,利用冗余分析(RDA)方法探讨研究区不同宽度缓冲区土地利用/覆被—景观格局对河流水质的影响,获得水质管理的有效缓冲区。最后,引入突变点分析方法进一步寻找导致水质变量沿景观梯度突变的特定位置。结果表明:(1)土地利用/覆被—景观格局在不同宽度缓冲区内对河流水质的影响不同。4 km缓冲区土地利用/覆被—景观格局对区域水质有较强的分异解释能力,因此4 km缓冲区的景观格局合理配置对河流水质管理尤为重要。(2)通过偏RDA分析发现4 km缓冲区中,影响区域水质的主要环境变量为景观水平斑块密度、类型水平耕地斑块密度和森林聚集度。(3)在偏RDA分析的基础上,对4 km缓冲区内的景观指数进行突变点分析研究,发现区域景观水平斑块密度为90—105 m/hm~2,类型水平耕地的斑块密度ED值在90—110 m/hm~2、林草地的AI值在70%—90%,是艾比湖区域水质保护的最佳突变值,该值为艾比湖区域水质保护的阈值。本研究从多个角度对新疆艾比区域的土地利用/覆被—景观格局对区域水质的影响进行定量分析,揭示该地区景观生态变化的规律,为区域景观格局优化和土地合理规划提供理论依据,并对改善"丝绸之路经济带"生态环境、实现资源可持续利用具有重要的现实意义和理论价值。