河北太行山区河谷土地空间分异规律研究

河谷是集自然的精华与众多的人文景观于一体的带状地域,在山丘区的可持续发展战略中具有举足轻重的地位。在山丘区退化河流生态系统的恢复和洪水过后的灾后重建过程中,河谷土地的空间分异特征以及洪水干扰对河谷景观安全制约作用,是确定河谷土地利用策略和指导河岸植被带建设的重要依据。本文以景观生态学原理为指导,调查了河北太行山地区的7条河流,在全面分析主流河谷土地利用格局及96．8洪灾格局的基础上,深入研究了太行山地区河谷土地的空间分异规律。以洪水干扰为主导因素,提出由上至下在纵向上把河谷划分为5个区段,即上游侵蚀区,上中游侵蚀－堆积区,中游侵蚀堆积区,中下游堆积－侵蚀地区,下游堆积区;由河道向两侧山体在横向上把河谷土地划分为弹性利用带、脆性利用带和稳定利用带3条土地带,同时阐明了每种土地带的空间范围和确定方法。     

天津市土地利用生态风险评价

基于1990—2005年天津市土地利用动态变化,在景观尺度构造土地利用生态风险指数,借助空间统计学方法和弹性理论,分析天津市土地利用生态风险及其对土地利用变化响应的时空分异特征。结果表明:土地利用结构与数量变化复杂,耕地、水域向建设用地转换是主要土地利用变化形式,突出表现为耕地锐减与建设用地大幅扩展;土地利用生态风险时空分异显著,伴随建设用地扩张,高生态风险区增加、低生态风险区缩小,2005年各级生态风险区面积趋于一致;生态风险等级市区高、郊区低,总体呈圈层状布局,远郊蓟县北部和东部海岸带土地利用生态风险强度明显低于其他地区;不同土地利用相互转化与合并造成生态风险指数空间相关距离增加,土地利用生态风险空间正相关性显著,整体空间分异与局部空间差异均扩大;生态风险对土地利用变化的响应弹性具有时空差异,蓟县和宝坻区具有最大正响应弹性,内城区和汉沽区最低;土地利用生态风险增强的同时其对土地利用变化的响应弹性却呈现逆向发展,土地利用生态风险影响因子更加多元化。     

北京市生态用地规划与管理对策

不合理土地开发加速了对自然生态系统的干扰和侵占,导致生态系统服务功能下降,危机区域生态安全,开展生态用地规划是构建区域生态安全格局的基础。合理规划和管理不同土地利用类型的数量和空间分布对区域可持续发展具有重要意义。目前我国广泛应用的土地利用分类体系主要以土地的社会经济属性为基础,忽视其生态属性,导致以提供生态系统服务为主、保障生态安全的土地缺乏保护机制,具有重要生态功能的土地得不到有效保护。以北京市为例,建立了北京市生态用地分类与规划的思路与程序,在明确北京市生态安全与生态系统服务功能的关系基础上分析了北京市生态系统服务功能重要性及其空间格局,并进行了北京市生态用地规划。研究规划了保障北京市生态安全的7类生态用地:地表水涵养与保护用地、地下水保护用地、生物多样性保护用地、水土保持用地、河流防护用地、公路防护用地和城市绿地,总面积5137.37km2,占北京市域面积的31.31%。最后从生态用地识别和划分、将生态用地融入土地利用分类体系、生态用地管理措施和对策3个方面探讨了生态用地规划和管理的方法与措施。研究结果为北京市土地利用规划和有效管理提供依据,也为其它地区的生态用地规划提供参考。     

土地利用驱动下的珠峰自然保护区生态风险研究

珠穆朗玛峰自然保护区是典型的高原生态脆弱区, 土地生态风险受土地利用驱动正处在不断变化的过程中, 脆弱的生态环境正受到严重威胁, 探究珠峰保护区典型脆弱区土地生态风险对保护区内生态系统健康发展有至关重要的意义, 研究结果有助于不同风险区土地管理政策的制定。以珠峰自然保护区岗嘎湿地为例, 运用RS、GIS技术, 通过计算土地利用动态度和运用马尔科夫转移矩阵模型(Markov)分析得出岗嘎湿地1988—2017年土地利用变化情况, 采用生态风险指数测算的方法分析土地利用驱动下的生态风险变化趋势, 对珠峰自然保护区合理开展土地利用、降低土地生态风险提出科学的对策和建议。研究的主要结论有: (1)岗嘎湿地土地利用以低覆被草地为主, 占总面积的50%以上, 土地利用变化主要表现为耕地、建设用地、水域的大幅扩张; 前期土地利用动态较大, 后期土地利用动态有所减缓; 土地结构动态表现在沼泽湿地和草地处在不断地相互转化中; (2)1988—2017年, 岗嘎湿地总体生态风险值(ERI)从0.064降至0.062, 较高风险和低风险区域分别减少了36.9%和30.4%, 其他等级风险区面积均有增加, 生态环境总体趋于好转, 但受耕地、建设用地不断扩张的影响, 局部地区呈现生态风险恶化; (3)生态风险对土地利用变化的弹性响应指数较高, 在空间上表现出一定的分异性, 土地利用变化对生态风险有明显的驱动作用。本文以珠峰自然保护区典型区域的土地利用生态风险评价结果为基础, 通过分区管理提出保育、修复、调控等对策, 为珠峰自然保护区通过合理利用土地达到降低区域生态风险, 维护区域生态安全提供理论支持。     

景感生态学:生态安全研究与实践的重要途径

景感生态学是指以可持续发展为目标,基于生态学的基本原理,将自然要素、物理感知、心理感知、社会经济、过程与风险等相关因素综合考虑,来研究土地利用规划、建设与管理的科学。不合理的资源和土地开发利用活动常常会带来各种生态风险,从而导致生态安全方面的问题;而景感生态学的主要研究内容涉及土地利用,其目标是与可持续发展相关的人类愿景和社会需求。在追求的目标、遵循的原理、研究尺度及内容上,景感生态学与生态安全研究有许多契合的地方,有必要将景感生态学研究与生态安全研究结合起来。在简要解析生态安全内涵及其主要特点的基础上,探讨了如何将景感生态学思想与方法应用于生态安全研究,重点说明了作为景感生态学主要研究手段的趋善化模型、迷码数据以及物联网如何在生态安全研究中应用于数据获取、评价与预警、以及趋善化模型的构建。随着景感生态学研究的深入,其关注点可以从土地规划和利用扩展到生态安全格局构建与维护,从而更好地将人的愿景及福利与土地利用、生境质量和生态安全结合起来,为区域可持续发展提供科学参考。     

鄂尔多斯市土地利用生态安全格局构建

合理构建区域土地利用生态安全格局来实施管理对策和改善区域生态安全水平,已经成为区域生态环境保护的新需求。以位于中国北方农牧交错区的鄂尔多斯市为研究区,基于自然地理数据、社会经济统计数据、土地利用/覆被数据等,借助多目标优化模型和GIS空间分析技术,构建了鄂尔多斯市土地利用生态安全格局,结果表明:(1)不适宜性耕地所占比重较大,林地和草地分布比较合理,适宜的未利用地面积所占比重较大,后备土地资源丰富;(2)多目标优化结果显示,耕地、林地、水域和建设用地面积呈现增加的趋势;草地面积基本保持不变;未利用地面积大幅度下降;(3)土地利用生态安全格局显示,耕地面积增加,主要分布在水分条件较好的河流、湖泊和水库等的周边地区以及城镇和乡村居民点周围;林地面积大幅度增加,主要分布在达拉特旗北部和准格尔旗东部;草地略有增加,广泛分布于库布齐沙漠和毛乌素沙地以外的地区;建设用地增加面积主要来自于重点发展城镇的扩展和规划的重点矿产资源开采区;未利用地大幅度减少,主要集中在杭锦旗境内的库布齐沙漠以及乌审旗和鄂托克旗境内的毛乌素沙地。研究结果对鄂尔多斯市土地资源管理和生态安全建设具有重要指导意义。     

两种指数法表征重庆市忠县土地利用/覆盖变化的对比研究

自然因素、人类活动会导致区域景观格局发生变化, 进而影响土地利用强度和区域生态安全。本文以重庆市忠县为对象, 基于3S技术, 应用土地利用程度综合程度指数和景观指数对该区域2000、2006、2011和2017年的土地利用/覆盖变化进行了定量化研究, 探寻两种方法在表征土地利用/覆盖变化的分异特征, 结果表明: 研究区四期的土地利用综合程度分别为265.328、265.610、266.700和268.864, 呈上升趋势, 上升速度明显加快, 并与建设用地的斑块数量和未利用地的边界密度显著相关(二者在2000—2017年分别增长了1273和0.545), 相关系数分别为0.985和0.994, 受边缘效应影响。 在景观水平上, 各土地利用/覆盖类型斑块受人类干扰的程度不断加深, 聚集度不断降低, 景观破碎化严重, 景观异质性不断弱化。耕地为研究区主要控制景观, 四个时期面积占比均达59%以上; 17年来, 建设用地、林地和水域面积呈增加趋势, 分别增加了79.23 km2、88.29 km2和33.98 km2, 草地和耕地呈减少趋势, 分别减少了103.65 km2和90.52 km2; 未利用地大幅减少, 2017年未利用地仅剩0.12 km2。研究结果为忠县乃至三峡库区的土地资源的合理利用提供资料参考, 也为制定科学的土地管理政策和环境治理措施提供决策支持。     

景观结构动态变化及其土地利用生态安全——以建三江垦区为例

景观结构动态变化及其土地利用生态安全是区域生态安全和可持续利用研究的重要组成部分。以建三江垦区为研究区,利用遥感手段提取研究区1992年、2000年和2008年的景观类型信息,定量分析了研究区不同尺度的景观结构变化特征。阐明了景观结构变化下的研究区土地利用生态安全形成机制。定量计算研究区不同尺度的景观稳定性,并结合DPSIR模型构建研究区土地利用生态安全综合评价指标体系,对研究区的土地利用生态安全等级进行评价和分析。结果表明:1992-2008年,研究区景观结构变化剧烈,景观基质类型由沼泽湿地转为水田,斑块形状复杂度和景观破碎度增加,斑块空间分布表现为"聚合-分散-聚合"的变化特征;土地利用行为对研究区景观结构产生破坏的同时也对其恢复起调控作用,进而形成景观结构变化下的土地利用生态安全的不同状态,研究区景观结构稳定性可以反映其土地利用生态安全水平;研究期内研究区景观整体稳定性呈"稳定-非稳定-稳定"的复合稳定性特征,土地利用生态安全呈"较安全-临界安全-较安全"的等级变化特征;1992-2000年,旱田景观结构最稳定,2000-2008年,景观结构最稳定类型转变为建设用地,表明该类型土地利用生态安全水平最高,2008年,沼泽湿地是最不稳定的景观类型,土地利用生态安全水平最低。     

掌鸠河流域土地利用现状研究

一个流域或地区土地现状,是过去自然、社会和经济等各要素综合作用的结果,其利用的合理性程度,直接影响和制约着未来的利用和发展.尤其是流域,有其形成原因和发展规律,土地利用的合理性需要有一个最佳的空间构形以支持生态的完整性.本项目以景观生态学的原理和方法为基础,以水土保持为主线,借助于3S技术,对掌鸠河流域土地利用现状作深入剖析研究.为解决昆明市区饮用水严重缺乏的问题,修建和引用本区云龙水库之水,保证水库水源和引水河道畅通,促进土地合理利用和生态环境建设.研究结果将为流域生态环境管理和监测提供可靠的基础材料.     

河岸植被缓冲带主要生态服务功能研究的现状与展望

河岸植被缓冲带是河流生态系统和陆地生态系统之间的生态交错带,具有独特的生态系统结构和服务功能,也是近年来生态学和环境科学研究的热点之一.本文对河岸带的生态系统结构及其在生物多样性维持、非点源氮素污染防治等主要生态服务功能方面的研究进行了系统总结和分析.由于岸边缓冲带具有结构复杂、系统内外干扰因子多、时空异质性强等特征,要实现对河岸带生态系统的科学有效管理,还需要进行大量的理论和案例研究.从系统生态学和景观生态学的角度,展望了该领域的研究前景:(1)加强人类活动干扰如土地利用的时空变化对河岸区域生物多样性分布特征和生态环境效应的影响研究;(2)加强不同河岸植被缓冲带结构和区域环境特征对非点源氮素污染净化机理和控制过程的研究;(3)在小尺度长期定位观测和机理研究的基础上,综合运用数学方法、遥感(RS)和地理信息系统(GIS)等工具,开发适合我国地域特点和环境特征的生态系统管理模型,定量研究河岸带生态系统结构、过程与功能动态变化及其与人类活动干扰之间的相互关系和影响机制,为区域社会经济的可持续发展提供科学依据和管理对策.     

渭干河-库车河绿洲景观生态安全时空分异及格局优化

渭干河-库车河绿洲(以下简称渭-库绿洲)是我国西北干旱区典型的荒漠绿洲区,维护其生态安全,是实现绿洲可持续发展的重要保障。以1997年、2006年及2016年3期Landsat TM影像数据为主要数据来源,构建渭-库绿洲景观生态安全评价模型,对近20年来研究区的景观生态安全时空特征进行分析。利用最小阻力模型,以水域、林草地为生态源地,将生态安全水平、海拔和坡度作为阻力因子生成最小累计阻力面,划分生态功能区,识别生态廊道和生态节点,从点、线、面综合视角进行景观格局优化。结果表明:(1)1997—2016年渭-库绿洲生态安全区域面积呈波动变化,相对安全区域面积在不断增加,临界安全、敏感和风险区域面积呈减小趋势,景观生态安全度在空间分布上由高到低呈内向外扩展的态势。(2)研究区景观生态安全的Moran′s I值分别为0.6479、0.7049、0.6587,景观生态安全值的空间集聚性呈先增加后降低的趋势;局部空间自相关主要以高-高聚集和低-低聚集类型为主,呈现出"同质聚集、异质分离"的特点。(3)景观格局优化中选取的生态源地占绿洲总面积的12.76%,构建的绿洲生态廊道基本贯穿整个研究区,关键廊道连接了绝大多数的绿洲生态源地,辅助廊道是连接没有与关键廊道连接的源地之间的通道,识别的生态节点主要分布在绿洲生态廊道的薄弱环节处,共计36个。将划分的生态缓冲区、生态连通区、生态过渡区、生态边缘区5个功能区和生态源地、生态廊道及生态节点景观组分相结合,并提出优化建议,以期为维持及进一步改善该绿洲生态环境提供科学依据。     

平顶山新区生态用地的识别与安全格局构建

生态用地对城市生态安全具有重要意义,关键性生态用地的识别与安全格局的构建是实现城市精明增长和生态保护的重要途径。以河南省平顶山新区为例,结合GIS(Geographic Information System)空间技术,分析得到基于水资源安全、地质灾害规避、生物多样性保护三种单一过程的生态用地,进而综合叠加并重分类为理想型、缓冲型和底线型三类生态用地,并以底线型生态用地为源,现状土地覆被为阻力因子,应用最小累积阻力模型构建了平顶山新区生态用地的安全格局。结果表明:新区内最小生态用地,即底线型生态用地的面积为88.44 km2,占研究区总面积的29.35%;缓冲型和理想型生态用地的面积分别为22.28 km2和43.87 km2。确定了三种安全水平的生态用地范围、"源"与外部联系的辐射道、"源"间连接的生态廊道、关键的生态节点等。关键性生态用地综合安全格局的构建,旨在为研究区城市生态规划和城镇空间布局规划等提供科学参考。     

基于土地利用变化的细河流域景观生态风险评估

以辽宁省细河流域为研究对象,利用1985、1995年和2005年3个时期的Landsat TM及2015年Landsat OLI遥感数据,进行了细河流域土地利用解译,定量分析了流域近30年来土地利用动态变化特征;根据景观生态学理论引入景观生态风险评价模型,将研究区划分为340个生态风险评价单元,基于地统计学和空间自相关方法,对1985—2015年细河流域景观生态风险时空分布特征及空间关联格局进行了评价。结果表明:(1)自1985年以来,研究区的6种土地利用类型皆发生了变化,其中建设用地由于林地和耕地的大量转入增加最明显。(2)1985—2015年流域高、较高和中生态风险区面积增加,且向流域南部转移;低、较低生态风险区面积减少,且向流域北部集聚;流域整体生态风险呈增高趋势。(3)研究区各时期景观生态风险呈现正的空间相关性,在空间上趋于集聚。人类活动干扰导致景观破碎,是影响该区域景观生态风险最重要的原因。     

Flood mapping with remote sensing and hydrochemistry: A new method to distinguish the origin of flood water during floods

River flooding is important for the ecological functioning of river floodplains. It is implicitly assumed that in many river floodplains during floods, river water is spreading all over the floodplain. We hypothesize that during flood events a spatial distribution of water types exists, which is correlated to different water sources (river water, atmospheric water and groundwater) and to the spatial distribution of vegetation types. The objective of this paper is to assess a new methodology to determine the extent of flooding and the spatial distribution of different water sources during the flood, using GPS, multispectral remote sensing and hydrochemical analyses. This methodology is applied to the Biebrza River Lower Basin, which has little human impact. Remote sensing resulted in a map distinguishing inundated areas from dry areas, which showed 85% agreement with GPS field measurements. Principal Component Analyses and Cluster Analyses on the measured water chemistry identified different water sources during the flood (river water, groundwater, rainwater) and showed the effects of human impact on water quality. River flood water dominated the entire inundation zone in the northern Lower Basin, which is narrower and steeper than the southern Lower Basin where groundwater and rainwater were significant contributors to the major part of the inundated area. Vegetation in the river flood zone is distinctly different from the rest of the floodplain. Due to mixing of ground- and rainwater, correlation analyses between vegetation and water type were not possible outside the river flood zone. The new methodology is effective in distinguishing inundated areas from dry regions and in separating river flood water from other water sources during a flood.     

Simulation of urban expansion and encroachment using cellular automata and multi-agent system model—A case study of Tianjin metropolitan region,China

The combination model of cellular automata and multi-agent system were used in this paper for simulating spatio-temporal dynamics of urban expansion and its encroachment on other lands at the regional scale. The human system(contain authorities and residents) and their behavior, the landscape system and its behavior as well as the inter actions between them were all simulated in this paper. The behavior of human system is established based on multi-agent system, the authority agent and the resident agent were both regarded as abstract entities. The cellular automata is embedded into the model for simulating the spontaneous urban growth. The impact of neighbor cells were considered so that the expansion of urban lands can be limited near the existed urban lands. Moreover, the rural residential lands have higher probability to convert to urban lands if they were close to the cities or towns. Simulation of urban expansion is undertaken on the time series from 2000 to 2020 for Tianjin metropolitan region, the largest open coastal city in northern China. The results show that Tianjin’s urban lands focus on the epitaxial expansion around the central city accompanied with the growing exurb expansion distributing in multiple districts and counties. The croplands are taken the most area of the land-use types, 1764.03 km² are converted to urban lands, and more than one fourth of the rural residential lands are changed to urban lands in 2000–2020. The urban development and the cropland protection should be both taken into account to minimize the threats on food security and ecological environment.     

京杭运河杭州段城市景观格局对河网水环境的影响

近年来人类活动显著改变了陆地生态环境,城市化作为人类活动的重要组成部分,对陆地生态环境中的水环境也产生了深刻的影响。以杭州市作为研究区,以京杭运河杭州段为研究对象,在对水质监测点建立不同半径缓冲区的基础上,分析了城市景观格局对河网水环境的影响。结果表明：（1）京杭运河杭州段城市景观和农村景观镶嵌分布,河网水系发达,景观破碎化程度高,斑块形状复杂多变,城乡交错带特征典型,人类活动强度高低分化明显;（2）各种景观类型沿河分布的空间特征明显,景观格局指数随缓冲半径的增大而变化,当缓冲半径达到1000m以后格局指数维持相对稳定状态;（3）京杭运河杭州段水系的氮源污染物含量整体处于较高水平,总磷含量处于低水平。水质受到建设用地和农业用地的影响较高;（4）不同的景观格局指数对不同的水质指标在不同的时期具有一定的解释能力,且同一景观指数在汛期和非汛期对水环境的影响作用差异较大甚至相反,景观格局在河网密集型城市区域对河流水环境影响的整体利弊还需进一步权衡量化。     

佛山市高明区生态安全格局和建设用地扩展预案

城市生态环境问题已上升到生态安全的层面.以人类生存安全和理想人居环境为目标,基于空间数据和统计资料,利用景观安全格局原理和地理信息系统空间分析方法,构建了包含基本保障格局-缓冲格局-最优格局3个级别的水安全格局、地质灾害安全格局、大气安全格局、生物保护安全格局和农田安全格局,叠加得到高明区综合生态安全格局,在此基础上提出了高明区建设用地扩展最优方案和生态功能分区.结果显示,并非生态安全格局水平越高,城乡发展模式越优,缓冲生态安全格局下的高明区建设用地扩展模式,最可能实现生态安全保护与城镇扩展的和谐发展.综合生态安全格局明确了区域的生态环境敏感区和生态服务功能重要区,为区域生态功能分区提供了新的思路.     

南方丘陵区耕地景观生态安全影响因素及其空间差异

构建耕地景观生态安全格局是抵御区域耕地生态风险,保障耕地生态质量的重要举措。研究以南方丘陵区典型县-奉新县为研究区,选取部分景观格局指数构建南方丘陵区耕地景观生态安全评价模型,分析了县域尺度耕地景观生态安全状况及其空间聚集特征,并尝试应用地理加权回归模型探究自然和社会经济因素对区域耕地景观生态安全影响作用的空间地域差异。结果表明：耕地景观生态安全处于"危险"状态的行政村占研究区总数的12.92%,区域耕地景观生态安全问题存在明显的空间聚集性;地理加权回归模型较传统全局回归模型有较好的拟合优度,可以较好地揭示影响因素作用的地域差异;自然,社会经济因素对耕地景观生态安全的影响具有显著的空间非平稳性,依据影响因素作用强度的地域差异可以将研究区划分为距居民点的距离、地形位指数、年平均降雨量负向影响区和人口密度正向影响区。研究为确定耕地景观生态安全干扰来源及探究耕地保护对策如何落实到空间地域上提供了参考依据。     

城市景观格局演变的生态环境效应研究进展

快速城市化过程剧烈影响着下垫面变化,直接带来了交通拥挤、资源短缺、环境污染、生态恶化等诸多问题,所有这些问题的出现均与景观格局演变密切相关,研究城市景观格局演变及其生态环境效应正在成为全社会关注的热点.系统总结了城市化过程对景观格局演变的影响,分析了城市景观格局演变的热环境效应、水环境效应、生态服务效应,以及城市生态用地与生态安全格局设计等方面的研究进展.指出了目前城市景观演变与生态环境效应研究中存在的问题与不足:(1)现有研究侧重于景观格局演变的量化分析和景观格局指数的计算,较少关注景观格局演变对生态环境及其区域生态安全的影响;(2)城市景观格局演变与热岛效应研究多局限于两者数理统计关系的分析,对于城市热环境形成的机理缺乏深入研究;(3)城市景观格局演变与大气环境效应方面更多研究关注绿地及其空间布局在吸收和降解大气污染物、固体颗粒物方面的作用,对城市景观格局演变的大气环境综合效应以及大气灰霾效应影响机理重视不够;(4)如何通过合理设置生态用地,有效提高城市生态服务功能和保障城市生态安全,目前仍缺乏深入而又系统的研究.下一步的研究中,需要综合多尺度的景观信息来揭示城市景观的演变机理和环境效应,构建基于城市空间扩展和生态服务效应评价的城市生态空间优化决策模型,探讨城市生态空间优化模式与安全格局.