道路网络对物种迁移及景观连通性的影响

道路对区域景观产生破碎化及阻碍效应,使得生态过程发生受阻、景观功能受损。科学评估道路的生态效应对指导道路选线、生态恢复工程及景观规划有重要价值。本文采用阻力面概念和最小耗费模型,实现了景观阻力、斑块质量、廊道畅通性和景观连通性的计算,定量分析了物种迁移过程中道路网的干扰程度。结果表明:道路引起生态廊道长度平均增加30%,廊道曲率平均增加0.19;道路也使廊道通畅性平均降低90%,影响程度与廊道耗费值呈线性相关,系数为0.76;整体景观连通性下降30.8%,扩散能力越弱的廊道所受道路阻碍效应越强。本文建立的模拟评价方法可用于确定景观尺度上特定生态过程的关键格局,同时也可为景观生态规划中生态廊道设计及景观连通性定量分析提供科学依据。     

道路网络扩展对区域生态系统的影响——以景洪市纵向岭谷区为例

道路网络的存在和扩展影响着周边景观的生态格局和过程,进而影响区域生态安全,定量表达道路影响域生态系统变化对生态系统管理具有重要意义.选取景洪市为研究区,利用缓冲区分析、对比分析和情景分析,研究道路与生态系统格局变化的关系,进而揭示不同道路类型对区域生态安全的影响.结果表明：近20a研究区林地、灌丛有所减少,旱地和建设用地增加显著,而道路为显著的驱动因子.景观的多样性,均匀度,斑块密度和人工干扰指数也随着道路缓冲距离增加而降低.道路影响域内林地受道路影响最大,其次为草地,旱地或灌丛,而旱地的斑块数目受低等级道路影响最多,其他等级林地数目最多.情景分析表明,随着道路网络的扩展,生态系统分维数、斑块数目增加,平均斑块面积减少,显示破碎化程度加剧,而低等级道路对区域景观格局的变化贡献率最大.     

道路网络对景观生态风险的影响——以云南省红河流域为例

道路网络扩展既影响周围的景观格局,也对生态过程造成直接或间接的影响。以云南省红河流域为研究区域,利用GIS和RS技术,进行格网划分,从空间上分析道路对景观格局和土壤侵蚀的影响,并通过基于景观格局和过程的景观生态风险指数计算,分析道路网络扩展影响下的景观生态风险规律。结果表明:红河流域道路周围景观类型以耕地、林地和草地为主,其中林地和草地的格局风险指数随着距离道路的增加而减少,受道路影响显著;一级路、三级路和四级路缓冲区内土壤侵蚀量随着距离道路的增加而减少,三四级路分布广泛,更容易发生土壤侵蚀;道路密度和基于景观格局和过程的景观生态风险指数在空间分布上具有一定的相关性。     

人类活动的景观生态响应——以个旧市为例

人类活动会对区域景观格局以及生态过程产生影响,定量刻画其景观生态效应具有重要意义。运用景观格局的移动窗口法及基于电流理论的生态网络模型,分析了云南省个旧市2015年与1990年相比由于人类活动导致的景观格局与景观连接度的变化。结果表明:人类活动对研究区景观格局影响显著,分离度指数增加、聚合度指数减小,景观破碎化程度加重。基于多物种电流理论的景观生态网络显示,2015年与1990年相比,无论是电流最大值还是平均值都有所下降,表明研究区的景观连接度情况变差;景观连接度的空间分异明显,研究区南部地区的景观连接度一直处于较高水平,而中东部则始终处于较低水平。基于Zonation模型确定的生态廊道网络显示,廊道总体上趋向破碎化且质量下降,中东部及北部廊道受影响尤为严重,部分原廊道区域退化为非廊道区域。研究表明,区域的人类活动导致景观破碎化程度加大的同时,也降低了区域景观连接度。研究结果可以为个旧市未来道路建设及矿产资源开发下的景观生态保护与保护区的规划建设提供科学依据,也能够为类似研究提供方法上的参考。     

道路网络理论在景观破碎化效应研究中的运用——以浙江省公路网络为例

随着道路的不断建设,道路网络对自然生态环境的影响效应日益显著,众多生态学家开始从道路网络与自然景观的空间位置入手,研究不同组织形式的道路网络对自然生态系统产生的不同影响,从而探讨生态最优化的道路网络组织模式.旨在研究浙江省的干线公路网络对自然生态环境造成的影响,从而探讨生态最优化的道路网络组织模式.总结了道路网路理论的最新研究进展,介绍了由R. T. T. Forman和J. A. G. Jaeger提出的两个道路网络影响模型;随后运用Forman教授的道路网络理论分析了浙江省干线公路网络对森林景观的破碎化影响,并运用公路影响阈值分析方法对破坏较为严重的森林景观斑块进行了更为深入的分析,结果表明:国道、省道网络侵占的森林面积较大,对森林生态服务功能的发挥有着较大的影响;高速公路网络则使得森林景观斑块严重降级和破碎,极大地影响着生物多样性的保护.若按照目前的公路规划,到2020年底,由国道、省道和高速公路共同形成的道路网络将对浙江省的森林景观系统造成严重破坏;最后,对浙江省公路网络的布局提出了5点调整建议.     

“源”“汇”景观理论及其生态学意义

格局与过程的关系是景观生态学研究中的核心内容.景观格局指数是定量分析景观格局与生态过程的主要方法,但由于许多景观格局指数难以将格局与过程有机融合在一起而陷入困境,探讨景观格局分析中有效表征生态过程的理论与方法,对于景观生态学的发展具有积极意义.基于大气污染中的“源”“汇”理论,在已有研究基础上,提出了“源”“汇”景观的概念和理论.认为根据不同景观类型的功能,可以将他们划分为“源”“汇”两种景观类型,从而将过程的内涵融于景观格局分析中.该理论认为：（1）在格局与过程研究中,异质景观可以分为“源”“汇”景观两种类型,其中“源”景观是指那些能促进过程发展的景观类型,“汇”景观是那些能阻止或延缓过程发展的景观类型;（2）“源”“汇”景观的性质是相对的,对于某一过程的“源”景观,可能是另一过程的“汇”景观,“源”“汇”景观的分析必须针对特定的过程;（3）“源”“汇”景观区分的关键在于判断景观类型在生态过程演变中所起的作用,是正向推动作用还是负向滞缓作用;（4）不同类型“源”（或者“汇”）景观对于同一种生态过程的贡献是不同的,在分析景观格局对生态过程的影响时需要考虑这种作用的差异;（5）“源”“汇”景观理论可以应用于非点源污染、生物多样性保护、城市热岛效应等不同领域.“源”“汇”景观理论提出的主要目的是探究不同景观类型在空间上的动态平衡对生态过程影响,从而找到适合一个地区的景观空间格局.这一理论的提出有助于推动景观格局与生态过程研究的深入,希望以此为基础,通过大量的实证研究,丰富和完善“源”、“汇”景观的理论和方法.     

海南热带雨林国家公园高速公路穿越段景观动态与生态风险评估

海南热带雨林国家公园被中线高速公路自东北-西南方向穿越,改变了局域景观分布格局,影响到生态系统完整性与原真性,可能存在潜在的生态风险。选取海南热带雨林国家公园高速公路穿越段两侧3 km作为研究区域,运用GIS技术、Fragstats和景观生态学理论定量评价2013年（高速公路未建）、2016年（高速公路在建）和2019年（高速公路竣工）三年的景观要素变化,解析景观变化趋势和可能带来的潜在生态风险。结果表明,2016年高速公路建成面积（含动土区域）为325.51 hm²,林地面积略有减少,但林地斑块密度增加;耕地面积虽略有增加,但耕地最大斑块指数下降,耕地景观优势度降低。2019年高速公路建成竣工后,由于路旁绿化,高速公路占地面积有所下降,林地面积和林地斑块密度增加,但林地和耕地斑块的内聚力指数下降,自然连通度略降低,破碎化程度加剧;高速公路穿越段中等生态风险区和较高生态风险区面积逐年增加。但隧道和高架桥路段在一定程度上维持了道路两侧的植被连通性,对局域生态系统没有明显影响。高速公路造成的生境隔离与破碎化可能累积产生远期的负面生态学效应。海南热带雨林国家公园高速公路穿越段位于生态敏感的水源涵养区,建议增设隧道式高架林地提升生境连通性和生态系统完整性、增加人工湿地汇聚和净化道路径流、设立长期生态监测样地对关键节点生态过程与生态系统功能特别是水源涵养与水质净化功能等开展监测与生态恢复。     

从“增量扩张”到“存量优化”:深圳市景观格局内部动态与优化

随着城市化的不断推进，以城市扩张为主要特征的土地城市化渐趋于饱和，许多城市开始进入"存量优化"的土地开发阶段。存量优化的土地开发模式改变了城市内部的景观格局，进而影响城市景观的生态过程及功能，但现有的工作主要关注城市的外部扩张，缺乏对城市内部景观动态的研究。以深圳市为例，基于高空间分辨率遥感影像，以地块为分析单元，识别城市扩张、城市更新以及内部填充三种土地开发方式，对比分析不同方式下地块的景观格局变化。研究结果表明：（1）深圳市已进入"存量优化"的城市发展阶段，表现为内部存量变化面积是外部增量变化的2倍；（2）城市更新类型的地块平均植被比例增加3%，提高了人居环境质量，而城市扩张和内部填充类型的地块则表现为植被比例明显下降，平均植被比例分别减少了51%和50%；（3）城市扩张和城市更新具有明显的空间聚集特征，内部填充分布则相对随机。在精细空间尺度上识别了城市扩张、城市更新以及内部填充三种不同景观变化类型，分析了其空间分布特征，为深入理解城市内部景观格局的动态变化提供了新的视角，可为城市生态过程的机理研究和城市规划提供参考与借鉴。     

西双版纳勐仑地区景观格局变化定量分析

利用景观空间格局定量化分析软件FRAGSTATS和西双版纳勐仑地区1988、2003年两期Landsat影像解译结果,定量分析和比较了两时期景观格局的组成、各类型斑块特征、不同类型斑块间空间分布关系及其动态变化,并进一步分析了其生态效应.结果表明,15年来研究区内以经济林为主的人工景观组分剧烈增加,景观多样性上升;橡胶园等人工种植园地的扩张使得有林地破碎化：平均斑块面积由44km2减至21km2,斑块数由368增至441,同时边缘密度增加;导致其核心区缩小,斑块连接度下降;城镇建设用地的扩展也使得耕地（主要是水田）趋于破碎化.景观中不同斑块的交错分布格局也趋于简单.人工经济林的大面积发展和城市化使该区景观中人为影响显著增强,并产生了生物生境恶化及生态环境质量下降等不良生态效应.未来土地利用规划中应借鉴景观生态学原则,以尽量减少对生态环境的进一步破坏.     

道路对景观的影响及其生态风险评价--以澜沧江流域为例

道路贯穿于各类景观。道路网络的发展也产生了许多生态效应。道路的生态风险分析是基于生态效应,通过格局和过程的研究,综合评估各类潜在生态影响及其累积性后果。从景观生态学理论入手．分析了道路对景观的影响,将道路对景观的影响区分为建设期和运营期2个阶段,并提出了基于格局和过程的生态环境指数,进而得出道路综合生态风险评价的方法。以澜沧江流域上中下游的3个典型区为例,研究道路对景观的影响。结果表明,虽然不同案例区道路影响的景观类型和格局不同,其风险的分布也不同．但综合风险指数和道路密度具有很高的一致性。     

道路生态学研究进展

“道路生态学”是当代景观生态学的最新研究领域。重点探讨道路生态学和生态道路网的研究进展。从景观生态学的点效应、廊道效应和边际效应出发 ,引入景观生态网络的概念 ,即由点、线、网按照一定等级结构、功能分工和空间秩序组合成的生态网络体系 ,其中道路网和水网是最主要的表现形态。根据网络理论构造网络结构影响度模型 ,在 GIS和 RS的支持下 ,通过对北京局部地区道路网动态模拟的分析表明 ,道路网对其他景观的影响是通过点效应、廊道效应、点 -廊道 -网络叠加效应共同作用的结果 ,这种影响与道路网络密度和道路影响带的范围成正比。因此 ,为了最大限度减少道路网对自然生态系统的干扰与破环 ,提出生态道路网络建设的 8点建议     

Source-sink landscape theory and its ecological significance

Exploring the relationships between landscape pattern and ecological processes is the key topic of landscape ecology, for which, a large number of indices as well as landscape pattern analysis model were developed. However, one problem faced by landscape ecologists is that it is hard to link the landscape indices with a specific ecological process. Linking landscape pattern and ecological processes has become a challenge for landscape ecologists. “Source” and “sink” are common concepts used in air pollution research, by which the movement direction and pattern of different pollutants in air can be clearly identified. In fact, for any ecological process, the research can be considered as a balance between the source and the sink in space. Thus, the concepts of “source” and “sink” could be implemented to the research of landscape pattern and ecological processes. In this paper, a theory of sourcesink landscape was proposed, which include: (1) In the research of landscape pattern and ecological process, all landscape types can be divided into two groups, “source” landscape and “sink” landscape. “Source” landscape contributes positively to the ecological process, while “sink” landscape is unhelpful to the ecological process. (2) Both landscapes are recognized with regard to the specific ecological process. “Source” landscape in a target ecological process may change into a “sink” landscape as in another ecological process. Therefore, the ecological process should be determined before “source” or “sink” landscape were defined. (3) The key point to distinguish “source” landscape from “sink” landscape is to quantify the effect of landscape on ecological process. The positive effect is made by “source” landscape, and the negative effect by “sink” landscape. (4) For the same ecological process, the contribution of “source” landscapes may vary, and it is the same to the “sink” landscapes. It is required to determine the weight of each landscape type on ecological processes. (5) The sourcesink principle can be applied to non-point source pollution control, biologic diversity protection, urban heat island effect mitigation, etc. However, the landscape evaluation models need to be calibrated respectively, because different ecological processes correspond with different source-sink landscapes and evaluation models for the different study areas. This theory is helpful to further study landscape pattern and ecological process, and offers a basis for new landscape index design. __________ Translated from Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(5): 1444–1449 [译自: 生态学报]     

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。     

Sunken roads as habitats for forest plant species in a dynamic agricultural landscape: effects of age and isolation

Aim This study tests the hypothesis that linear, woody habitat patches surrounding small, sunken rural roads not only function as an unstable sink but also as a true, sustainable habitat for forest plants. Furthermore, factors affecting the presence of forest plant species in sunken roads are determined. Finally, the implications of these findings for the overall metapopulation dynamics of forest plant species in fragmented agricultural landscapes are assessed. Location The study area, c. 155 km² in size, is situated in a fragmented agricultural landscape within the loamy region of central Belgium. Methods Forest species presence–absence data were collected for 389 sunken roads. The effect of area, depth, age and isolation on sunken road species richness was assessed using linear regression and analysis of variance (anova ). Analysis of covariance was employed to study the interaction between age and isolation. Differences in plant community dispersal spectra in relation to sunken road age and isolation were analysed by means of linear regression and anova . Results Sunken roads proved to function as an important habitat for forest plants. The sink‐hypothesis was falsified by a clear species accumulation in time: sunken road species richness significantly increased with the age of the elements. Sunken road age mainly affected species richness through effects on both area and depth, affecting habitat quality and diversity. Furthermore, sunken road isolation had a significant impact on species richness as well, with the number of forest species decreasing with increasing isolation of the elements, indicating dispersal limitation in sunken road habitats. Moreover, a significant age × isolation interaction effect was demonstrated. Differences in regression slopes for isolation between age classes revealed that the effect of isolation intensified with increasing age of the elements. Differential colonization in relation to forest species dispersal capacities probably account for this, as confirmed by the analysis of sunken road plant community dispersal spectra, with the fraction of species with low dispersal capacities increasing with increasing age and decreasing isolation of the elements. Main conclusions During sunken road development, area and depth increase and, gradually, suitable habitat conditions for forest plant species arise. Depending on their ecological requirements and dispersal capacities, forest species progressively colonize these habitats as a function of the element's isolation. The functioning of sunken roads as a sustainable habitat for forest species enhances the metapopulation viability of forest plants in agricultural landscapes and has important consequences for forest restoration practices. Moreover, the results of this work call for integrating the presence of forest species in small‐scaled linear habitat patches in forest fragmentation studies.     

An artificial neural network model of the landscape pattern in Shanghai metropolitan region, China

To characterize the urbanization pattern quantitatively, a study on the mechanisms of the landscape pattern formation could facilitate the understanding on urban landscape patterns and processes, the ecological and socioeconomic consequences of urbanization, as well as the establishment of more effective strategies for landscape management. In this study, we integrated a Geographic Information System (GIS)-based analysis on landscape pattern with an artificial neural network (ANN) to quantitatively characterize the urbanization pattern of the metropolitan area of Shanghai, China, and to establish an ANN model that could preferably simulate the responses of urban landscape pattern to the natural and socioeconomic factors such as residence area, road density, population density, urban development history and the Huangpu River as an element of economic change. Our results showed that the ANN model seems appropriate for studying the nonlinear relationship among the forcing factors of urbanization and the urban landscape patterns, which provided an effective and practical approach for further understanding the mechanisms of the landscape formation pattern and the reciprocal relationship between landscape spatial pattern and ecological process. __________ Translated from Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(5): 958–964 [译自: 生态学报, 2005, 25(5): 958–964]     

武汉市绿色廊道景观格局

绿色廊道作为城市关键的景观结构要素,在维持城市生物多样性,改善城市生态环境,调节小气候等方面发挥着重要的作用.以武汉市建成区为例,探讨城市绿色廊道景观格局定量研究的方法,使其充分发挥生态功能,从而指导城市绿色廊道的规划与建设.利用GIS处理基础资料,对城市廊道系统进行提取与分类,生成拓扑关系图,并计算景观格局指标参数.从廊道景观的构成和绿色廊道的网络结构两方面详细分析了武汉市建成区各行政区内各类型绿色廊道的景观格局.结果表明：在武汉市建成区内,灰色廊道最长,占廊道总长的63.53﹪;绿色廊道极其缺乏,总密度仅为2.63 km/km^2;在绿色廊道中,绿色道路廊道最长,占绿色廊道总长的60.29﹪.绿色廊道普遍较窄,绿带的长度不到其它类型绿色廊道总长的1/3;绿色道路廊道最窄,少数达20 m.绿色铁路廊道面积较小,为1.68 km^2,其它类型的绿色廊道面积相当,各占总面积的30﹪左右;3个行政区中,武昌的绿色廊道长度最长,面积最大.绿色廊道网络线点率、环通度及连通度均不高,网络结构简单,不利于城市生物多样性的维持.绿色道路廊道网络结构相对最复杂;绿带的网络连通性最差,没有回路存在;武昌的绿色河流廊道、绿带以及绿色铁路廊道网络结构最复杂,绿色道路廊道网络最复杂的是汉口.武汉市绿色廊道的建设,应注重长度和宽度的增加,提高绿带的比例;重视各类型绿色廊道及其在各行政区间的均匀分布;减少绿色廊道的断开区,增加网络连通性;使其走向与城市主导风向一致,兼顾通风走廊的功能.