山地景观生态学研究进展

山地环境对全球变化的高度敏感性及其在陆地淡水资源与生物资源方面的巨大影响,推动山地景观生态学迅猛发展。在系统分析2000年以来山地景观生态学文献计量基础上,针对山地景观生态学主要学科方向与科学问题,以山地垂直带谱结构分布模式与形成机制,山地景观生态功能的分布格局与驱动因素,山地景观生态结构与格局对全球变化的响应等三大领域为重点,综述了自2000年以来的主要研究进展和取得的新认识,归纳了每个领域现阶段存在的主要前沿问题。围绕上述山地景观生态学重点领域,提出了山地景观生态学未来重点发展的6个研究方向:全球山地环境变化综合观测网络与方法、山地多维景观生态格局与时空变化规律及其驱动机制、整合景观生态学方法的林线动态与机制研究、山地生物生产力和物种多样性变化与模拟、景观生态水碳耦合循环变化与影响、山地垂直带谱结构理论与模式等,为进一步推动山地景观生态学发展、准确理解山地环境对全球变化的响应规律及其影响提供理论参考。     

海岛生态脆弱区景观生态安全时空分异特征——以福建海坛岛为例

基于2000、2009 和2013 年三期Landsat–ETM+遥感影像数据和土地利用详查变更数据, 应用景观干扰度和景观脆弱度构建景观生态安全指数, 并以空间统计学方法为分析工具探讨海坛岛景观生态安全时空分异特征, 结果表明: 2000-2013 年间海坛岛景观生态安全指数总体上呈下降趋势, 景观生态安全水平高值区逐步紧缩; 研究区景观生态安全指数具有较强的空间自相关性, 受差异性人类活动影响, 研究区景观生态安全集群结构发生了明显变化, 空间集聚程度呈逐渐降低趋势; 13a 间社会经济活动、国家政策等随机性因素对海坛岛景观生态安全的影响越来越强, 2013 年随机性因素成为影响海坛岛景观生态安全的主导因素。     

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。     

2000-2030年深港景观格局演变时空分异与趋势对比分析

自然气候条件相近但社会经济制度差异显著的深圳与香港为我国制度探索与经济建设提供了重要窗口,两地的景观格局演变规律与发展趋势将深刻影响粤港澳大湾区的生态文明建设进程。以深港两地三期历史土地覆被数据为依据,应用CA-Markov模型预测了2030年景观类型,采用地学信息图谱、景观格局指数等方法对比了深港景观格局的时空分异特征,并通过地理探测器模型、logistic回归模型等方法,探讨了深圳与香港景观格局变化的驱动机制的异同。结果表明：（1）研究期内,深港两地景观格局变化显著,各景观类型之间互相转移频繁。深圳人造地表景观面积将持续增加,而香港则呈现先减少后增加的趋势;（2）深港两地的优势景观类型仍然是人造地表与林地。两地景观形状将趋于简单,相比于香港,深圳景观在呈现较高多样性的同时具有更为破碎化的特点;（3）夜间灯光所表征的经济发展水平对两地人造地表的扩张影响很大。在政策规划、社会经济水平、自然地理条件等多种因素的综合作用下,两地未来景观发展趋同存异。     

山地景观垂直分异研究进展

山地景观的垂直梯度大约是水平梯度的1000倍,仅利用景观格局指数很难反映垂直梯度上的规律性.山地垂直带是表征景观垂直分异的经典地学模型,在地理学和生态学研究中具有不可忽视的地位,但表达模式的离散性、垂直带界线的不准确性等限制了其在准确描述局域尺度景观格局、解释生态过程方面的作用.本文总结了有关山地垂直带的国内外研究现状和存在的问题,提出利用现代信息技术建立全方位的、连续的“山地景观信息图谱”,同时论述了构建山地景观信息图谱的思路、进展和展望,对于准确描述山地景观格局并解释特定的生态过程等具有一定的参考价值,有望促进山地生态学研究方法的进一步完善.     

干旱区绿洲城镇景观生态风险时空变化分析——以张掖绿洲乡镇为例

科学评估与分析干旱区绿洲乡镇景观生态风险,对优化绿洲土地资源管控和维护干旱区绿洲生态系统稳定性具有重要现实意义。以张掖市绿洲乡镇为对象,基于土地利用数据和景观格局指数,结合ArcGIS空间分析功能,研究其景观生态风险时空特征及影响因素。结果表明：1987—2018年,耕地和建设用地变化明显,分别增加429.03 km~2和236.26 km~2;整体景观生态风险呈下降趋势,并呈“南北高、中间低”格局特征;各乡镇风险水平在空间上正向聚集,位于绿洲边缘地区的乡镇风险变化明显;人为活动干扰是近年风险水平变化的主要因素。研究成果可为西北干旱区绿洲生态保护与治理提供决策参考。     

黔中喀斯特山地城市景观格局指数粒度效应——以安顺市为例

景观格局对生态过程的影响具有强烈的尺度依赖性,尺度的合理确定是决定景观格局与生态过程研究的关键。以黔中喀斯特典型山地城市安顺市为对象,在GIS与RS技术的支持下,从类型和景观两个层次分析景观格局的空间粒度效应,揭示不同景观格局指数随粒度变粗的变化特征,进而探明喀斯特山地城市景观生态研究的适宜空间粒度。结果表明:除SIDI、SIEI、TA外其余景观格局指数受空间粒度的影响显著,随粒度变粗,各指数随粒度变粗的响应可分为单调递减、单调递增、先上升后下降及基本稳定类型;大部分景观格局指数在20或100 m粒度下出现明显跃变,存在"临界阈"现象;对于安顺市中心规划区而言,进行景观格局分析的最佳尺度范围为5~20 m,适宜粒度为20 m;山体绿地在喀斯特山地城市绿地系统中占主导地位,其CA、TE、DE等7个景观格局指数的粒度响应曲线相似。综上,基于高分辨率影像的黔中喀斯特山地城市景观生态研究的适宜粒度为20 m。     

岩溶地区景观格局演变及其生态安全的时空分异——以贵州省东北部槽谷为例

景观生态安全能反映区域生态保护与经济发展之间的关系，有助于了解生态环境压力和缓解人地关系矛盾具有重要意义。基于2005、2010、2014和2017年LandSat影像为数据源，借助ArcGIS和景观格局指数法构建景观生态安全指数，对槽谷区景观格局演变及其对生态安全的时空分异规律研究，从而提出环境友好型的土地利用组合模式。结果表明：（1）2005—2017年，槽谷区景观内部整体呈现破碎化，景观斑块数量增多，景观格局由单一规则化、简单化向复杂混合型转变，多样性增加且空间异质性增强。随着时间变化，岩溶槽谷区景观生态安全整体呈现上升趋势，西、东部槽谷景观生态安全指数（Ecological Security Index，ESI）由槽坝向山坡两侧逐渐增加，而中部槽谷则由山坡向槽坝增加。（2）在200 m尺度下，西部槽谷ESI的全局正相关性最显著，其Moran''s I值呈先增加后减小的趋势，而中部和东部槽谷则相反。岩溶槽谷区ESI的空间集聚形式主要表现为高高和低低值集聚区，空间集聚程度较高，而高低和低高集聚区分布较少且变化不明显。（3）景观集聚分布格局受低地形起伏和坡度较缓区域影响较高且呈现倒"U"型共性趋势，而海拔则相反。（4）岩溶槽谷区景观格局以扩充"林地-灌木林地-草地"的土地利用组合模式能增加景观生态安全。（5）景观格局及其生态安全的时空分异是受当地自然环境、社会经济和政策导向共同作用的结果，通过分析多重因素对槽谷区景观格局及其生态安全演变趋势的驱动机制可为地区科学决策提供科学参考。     

基于DPSIR的湖南省土地生态安全时空变化

根据DPSIR模型从自然、经济、社会、环境和景观格局方面构建指标体系,利用综合权重物元分析模型对湖南省土地生态安全进行评价,并对空间格局变化特征及其影响因素进行分析。结果表明:湖南省2000年土地生态不安全和较不安全等级的地区主要集中在中部和西部,较安全等级地区集中在东北部,2016年向西和向南上升至较安全等级,中北部地区为临界安全等级,空间差异缩小;湖南省土地生态安全总体呈现较不安全到较安全发展趋势,但等级状态不稳定;驱动力、压力、状态和响应系统生态安全等级均有提升,影响系统为临界安全等级且小幅下降,说明承载干扰的能力仍较弱;湖南省土地生态安全因经济密度、农村居民人均收入、人均GDP、城市人均公共绿地面积、农业机械化程度和污水处理率因素水平的提升保障其稳步发展,主要受人口自然增长率、城镇化率,农业面源污染、土地利用景观格局和科技投资比例因素制约。地形和土地利用景观格局因素是形成空间分异的根本原因。     

黄土丘陵沟壑区景观格局对流域侵蚀产沙过程的影响——斑块类型水平

在黄土丘陵沟壑区,景观格局对侵蚀产沙过程有着复杂的影响,且与尺度密切相关。选取河口-龙门区间内42个水文站控制流域为研究对象,以侵蚀模数、输沙模数和泥沙输移比作为表征各流域单元内土壤侵蚀、产沙及泥沙输移过程的特征指标,运用景观指数和CCA排序,系统分析了斑块类型水平上景观格局对流域侵蚀产沙过程的影响。结果表明:流域侵蚀产沙及泥沙输移过程中,空间分异特征随景观类型不同而异;对于不同用地类型,影响"过程"空间分异的景观格局指标不同,显著影响流域侵蚀产沙及泥沙输移过程的景观指数有草地平均斑块面积(AREA_MN3)、居民建设用地景观面积百分比(PLAND5)、居民建设用地和其它类型用地景观的斑块密度(PD5和PD6),其中斑块密度(PD)是影响流域侵蚀产沙及泥沙输移过程的共性指标;草地、居民建设用地、其它类型用地的景观格局特征对"过程"变化的解释程度要高于其它景观类型。开展景观格局与生态过程关系研究时,不仅需要考虑景观格局的整体效应,更应关注单一景观类型及其格局特征对一些生态过程的指示意义。     

三峡库区典型农林流域景观格局对径流和泥沙输出的影响

以三峡库区秭归县25个典型农林复合小流域作为研究对象,斑块类型水平上选取斑块面积比例指数(PLAND),景观水平上选取斑块丰富度密度(PRD)、双对数回归分维数(DLFD)、Shannon-Weaver多样性指数(SHDI)、聚集度(CONT)等5类景观指数,基于遥感和GIS技术,应用AnnAGNPS(Annualized AGricultural Non-Point Source)模型模拟流域径流和泥沙输出,FRAGSTATS软件计算流域景观格局指数,SPSS19.0分析景观指数和径流、泥沙的相关回归关系,从景观水平探讨景观格局特征对径流、泥沙输出的影响。结果表明：流域径流量与农坡地PLAND、农梯地PLAND、农林梯地PLAND、居民地PLAND、CONT等指数显著正相关,林地PLAND、灌木地PLAND与径流量显著负相关;农坡地PLAND、农林梯地PLAND、居民地PLAND、CONT等与泥沙输出量显著正相关,林地PLAND、灌木地PLAND、SHDI等与泥沙显著负相关。景观指数(因子)与径流和泥沙输出量复相关系数R为0.856和0.962(均高度相关),复相关系数R均大于相对应的单因子相关系数。流域景观水平上,景观格局对径流和泥沙输出影响均显著,景观空间格局是景观功能多样性的反馈,本文是景观格局影响生态过程(径流、泥沙输出)的又一例证。     

基于GIS的三峡库区生态风险评估及生态分区构建

快速城市化与土地利用变化导致的一系列问题不断影响着生态系统健康。开展生态系统服务供给和生态风险的空间量化研究，有助于科学管控区域生态用地，促进生态文明建设。采用GIS技术，利用生态系统服务价值核算模型、生态风险指数模型，研究了2000年以来三峡库区生态系统服务供给值和生态风险指数的时空演化特征，并利用Z-score标准化法进行生态功能分区构建。结果表明：(1)2000—2015年，三峡库区生态系统服务供给值总体变化较小，生态系统服务以调节服务为主且林地供给值最高。高供给值区主要分布于湖北省夷陵区、秭归县和兴山县等植被覆盖度高的区域，低供给值区分布在库区西南部的渝中区、渝北区和沙坪坝区等人口密集区。(2)三峡库区生态风险值总体呈小幅上升趋势，“西高东低”的分布特征明显，生态安全逐步向中等风险类型转移，其中低、较低生态风险区占区域总面积的55%以上，高风险区主要集中在重庆市主城区。(3)研究期间4种生态分区变化程度较小，表明生态分区处于较为稳定的状态。高供给值-高风险区(Ⅰ)的分布连续性最差，低供给值-高风险区(Ⅱ)和高供给值-低风险区(Ⅳ)分布较为集中。对三峡库区生态系统服务供给、生态风...     

基于3DLP指数的景观格局演变及预测分析

采用1987、1999、2009和2017年四期Landsat TM/OLI数据,结合GIS和RS技术,从类型和景观层面计算安化县四个年度的3DLP指数,分析安化县近30年来景观格局的动态演变并利用CA-Markov模型对2025年景观格局演变进行模拟和预测,为推动该县今后生态环境的进一步恢复和改善提供指导。结果表明:(1)林地是安化县的优势景观,对安化县景观的主控作用强。(2)从不同景观类型来看,1987—2017年期间安化县各景观破碎化情况均有所缓解,其中建设用地、林地面积增加,草地、水域、农地面积减少;林地、水域边界形状趋于简单化,建设用地、草地边界形状趋向复杂化,农地边界形状受人类活动影响较小。(3)从整体景观来看,安化县景观格局的演变主要是受到人为因素的影响,1999年整体边界形状变得更为规则,同时破碎化程度、景观异构性以及多样性有所提高。1999—2017年各类景观类型的面积比例差异增大,破碎化程度以及景观异质程度降低,优势景观类型份额增加。(4)根据预测结果来看,安化县整体趋向均衡化发展,边界形状趋向规则化,景观异质性程度降低,各类景观类型的面积比例差异减小,林地出现被其他景观蚕食分割的趋势,因此需要进一步提高对林地的重视和保护,限制其他景观类型对林地的干扰。     

1990—2011年三峡库区生态系统服务价值演变及驱动力

作为我国西南部重要的生态屏障和生态走廊,三峡库区具有重要的战略意义,其生态问题非常值得关注。研究以覆盖三峡库区的4期Landsat TM遥感影像为数据源,通过人机交互解译分别获得1990、1998、2006、2011年的土地利用/覆盖,参照中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表,采用研究区单位面积产量与全国农田粮食单位面积产量的比值作为地区修订系数,计算库区生态系统单位面积生态服务价值当量表,同时利用生物量对林地的生态系统服务价值作进一步的修订。然后结合土地利用结构和生态敏感性指数,定量分析土地利用变化引起的生态服系统务价值变化及其驱动因子。结果显示:1990—2011年间,三峡库区生态系统服务价值主要由林地支撑(占76.75%),其次是水域、耕地(共23.19%),草地的贡献率最小(0.22%),总生态系统服务价值从1990年的479.55亿元增加到2011年的680.83亿元;各项服务功能价值中,食物生产功能价值下降,其他各项功能价值上升,以土壤形成与保护功能上升幅度最大,达36.61亿元,其次是气体调节(33.10亿元);驱动力分析表明,库区生态系统服务价值变化的主要原因是人类活动,特别是自1998年实施退耕还林工程以来,各自然生态系统的面积发生较大变化,同时,自然生态系统的健康程度和社会政策对生态系统服务价值变化的影响也不忽可视。研究表明,加强林地、草地和水域等生态系统服价值高的土地利用/覆盖类型保护,是维持库区生态系统稳定性的有效措施。     

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。     

长江三峡库区生态环境变化遥感研究进展

长江三峡库区是我国最重要的生态敏感区之一,受三峡水利工程和相关人类活动影响,其生态环境变化显著.揭示三峡库区生态系统结构、功能和生态过程的变化对于维护库区生态安全具有重要意义.生态环境遥感为此提供了关键途径,并在三峡库区生态环境研究中受到重视.现有的三峡库区生态环境变化遥感研究往往存在较大差异,难以有效反映生态环境变化和响应特征,加之生态本底和人类干扰活动的复杂性,三峡库区生态环境变化遥感研究仍面临诸多挑战.本文对库区环境变化遥感研究的发展阶段、研究尺度、遥感数据和方法等进行了系统总结,并从土地利用/覆盖变化、植被变化、水土安全、生态服务价值评价、生态系统健康与生态规划5个方面对库区生态环境变化遥感研究进展进行综述,在此基础上探讨了当前三峡库区生态环境变化遥感研究存在的问题,并提出未来研究中需重点关注的主要科学问题,以期为三峡库区生态环境管理和类似地区生态环境变化遥感研究提供参考.
     

基于GIS的三峡库区云阳县生态经济区划

采用自上而下的生态要素宏观分析与自下而上的经济要素微观分析相结合的方法,运用GIS分析手段对复杂的自然生态要素与人类经济活动的时空变化及其相互作用进行分析和表达,以地处三峡库区腹地的典型山地县云阳为例,根据不同区域所表现出来的对生态变化与人类经济社会活动变化的承载力差异,即不同生态经济地域系统的稳定性、干扰能力、承受能力、生产能力和可利用方式的明显差异,进行综合生态经济区划。分区结果的命名体现了生态系统的地域特征和该区域生态经济发展的方向。通过对各生态经济区特征的分析。旨在协调日益激化的人地矛盾,探讨生态经济的发展方向、途径和对策,为三峡库区大尺度生态-经济-社会的可持续发展研究提供经验和样本。     

黄土丘陵沟壑区景观格局演变特征——以陕西省延安市为例

以陕西省延安市1985年、2000年和2008年三期1∶25万景观单元类型图,1∶5万地形图等生成的数字高程模型(DEM)为数据源,基于ArcGIS 9.3软件,采用多距离空间聚类、景观单元类型转移矩阵、空间数据叠加分析等方法分析了延安市景观格局的演变特征。结果表明:延安市的景观是由林地、灌木、草地和农田等基本景观单元构成的复合景观;研究期间农地面积急剧减少,流失的农地主要转变为林地、草地、灌木和聚落,除农地和裸地外,其他景观单元类型面积均有不同程度的增加;1985—2008年,林地、灌木和草地聚集的最大尺度减小,而农田聚集的最大尺度变大,农田和草地的空间聚集强度明显小于林地和灌木;延安市主要景观单元类型演变主要发生在海拔1100—1500 m之间的区域和坡度范围7—21°之间的区域,但农田向聚落的演变主要发生在海拔较低(900—1300 m)、坡度较缓(7°)的平川缓丘地带。1999年之前,经济的迅速发展是延安市景观格局演变的主要驱动因素;而1999年之后,国家推行的退耕还林(还草)等一系列生态重建措施成为延安市景观格局变化的主要驱动因素。     

基于生态足迹的大型水电工程建设生态补偿标准评价模型——以三峡工程为例

生态足迹作为重要的生态环境指标,已被广泛应用于可持续性分析中,但在生态补偿领域应用的较少。运用生态足迹思想,构建了6类大型水电工程建设的生态供给足迹与生态需求足迹模型,以此为基础,确立了大型水电工程建设的生态补偿标准评价模型;并进行了三峡工程案例研究。结果表明:(1)三峡工程建设6项正面影响的生态供给足迹为949.96×104hm2/a,换算成总经济价值为619.18×108元/a;三峡工程建设9项负面影响的生态需求足迹为188.98×104hm2/a,换算成总经济损失为123.18×108元/a。(2)发电产品、调蓄洪水和发电环境效益是三峡工程的主要正面影响,三者经济价值占总经济价值的95.06%;水库泥沙淤积和水库淹没是三峡工程的主要负面影响,两者经济损失占总经济损失的85.56%。(3)三峡工程建设的生态补偿标准为123.18×108元/a,水电开发业主、中央政府和地方政府是主要的生态补偿主体,两者承担了95.06%的生态补偿标准额度;河流生态系统和移民是主要的生态补偿对象,两者获得了91.39%的生态补偿额度。通过对比分析发现,构建的模型在三峡工程案例中得到了很好的验证。     

基于土地利用变化的玛纳斯河流域景观生态风险评价

摘要：随着人类活动范围日益扩张和强度增加,景观生态风险评价已经成为预测和衡量生态环境质量和动态演化的重要手段。本文以玛纳斯河流域（简称玛河流域）为研究区,选取2000、2005、2010和2015年4期Landsat TM/ETM遥感影像,运用ENVI软件对研究区土地利用类型进行解译,定量分析流域近15年来土地利用动态变化特征,基于景观格局指数,采用地统计学方法,探究玛河流域景观生态风险程度及时空分异特征。结果表明：（1）2000—2015年,玛河流域景观格局发生了较大变化,耕地景观面积增加最多（2638.31 km^2）,主要由草地和未利用地转入;未利用地景观面积减少最多（2559.99 km^2）,主要转化成了草地、耕地和林地;（2）将流域景观生态风险划分为5个等级,研究期内流域低、中风险区面积增加而较高、高风险区面积减少,整体景观生态风险指数减小,所以研究区生态环境在整体上呈现好转;（3）2000—2005年、2010—2015年玛河流域在景观风险分布格局上发生较小变化,但2005—2010年流域景观风险分布格局发生较大变化,主要是中、较高和高风险区向流域南北方向分散并转移,低风险区向流域北部转移。