伊河流域景观格局变化及其驱动机制

以伊河流域1987、2000、2008和2013年4期土地覆被数据、同期气象资料及社会经济数据为基础,综合运用景观生态学原理及ArcGIS 10.2、Fragstats 4.2和SPSS 17等工具,从不同时空尺度分析伊河流域景观格局变化及其驱动机制.结果表明: 1987—2013年,研究区景观空间结构发生明显改变,伊河流域的林地、草地、库塘和建设用地面积增加,耕地、河渠面积呈现“减少-增加-减少”的趋势;1987—2008年,耕地主要转换为建设用地,2008—2013年,耕地、林地和草地之间的转移明显;景观空间格局的变化主要集中在海拔550 m以下的河谷平川和丘陵地带,山地景观格局随人类活动影响的加深也开始发生变化.景观格局指数分析表明:耕地与林地的最大斑块指数和聚集度指数最大;1987—2013年,伊河流域的斑块个数持续快速增长,分离度、Shannon均匀度指数和Shannon多样性指数呈“增大-略有减小-增大”的趋势,说明景观格局趋于不稳定,景观异质性增强.社会经济发展与人口增加是耕地、未利用地等景观类型向建设用地转化的主要驱动力;气温上升与蒸散发量增加是流域水域面积变化的直接原因;政策是流域林地、草地等景观结构发生变化的根本原因.     

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.     

泾河流域景观稳定性与类型转换机制

以泾河流域为例研究景观格局的变化.结果表明,泾河流域198～2000年间,景观结构变化不大,以草地景观和耕地景观为主.草地景观和农耕地景观占流域总面积的85%以上,其次为林地景观,约占10%,其他景观类型仅占5%左右,说明流域的宏观景观格局不会在10～20年的时间尺度上发生结构性改变.大流域内景观类型之间可以相互转换,在5年和10年尺度上,主导景观类型的自稳定强度均在89%以上,转换为其他类型的强度在11%以内.不同景观类型组分中,占比例越小的景观类型转换为其他类型或消失的速度越快.同一大类景观类型中的亚景观类型之间相互转换幅度较大.流域内景观特征表现出一定的时空变化规律.从上游到下游,景观特征变化的趋势是优势度、聚集度增加,分维数下降,斑块密度由低到高,再由高到低;在时间尺度上,优势度、聚集度下降,分维数保持稳定,斑块密度增加.自2000年实行草地围封和退耕还林政策以来,泾河流域NDVI低值区由7.4%减至0.8%,NDVI高值区由29.8%减至25.1%,较高值区由18.3%增加到25.7%,最高值区由2.3%增至5.5%,表明该流域景观质量呈现增高趋势.     

基于CA-Markov模型的三川流域景观格局分析及动态预测

以济南南部山区三川流域为研究对象,在ArcGIS和IDRISI平台的支持下,结合景观生态学原理,运用景观指数并引入Kappa系数对三川流域1990-2010年景观格局、动态度进行分析,最后运用CA-Markov模型对流域景观格局进行动态趋势预测.景观格局指数分析表明:三川流域景观类型以耕地、林地、建设用地和草地为主;受人类活动影响,1990-2010年三川流域耕地、林地面积减少,其余各景观面积均呈增加趋势;流域整体景观破碎度增加,斑块复杂度提高,各景观类型的分布渐趋均衡.景观格局变化前10年比后10年明显,人类活动对当地生态环境的影响较显著.Kappa系数表明:景观变化由各景观数量比例变化逐渐转变为各景观数量保持相对稳定下的景观空间位置上的变化.随着2000年后政策的引导,景观整体的变化渐趋稳定,人类活动对生态环境影响有所下降.CA-Markov模型预测结果表明,2010-2020年流域内各景观优势度下降,景观破碎度降低,均衡性持续提高;景观间的转入转出幅度不大,仅占总面积的3.08％,景观类型的转变主要发生在斑块交界处.总的来看,三川流域景观格局变化主要是耕地、林地面积减少,建设用地面积增加,生态环境更趋脆弱.     

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。     

流域尺度上河流水质与土地利用的关系

以苏子河流域内54个水质采样点为基点,生成6种尺度的河岸带缓冲区,并借助FRAGSTATS软件计算景观水平和类型水平上的8种景观指数.分别从景观空间格局与景观类型组成两方面,对景观指数与水质进行相关分析.结果表明:区域景观格局在不同缓冲区内对流域水质具有不同的效应.当缓冲区距离≤300 m时,旱地、建筑用地、水田为主要的景观类型组成,其面积比例、斑块数量、斑块密度、最大斑块指数、最大形状指数、景观斑块聚集度指数均较高,农田的连通性较高,对水质的影响较大.在距离河流较远的区域(缓冲区距离＞300 m),林地面积比例较高,林地聚集连通程度较好,对水质改善具有一定作用,但不明显.该流域耕地、建设用地等对水质有着关键的影响作用.     

三江平原流域湿地景观破碎化过程研究

以流域为研究单元,利用历史图件和遥感数据资料及GIS技术,系统分析了该区典型流域50年来湿地景观的破碎化过程.结果表明,该区湿地景观破碎化在斑块个体和空间结构两方面变化极大.景观斑块个体变化主要表现为最大斑块、平均斑块面积不断缩小,斑块密度不断增大,斑块形状破碎化指数不断增大,景观内部生境面积破碎化指数不断上升;空间结构变化主要表现为湿地景观由初始基质景观逐渐变为河岸带景观;同时,随着农田面积逐渐扩大,隔离湿地斑体数量不断上升,隔离度不断增大;景观空间分布模式由“大陆-岛屿模式”向“卫星型模式”转变,最后变化为“完全隔离型模式”.导致该区湿地景观破碎化的主导因素是大规模的农业开发,反映了人类活动对湿地景观的巨大影响.     

滦河流域景观格局变化对水沙过程的影响

以滦河流域为研究区域,基于SWAT模型模拟1976—2012年滦河流域的水沙过程,分析2000年京津风沙源治理项目实施前后流域产水产沙时空格局变化;研究1980—2010年流域景观格局变化特征,揭示景观格局变化的水沙响应;应用Spearman相关分析法分析流域景观格局变化对水沙过程的影响。结果表明:与20世纪80年代相比,2010年流域林地和建设用地增加,其他用地类型减小;流域景观集中程度提高、连通性变优、优势斑块显著、形状趋于规则、多样性减少、破碎化程度降低、景观类型向非均衡方向发展;流域年均地表径流减少9mm,产水量增加5.44mm,产沙减小1.59t/hm~2;地表径流减少区域占全流域89.32%,产水量增加区域占76.71%,产沙量减少区域占93.89%;地表径流、产水、产沙与林地面积呈负相关,产水与草地面积呈正相关,地表径流、产沙与农业用地面积呈正相关;地表径流、产水、产沙与景观形状、Shannon′s均匀度、景观分离度呈正相关,与蔓延度、最大斑块指数呈负相关;产水、产沙与斑块密度和Shannon′s多样性指数呈正相关;工程治理后,流域年均径流量与产沙量显著下降,产水产沙高值区显著缩小,产沙关键区域仍需治理。     

天津于桥水库流域典型景观类型时空演变分析

流域典型景观类型变化影响着流域生态水文过程,从而也关乎流域水环境安全。本研究以天津于桥水库流域为例,基于5期不同的卫星影像,利用轨迹分析及景观格局指数等方法,研究流域土地利用变化轨迹模型以及研究时间段内典型景观类型的空间分布格局及近30年的演变过程。结果表明:1984—2013年于桥水库流域景观格局变化显著,城镇、园地和草地增加明显,林地、耕地减少显著,林地面积减幅达50%;30年来流域土地利用变化面积占整个流域面积的63.11%,其中,人为因素引起的变化轨迹占所有变化轨迹的96.65%,变化类型主要包括耕地-城镇、林地-耕地/园地、林地-草地等的转化,变化轨迹主要分布于北部丘陵与北部平原等地区;典型景观类型的变化趋势与整个流域变化趋势基本一致,各景观类型破碎化程度总体呈上升趋势,连通性降低,景观多样性缓慢上升,景观格局异质性变高。     

流域景观格局变化对洪枯径流影响的SWAT模型模拟分析

为了进一步揭示流域景观格局变化的水文效应,以晋江流域为研究区,基于SWAT模型分别模拟1985年和2006年两种景观格局下,2002—2010年气象条件时的日径流过程;应用景观格局分析法和Pearson相关分析法,定量分析了景观格局变化对洪枯径流的影响,探讨了影响机制。研究表明:(1)SWAT模型能够较精确模拟晋江流域的日径流过程;(2)2002—2010年气象条件时,与1985年景观格局相比,在2006年景观格局下晋江流域年平均最大1 d和连续最大5 d径流深分别增加5.46%和4.97%,年平均最小1 d和连续最小7 d径流深分别减少3.79%和2.55%;(3)洪水径流与景观格局相关性最显著,最大1 d和连续最大5 d与林地景观面积呈显著负相关,相关系数分别为-0.764和-0.721;最大1 d与Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数呈显著正相关,相关系数分别为0.721和0.736;与最大斑块指数和蔓延度呈显著负相关,相关系数分别为-0.61和-0.596,说明林地景观面积的减少降低了流域对强降水的截留能力;景观类型均衡化分布,连通性降低,降低了水分在流域的内部循环能力,导致洪峰流量的增加;(4)景观格局指数与最小1 d和连续最小7 d的相关性不显著,说明景观格局变化对枯水径流的直接影响较小。     

流域"源-汇"景观格局变化及其对磷污染负荷的影响——以天津于桥水库流域为例

基于1999年和2009年天津于桥水库流域两期TM遥感影像,应用遥感解译和空间分析的方法,分析了于桥水库流域"源-汇"景观格局变化特征,通过磷污染过程模型对流域不同景观格局下的磷污染负荷进行空间模拟,并采用情景模拟方法对磷污染空间变化进行了研究。结果表明:(1)10a来,于桥水库流域"汇"型景观格局(林地和灌草地)面积比例减少了18.44%,"源"型景观格局(耕地、园地、村镇及建筑)面积有不同程度的增加,面积比例上升了12.34%。(2)流域不同的"源-汇"景观格局总磷污染负荷模拟值有明显差异。从1999年的1.00(kg/km²)上升至2009年的1.12(kg/km²),上升比例达11％。"源"型景观格局总磷污染量,由1999年的0.98(kg/km²)上升至2009年的1.49(kg/km²),上升幅度达51.5%。(3)3个子流域对磷污染影响存在较大的空间异质性。其中淋河流域总磷负荷最高为1.26(kg/km²),沙河流域总磷负荷为1.14(kg/km²),黎河流域的总磷负荷量最低为1.10(kg/km²)。"源"型景观格局中淋河、沙河和黎河流域中农田景观的总磷量分别为1.93(kg/km²)、1.85(kg/km²)和1.65(kg/km²)。     

退耕还林对宁南黄土丘陵区景观格局的影响——以中庄村典型小流域为例

"退耕还林"工程是关系到西部乃至中国生态恢复的重要工程。以黄土丘陵区"退耕还林"工程实施最早的典型小流域——中庄村小流域为研究区,应用景观生态学的原理与方法,选择斑块多样性、景观异质性和土地利用相对合理性等指数,对其退耕还林前(1993-2000年)后(2000-2005年)的变化情况进行分析,目的在于揭示"退耕还林"政策的实施对景观格局向良性演化的巨大推动作用。结果显示,退耕前(1993-2000年)研究区景观格局演变幅度很小,相应的,斑块多样性、景观异质性和土地利用相对合理性指数等景观指数的变化均较小。退耕后(2000-2005年),研究区发生了剧烈的景观格局演化,主要的景观变化过程是耕地转化为林地。此阶段研究区25°以上坡耕地基本退耕完毕,15-25°坡度范围是退耕还林的主要区域,其次为8-15°。相应的,2000-2005年小流域景观斑块总数减小,平均斑块面积增加,景观形状趋于复杂,斑块边界复杂性有所增加,景观斑块呈现团聚化的趋势。其中,耕地斑块总面积显著减小,斑块数下降,平均斑块面积略有增大;林地斑块总面积显著增加,斑块数保持稳定,景观优势度显著增加。土地利用相对合理性指数因此从1993年和2000年的0.668、0.664,显著上升至2005年的0.712。采用3期土地利用现状图对"退耕还林"实施前后两个阶段的景观格局演变过程进行分析,结果表明"退耕还林"是研究区景观格局良性演化的主要驱动力。     

寻乌水流域景观格局演变及其生态环境效应

土地利用变化引起的景观格局演变及其生态环境效应研究已成为诸多学者广泛关注的研究热点。为正确认识和评价土地利用变化对景观格局和生态环境的影响,以寻乌水流域为研究对象,选取1995、2005年Landsat5 TM影像和2015年Landsat8 OLI影像进行遥感解译,得到3期的土地利用数据,借助ArcGIS10.2和Frgstats4.2软件,分析土地利用动态变化与景观格局演变特征。同时运用遥感生态指数(RSEI)对寻乌水流域1995—2015年期间生态环境质量时空演变进行评价。结果表明:(1)近20年寻乌水流域园地(增加40.14%)和林地(减少33.91%)面积占比变化幅度最大,水域(减少0.1%)变化幅度最小。土地利用变化单向转换频繁,园地"涨势"和林地"落势"十分明显,整体处于不平衡状态。(2)景观水平上,流域的香农多样性指数(SHDI)、修正Simpon均匀度指数(MSIEI)分别由1995年的0.7083、0.2423上升至2015年的1.114、0.5247,景观聚集度指数(CONTAG)由1995年的72.93下降至2015年的58.13。流域的景观异质性增强,破碎化程度提高。(3)寻乌水流域1995、2005和2015年RSEI均值分别为0.554、0.544和0.550,呈先下降后上升趋势,生态环境状况恶化后得到改善。寻乌果业发展引起的园地快速扩张对林地的占用是生态环境恶化的主因,后期退果(耕)还林、保护生态林及植树造林等是生态环境改善的主因。研究成果可为流域的土地利用规划、良好的生态格局建立和生态环境保护提供重要科学依据。     

密云水库流域多尺度景观生态风险时空演变趋势

密云水库作为北京重要的地表饮用水水源地、水资源战略储备基地受到广泛关注，相关研究多基于流域尺度，缺乏多尺度针对水源保护区的生态风险评价，开展多尺度生态风险评价有利于指导密云水库流域高质量和可持续发展。以1990、2000、2010和2018年4期土地利用数据为基础，基于景观指数，采用地统计学方法，分析流域土地利用类型及变化，从流域尺度、水源保护区尺度构建生态风险评价模型，揭示生态风险时空变化。结果表明：(1)流域内主要土地利用类型为林地和草地，随着城市扩张和“退耕还林”等政策实施，耕地和未利用地面积减少，建设用地面积增加，流域景观趋于复杂和分散，破碎化程度加剧；(2)生态风险区域在流域尺度呈“边缘高、中间低”的空间分布规律，高风险区域面积逐渐向低风险区域转移，高风险区域集中分布在流域边缘的南部密云区、兴隆县、赤城县和流域北部丰宁县，生态安全逐渐提高。(3)水源保护区尺度呈“中间高、边缘低”的空间分布规律，高风险面积逐渐减少且空间分布集中，生态风险趋于减弱。(4)流域景观生态风险呈正相关关系，Moran’s I指数均大于0,分别为0.322、0.305、0.298和0.317,1990年...     

流域湿地景观空间梯度格局及其影响因素分析

景观空间格局研究是景观生态学的核心研究内容之一。吸取一般景观生态学的空间思想和实际工作积累,从流域尺度,研究湿地景观基本空间梯度格局及其影响因素。研究表明,流域中湿地景观具有特殊的纵向梯度、横向梯度和景观内部结构特征,它们构成了流域湿地景观空间结构的主体,在维护流域整体景观结构和生态功能方面发挥重要作用。自然和人为因素都会影响流域湿地景观的空间梯度格局,但自然因素主要影响湿地景观内部结构的复杂性。而人为因素对流域湿地景观纵向梯度、横向梯度的连续性和内部结构的多样性均产生重要影响。     

岷江上游杂谷脑流域景观可视化初探

在空间数据(包括数字高程模型和景观类型图)的支持下,采用景观可视化软件VisualNatureStudio(VNS)2.0对岷江上游杂谷脑流域的景观进行了可视化研究,研究结果比较直观地再现了该流域主要的景观类型,包括林地、灌木、果园、草地和耕地,为流域的管理提供了一种全新的管理工具;并阐明了景观可视化研究未来的发展趋势,对我国开展这方面的研究具有一定的指导意义。     

基于RS和GIS的科尔沁沙地南缘章古台地区土地利用变化及其驱动力

利用遥感影像,借助于GIS技术以及数理统计方法,对章古台地区近20年间土地利用变化及驱动力进行了分析。结果表明:1988-2009年间,章古台地区土地利用构成以耕地和林地为主;土地利用类型变化以林地、耕地和建设用地面积的增加和草地、水域及未利用土地面积的减少为特征,其中,草地、建设用地和未利用土地的年变化率大于其他土地利用类型;土地利用程度综合指数由1988年的235.34增至2009年的251.65;土地类型间的转化以草地、未利用土地向林地、耕地转化和耕地与林地间转化为主,占总转化面积的95.58%。章古台地区土地利用变化受人口、政策和自然因素的综合影响,虽然自然因素是决定土地利用变化的重要因素,但在20年的时间尺度上,人口增长和政策引导则是加剧这种变化的主导因素。     

1975—2015年玛纳斯河流域土地利用变化的地学信息图谱分析

地学信息图谱分析可利用图形语言将复杂的地理现象进行简洁的表达,对开展多时空尺度土地利用变化空间格局与时间过程的集成研究具有重要意义.本研究以新疆玛纳斯河流域为例,基于7期遥感数据(1975、1990、1995、2000、2005、2010和2015年)构建土地利用/覆被变化(LUCC)图谱体系,定量分析流域LUCC过程及趋势.结果表明:1975—2015年,流域土地利用变化幅度逐渐减弱,土地利用结构由复杂趋向单一,后期趋于稳定.1975—1990年,流域内草地涨势最强,主要来源于未利用土地的转入.1990—2015年,耕地增幅最大,主要由未利用土地、林草地转换而来.土地利用变化模式图谱显示,前期变化型、后期变化型及持续变化型仅占流域面积的1.3%,图谱单元总体变化以未利用土地转向耕地、草地和水域占主导,土地利用变化过程较为稳定.土地利用变化频率图谱的稳定不变区域覆盖流域面积的61.2%,土地利用空间格局相对稳定.土地利用转变最频繁的方式为耕地的持续扩张,以沙湾县柳毛湾镇和玛纳斯县六户地镇为左右中心,呈“摊饼式”向两侧扩张,延伸至古尔班通古特沙漠.通过构建土地利用时空变化图谱,丰富了LUCC时空分析方法体系,为今后开展多时空尺度下的LUCC研究提供了有效手段.