基于MSPA分析的福建省生态网络构建

快速城镇化进程导致森林景观破碎化、连通性下降,严重威胁区域可持续发展、生物多样性保护和生态服务能力的维持。生态网络构建是提高景观连接度,维持物种扩散过程,保护生物多样性的有效手段。以福建省为例,借助形态学空间格局分析(MSPA)探讨2000、2010和2020年的森林景观结构动态变化,并在利用组分数(NC)与整体连通性指数(IIC)确定适宜距离阈值的基础上,根据可能连通性指数(PC)筛选生态源地;从人-地关系角度选择路网分布、建设用地分布、土地覆盖类型、坡度四种评价因子构建阻力面,采用最小阻力模型(MCR)提取生态廊道形成初步生态网络,进一步计算PC指数对生态廊道进行重要性分级;最后基于图论法,利用闭合度α、线点率β、网络连接度γ对所构建的生态网络进行定量评价。结果表明：(1)近20年来福建省森林景观结构较为稳定,其中核心区占比高达76.27%,但仍存在一定程度的破碎化趋势;(2)根据NC与IIC的计算结果,以500m为合适的距离阈值计算了PC,据此识别出15处生态源地,多位于闽西及闽北地区;(3)采用MCR模型提取了105条生态廊道,其中重要生态廊道27条,分布均匀且连通四方;(4)...     

城市化背景下景观破碎化及连接度动态变化研究——以昆明市为例

城市化不仅改变景观类型和组成,也导致空间形态变化与自然生境连接度的降低,刻画不同城市化过程中人工表面、耕地与自然生境的空间关系对于研究其景观生态效应,尤其是对不同景观之间的相互作用以及结构和功能的变化具有重要意义。以云南省昆明市为研究区,分析了1990—2015年城市扩张导致的破碎化与形态变化对景观连接度的影响。利用城市破碎指数(UFI)刻画景观破碎水平,进一步基于形态学空间格局分析(MSPA)得到耕地和自然生境的七类景观形态要素(核心、岛状斑块、桥接、环岛、孔隙、边缘和支线),选取了3种边缘宽度比较边缘宽度对景观形态的影响差异,然后通过概率连接度指数(PC)和斑块重要值(dPC)评估景观连接度的变化。在4 km×4 km的网格基础上计算平均UFI和dPC,利用三维曲面分析不同变量之间的相关性。结果表明:过去25年间,昆明市人工表面不断扩大,占用大量耕地并导致景观破碎度的增加,速率呈逐年增加的趋势;MSPA结果显示,耕地表现出持续稳定的消减,自然生境景观形态类型前期变化不大,2010年后有较大幅度改变,表现出从稳定、波动到破碎的过程,不同边缘宽度下存在显著差别,边缘宽度越大则连接度变化越为明显,表明城市化对小型绿色斑块影响较大;斑块重要值与UFI的变化表现出一致性,变化集中于东部地区,随着UFI的增加景观连接度逐年降低;相关性分析显示,随着破碎度的增加,景观连接度经历了从波动到稳定下降的过程。总体上,昆明市城市化造成耕地的持续减少,虽未造成大面积自然生境丧失,但在一定程度上降低了连接度,需要从空间格局上加以管控,避免对整体景观连接度产生负面影响。     

普者黑岩溶湖泊湿地湖滨带景观格局演变对水质的影响

湖滨带作为湖泊与陆地之间的过渡带,是健康湖泊生态系统的重要组成部分。湖滨带景观格局的演变会对湿地水质产生重要影响,因此探究影响岩溶湿地水质变化的湖滨带关键景观因子,对深入了解景观格局对岩溶湿地水质的影响过程与机制具有重要意义。选择普者黑岩溶湖泊湿地为研究对象,以2005、2007、2009、2011年共4年的Landsat遥感影像及水质监测数据为基础,通过划定湖泊湿地湖滨带缓冲区域,运用秩相关分析和冗余分析研究湖滨带景观格局对普者黑岩溶湖泊湿地水质的影响。结果表明,湖滨带不同缓冲区内景观结构类型比例差异较大;枯水期水质与土地利用类型和景观格局指数的影响大于丰水期;景观格局在不同缓冲区尺度对岩溶湿地的水质具有不同的效应;随着监测点缓冲距离的增加,个别景观指数可较好的揭示湖滨带景观格局演变对岩溶湿地水质的影响,其中,蔓延度指数(CONTAG)、斑块结合度指数(COHSION)、均匀度指数(SHEI)对水质参数的影响较大,边界密度(ED)、聚集度(AI)对水质参数的影响随缓冲距离的增加逐渐减弱,其他景观指数对水质影响差异并不明显,最大斑块指数(LPI)在缓冲距离≤300m的区域内与水质的关系较密切,面积加权平均斑块分维数(AWMPFD)与水质参数有显著负相关性,多样性指数(SHDI)对水质的影响具有不确定性;另外,大部分水质参数与土地利用面积比例有较好的相关性,且湿地面积比例是表征岩溶湖泊湿地水环境质量的主要指标。     

快速城市化对南京东郊景观结构与格局的影响

城市化对区域景观的影响日益显著,如何协调城市区域土地开发与生态保护的关系,成为重要的基础性问题之一。本文以南京仙林新市区为案例,利用遥感和GIS方法,对研究区景观结构和格局变化进行分析。结果表明:2003—2009年,研究区景观结构发生了巨大的变化,区域主导景观类型已经由半自然半人工景观逐渐转变为人工景观。其中耕地受人为影响变化较大,55.6%的面积消失;水塘以数量丧失为基本特征,丧失率为56.4%;建筑用地面积增加明显,年均增加7.1%。伴随景观结构变化,区域景观格局变化十分明显,其中景观多样性指数从1.38升高为1.68;均匀度指数从0.60变成0.73;连接度指数由0.15变为0.32。     

闽三角林地景观结构与功能连接度的空间耦合关系

以闽三角地区为例，为探讨景观连接度不同评价方法的科学性，提出一种基于最小耗费距离模型的成本距离指数表征景观功能连接度，并与传统的基于景观格局指数的景观结构连接度度量指标进行比较，揭示两者的空间耦合关系，为景观连接度的有效评价提供支持。结果表明：(1)2000—2020年，林地与其他土地利用类型之间发生不同程度的转化，林地转为建设用地370.72km²,占总转出面积的77.28%;草地和耕地转为林地80.45km²,占总转入面积的90.53%。(2)20年间，林地景观结构与功能连接度总体呈减小趋势，其中，湖里区林地景观结构与功能连接度降幅均最大，斑块密度、最大斑块指数、聚合度指数和斑块结合度指数分别下降了76.47%、51.33%、68.13%和68.40%,成本距离指数增加了178.56%。(3)成本距离指数与斑块密度、最大斑块指数、聚合度指数、斑块结合度指数和景观结构连接度综合指数均为负相关。(4)在研究期间，双变量局部空间自相关聚集类型由低-高转化为高-高，结构连接度无变化时，景观功能连接度降低；由高-高转化为低-高，结构连接度无变化时，...     

道路建设对西南地区景观格局的影响

为揭示西南地区道路建设对景观格局的影响,基于2015年土地覆被和道路数据,计算了研究区道路核密度与景观指数,在此基础上分析了道路建设的直接、间接和综合影响,探讨了影响的空间异质性和对不同土地覆被影响的特点,指出了各景观指数的适用性。结果表明：(1)道路建设使斑块密度增加,斑块离散化加剧,发生明显的破碎化趋势,同时道路核密度与PD、SHDI、SPLIT变化百分比呈显著正相关,与COHESION、CONTAG、PAFRAC呈显著负相关;(2)道路建设对景观指数的影响程度由大到小依次表现在：破碎化、斑块空间分布形态、聚集连通性,其中PD能很好的表征道路建设对景观破碎化的作用程度,SPLIT在识别破碎化程度高的区域更具优势;(3)不同景观指数具有不同适用性,PAFRAC适用于道路不发达区域,CONTAG适用于道路分布异质性较高的区域,DIVISION适用于人类活动强度不大的区域,COHESION、SPLIT适用于探究道路及伴随的人类活动共同作用的区域,PD、SHDI在探究道路的直接作用时适用性广泛;(4)探究不同土地覆被类型受道路建设的影响,林地优先选取PD、DIVISION;草地优先选取DI...     

黄河流域景观破碎化时空特征及其成因探测

黄河流域快速的人口增长和城市扩张加剧了土地利用转型和生态景观破碎化,引发了诸如生态系统功能退化、生物多样性功能减弱以及生境破碎化等一系列严重问题。探明黄河流域景观破碎化时空特征及其成因对维护流域生态系统稳定和生态修复具有重要指导意义。但是以往研究缺乏对黄河流域景观破碎化时空特征及其归因分析的相关研究,难以为黄河流域生态环境治理以及景观格局优化提供科学指导。基于FRAGSTATS4.2软件测度了2000—2018年黄河流域县域单元景观破碎化时空格局特征,并借助地理探测器模型探讨了黄河流域景观破碎化时空分异的成因。研究表明：(1)研究期间黄河流域斑块密度(PD)无显著变化,边缘密度(ED)、景观形状指数(LSI)、平均斑块面积(Area＿AM)均呈先增后减的变化趋势,聚集度指数(AI)呈先减后增的趋势;蔓延度指数(CONTAG)持续降低,分离度(DIVISION)、香农多样性指数(SHDI)逐年增高。(2)研究期间黄河流域景观破碎化程度总体逐渐加剧,流域中下游各省破碎化程度变化剧烈,上游各省破碎化程度变化趋于平稳。(3)地理探测器结果显示,黄河流域景观破碎化受到自然、社会等多重因素影响,因...     

基于景观连接度的土地整理生态效应评价

近年来,土地整理区的生物多样性保护和景观功能的维持受到广泛关注。本文选取贵州省道真县洛龙镇国家重点土地整理项目区,运用基于结构与功能相结合景观连接度模型(综合连接度(IIC)和连接度概率(PC)),计算了500、1000、2000、3000和4000m种群迁移扩散距离阈值情景下,土地整理前后各生境斑块对景观连接度的重要程度,识别重要斑块变化范围,从功能角度评价整理后的生态效应。结果表明:连接度指数能较好地识别土地整理前后各生境斑块的重要类别及其改变;其中,巨型斑块所占面积最大,分别占总面积的57.0%和57.2%;小型斑块数目整理前后分别占斑块总数的48.0%和48.9%;空间上,斑块的重要性分布也产生一定的变化。整理后生境斑块的连通性较整理前也有所下降,IIC和PC平均值分别为0.434和0.680,且随着距离阈值的增大,连接度逐渐增大。巨型斑块对生境斑块景观连通性的相对重要值最大,中型斑块和大型斑块次之,小型斑块最低。研究表明,土地整理过程中,大面积生境斑块和"踏脚石"斑块对维持土地整理生态效益具有重要作用。     

基于景观连接度的森林景观恢复研究——以巩义市为例

景观连接度是研究景观促进或阻碍生物体或某种生态过程在斑块间运动的程度。基于景观连接度原理,借用景观连接度指数,在地理信息系统支持下,探讨了巩义市丘陵和低山地区森林景观在不同景观距离阈值下连接度的变化,确定了分析森林景观连接度的合适距离阈值。在此基础上分析了要恢复为森林景观的农业斑块的重要值的大小,确定了对要恢复为森林景观的每一农业景观斑块对新形成的森林景观的连接度贡献大小,并结合区域地形特征,明确了森林恢复之初的重要斑块的选取及恢复的先后次序。结果显示,在不同的距离阈值下,低山地区森林景观的整体连通性指数值(IIC)都大于丘陵地区森林景观的IIC值;森林景观的适宜距离阈值,在丘陵地区可选择750 m,在低山地区可选择500 m,或者更小尺度;通过农业景观斑块重要值(dIIC)确定的对森林景观连接度作用起"非常高"和"高"的斑块的数量非常少,但对森林景观连接度的贡献作用却比较大。提出的基于景观连接来分析在森林恢复时重要斑块的选取的方法,具有一定的可操作性与实用性,对区域生态恢复和生态建设具有重要意义。     

基于生态安全格局与多尺度景观连通性的城市生态源地识别

高度城市化区域面临着严峻的生态环境问题,生态安全格局构建是保障城市生态安全的重要途径。生态源地的科学识别一直是生态安全格局构建的技术难点。以高度城市化的深圳市为例,从社会-经济-自然三方面要素构建DPSIR模型评估区域生态安全,并基于景观连通性的多尺度分析识别生态源地。研究表明:(1)深圳市生态安全格局呈现东南部、东北部优良,中部、西部区域警告的空间特征,其中安全区、较安全区、基本安全区、预警、中警分别占比30.34%、13.49%、9.85%、9.15%和37.17%;(2)通过连接度、聚合度、内聚力和分离度4个景观连通性测度指标的主成分分析,可知400 m是深圳市生态源地景观连通性最优的识别尺度,斑块最小识别阈值面积为0.8 km~2;(3)深圳市生态源地面积为753.78 km~2,占全市总面积的37.74%,主要为深圳市东南部与西部区域的林地和水域用地,其中包含了86.87%的法定保护区,且91.92%的区域落入生态控制线范围内;(4)基于生态安全格局与多尺度景观连通性的生态源地识别方法可为城市生态源地的识别提供新思路,从而有效指导城市规划。     

基于LSMM与MSPA的深圳市绿色景观连通性研究

基于线性光谱混合模型(LSMM,Linear Spectral Mixture Model),引入形态学空间格局分析(MSPA,Morphological Spatial Pattern Analysis)进行城市地域绿色景观连通性评价。根据城市绿色景观特点和MSPA方法中的7种连通性类型的涵义,定义了城市绿色景观连通性功能类型。以深圳市1986年、1995年、2000年、2005年及2010年五期Landsat TM影像为数据源,应用线性光谱混合模型提取植被覆盖率,得到深圳市植被覆盖图。在此基础上,提取出高、全植被覆盖作为目标像元进行MSPA处理,分析植被覆盖状况与绿色景观功能类型的时序总体特征及空间梯度动态。结果表明:深圳市绿色景观破碎程度较高,表现为对结构连通性贡献最小的斑块类型总数最大。城市内部东西部连通性呈现出不同变化的趋势;右侧外圈层的大鹏半岛结构连通性最佳;在同一城市化发展梯度上,东部的样带连通性水平比西部要好。在城市化过程中,深圳市高、全覆被植被像元连通性大小受以下因素的影响:城市化程度,地形因素及区域定位。在同一城市化程度上,地形因素对景观连通性的影响较大。从整体的时间变化和空间梯度动态分析可知,在快速城市化过程中植被覆盖率和连通性功能均下降,而到稳定城市化阶段植被覆盖率和连通性均得到改善。研究表明线性光谱混合模型与形态学空间格局分析相结合可以较好的表征城市绿色景观连通性类型时空分布特征,进而明晰城市化过程与区域内绿色景观数量及连通性动态变化关系。     

基于三维景观指数的城市景观美学特征定量表达——以深圳市为例

城市景观由自然元素与人工元素构成,以建筑为主体,辅以外部空间环境。对城市景观美学价值的研究有利于探讨如何提升城市形象及居民生活环境,为城市规划设计纳入了感性与理性结合的合理途径。景观美学特征以不同方式影响整体景观质量,合理运用景观指数对城市景观美学特征进行量化表达,是评估景观质量的重要前提。在整理借鉴景观美学相关研究的基础上,结合景观生态学理论基础,以城市空间内部审美者的角度将城市景观五大美学特征,包括自然性、开阔性、多样性、奇特性和协调性,转化为可定量表达的二维及三维景观指数。量化指标易使用数据进行快速评估,对于城市规划设计有着积极意义。     

北京城市景观格局时空变化及驱动力

2004—2020年城市总体规划以来,北京经历了快速的城市化发展期,城市景观格局发生了很大变化。采用TM遥感影像为信息源,通过RS解译建立了2003、2007和2011年北京市土地利用覆盖空间数据,利用Fragstats对景观格局特征指数进行了计算和分析,分别从全市域和六环内城市化典型地区两个尺度研究了北京市城市景观格局时空变化特征,结合社会经济、城市总体规划和城市发展政策因素,分析了北京城市景观格局变化的驱动力因素。研究结果表明,过去近10年,市域景观特征发生了深刻变化,建设用地保持较快的增长速度,其比例由15.0%上升至18.0%,相反耕地面积比例由21.3%下降至18.8%。林地一直是市域的优势景观类型,比例维持在51%以上。而六环内城市化典型地区的景观变化更加明显,建设用地比例增加近10%,是六环地区的优势景观类型,耕地比例相应减少10%。建设用地的增长主要以耕地占用为主。景观格局指数的分析表明,大尺度和小尺度的景观格局变化表现出不同的特征,市域大尺度建设用地斑块破碎化程度高,景观蔓延度、聚合度下降,景观多样性增加;而小尺度六环内的建设用地斑块破碎化趋势降低,景观蔓延度和聚合度上升,但景观多样性下降迅速。大小两个尺度的景观空间形态均表现出复杂性增加的趋势。通过景观格局变化的驱动因素分析,人口规模的增加、产业结构调整、城市总体规划的实施以及城市发展政策的变化是导致景观格局变化的主要因素。     

黔中喀斯特城市遗存自然山体景观格局时空演变——以安顺市为例

城市遗存自然山体是山地城市中珍贵而脆弱的生态资源,对于维持城市生态系统稳定发挥着不可替代的作用,然而近年来高强度的城市建设对其产生严重的干扰和胁迫。以安顺市建成区为研究区域,在空间信息技术支持下,综合运用景观格局指数法和缓冲区分析法,分别从城市景观格局动态、城市遗存自然山体景观动态及城-山交互作用3个方面,对近10年快速城市化背景下,安顺市城市遗存自然山体景观格局时空演变进行定量化研究,旨在揭示其对城市扩张的响应规律。结果表明：1）城市整体景观破碎度递增,斑块丰富度密度递减,景观多样性、均匀度、优势度呈波动性变化;2）城市遗存自然山体斑块数量、类型面积、景观优势度递增,斑块形状趋于规则化,连通性递减,聚集度先减后增;3）城-山交互作用明显,主要表现为城市遗存自然山体因城市建设持续受损缩减及其吸引城市建设;4）城市遗存自然山体500 m缓冲区内平均城市建设用地占比及其平均城市人工园林绿地占比均与山体缓冲区距离呈显著负相关,且不同等级城市遗存自然山体斑块与缓冲区内城市建设用地相关程度表现为小型斑块 > 中型斑块 > 较大型斑块 > 大型斑块,与缓冲区内城市人工绿化相关程度表现为中型斑块最高、较大型斑块最低,城市遗存自然山体对城市建设及其人工绿化明显具有吸引作用。解析快速城市化背景下城市遗存自然山体景观动态变化规律及其与城市建设之间的交互作用关系,为城市遗存自然山体后续科学规划管理提供决策支持与理论依据,也可为今后进一步深入开展以其为研究对象的科研活动提供前期基础。     

黔中喀斯特山地城市景观稳定性评价与特征分析

城市景观稳定性是对城市生态环境进行分析和评价的基础,对城市景观生态安全格局和景观可持续性具有十分重要的意义。以典型喀斯特山地城市贵阳市为研究对象,以2008年、2013年和2017年景观类型为主要数据。运用蔓延度指数、斑块密度和总边缘对比度构建景观稳定性评价模型,在分析2008-2017年景观格局变化状况的基础上评价景观稳定性时空特征。并运用探索性空间数据分析方法揭示贵阳市景观稳定性时空演变规律和冷热点特征。结果表明:(1)2008-2017年贵阳市景观格局发生剧烈变化,耕地面积大幅减少,林地和建设用地面积持续增加,景观破碎化程度加剧,但破碎化趋势有所减缓。(2)10年间,贵阳市景观稳定性水平整体较低,以不稳定和较不稳定为主,表现出"先降低、后提高,总体略有降低"的趋势。(3)贵阳市景观稳定性的空间分布与演变具有明显空间聚集效应,全局Moran''s I指数介于0.2008-0.4005之间,但聚集趋势呈"总体减弱,小幅提高"的特征;此外,景观稳定性热点区主要集中在城镇建设用地或林地斑块相对集中连片、完整的区域。研究结果可为喀斯特山地城市景观空间格局优化、生态安全网络格局构建和生态文明城市建设提供重要的科学依据。     

基于景观格局分析的雄安城市湿地生态健康评价

城市湿地是城市生态系统的重要组成部分。近年来，高度的城市化发展使城市湿地原有的自然生态本底和水文特征发生根本性的变化，严重威胁到湿地生态系统的安全。为了维持良好的城市环境质量，如何维持和保护城市湿地的生态健康和可持续发展成为人们关注的热点问题。选择雄安城区（起步区、安新组团和容城组团）为研究对象，借助ArcGIS平台对Landsat遥感影像进行地类的提取和划分，采用Fragstats软件对研究区景观格局进行分析；在此基础上，利用"压力-状态-响应"模型，构建雄安城区湿地生态系统健康评价指标体系，探讨湿地的生态系统健康状况。研究结果表明：研究区耕地和建设用地占地面积大，其完整性、聚合程度和连通性优于其他景观类型；水域、未利用地和林地占地面积小，受人为活动影响，破碎化程度高，连通性比较差。研究区整体景观破碎度、聚合度较高，连通性和均匀度不显著。研究区湿地类型主要为坑塘和沟渠，湿地分布不均匀，呈现南多北少的格局；沟渠占地面积较大，完整性和连通性较好；坑塘连通性较差，破碎化程度、聚合度高于沟渠。研究区湿地生态健康综合指数为0.262，处于不健康状态，人为活动和气候是影响湿地生态环境的重要因子，急需加强湿地保护和修复工作。本研究结果为雄安新区的可持续发展和保护城市湿地资源提供理论依据。     

1995-2015年武汉城市湖泊景观生态安全格局演化

以1995、2005、2015年3期遥感影像为数据源,通过景观指数和GIS空间分析方法研究武汉中心城区湖泊系统景观格局的演化特征,进而构建湖泊景观生态安全评价模型,以揭示武汉中心城区湖泊系统景观生态安全格局演变规律,并探讨其驱动因素。研究结果表明：（1）近20年来武汉中心城区湖泊系统总面积呈现不断下降趋势,1995-2005年以年均2.4%的速率缩减了28.95 km²,2005-2015年以年均1.8%的速率缩减了17.47 km²。（2）研究期湖泊系统的斑块密度、分维数呈现不断降低趋势,这表明武汉中心城区湖泊破碎化程度在不断降低,湖泊形状趋于简化;而连接度呈现不断增加趋势,湖泊分布集聚趋势不断加强,空间结构趋于紧凑集中。（3）武汉城市湖泊系统总体景观生态安全呈现不断恶化趋势,而次级湖泊水系景观生态安全呈现不同的演化特征。城市建成区的迅速扩展、湖泊由农业生产对象转化为可利用发展用地、房地产事业成为支柱产业是湖泊系统遭填占最主要的动力,直接危害了其景观生态安全,而市民环境意识提高引发湖泊保护倡议和实践,对湖泊景观生态安全产生着积极影响。对湖泊景观生态安全格局演变特征及驱动因素的研究,可以为武汉制定行之有效的生态管理政策和环境治理措施提供重要支撑。     

城市生态景观研究的基础理论框架与技术构架

构建人与自然和谐的生态景观是当今城市发展的重要目标之一,统一的内涵和完善的指标体系是城市生态景观规划和设计的迫切需求。通过概括城市生态景观的基本内涵和主要特征,认为其核心价值包括可持续性、生态经济效益及和谐性。据此,提出了8条指导原则,包括景观自然度、物种安全性和多样性、雨水利用效率、污染物排放和处理、绿色能源和材料利用、局地小气候调节、景观视觉享受以及精神内涵和文化品位,并根据文献资料和行业导则,整理并归纳了有关的定量评价指标和适用范围。最后总结了城市生态景观的技术构架,以及在资源保护和节约、功能与形式的有机结合、系统生态价值最大化等方面亟待解决的关键技术。为城市生态景观研究提供基础理论框架,也可以为城市生态景观的具体实践提供参考。