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。     

黄土沟壑区小流域景观格局演变及生态服务价值响应

以黄土沟壑区典型小流域泥河沟为研究区,基于1986年的彩红外航空相片、2002年SPOT影像、2016年GF-1卫星影像的解译结果和社会经济统计数据,利用景观指数、土地利用程度、信息熵等方法分析了该流域近30年的景观格局演变规律,并借鉴生态服务价值当量估算法定量探讨了生态系统服务价值的变化特征。结果表明:(1)近30年来研究区土地利用景观格局发生了显著变化,除了林地和建设用地景观面积增加,耕地、园地、未利用地均有不同比例的减少。(2)流域内景观整体破碎度减少,优势斑块的连通性呈增加趋势。(3)土地利用程度整体呈上升趋势且高于全国平均水平231,土地利用信息熵先减少后增加,流域景观经历了"无序-有序-无序"的变化。(4)研究期内流域的总生态系统服务价值呈持续上升趋势,单项生态服务功能主要为土壤形成与保护、废物处理、水源涵养和生物多样性保护。高分辨率卫星影像为流域景观格局演变和生态服务价值分析提供了较为详细的数据支撑。     

千岛湖生态保护与建设对景观格局的影响研究

生态保护和生态建设过程对景观格局产生影响并使之发生变化,这种变化又会影响景观的生态过程。应用3s技术和景观指数分析了39年(1964-2003年)内千岛湖库区土地利用和土地覆盖格局的变化。结果显示,斑块总数和景观破碎度基本保持不变,但是各斑块类型的斑块数量、面积和优势度变化非常显著。最优势斑块类型由荒山(占陆地面积的47．44％)演变为马尾松( Pinus massoniana)林(占陆地面积的52．8l％),研究区域内森林植被覆盖率增加。研究还发现景观多样性指数略微下降。景观多样性是对土地利用和覆盖类型丰富度和均匀度的概要度量,并不一定总是和景观功能呈正相关关系。上述变化归因于多项生态保护措施的实施使得自然演替得以实现。景观格局的优化使生态系统的生态功能得到提高,包括生境恢复、生物多样性增加、水土流失减少。森林植被恢复以后,马尾松林斑块的单一化趋势应在今后的生物多样性保护、生态规划和可持续发展中得到重视。     

流域尺度上的景观格局与河流水质关系研究进展

利用景观生态学原理研究流域尺度上土地利用及其空间格局对河流水质的影响,已成为流域环境研究中的热点问题。在综合评价国内外土地利用变化与河流水质关系研究的基础上,阐述了景观格局在流域水环境研究中的重要性,并根据国内外研究进展,对景观格局与水质关系的研究方法和手段进行了分类分析,同时也对流域尺度上的景观-水质模型研究进展也进行了分析总结,最后指出了景观格局与水质关系研究的核心问题和未来研究的热点方向。     

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.     

县域人类活动与景观格局分析

人类活动的长期持续作用会导致区域景观格局及景观生态功能的变化 ,反过来又会对人类的生存质量和可持续发展能力构成影响。因此人类活动与景观格局的关系及其调控一直是景观生态学研究的重要内容。以植被图、土地利用图和林相图为基础 ,应用 GIS技术和景观格局分析方法研究了岷江流域汶川县人类活动与景观格局特征及其相互关系。结果表明 :通过重要植被类型的分析 ,可以明确不同类型在各乡镇单元的优势程度及其生态完整性 ;基于不同主题图件的景观格局指数之间相关特征的相似性显著 ;3种图件在反映景观破碎化程度上具有相似的能力 ,而在反映景观异质性方面存在显著差异 ;景观的边界密度确实能够由景观中的人类活动要素 (道路密度、居民点及工矿面积比例和农田面积比例 )之间一定的组合关系进行较好的表达与解释。这也充分说明 ,通过人类活动要素可以在一定精度范围内预测景观的变化趋势 ;同时 ,对人类活动的合理调控与管理有助于生态恢复和景观安全格局的维持。因此 ,对县域土地利用、生物多样性保护和区域发展的规划和管理具有重要的参考价值。     

基于RUSLE-SMA的黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀评价及景观格局分析——以庆城县蔡家庙流域为例

以甘肃省庆城县蔡家庙小流域为例,运用混合光谱线性分解(SMA)从Landsat遥感影像提取植被覆盖度,获取流域的植被覆盖因子,借助通用土壤侵蚀方程RUSLE计算了2003和2010年土壤侵蚀量,分析了土壤侵蚀与土地利用和地形因子之间的关系,并对流域土壤侵蚀景观格局变化进行了研究.结果表明:7年间,蔡家庙小流域土壤侵蚀量由3.61×106 t·a-1增加到4.48×106 t·a-1,增加了24％;平均侵蚀强度由8590.23 t·km-2增加到10652.01 t·km-2.不同土地利用类型的侵蚀状况差异较大,未利用地、草地、园地的侵蚀状况严重;坡度大于15°、高程低于1395 m以及坡向朝西的区域,土壤侵蚀较严重.研究区整体侵蚀景观高度破碎,斑块总数减少,破碎度变小,景观异质性减小,整体形状趋于规则;除微度侵蚀景观外,其余景观类型趋于简单化.     

皇甫川流域土地利用变化与土壤侵蚀评价

基于“3S”技术,揭示了皇甫川流域近十多年来的土地利用变化情况,并采用通用土壤侵蚀方程（Universal Soil Loss Equation,USLE）定量研究了不同土地利用背景下的土壤侵蚀分布规律。结果表明,近十几年来流域土地利用变化剧烈,其总体趋势是城镇用地、林地、耕地和灌丛的面积逐渐增加（速率依次减小）,水体、草地、沙地和棵砒砂岩面积逐渐减小（其中水体缩减的幅度最大）,土地利用格局持续承受着来自当地快速城市化进程及社会经济发展和生态环境保护及建设两方面相互矛盾的巨大压力;与此同时,流域土壤侵蚀模数由1987年的16160．72t／km^2减少到2000年的13943．32t／km^2,其中6种不同土地利用类型在同一年份内土壤侵蚀模数的大小顺序为棵砒砂岩〉沙地〉耕地〉草地〉林地〉灌丛,表明林、灌措施是流域植被恢复和减少土壤侵蚀的首选,草地限制土壤侵蚀的效果也较为明显,而沙地尤其是分布面积较广的棵砒砂岩则是土壤侵蚀综合治理的难题和关键;虽然十几年来水土流式综合治理效果显著,但由于棵砒砂岩和沙地的面积仍在整个流域占有相当的比例以及耕地剧增等因素,土壤侵蚀模数仍明显高于流域土壤允许侵蚀的临界值,流域生态环境仍然处于不安全状态,有必要对未来土地利用格局进行优化以确保生态安全。最后,在讨论中阐明了流域土地利用格局调整和优化的方向。     

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。     

伊犁河流域土地利用/覆被变化对生态系统服务价值的影响——基于强度分析模型

人类活动引起的土地利用/覆被变化(Land Use/Cover Change, LUCC)和景观格局的改变会对生态系统服务价值(Ecosystem Service Value, ESV)产生影响,但大多数对LUCC的分析方法都缺乏对各土地利用类型内部转换过程的深入信息挖掘。因此,利用强度分析模型在由浅入深的三个层次(时间间隔、地物类型、转换)上系统地,定量地分析新疆伊犁河流域1980—2015年土地利用变化强度时空分布的动态特征,同时对流域景观格局的演变和生态系统服务价值进行评估研究,探讨ESV对土地利用变化强度的响应特征。结果表明：(1)伊犁河流域土地利用强度呈现先增强后减弱的变化趋势(2)在1980—2015年期间,流域内景观格局斑块聚集性减弱、破碎化加剧、景观多样性增加、各地类景观均衡化发展,生态系统服务总价值增加了0.49亿元,其中水域和林地占流域总生态系统服务价值的47.94%。(3)伊犁河流域优势景观斑块面积的增加、形状多样化、各斑块聚集化发展会促使流域生态系统服务价值的增加,土地利用变化强度与ESV存在明显的正相关关系。通过系统地分析多个层次下的土地利用景观变化,以及生态...     

2010年来黄土高原景观生态研究进展

严重的水土流失以及不合理的土地利用加剧了黄土高原土地资源的退化,导致该地区生态环境脆弱、生态系统服务不断下降。针对黄土高原地区存在的问题,我国学者基于景观生态学原理和方法,围绕"景观格局演变-驱动机制-水土流失过程-生态系统服务"的框架开展了大量研究,取得了一系列研究成果。通过梳理和总结2010年以来黄土高原地区景观生态学研究的现状和特点,指出了目前研究中存在的问题和不足,突出表现在区域比较研究、景观格局与生态过程耦合研究、生态服务权衡方法和模型构建等方面比较缺乏。建议未来黄土高原的景观生态学研究应加强区域尺度上的综合研究和不同地区之间的比较研究,深化景观格局演变的形成机理;进一步开展景观格局与过程的定量识别方法学研究,开发格局-过程耦合模型;加强生态系统过程与服务研究,同时开展相应的实证性研究,研发适宜的生态服务权衡模型,进而深入探讨区域生态系统服务的权衡机制。     

生态植被建设对黄土高原农林复合流域景观格局的影响

自1999年以来,黄土高原大规模地实施了退耕还林工程,生态环境呈显著恢复态势。采用2002年和2008年两期Spot5遥感影像,评估了退耕还林工程实施前后黄土高原典型农林复合流域土地利用与景观格局的动态变化。结果表明:在退耕还林工程实施的驱动下,流域土地利用变化剧烈,总变化率高达36.77%,主要变化的土地利用类型包括耕地、果园、幼林地、林地等。28.95%的耕地转为其他土地利用类型,其中48.83%转为果园,44.69%转为幼林地。景观格局变化呈明显的空间分布规律,山腰缓坡区以转化为果园为主,中、高海拔多转化为幼林地。退耕后流域生态景观得以优化,呈现良好发展态势。     

黄土丘陵沟壑区景观格局对流域侵蚀产沙过程的影响——斑块类型水平

在黄土丘陵沟壑区,景观格局对侵蚀产沙过程有着复杂的影响,且与尺度密切相关。选取河口-龙门区间内42个水文站控制流域为研究对象,以侵蚀模数、输沙模数和泥沙输移比作为表征各流域单元内土壤侵蚀、产沙及泥沙输移过程的特征指标,运用景观指数和CCA排序,系统分析了斑块类型水平上景观格局对流域侵蚀产沙过程的影响。结果表明:流域侵蚀产沙及泥沙输移过程中,空间分异特征随景观类型不同而异;对于不同用地类型,影响"过程"空间分异的景观格局指标不同,显著影响流域侵蚀产沙及泥沙输移过程的景观指数有草地平均斑块面积(AREA_MN3)、居民建设用地景观面积百分比(PLAND5)、居民建设用地和其它类型用地景观的斑块密度(PD5和PD6),其中斑块密度(PD)是影响流域侵蚀产沙及泥沙输移过程的共性指标;草地、居民建设用地、其它类型用地的景观格局特征对"过程"变化的解释程度要高于其它景观类型。开展景观格局与生态过程关系研究时,不仅需要考虑景观格局的整体效应,更应关注单一景观类型及其格局特征对一些生态过程的指示意义。     

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。     

陕北黄土高原景观破碎化及其土壤裸露效应

破碎化是黄土高原典型的景观特征 ,深刻影响着区域的景观格局与功能。为深入探讨黄土高原景观破碎化的格局特征及其生态效应 ,选择陕北黄土高原为研究区 ,结合景观格局指数与主成分分析对破碎化程度进行量化 ,并针对研究区相应的景观格局特征、造成破碎化的景观类型及土壤裸露程度 ,进行组成、分布及动态分析。研究结果发现陕北黄土高原景观格局中的斑块密度特征对破碎化有较强的指示意义 ,其次则是景观的空间构型特征。草地和农地等与人为活动关系较为密切的景观类型是造成研究区景观破碎化的主要原因 ,且高破碎化区域的土壤裸露值明显高于低破碎化区域     

黄土高原区景观生态特征与景观生态建设

黄土高原是黄河中游的黄土分布区 ,人类开发历史悠久 ,自然环境变化显著。长期以来 ,由于土地的不合理利用 ,水土流失严重 ,资源被破坏 ,生态环境日益恶化 ,属于生态脆弱区。人类活动强烈干扰 ,超过了生态系统的稳定极限而使之退化是该区的显著特征之一。景观生态学理论体系中的景观动态与演进、景观规划与建设以及景观保护等都是黄土高原生态环境所面临的主要问题。所以 ,强调人类活动对景观结构与生态过程影响 ,可为黄土高原地区生态环境建设提供理论依据。1　黄土高原区景观生态特征黄土高原位于我国西北荒漠区的前沿 ,北与毛乌素沙漠相…     

基于格局-过程生态适应性循环三维框架的自然景观生态风险评价——以黄土高原为例

传统的景观生态风险评估侧重于评价景观镶嵌体相对于最优格局的偏离程度，忽视生态系统过程和景观类型内部分异，使得黄土高原景观生态风险评估存在一定的片面性。综合"格局-过程"的生态适应性循环三维框架，构建适合自然生态系统的景观生态风险评价指标体系，对黄土高原2000年、2010年、2017年的景观生态风险进行评估。从空间分异来看，相较于传统的景观格局风险指数法仅在沙漠景观呈现高风险单一结果，本研究结果显示黄土高原景观生态风险由高到低依次为城市和沙漠景观、中部丘陵沟壑区草地景观、西北荒漠草地景观和东南部农田景观、东南部高山林地景观，具有明显空间分异。从时间变化来看，生态工程实施以来黄土高原景观生态风险总体呈现持续下降趋势，平均值由0.410降低到0.385，但2010-2017年下降不明显，生态工程持续实施对景观生态风险持续下降作用变弱。其中，自然景观（林地和草地）受生态工程促进生态风险持续降低，而人工景观（城市和农田）尤其是城市范围的不断扩大促使区域生态风险升高明显，建议加强城市土地集约高效利用，同时限制北部环境恶劣小城镇的发展。此外，中部丘陵沟壑区草地恢复力不足和降水侵蚀力增强也会促使风险升高，建议在生态保护时给予重点考虑。     

城市土壤质量演变及其生态环境效应

城市化是人类活动影响下自然生态系统向人工生态系统的急剧变化形式,它引起一系列生态环境条件的改变。城市对土壤资源的数量和质量产生深刻的影响,包括土壤地表封闭引起的土壤生态功能彻底消失,土壤物理性质恶化,土壤形态学特征和演变过程深受人为作用的影响。短程变异增加而总体多样性降低,土壤污染加剧,土壤养分富集等多方面,城市过程中土地利用变化对土壤产生一系列生态环境效应,如养分径流输出增加,热缓冲能力下降,污染转移危险性上升等,有必要迅速开展城市化过程中土壤质量演变及其生态环境效应的系统研究,为我国城市可持续发展提供理论依据。     

黄土高原生态水文过程研究进展

以黄土高原水文过程为主线,围绕水资源短缺、水量分布不均衡、水文过程的复杂性和非稳态等特性,梳理了黄土高原水文过程的主要现状及研究进展,包括水资源分布、水量平衡和水文循环等过程;融合生态水文尺度效应,从土壤、微生物、植物冠层、坡面、流域和景观等方面归纳和总结了黄土高原生态水文过程;针对该区生态水文过程的时空异质性,提出未来更需要通过多学科交叉与融合手段,加强宏观与微观过程的集成与联网研究;采用多尺度、多要素、多时空的综合观测与模拟手段,定量重要生态功能区水分承载力及生态阈值;从生态学和水文学方面揭示不同时空尺度下水分转移与分配特征;为解决黄土高原水资源的宏观调控与最优分配模式提供理论基础。     

松嫩平原西部生态脆弱带景观结构与生态耦合分析

研究了松嫩平原西部生态脆弱带生态景观结构,认为景观地球化学的空间分异及相互复合。决定了西部复杂而有规律的生态景观结构．景观地球化学梯度和生态梯度的耦合结果反映出大多植物沿景观地球化学梯度的生长状况表现为钟形或生态分布形曲线．现代条件下,西部植物群落的演替与土壤景观地球化学条件的改变几乎是同时发生的,二者在一定条件下互为因果关系.