1980-2010年鄱阳湖地区土地覆盖与景观格局变化

以1980、2005和2010年鄱阳湖地区的土地覆盖数据为基础,采用GIS、RS及景观生态学的方法,分析1980-2010年该区土地覆盖及景观格局变化情况,并定量分析了土地覆盖类型变化度、斑块面积指数、斑块形状指数、边缘密度指数以及多样性指数等指标.结果表明：1980-2010年,研究区水田、内陆水体、常绿阔叶林和城镇建设用地不仅是该区域的主要土地覆盖类型,而且变化最强烈.总体上,内陆水体、城镇建设用地面积显著增加,水田和旱地面积有所减少.从景观格局变化来看,虽然鄱阳湖地区受到人口增长和经济发展的影响,其景观破碎度变化和景观多样性指数略呈下降趋势,但变化并不大,这反映出前期环境管理对于区域环境保护已经发挥重要作用,但仍然面临长期挑战.     

1980-2010年鄱阳湖地区土地覆盖与景观格局变化

以1980、2005和2010年鄱阳湖地区的土地覆盖数据为基础,采用GIS、RS及景观生态学的方法,分析1980-2010年该区土地覆盖及景观格局变化情况,并定量分析了土地覆盖类型变化度、斑块面积指数、斑块形状指数、边缘密度指数以及多样性指数等指标,结果表明:1980-2010年,研究区水田、内陆水体、常绿阔叶林和城镇建设用地不仅是该区域的主要土地覆盖类型,而且变化最强烈.总体上,内陆水体、城镇建设用地面积显著增加,水田和旱地面积有所减少.从景观格局变化来看,虽然鄱阳湖地区受到人口增长和经济发展的影响,其景观破碎度变化和景观多样性指数略呈下降趋势,但变化并不大,这反映出前期环境管理对于区域环境保护已经发挥重要作用,但仍然面临长期挑战.     

京津冀城市群生态网络构建与优化

生态安全是人类生活的基本保障,快速城镇化致使大型生态源地破碎化、岛屿化,生态环境问题日益严重。构建生态网络不仅能加强生态源地间的连通性,完善生态功能,还能提高生态系统的综合能力,改善恶化的生态环境问题。以京津冀为研究区,基于地理空间分析技术确定京津冀生态源地,对研究区内的林地、湿地、草地,结合生态红线等进行区域叠加从而完成源地提取;基于最小成本路径方法,考虑土地利用及高程影响因子,提取京津冀城市群生态廊道,分析统计廊道分布情况;结合重力模型与重要生态源地连通性筛选出京津冀重要生态廊道,叠加现有国道、河流构建生态网络,对重要生态节点进行分析。研究结果表明,生态源地面积占研究区总面积比例为21.76%,林地、湿地、草地面积占总生态源地面积分别为82.78%,11.05%,6.17%;不同地貌区域生态源地类型不同,林地主要分布在山区,湿地主要分布在平原区域,草地主要分布在研究区西北部;景观成本值平原区域高于草原和山区,北京、天津、石家庄城区及周边景观成本值最高;采用最小成本路径模型提取廊道579条,其中张家口、承德区域生态网络较好,平原区域生态源地及生态节点缺失较为严重。最后,对北京、天津、白洋淀、衡水湖等重点生态区域提出修复和保护意见,为京津冀城市群发展提供参考。此外,本研究对其他地区生态网络的构建提供理论依据与技术支持。     

京津冀地区的生态质量定量评价

生态质量的好坏标志着区域经济社会可持续发展的能力以及社会生产和人居环境稳定可协调的程度,如何定量评价区域生态质量状况与变化,协调其与城镇化的关系,日益成为城市生态学研究的热点.本文选择城市化发展迅速、生态环境问题突出的京津冀城市群为研究对象,基于遥感技术反演京津冀城市群植被覆盖度、生物量和人工表面比例、植被面积百分比等生态参数,结合植被破碎化指数,采用主成分分析法,构建了基于遥感参数的生态质量指数综合模型,定量评价了2000—2010年京津冀城市群生态质量及动态变化.结果表明: 本文构建的生态模型可以更客观、综合地定量评估城市与区域的生态质量状况与变化.2000—2010年,京津冀城市群的生态质量指数从2.38上升到2.84,增幅达19.3%.其中,2000—2005年的增幅(12.2%)高于2006—2010年(7.2%).从空间分布来看,生态质量指数的高值区位于京津冀北部,西部、东南部较低.不同城市的生态质量状况及变化趋势不同.承德的生态质量状况最好,并显著高于其他城市;其次为北京、秦皇岛和保定;天津的生态质量最差.承德、北京、秦皇岛和保定的生态质量高于京津冀地区的平均水平;廊坊、天津和沧州的生态质量明显低于平均水平.2000—2010年间,除唐山外,其他城市的生态质量均呈好转趋势.其中,沧州、衡水的生态质量指数提升最显著,增幅分别达520.5%和171.8%.     

天津滨海新区湿地景观连接度距离阈值研究

在应用景观连接度研究景观格局变化时,选择适宜的距离阈值是关键。适宜的距离阈值有利于识别景观中的关键斑块并及时发现连接脆弱的区域,对景观格局动态分析、生态恢复研究等均具有重要意义。以天津市滨海新区湿地生态系统为研究对象,将研究区域划分为不同的焦点景观,焦点景观是依据研究区域栖息候鸟的生境面积而划分的面积大小相同的区域,并通过ArcGIS中的泰森多边形分析实现,焦点景观分析可为面积更大、结构更加复杂的景观分析提供新的思路。文章选取斑块间链接数（NL）、组分数（NC）、等效连接面积指数（ECA）、景观巧合概率指数（LCP）来表征景观连接度,设定100、200、400、600、800、1000、1500、2000、3000、5000、8000 m共11个距离阈值,探讨不同距离阈值下各指数的变化规律,对比分析研究区域整体景观斑块和焦点景观内各斑块的连接度指数随距离阈值变化的异同,最终确定研究区域最佳距离阈值。结果表明：（1）各焦点景观内斑块的景观连接度指数随距离阈值的变化趋势与研究区域整体景观斑块相似且对应的最佳距离阈值相同;（2）天津市滨海新区湿地景观连接度距离阈值的适宜范围是400-800 m,该区间内进行景观格局分析研究能够较为真实的反映出研究区域实际景观状况;（3）通过进一步研究,最终确定400 m为天津滨海新区湿地景观连接度最佳距离阈值。研究结果可为天津市滨海新区湿地景观研究提供参考,在实际研究中距离阈值的选择可根据具体研究目标、研究层次需求等进行适当调整。     

不同类型城市快速扩张区域人工景观对自然景观的生态安全胁迫效应比较

城镇化进程中的建成区扩张会对区域自然生态安全格局造成胁迫效应.本文选取北京通州、河北正定、天津塘沽及福建厦门4个内陆和沿海城市为研究区,通过景观生态学原理构建区域景观胁迫分析指标,对比分析4个城市快速扩张区域在快速城镇化过程中表现出的景观格局特征,研究不同区域及城镇化背景下人工景观对耕地、绿/林地、水体和未利用地等自然景观生态安全格局的胁迫作用差异.结果表明: 2015年,通州、正定、塘沽和厦门4个城市扩张区的景观侵蚀指数分别为1.039、0.996、1.239和0.945,自然景观都表现出显著的被侵蚀程度;但不同城市区域的各类自然景观类型受威胁的程度不同,通州、正定和塘沽以未利用地和水域为主,厦门则以耕地和水域为主,4个城市水域威胁指数均超过0.743;内陆城市的水域和未利用地景观分离度指数均大于沿海城市,在空间上表现为沿海城市水体分布较内陆城市更聚集;相对于其他自然景观,未利用地和水域是受人工景观胁迫最大的两种自然景观.     

近30年来京津冀地区湿地景观变化及其驱动因素

湿地是水陆生态系统的转换区,是地球上生物多样性和生产力最高的生态系统之一。在快速城镇化和社会经济发展的推动下,京津冀地区湿地生态环境面临较大地威胁。利用1980年代末到2015年7期土地生态遥感解译数据,运用GIS空间分析和主成分分析方法,分析了京津冀地区湿地景观时空变化及其驱动力。研究结果表明:(1)1980s末—2015年期间,京津冀地区湿地面积的变化呈现从略微增长到快速减少趋势,近十年减少趋势略有减缓。湿地总面积减少了2695.05 km2,较1980s末年减少了20.08%;河北省湿地面积减少最多,且天然湿地减少占据主导地位,其次是天津市和北京市。(2)湿地面积损失较为严重的区域主要分布在环渤海区域、北京市和河北省张家口市和唐山市。湿地受损主要是水田和滩涂向非湿地转换引起的。(3)水田和水库坑塘构成的人工湿地是京津冀地区优势景观类型。湖泊、河渠、滩地破碎度增加,且空间分布离散,连通性差。(4)选取9个驱动因素指标进行主成分分析,人类活动是影响湿地景观格局变化的主要因素,城市扩张和农业发展是侵占湿地的主要表现形式,此外气候和政策等因素也对湿地变化存在一定影响。     

塔里木河中下游地区湿地景观格局变化

在RS和GIS技术的支持下,结合塔里木河中下游的区域特点,确定了塔里木河中下游湿地景观分类系统.通过采用景观多样性指数、优势度、景观破碎化指数、分布质心和平均斑块形状指数等景观的空间格局指数,较系统地分析了1980～2000年塔里木河中下游湿地景观空间格局变化.结果表明：塔里木河中下游湿地的分布面积呈显著下降趋势.1980～1990年湿地面积减少,斑块数量和密度增加.1990～2000年湿地面积有所增加,斑块数量和密度持续增加;随着人类干扰强度增加,景观多样性增加,优势度降低,湿地的破碎化程度越来越大;湿地景观要素中,河渠湿地、水库坑塘湿地面积有所增加,而湖泊、滩地、沼泽面积均在不断减少,其中沼泽湿地面积减少幅度最大.     

北京东灵山地区景观格局及破碎化评价

 人类活动已将北京东灵山地区地带性原生暖温带落叶阔叶林破坏殆尽。本项研究基于植被图,在地理信息系统(GIS)支持下,选择多种景观格局指数,从斑块面积、斑块数、斑块周长、分形维数和多样性的角度进行了格局分析和破碎化评价。结果表明,该区景观类型以次生林和灌丛为主,面积分布极不均衡,且多呈小面积零散分布。各森林类型的分布面积、周长和斑块数一般小于灌丛、草地和农田,且边界密度和斑块密度较高,显示出较高程度的破碎化。各景观类型的平均斑块面积和周长遵从分形规律,分形维数1.30,景观整体的斑块边界的褶皱程度较低。景观多样性的Shannon指数,景观组分的类型面积(2.262)<类型周长(2.435)<类型斑块数(2.675),均小于等概率情形(2.940)。上述结果均显示,该区森林景观破碎化程度较高。     

京津冀城市群景观格局变化机制与预测

"城市群"是我国新型城镇化的主体形态,对推进国民经济发展具有重大意义,但其聚集连片的快速扩张模式对资源环境的压力持续增加,已经成为制约未来可持续的瓶颈。以我国经济发展最为活跃,但生态环境问题十分突出的京津冀城市群为例,基于CLUE-S模型,模拟分析了1990—2010年京津冀城市群景观格局的变化特征及其驱动机制,并预测了未来景观格局的变化趋势。结果表明,(1)1990—2010年京津冀城市群景观格局变化显著。其中,人工表面持续增加,耕地明显下降,林地和草地格局的变化也存在明显的时序差异;(2)京津冀城市群景观格局的变化主要受自然和社会经济要素的综合影响,且不同景观类型之间的驱动机制存在明显差异。其中,林地更易在地势较高、坡度较大的西部地区分布,而河流、人工表面等更易在平坦低洼的区域分布;此外,不同景观类型变化的驱动机制存在显著的时序差异,例如,人工表面受地形的影响程度逐步降低,呈现更加离散的分布,且其分布特征由较早时期的向市中心集聚分布发展为逐渐远离市中心并向铁路、高速路周边集聚的趋势;(3)经检验,CLUE-S模型能够较好地动态模拟京津冀城市群的土地覆盖格局的变化特征,模型的Kappa指数达0.84。模拟预测结果显示,未来(2020年)景观格局演变的显著特征是人工表面将持续增加,耕地将继续显著减少。北京、天津、唐山和石家庄等核心城市的景观格局变化将最为显著。     

基于修正碳账户的京津冀县域生态补偿量化及优先级分区

随着我国生态文明进程的不断加快,生态补偿的作用也日益凸显。京津冀作为我国的重要经济区,其经济发展的同时也伴随着大量的碳排放,为促进京津冀一体化战略的深入实施与生态环境建设,基于修正碳账户,选择模型构建法、空间相关性分析与重心迁移等手段,以县域为评价单元对京津冀地区进行生态补偿标准量化和优先级分区研究。结果表明:(1)修正前的京津冀地区碳账户呈现西北低,东南高的趋势,而修正后的碳账户由于兼顾了区域间本地差异,空间分布更加均匀;(2)生态补偿额度高-高聚集区主要分布于北京周边、石家庄周边以及邯郸-邢台一带,生态补偿额度低-低聚集区主要集中分布在京津冀地区北部县域;(3)京津冀生态补偿额度重心在115°45''—116°2''E,38°10''—38°20''N(献县和饶阳县)范围内移动,整体呈现由东北向西南变化的趋势;(4)2007年到2017年生态补偿支付区前五名(大厂回族自治县、柏乡县、新河县、海兴县、任县)和受偿区前五名(尚义县、阜平县、沽源县、康保县、赤城县)基本保持稳定。研究结果为京津冀协同发展制定相应减排固碳政策有重要参考价值,为实现双碳目标有促进作用。     

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。     

基于农牧业产品和生活用水的京津冀地区水足迹时空特征研究

水足迹将实体水消费和虚拟水消费联系起来,能真实地反映水资源利用的空间差异状况。运用自下而上的方法,分别计算了京津冀地区市级、区县尺度2000—2014年水足迹与人均水足迹,并分析其时空变化特征。结果表明:(1)市级尺度上,北京市水足迹、人均水足迹最高,天津市次之。石家庄市水足迹、人均水足迹相对较高,衡水市水足迹、人均水足迹均相对较低。京津冀市级平均水足迹由2000年的35.88亿m~3增长到2014年的50.82亿m~3,天津市、北京市增长幅度最大。(2)区县尺度上,北京市主城六区水足迹、人均水足迹最高,北京市其他市辖区和天津市主城六区、滨海新区水足迹、人均水足迹次之,石家庄市主城区水足迹、人均水足迹也相对较高。北部燕山山区、西部太行山区及衡水市所辖区县水足迹、人均水足迹最低。京津冀区县平均水足迹由2000年的2.30亿m~3增长为2014年的3.16亿m~3。北京市市辖区水足迹增长幅度最大,天津市市辖区次之。(3)水足迹的构成比例从大到小依次是消费虚拟水量、生活用水量和生态环境用水量,消费虚拟水量约占水足迹的90%。京津冀生态环境用水所占水足迹比例总体呈现增加的趋势,北京市生态环境用水所占水足迹的比例高于天津市和河北省。本文对京津冀地区水足迹的计算与时空变化特征分析,以期为研究京津冀地区城镇化对水资源量的胁迫效应提供参考与依据。     

城市化对空气污染人群暴露贡献的定量方法研究

短期快速城市化引发一系列生态环境问题,尤其是近年来以细颗粒物(PM_(2.5))为代表的城市与区域空气污染问题。人群的污染暴露一方面是因为污染区范围的扩张,另外一方面则归因于城市化引发的人口迁移,目前的研究重点关注于前者的贡献,而忽略了后者的贡献。因此,建立了城市化对空气污染人群暴露贡献的定量方法,并选取我国PM_(2.5)污染最为严重的京津冀城市群开展了实证研究,通过利用2000、2005、2010、2015年PM_(2.5)浓度和人口栅格数据以及人口自然增长率数据,定量评估了城市化引发的人口迁移对空气污染人群暴露的贡献。研究结果显示:(1)京津冀地区受污染影响面积和人口变化显著,造成大量的人口暴露于PM_(2.5)污染。(2)城市化引发的人口迁移与自然增长贡献率方面:总体上,2000—2015年,京津冀城市群总的人口迁移贡献率为48%,北京市和天津市总的人口迁移贡献率分别为94%和88%,而河北省污染总的人口迁移贡献率为-32%。其中在污染保持区,北京市和天津市的人口迁移贡献率均接近100%,而河北省的迁移贡献率为-26%,尤其在2010—2015年,河北省衡水市的人口迁移贡献率达到-6613%;在污染新增区,北京市和天津市的人口迁移贡献率分别为86%和84%,而河北省污染的人口迁移贡献率为-757%。本研究建立了定量化的方法揭示了城市化在空气污染人群暴露中的定量贡献,为科学引导城市化发展提供了定量的手段,为合理规划京津冀城市群地区的人口流动与空气污染奠定了数据基础。     

农业景观的生态规划与设计

从景观生态学的基本理论出发,探讨农业景观的生态规划与设计原理及方法,认为因涉及问题的宏观空间性、关联性及综合性等特点,使农业景观的生态规划与设计成为景观生态学的重要应用领域,进而以地处我国半干旱半湿润地带冀西北涿盆地进行了案实践。     

基于“氮补偿”机制及数据包络分析的活性氮减排评价——以京津冀区域为例

快速城市化在消耗营养氮元素的同时,直接或间接导致大量人为活性氮流失到大气与水环境中,带来了巨大的生态环境压力和严重的污染问题.本文在定量分析京津冀区域活性氮排放量的基础上,借助数据包络模型分析此区域的氮减排效率,并提出基于氮补偿机制的低氮发展对策.结果表明: 2004—2014年,随着城市化程度的提高,活性氮排放呈波动缓慢降低的趋势.河北省一直是京津冀区域的主要氮排放源,其气态与水体氮排放量分别占整个区域的79%～84%和74%～79%.研究期间,京津冀区域活性氮主要来源于农业活动,逐渐转为工业生产与居民生活.城市化对区域各地氮排放强度的影响并不一致,区域年均氮排放强度为5.8 t N·km^-2.北京市氮减排效率相对最高,河北省次之,天津市最低.降低河北省氮排放强度与提高天津市氮减排效率是研究区城市低氮化的关键.采用基于协同氮补偿机制的减排策略,有助于三地在氮减排方面上实现互助互补的可持续发展战略.     

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。     

近50年京津冀气候舒适度的区域时空特征分析

受气候变化影响,区域气候舒适期势必会发生不同程度的变化。从气候舒适性的视角出发,利用京津冀地区1966—2015年的170个观测站点50年逐日气象资料,以温湿指数、风效指数、着衣指数及其综合指数为气候舒适性的评价指标,统计分析区域气候舒适期的起止日期、天数及其年际间变化规律,揭示京津冀区域气候舒适度的时空变化特征,为区域人口合理分布和气候资源评价提供科学依据。此外,以日为时间尺度进行气候舒适期分析,有利于气候变化背景下区域间横向和区域内纵向的比较研究。结果显示:(1)京津冀气候舒适度指数近50年来的变化趋势基本相同,综合指数呈显著增加趋势;但各地间变幅存在一定差异,其中天津气候舒适度指数变化幅度最为明显,北京变化相对平稳。(2)从气候舒适度综合指数来看,京津冀地区气候舒适期年内分布呈"M"型,舒适期相对集中在4—5月、9—10月,舒适和较舒适等级的月累计日数均达到28 d以上,其中5月气候最为舒适,舒适等级日数最多,达到24—26 d;北京年平均舒适天数最多(100 d),天津最少(91 d)。(3)从单一气候舒适度指数来看,京津冀舒适和较舒适等级的初始日期大多呈显著的提前趋势;终止日期和天数大多略有增加,但变化趋势不显著。而综合指数显示,1966—2015年较舒适等级的初始日期变化最为显著,大约每10年提前3—4 d;天津和河北终止日期变化也达到显著水平,大约每10年推迟1—2 d,北京增加趋势不明显。(4)京津冀气候舒适期的空间分布显示,舒适等级的日数从西北向东南地区呈减少特征,河北北部舒适等级的年平均日数最多达115—120 d,东南部最少,不足90 d。