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。     

1954—2010年三江平原土地利用景观格局动态变化及驱动力

受自然因素和人为因素的影响,近60年三江平原土地利用景观格局发生了明显变化。以遥感影像为主要信息源,利用地理信息系统技术和数理统计方法,对1954—2010年三江平原土地利用景观格局动态变化及其驱动力进行分析。结果表明:1954—2010年三江平原耕地、居住建设用地和水域面积呈增长趋势,林地、草地和湿地面积呈减少趋势;土地利用综合动态度呈先增加后降低再增加的趋势;三江平原斑块密度、周长面积比、景观分离度和Simpson's多样性指数都呈先上升后下降的趋势,最小值出现在2010年,斑块密度和周长面积比的最大值出现在1976年,景观分离度和Simpson's多样性指数的最大值出现在1986年;1954—2010年三江平原斑块密度和周长面积比的高值区由东北向西南转移,低值区由中部向东部转移,景观分离度指数呈现先聚集后分散的趋势,Simpson's多样性指数由中间高四周低格局,逐渐转变为南部高北部低的格局。     

疏勒河中游土地利用与景观格局动态

利用1976年Landsat MSS、1989年Landsat TM、2000年Landsat ETM+和2010年TM遥感影像,运用GIS和景观生态学方法,分析了1976-2010年疏勒河中游玉门市土地利用/覆被和景观格局的变化.结果表明:1976-2010年间,玉门市土地利用类型转移的主要方向是草地和戈壁转化为耕地、耕地转化为建设用地、草地转化为戈壁;土地利用变化经历了“缓慢变化-急剧变化-显著变化”的过程,景观密度持续增大,最大斑块指数先增大后减小,面积加权形状指数增大,形状趋于不规则;斑块间的最邻近距离减小,景观逐渐向具有多种要素的密集格局演变,更加破碎;不同斑块间的分离度减小;景观的多样性和均匀度先减小后增加.农业人口增长和经济发展是研究区土地利用/覆被变化的最直接驱动力,气候和政策因素也是重要的影响因素.     

黄土高原小流域景观多样性动态分析

以纸坊沟为例,在地理信息系统支持下获得计算景观多样性的有关参数,运用斑块大小及数量、平均分维数、多样性指数、优势度、均匀度、破碎度和聚集度等指标,对黄土高原小流域40年来景观多样性动态变化进行了分析．结果表明,40年来,在以人类活动干预和植被内源演替为主要驱动力的共同作用下,该流域斑块总数增加,旱地基质逐渐被林地、草地等其它景观基质所取代,景观格局趋于破碎,景观类型多样性和均匀度增加,且后20年景观多样性的变化幅度远远大于前20年的变化幅度．目前流域已经由1958年以旱地为基质的高度均质化的景观生态系统转化为与当地地带性景观相适应的以草地和林地为基质的高度异质化的景观生态系统,生态系统结构、功能已具有较强的稳定性．     

快速城市化过程中土地覆盖格局研究——以深圳市为例

研究一个以城市化过程为主的土地利用/覆盖变化可以从不同的角度出发。选择景观生态学中的景观格局的研究方法,对快速城市化地区——深圳市的城市化过程中的土地利用/覆盖的动态变化进行研究。具体选择景观格局指数中的破碎度指数、Shannon-Weaver多样性指数和聚集度指数,来表征斑块水平、景观水平、区域水平3个不同层次的土地覆盖格局。首先在区域水平上,分析了深圳全市,以及经济特区和特区外的宝安区、龙岗区的土地覆盖格局变化。在此基础上,以研究区的镇级行政单元为景观单元,计算了镇级行政区域以及镇级行政区海拔0～30m的区域的景观格局指数,在景观水平上分析了区域经济发展水平和速度,以及地形因素对土地覆盖格局变化的影响。随后分析了研究区各土地覆盖类型以及不同时期的斑块水平上的土地覆盖格局。最后以城镇用地比例表征城市化水平,讨论了城市化水平与土地覆盖格局变化的关系。在城市化初期,景观类型多样性和斑块破碎化程度出现上升趋势,空间聚集性下降,生态安全问题开始突现。在城市化水平20%～40%之间,其景观类型多样性和斑块破碎化程度达到较高水平,而空间聚集度水平较低,生态安全水平明显下降;随着城市化过程的不断深入,城市化水平不断提高,景观类型多样性和斑块破碎化程度又出现了较为明     

太湖流域土地利用与景观格局演变研究

基于遥感、GIS技术和景观生态学方法,以太湖流域为研究区域,在1985年、1995年和2000年的土地利用图基础上,分析了土地利用与景观格局演变.结果表明,15年间,太湖流域农田呈减少趋势,建设用地、林地、草地、水体呈增加趋势,其中农田的减少占土地利用总减少量的89.64%,建设用地的增加占土地利用总增加量的79.21%;由于人类活动的干预,太湖流域景观结构与景观异质性发生了较大变化.从景观尺度上看,斑块密度、多样性指数和均匀度指数呈降低趋势,边界密度、优势度指数、景观形状指数呈增加趋势;从斑块尺度上看,各景观组分的异质性指数及其变化过程有较大的差异,体现了景观生态系统的复杂性.人口增长、经济、政策等因素是太湖流域近15年景观格局动态变化的主要驱动力.太湖流域土地利用变化产生了景观碎化、边缘效应、生境退化等景观生态效应.可通过调整景观尺度上的土地利用方式,使太湖流域生态建设及水土资源实现可持续发展.     

干旱区绿洲土地利用/覆被及景观格局变化特征——以新疆精河县为例

从宏观上运用3S技术,利用1972年MSS、1990年Landsat TM、2001年Landsat ETM+和2005年CBERS 4个时期遥感影像数据,将GIS和景观生态学的数量分析方法相结合,运用ArcGIS以及Fragstats,分析了干旱区绿洲精河县1972～2005年间的土地利用/覆被和景观格局的变化.结果表明:(1)1972～2005年的33a中,精河县LUCC的总体变化趋势是绿洲面积有小幅度扩张,其中人工绿洲面积扩张尤为显著,天然绿洲面积减少.(2)研究区水域面积的变化受艾比湖湖面面积的变化影响较大,变化不显著,但总体上呈缓慢增长的趋势.(3)盐渍地面积的变化经历了先扩张后减小的一个过程.1990年达到最大值,但到2005年面积又有很大程度减少.沙地面积小幅度减小,其他地类的面积始终呈增加趋势.(4)景观在各个研究时段也发生显著变化.总的来说,整个研究区景观的密度持续增大,最大斑块指数先减小后增大,面积加权形状指数减小,形状趋于规则;斑块间的最邻近距离减小.表明1972年时景观中的优势斑块类型的连接性较2005年好,逐渐向具有多种要素的密集格局演变,景观更加破碎.同时不同斑块间的分离度增大,也说明景观破碎化程度加深.从香农多样性指数和香农均度指数的变化可以看出,景观的多样性增加,且均度增强.景观多样性及破碎化程度增加,也反映了土地利用越来越丰富.总之,要实现区域土地资源的可持续发展和景观生态功能的良性发挥,必须注重土地利用格局优化,维护景观生态过程与格局的连续性.     

河流城市土地利用景观格局变化及其生态风险分析——以江西省德兴市为例

利用德兴市2000年、2005年、2010年和2014年4期的TM遥感解译数据,在GIS和景观格局分析软件支持下,对该区域2000年—2014年的土地利用景观格局变化及其生态风险进行了分析。结果表明:2000—2014年间,林地是区域主导的景观类型,占总面积达80%以上,且德兴市土地利用景观格局发生了较大的变化,其中建设用地景观面积大幅增加(增加了1725.9 hm~2),而耕地、林地、水域和其他用地景观面积减少。2000—2014年德兴市土地利用景观的斑块数、多样性指数和均匀度指数处于降低趋势,斑块结合度指数处于增加趋势;斑块数、斑块密度、边界密度表现为先减后增再减的过程,分离度、分维数、蔓延度指数变化表现为先增后减再增的过程。德兴市的土地生态风险处于低生态风险,但风险指数呈上升趋势。     

千岛湖生态保护与建设对景观格局的影响研究

生态保护和生态建设过程对景观格局产生影响并使之发生变化,这种变化又会影响景观的生态过程。应用3s技术和景观指数分析了39年(1964-2003年)内千岛湖库区土地利用和土地覆盖格局的变化。结果显示,斑块总数和景观破碎度基本保持不变,但是各斑块类型的斑块数量、面积和优势度变化非常显著。最优势斑块类型由荒山(占陆地面积的47．44％)演变为马尾松( Pinus massoniana)林(占陆地面积的52．8l％),研究区域内森林植被覆盖率增加。研究还发现景观多样性指数略微下降。景观多样性是对土地利用和覆盖类型丰富度和均匀度的概要度量,并不一定总是和景观功能呈正相关关系。上述变化归因于多项生态保护措施的实施使得自然演替得以实现。景观格局的优化使生态系统的生态功能得到提高,包括生境恢复、生物多样性增加、水土流失减少。森林植被恢复以后,马尾松林斑块的单一化趋势应在今后的生物多样性保护、生态规划和可持续发展中得到重视。     

基于RUSLE-SMA的黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀评价及景观格局分析——以庆城县蔡家庙流域为例

以甘肃省庆城县蔡家庙小流域为例,运用混合光谱线性分解(SMA)从Landsat遥感影像提取植被覆盖度,获取流域的植被覆盖因子,借助通用土壤侵蚀方程RUSLE计算了2003和2010年土壤侵蚀量,分析了土壤侵蚀与土地利用和地形因子之间的关系,并对流域土壤侵蚀景观格局变化进行了研究.结果表明:7年间,蔡家庙小流域土壤侵蚀量由3.61×106 t·a-1增加到4.48×106 t·a-1,增加了24％;平均侵蚀强度由8590.23 t·km-2增加到10652.01 t·km-2.不同土地利用类型的侵蚀状况差异较大,未利用地、草地、园地的侵蚀状况严重;坡度大于15°、高程低于1395 m以及坡向朝西的区域,土壤侵蚀较严重.研究区整体侵蚀景观高度破碎,斑块总数减少,破碎度变小,景观异质性减小,整体形状趋于规则;除微度侵蚀景观外,其余景观类型趋于简单化.     

Structure regulation of land use and landscape pattern changes based on matter element analysis in a small watershed in Sichuan,China

The agricultural land suitability assessment based on the natural characteristics of land blocks is tra-ditionally the basis for agricultural and/or land use plan-ning.The assessment,however,is static and cannot be incorporated with potential land use changes.Recently,a dynamic approach,i.e.,matter element analysis,has been effectively applied for land use planning.In the pre-sent study,based on matter element analysis,we estab-lished a matter element analysis model for land use suitability assessment using the suitability grade of land use,evaluation indicators and their characteristic values as matter elements,and also using sutra field,controlled field,weight value and correlation degree from field sur-vey,as well as an expert system.This model was applied to the structure regulation of the land use in the small Yuejiagou watershed of the Langzhong Municipality in Sichuan Province,China.Results show that the propor-tion among agriculture,forestry and animal husbandry tended to rationalize land use.The economic and eco-logical indices of the lands were increased from 1529.8 to 1719.99 and from 1460.94 to 1758.21 after the regu-lation,respectively.The regulation also caused changes in landscape patterns as follows:The indices of diversity and evenness were increased from 1.3028 to 2.0920 and from 0.6108 to 0.8463,or by 60.58% and 38.56%,respect-ively.However,the indices of dominance and contagion were decreased from 0.6431 to 0.2106 and from 0.7467 to 0.7125,respectively.This indicated that the land use in the small watershed was rational.The spatial distribution of patches tended to be uniform.The patch congregation was gradually dispersed.This study verified that the mat-ter element analysis approach can not only overcome the factitious influences and improve the precision of land assessment,but also can be used for the structure regu-lation of specific patches.     

Structure regulation of land use and landscape pattern changes based on matter element analysis in a small watershed in Sichuan, China

The agricultural land suitability assessment based on the natural characteristics of land blocks is traditionally the basis for agricultural and/or land use planning. The assessment, however, is static and cannot be incorporated with potential land use changes. Recently, a dynamic approach, i.e., matter element analysis, has been effectively applied for land use planning. In the present study, based on matter element analysis, we established a matter element analysis model for land use suitability assessment using the suitability grade of land use, evaluation indicators and their characteristic values as matter elements, and also using sutra field, controlled field, weight value and correlation degree from field survey, as well as an expert system. This model was applied to the structure regulation of the land use in the small Yuejiagou watershed of the Langzhong Municipality in Sichuan Province, China. Results show that the proportion among agriculture, forestry and animal husbandry tended to rationalize land use. The economic and ecological indices of the lands were increased from 1529.8 to 1719.99 and from 1460.94 to 1758.21 after the regulation, respectively. The regulation also caused changes in landscape patterns as follows: The indices of diversity and evenness were increased from 1.3028 to 2.0920 and from 0.6108 to 0.8463, or by 60.58% and 38.56%, respectively. However, the indices of dominance and contagion were decreased from 0.6431 to 0.2106 and from 0.7467 to 0.7125, respectively. This indicated that the land use in the small watershed was rational. The spatial distribution of patches tended to be uniform. The patch congregation was gradually dispersed. This study verified that the matter element analysis approach can not only overcome the factitious influences and improve the precision of land assessment, but also can be used for the structure regulation of specific patches. __________ Translated from Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(7): 2093–2100 [译自: 生态学报]     

泾河流域分县景观格局特征及相关性

景观生态主要是研究生态系统的空间格局。因而很有必要对空间格局进行数量化的分析,在此基础上进行科学管理。应用斑块数、斑块面积、斑块密度、优势度、聚集度和分维数计算了泾河流域31个县景观格局的特征,首次以景观特征值为基础,将研究区域各县景观进行分类,并对不同类型的景观特征及相关性进行分析。结果表明,近年来流域破碎化程度有所增加,各景观指数值在研究区域之间变异很大。优势度和聚集度比较高的区域土地利用较单一,常常是以农用地为主导如咸阳、泾阳和乾县,或以农地和草地共同主导如环县。而优势度和聚集度较低的区域,土地利用较多样化,农地、林地和草地面积比例相近,如泾源、平凉、陇县、宁县和旬邑,这些县位于黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区。高优势度、高聚集度和低分维数的区域为陕西省咸阳市,为泾河流域冲积平原区,土地利用以大面积的农用地为主导。景观指数的相关分析表明,3种主要的土地利用面积比例之间存在极显著负相关,林地面积和优势度、聚集度有极显著负相关,而草地面积和分维数存在极显著正相关,分维数高的县位于泾河流域中游的黄土高原沟壑区,分维数低的县位于下游河谷阶地和关中平原和黄土高原交界处。这种相关性表明了自然地貌及人类活动对景观的影响和干扰作用。     

流域景观类型及配置对大型底栖动物完整性的影响

通过对滦河流域66个河段大型底栖动物采集和生境指标监测,基于大型底栖动物完整性评价和13种景观指数构建,探讨了不同景观指数对于大型底栖无脊椎动物完整性的解释能力。景观指数类型包括流域及欧式距离缓冲区土地利用百分比、水流路径缓冲区土地利用百分比、局部区域土地利用百分比和基于水流路径的反距离权重指数。基于多元线性逐步回归模型,根据调整R2(Square of the coefficient)来判断不同指数的解释能力。研究结果表明基于水流路径的反距离权重指数对于大型底栖动物完整性的解释能力最好,其次为基于水流路径的缓冲区和局部区域的土地利用百分比指数,全流域及欧氏距离缓冲区内土地利用百分比解释能力最差。农田是影响大型底栖动物完整性最重要的景观类型,距离河流越近的农田对大型底栖动物完整性的影响越大,因此流域及河岸带农田的控制和管理对于滦河流域大型底栖动物完整性的恢复具有重要的作用。     

黄土高原景观格局与水土流失关系研究

采用DCCA排序法对黄土高原腹地泾河流域12个子流域的景观格局与流域水土流失关系进行了定量分析.结果表明,DCCA排序的前4轴分别与农业用地比率、景观多样性指数、森林比率显著相关.各子流域的水土流失特征具有明显的梯度变异.在森林比率占65%的三水河子流域,景观相对简单、多样性低,流域年径流量大、输沙小、含沙量低,径流相对稳定;随着森林比率减小,农业用地比率增大,景观多样性升高,产流系数增高,径流深度、输沙量和含沙量增大;在森林比率很低、农业用地53.41%的洪河子流域,景观格局复杂、多样性较高,河流含沙量高、输沙率大,月输沙和径流变异极大;在农业用地比率减小,其他景观类型比率增大,景观相对简单的环江上、下游子流域,输沙量和含沙量减小,但输沙和径流的年际变化极大.排序分析结果较清晰地解释了黄土高原典型地区水土流失特征沿景观梯度的变化规律.     

基于13C、15N和C/N识别南岳小流域沉积有机质的来源

农业流域有机质流失造成水体富营养化和土地退化,不仅威胁水质和粮食安全,而且会导致温室气体排放等潜在环境问题。本研究用¹³C、¹⁵N和C/N作为指纹标志物,分析了南岳小流域出口沉积有机质的来源及其在林地、稻田和菜地等典型土地利用类型土壤的空间分布特征,并结合贝叶斯稳定同位素混合模型定量估算了各土地利用类型的贡献率。结果表明: δ¹³C具有显著的空间差异,沉积物有机质(-22.6‰±0.53‰)和林地土壤(-23.13‰±1.71‰)的δ¹³C显著高于稻田土壤(-25.24‰±1.4‰)。各土地利用类型土壤的δ¹⁵N差异不显著,沉积物的均值最大,为(4.37±0.83)‰,林地最小,为(2.38±1.97)‰;林地土壤的C/N均值最大,为16.66±7.18,稻田土壤的C/N均值最小,为11.95±0.92。贝叶斯稳定同位素混合模型结果显示,林地、稻田和菜地对流域出口沉积有机质的贡献率分别为19.6%、15.7%和64.7%;稻田和菜地作为农业用地的总贡献率为80.4%。说明农业用地土壤是南岳小流域沉积有机质的主要来源,可以通过优化农田管理措施有效控制流域养分流失。     

Agrotolerant and high nature-value species—Plant biodiversity indicator groups in agroecosystems

We analysed the effect of agricultural land use intensity and landscape structure on the plant diversity and improved the monitoring methodology by classifying plant species into two emergent agrotolerance groups: (i) species that occur frequently on agricultural land – common agrotolerant species, and (ii) all other species – so-called nature-value species, including habitat specialists and rare weed species. We tested the hypothesis that the species richness (alpha-diversity at habitat scale) of those species groups has differential response to changes in agricultural land use intensity, landscape structure and habitat characteristics.The proportion of (semi-)natural elements in the landscape enhanced species richness at habitat and landscape scale. Higher fertilisation rate predicted the reduction in small-scale species richness in both species groups. High species richness of agrotolerant species was associated with the vicinity of agricultural land, i.e. open field boundaries, small-area habitat patches and road verges, while it was suppressed by tree or shrub layer. The alpha-diversity of nature-value species was higher in large-area habitat patches and ditch verges.The classification of plant species based on their tolerance to agricultural disturbances is very useful in the evaluation of the effects of agricultural practices on biodiversity. The distinction between agrotolerant and nature-value plant species, and the estimation of habitat structure would increase the effectiveness of biodiversity monitoring in agricultural landscapes in comparison with classical methodology based on the assessment of total plant species richness.     

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。     

基于斑块尺度的神农架川金丝猴生境适宜性评价

基于斑块尺度的生境适宜性研究,可以通过物种分布的景观格局特征,推导出研究区的景观适宜性,有利于景观规划决策。研究首先分析农业用地对神农架川金丝干扰的阈值,其次采用泊松回归构建基于斑块尺度的包含植被类型、斑块特征和人为干扰特征的猴群分布模型,依据模型结果叠加道路适宜性分级图对川金丝猴适宜生境进行评价。结果显示:(1)农业用地干扰阈值为2000 m;(2)最优模型显示猴群偏好面积大、形状简单的寒温性针叶林、寒温性针叶-落叶阔叶混交林、温性针叶-落叶阔叶混交林斑块,对农业用地具有回避性;(3)道路干扰已成为川金丝猴迁移的主要障碍,川金丝猴分布区受到的农业干扰较小,但其成为阻碍川金丝猴扩张分布区的屏障。建议神农架保护区全面开展道路与旅游景点对野生动物干扰的监测。     

基于斑块评价的三峡库区腹地坡耕地优化调控方法与案例研究

三峡库区腹地坡耕地大量存在,且25°的陡坡耕地实现全部退耕还林难度很大,同时还存在农户自发弃耕撂荒现象。有必要深入探讨库区腹地不同地域特征下坡耕地优化调控的理论与方法。在充分考虑坡耕地的分布现状和未来发展趋势的前提下,设定了坡耕地优化调控的6个原则,提出空间优化适宜性评价和农户对坡耕地资源的需求压力数量评价相结合的坡耕地综合优化调控方法。选取库区腹地典型流域草堂溪流域进行案例研究。根据草堂溪流域特点以及坡耕地分布特征,从坡耕地可达性、生态功能和坡改梯适宜性3方面选取相关指标作为格局适宜性调控体系,选取耕地压力指数和果园对农户需求的补充能力作为数量调控体系。综合优化将研究区坡耕地分为优化利用型、重点整治型、逐步退耕型和优先退耕型4种类型,结合研究区坡耕地特点在保持耕地压力不增加、减少陡坡不适宜耕地和土壤侵蚀的前提下设置了4种退耕情景。最后根据农户自发撂荒地的空间分布特征,验证了评价指标体系建立的合理性和正确性。