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.     

焦作市景观生态规划研究

运用景观生态学原理,借助于地理信息系统技术,根据焦作市实际情况,将其景观构成要素分为耕地、园地、林地、居民点及工矿用地、水域和其它用地6个景观类型,采用景观多样性、景观优势度、景观破碎度和景观分离度等指标进行定量分析,归纳焦作市景观空间格局特征,提出焦作市景观生态规划的方案.焦作市的景观总体布局模式为：市域保留4~5个大型自然植被斑块,市区规划小型绿地斑块,生态廊道将大小绿地斑块联系起来,维持城市生态系统良性循环;适当合并居民点,形成以市区为中心,其外侧有博爱区、沁阳市等7个市、区的组团式城市群,通过快速干道相连,形成相对独立、相互依存、有机联系、协调发展的网络城市格局;城镇斑块镶嵌于以耕地、林地为背景的基质之中,以道路廊道、绿地廊道、水系廊道相连接,有利于保持物种多样性和景观异质性,改善城市生态环境.     

基于GIS的南昌市公园绿地景观格局分析与优化设计

以南昌市主城区的公园绿地现状图为基本信息源,借助GIS技术,建立公园绿地空间数据库;利用FRAGSTATS景观格局软件计算相应的景观指数.在对现有的南昌市公园绿地景观格局进行定量分析的基础上,提出优化策略与方案,并对优化后的景观格局进行评价. 结果表明: 现有公园绿地的斑块空间分布不均衡,且面积差异较大,尤其在人口密集区,公园绿地斑块数量偏少,有效避灾面积明显偏低;通过大幅度增加斑块数、斑块面积,提高斑块间的连通性,并适当提高景观破碎化指数,可以优化南昌市公园绿地系统的“点-线-面”格局,使空间分布更趋合理,有效增强其生物多样性保护与防灾避险功能;优化后的公园绿地的斑块多样性指数、均匀度指数均有大幅度提高,聚集度指数也明显升高,且相应降低了优势度指数,景观多样性更为丰富.     

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。     

基于无人机航测的漯河市土地利用景观格局尺度效应

景观格局的尺度效应一直是景观生态学研究的核心内容,对于揭示景观空间格局变化规律及其生态过程具有重要意义。以漯河市中心城区为研究对象,基于景观生态学原理,采用无人机航测技术获取空间分辨率为0.09 m的无人机影像,结合GIS空间分析法,量化分析了漯河市土地利用景观格局的尺度效应。结果表明:(1)漯河市中心城区土地利用景观格局具有明显的粒度和幅度效应。(2)粒度越小,景观格局指数随空间粒度的变化趋势越稳定,其表达的生态过程越真实;景观水平上景观格局的粒度效应是由建筑、道路和绿地景观在景观优势度、破碎度和聚集度等方面的变化导致的;35 m和3 m分别为研究粒度效应的临界阈值和最佳粒度。(3)景观优势度、破碎度和蔓延度随空间幅度的增加而降低,景观复杂程度和聚集度随空间幅度的增加而增加;景观格局具有明显的空间梯度分布特征——从市中心往外由不透水地面向透水地面过渡;建筑和道路在城市中心区聚集度较高,而绿地景观在城市内部破碎度较高,进而主导了整体景观格局的梯度变化;景观组分的稳定与城市规模有关。(4)无人机航测技术可以更快速、准确地获取城市尺度上的景观生态信息,揭示景观格局对尺度效应的响应特征,可为景观格局优化和城乡景观规划提供科学依据。     

广州市城市化过程的景观动态格局及尺度效应

城市化过程直接改变了城市区域的景观结构,引起了景观格局的变化.该文以四期Landsat TM 遥感影像为数据源,运用景观格局指数分析了1990-2005 年广州市景观格局的动态变化特征,并利用空隙度指数对广州市景观格局的尺度效应进行了研究.研究结果表明:广州市在快速城市化的进程中,城市景观结构的变化主要表现为耕地、林地、草地等自然或半自然景观向城镇、农村居民点用地等人文景观转变;耕地大面积被城镇用地和工矿建设用地侵占,斑块数量增多,空隙度指数增大;城镇用地的空隙度指数一直呈现出下降的趋势,表明城镇用地景观中较小的斑块被合并,空间分布趋向集中.因此,综合运用景观格局指数和空间尺度分析,可以获得对城市景观动态过程较为全面的认识.     

广州市城市化过程的景观动态格局及尺度效应为例

城市化过程直接改变了城市区域的景观结构,引起了景观格局的变化。该文以四期Landsat TM遥感影像为数据源,运用景观格局指数分析了1990-2005年广州市景观格局的动态变化特征,并利用空隙度指数对广州市景观格局的尺度效应进行了研究。研究结果表明：广州市在快速城市化的进程中,城市景观结构的变化主要表现为耕地、林地、草地等自然或半自然景观向城镇、农村居民点用地等人文景观转变;耕地大面积被城镇用地和工矿建设用地侵占,斑块数量增多,空隙度指数增大;城镇用地的空隙度指数一直呈现出下降的趋势,表明城镇用地景观中较小的斑块被合并,空间分布趋向集中。因此,综合运用景观格局指数和空间尺度分析,可以获得对城市景观动态过程较为全面的认识。     

城市生态空间演变规律及调控机制——以南京市为例

长三角地区自20世纪90年代后期以来,大城市向外扩张及郊区城市化作用共同推动城市空间的加速扩展,在政府干预下,生产、生活性用地与生态性用地间表现出复杂的双向流动特征. 鉴于生态性用地在城市生态系统中的服务功能,以及人文因素在解释城市土地利用/土地覆盖变化中的重要意义,有必要针对人类干预下的城市生态性用地时空和质量演化过程进行系统研究.利用1986、1996、2002年TM影像解译的南京市土地利用数据,研究南京市城生态空间数量增减和质量变化,从经济发展阶段、宏观政策环境和城市扩展规律等方面分析变化的驱动力,揭示政府干预下生态空间的结构和功能演变规律,并提出生态空间保护对策.结果表明:(1)研究期内生态空间面积总体保持平衡,其中绿色空间有所增长,蓝色空间有所下降;(2)生态空间的服务功能下降,景观格局上总体呈现破碎化、人工化趋势;(3)空间分布上,城市扩展前缘的主城区生态空间数量和质量下降严重,而属于城乡交错地区的都市发展区在退耕还林和农业经济结构变化等影响下生态空间数量有所上升,水面及洲滩湿地等高生态服务价值生态空间消失或蚕食,造成生态服务功能下降.研究发现,简单的面积指数难以控制生态空间的服务功能下降,生态空间保护必须依靠政府的多方面干预和调控行为.研究可为政府决策提供科学依据,丰富城市生态安全的空间策略研究内容.     

遥感影像空间分辨率及粒度变化对城市景观格局分析的影响

尺度是景观生态学和遥感领域的重要问题,已有研究主要考虑景观的粒度效应,很少涉及遥感影像空间分辨率对景观格局,尤其是对城市景观格局的影响.基于2000年和2002年分别由ETM 和IRS-PAN影像解译得到的土地利用图,从景观和类型两个层次分析了不同粒度下上海市一城市化样带的景观格局.结果表明,城市景观有明显的尺度效应,空间分辨率和粒度变化都会影响城市景观格局,而道路等线性廊道对尺度变化的敏感则是造成这一影响的主要原因.斑块密度、边界密度、平均斑块分维度、景观聚集度和最大斑块指数的粒度效应比较明显,而景观比例、Shannon多样性指数对粒度变化并不敏感.高分辨率影像适用于城市景观格局,尤其是破碎度的分析,其用于分析的合适粒度是5～10m.     

白洋淀区域景观格局动态变化及趋势分析

湿地景观格局的动态变化研究是构建区域生态安全格局的重要基础。利用1980、1990、2000、2010、2017年等5期土地利用数据,分析了白洋淀区域景观类型的时空变化过程及其主要驱动因素,并结合相关规划探讨了白洋淀未来景观格局变化及影响。结果表明,白洋淀区域景观规模和结构在1980-2000年期间变化不显著。2000-2017年期间,滩地向耕地、建设用地和湖泊大面积转换,湿地景观面积占比从78%下降到60%。2017-2030年期间,耕地和建设用地向湖泊转换,湿地景观面积占比将会达到90%;1980-2017年期间,滩地景观优势度最大,分布集中,但形状也最为复杂,各景观连通性走势较为平稳。景观尺度的破碎度不断升高,连通性和丰富度分别在1990年和2017年达到最大值。未来2030年,湖泊会成为优势景观类型,斑块分布集中且连通性增强,但复杂性增大。区域景观尺度的连通性变小,空间分布不均匀,丰富度降低;白洋淀景观格局历史演变主要受社会经济因素的影响,主成分分析结果表示其解释度为62.00%。未来气候条件下,白洋淀湿地生态系统存在退化的风险,但规划实施的环境治理和生态修复措施会对白洋淀的景观格局变化起主导作用。研究成果可为白洋淀湿地的规划管理和雄安新区的生态安全格局构建提供参考。     

基于不同样带的干旱区城市景观格局时空演变特征——以张掖市为例

景观格局的变化影响着区域生态安全及可持续发展，研究干旱区城市景观格局时空变化特征，对干旱区景观格局优化具有一定的指导意义。基于1987、1995、2000、2006、2011和2016年6期土地利用数据，利用景观格局指数计算方法，研究张掖市景观格局的时空演变特征。结果表明：(1)2016年张掖市景观类型主要为未利用地，最大斑块指数和斑块聚集度最高，草地和耕地次之，草地的斑块个数和密度最大。(2)张掖市景观格局呈现明显的地域分异特征，圈层梯度带上揭示了绿洲-荒漠用地变化，研究期内第1梯度带内破碎度先上升后下降，城市在2006—2016年扩张较快，其余梯度带破碎度逐年升高；空间演变上，居住地在圈层上的变化呈“L”型，未利用地呈“N”型，张掖市从中心城区到外围区域依次为绿洲城市区、绿洲农业区和自然景观区。(3)水平样带揭示了山地-绿洲-荒漠的用地变化，将张掖市分为4类区域，分别为绿洲城市区、绿洲农业区、荒漠区、山地区；西北-东南样带上景观破碎度年变化不规律，在空间上经过居民点波动变化；东北-西南样带研究期内景观水平指数经过居民点波动变化，其余范围内年变化较稳定，中心城区景观异质性较强。(4)...     

上杭县城区公园绿地景观格局动态分析

以上杭县为例, 对县城城区公园绿地景观格局演变进行研究。在ArcGIS和Fragstats景观指数分析软件的支持下, 选取了破碎度、连接度、均匀度、聚集度、景观多样性和分维数等指数对上杭县城城区2009、2013和2018年公园绿地景观格局的动态变化进行了分析。结果表明: (1)2009-2018年, 上杭县城区公园绿地总面积从99 hm²增加至185 hm², 斑块数量从24个增加到35个。 (2)综合公园和社区公园是上杭县城区公园绿地景观中的优势景观元素; 游园数量最多, 斑块所占景观面积的比例最少; 整体公园绿地斑块分维数较低, 研究区整体景观形状较为规则。(3)聚集度指数下降, 公园绿地景观的破碎度程度增加; 景观多样性指数和均匀度指数呈递增趋势, 公园绿地呈均匀化发展; 龙翔片区和城南产业片区公园绿地分布偏少。(4)政策是公园绿地景观格局变化的主导因素。基于公园绿地景观格局动态分析结果, 提出了相应的对策和建议, 以期为上杭县及其他县域级小城市的公园绿地规划、城市生态建设提供参考。     

城市景观格局演变的水环境效应研究综述

人类活动导致的城市土地利用覆被变化在景观生态学上表现为城市景观类型的更替和城市景观格局的演变。我国城市景观格局中自然植被景观基质大幅被人工硬化地面所取代,自然景观斑块破碎化,城市道路和排水管网等人工廊道大量增加,造成"源""汇"景观的比例失衡和格局失调,从而产生城市景观格局演变的水环境负效应,如非点源污染、水生生态系统失衡和城市内涝等,且水环境负效应存在时间尺度差异和空间尺度响应多样性。对城市景观类型及其格局演变产生的城市水环境效应相关研究进行总结,针对现有研究中存在的城市景观格局演变带来的生态过程变化研究较少、影响城市水环境的景观格局变化阈值不明确、研究结果推广难和重复性较差、人工廊道与城市水环境效应关系关注度较低和水环境负效应综合度研究欠缺等不足之处,提出未来研究的着力点,对实现可持续城市具有一定意义。     

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。     

基于移动窗口法的海岛型城市景观破碎化及其驱动机制分析——以福建省平潭岛为例

海岛型城市景观破碎化时空演变规律分析, 可以为海岛景观管理及生态城市建设提供科学依据。利用平潭岛2000、2009和2015年3期Landsat ETM+和SPOT_遥感影像数据及社会经济数据, 基于ArcGIS10.2和Fragstats3.4软件, 采用移动窗口法、转移矩阵、主成分分析等对平潭岛景观破碎化及其驱动机制进行研究。结果表明: (1)耕地和林地是平潭岛的景观基质, 各地类之间变化主要表现为居住地和工矿交通用地的空间扩张。(2)15年间平潭岛景观破碎化的空间分布主要体现在中心商务区、科教文化区、海坛湾及坛南湾附近; 在不同地类尺度上, 工矿交通用地的斑块数和景观形状指数差值最大,最大斑块指数和聚集度指数最大的是居住地; 在不同乡镇尺度上, 中楼乡的斑块数和斑块密度差值最大, 最大斑块指数负向差值最大的是幸福洋。(3)政策因素是平潭岛景观破碎化的根本原因; 社会经济活动则对各景观类型变化产生直接影响。     

1990-2020年江苏省海岸带景观生态状况指数跨尺度时空特征

江苏海岸带生态系统在复杂的外界干扰下产生了不同程度的空间响应和退化特征,特别是近几十年景观格局发生了显著的时空演变,亟待开展多尺度下涵盖景观组成、布局和功能的景观生态综合评估研究.本研究分析了1990-2020年江苏省海岸带大空间尺度下景观生态状况指数(LECI)的时空分布状况,评估了14个县级行政区的景观生态情况,并...     

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。     

徐州城市景观格局对绿地植物多样性的多尺度影响

城市地表景观的变化导致城市生物栖息地的损坏、破碎和丧失,致使城市生物多样性下降.为探讨城市景观格局变化对植物多样性的影响,本研究以徐州市绕城高速公路内的城区为对象,采用布朗布伦奎特(Braun-Blanquet)盖度等级法对36块城市绿地植物群落进行调查,并对不同绿地植物群落的物种多样性进行了分析.同时,以研究区2005和2015年的Landsat ETM遥感影像作为基础数据源,在Erdas、GIS、Fragstats软件的支持下,以每块调查样地为中心,分别建立9个不同半径的缓冲区,计算各缓冲区内表征斑块形状、破碎度和连通性共3类39个景观指数,在此基础上,运用冗余分析(RDA)筛选出不同幅度下对城市绿地植物多样性有显著影响的景观格局指数.结果表明: 植物多样性对景观整体格局和景观要素的响应具有明显的时间和空间尺度效应.2005年,未利用地和农田的破碎度、形状指数在800 m半径的缓冲区内能更好地解释植物多样性,建筑用地的破碎度和连通性指数在800～2000 m范围内对植物多样性有重要影响;2015年,草地和林地景观在800 m缓冲区内可更好地解释植物多样性,而建筑用地和未利用地在1000～2000 m范围内对植物多样性有显著影响;研究区当前植物多样性受2005年类型水平景观指数的影响更显著,说明研究区植物多样性对周边景观格局变化的响应存在一定的时间滞后;景观水平的格局指数与类型水平指数特征较为一致,说明物种与空间尺度的相互作用更多依赖于景观类型.     

长沙市热力景观空间格局演变分析

城市热环境是城市生态环境效应研究的热点之一,其演变规律的研究为缓解城市热岛带来的负效应、促进城市可持续发展提供依据。以2004年和2010年Landsat7 ETM+遥感影像数据和土地利用现状数据为数据源,在地表亮度温度反演的基础上,运用景观指数并结合GIS空间分析技术,采用移动窗口和梯度分析结合的方法,分析2004—2010年长沙市中心城区热环境的空间格局动态变化,通过分区统计法分析了不同热力景观等级下不同城市景观的空间格局变化,从景观尺度上阐明城市景观类型组成和空间格局与地表温度空间分异之间的关系。研究结果表明:2010年热岛区域扩大且更加分散,面积比2004年增加15.01km2,新增区域主要分布在金霞、岳麓和星沙的新兴工业园区;中心城区热力景观格局在景观水平上具有明显的空间分异特征,在从中心位置到偏北、偏东和偏南方向上,热力景观从市区向周边郊区呈现破碎化、多样性递增、形状复杂化,而从中心位置到偏西方向上与之相反;景观类型组成和空间布局对地表热环境产生不同影响,耕地、林地在热力景观内的优势度越大、分布越集中,地表降温效果越显著;反之,建设用地斑块越大、凝聚程度越高、形状越规整,地表温度越高,热岛效应显著。     

北京市主城区不透水面时空演变及其热环境效应研究

城市不透水面是表征城市化进程的重要指标,开展城市不透水面研究对生态环境监测及城市建设规划具有重要意义。以北京市主城区为研究区,基于Landsat影像采用支持向量机(SVM)和线性光谱混合分解模型(LSMM)相结合的方法提取研究区2002年、2009年和2017年三期不透水面;同时采用辐射传输方程法反演研究区地表温度,分析北京市主城区不透水面时空格局演变及其与城市热环境的相关性。研究结果表明:2002—2017年,北京市主城区近15年不透水面聚集度较高且呈持续增长趋势,东、西城区不透水面面积占比最高,朝阳区和海淀区不透水面增长速率和增长强度相对较大。北京市主城区不透水面呈放射状扩张趋势且增长集中在四环以外的区域,不透水面盖度高值区面积不断增加。研究区近15年地表温度持续升高,热岛效应加剧,地表温度高值区与城市建筑区空间分布存在一致性。不透水面空间格局与热环境高度相关,不透水面的斑块密度和破碎度与地表温度呈负相关,斑块所占景观比例及最大斑块指数与地表温度呈正相关,可通过合理控制相关景观指标、优化不透水面空间格局控制地表温度。在此基础上提出了缓解城市热岛效应的建议:增加树木、草地等用地类型;将不透水面分割成许多小斑块,减少大面积不透水面区域分布;使用透水性材料等。