粤港澳大湾区生态系统格局变化与模拟

快速城市化是导致粤港澳大湾区生态系统时空格局变化的主要驱动力之一,模拟生态系统变化趋势对于优化区域土地利用格局、防控城市化的生态风险具有重要意义。以2000、2005、2010、2015、2018年5期土地利用数据,分析该区域生态系统格局演变,并运用CA-Markov模型模拟2025年的生态系统格局。研究结果表明:(1)2018年大湾区的森林、农田和城镇为主要生态系统类型,分别占区域总面积的53.99%、22.67%和14.51%。(2)2000—2018年农田、森林、湿地面积分别下降了1983、740、278 km~2,城镇和草地面积分别上升了2896、103 km~2,城镇面积增长的主要途径是对周围农田、林地和湿地的侵占,草地面积增长是因为管理经营不善导致部分林地退化为草地。(3)大湾区的景观多样性和均匀度下降,景观正在向小斑块趋势发展,空间连通性下降,破碎度增加。(4)模拟2025年的生态系统格局发现,与2018年相比,城镇面积增长了609 km~2,农田和森林分别减少了309 km~2和316 km~2。基于大湾区生态系统格局变化与模拟发现,快速城市化区域中,落实耕地保护红线和生态保护红线制度、保护重要生态空间完整性,对于降低城市化的生态风险具有重要作用。     

闽三角城市群生态系统格局演变及其驱动机制

生态安全是城市群社会经济可持续发展的根本保障之一,然而目前城市群生态安全受到巨大的威胁。本文选取2000、2005、2010和2015年Landsat TM/ETM+OLI影像,提取闽三角城市群土地覆盖/生态系统类型数据并结合社会经济要素,从生态系统的面积变动、类型转移和空间格局三方面探讨其空间格局的演变特征与驱动机制。结果表明:2000—2015年,城镇生态系统面积呈正增长态势,森林和农田生态系统呈负增长态势,灌丛、湿地、草地和其他生态系统基本保持稳定,各生态系统面积占比顺序为森林农田城镇灌丛湿地草地其他生态系统;2000—2005年,各生态系统类型之间相互转移强度小;2005—2010年,生态系统相互转移强度大,城镇生态系统的转入量最大,其他生态系统转出量最大;2010—2015年,生态系统相互转移强度也较大,其他生态系统的转出量最大,森林生态系统的转入量最大;2000—2015年,森林生态系统不均匀分布于各区域,农田和城镇生态系统主要分布于中部和东部地区,湿地生态系统的分布与水系基本保持一致,草地、灌丛和其他生态系统分布相对零散,且其景观格局特征基本保持稳定,在斑块数量、斑块密度以及集聚化特征等方面均变化不大,但不同生态系统之间存在显著差异。2000—2015年,闽三角城市群生态系统的空间格局基本保持稳定,而不同生态系统呈现非均衡变化,不同时期各生态系统的转移强度有显著差异。经济与产业发展、城镇化和城市格局变化等对生态系统尤其是森林、农田和城镇生态系统的格局演变具有显著的驱动作用。     

扎龙自然保护区不同空间尺度景观格局时空变化及其生态风险

景观格局变化下的区域生态风险研究可以为保护区域景观生态系统健康,实现区域资源的合理和可持续利用提供重要科学依据。以扎龙自然保护区为研究区,利用遥感手段提取景观类型信息,定量分析不同空间尺度下研究区景观格局时空变化特征和演变规律。根据研究区景观格局变化特点构建景观生态风险指数,对研究区不同时期空间尺度变化过程中景观生态风险时空变化特征进行分析。研究表明:1995—2010年研究区不同空间尺度下景观总体格局和各景观类型格局变化显著,呈现不同变化特征;景观生态风险随空间粒度的增大而减小。对比分析两期数据,研究区景观生态风险加剧,其空间分布均呈环形扩散特征。根据本研究区区域面积大小和景观格局复杂程度,确定了景观格局和景观生态风险研究的适宜尺度域。     

西安市景观格局演变对生态系统服务价值的影响

研究快速城市化地区景观格局演变对生态系统服务价值的影响,对城市空间格局调控、健康稳定城市生态系统的构建、区域土地资源优化利用和生态环境的保护及区域可持续发展具有重要意义.本文基于西安市3期(1999、2006和2015年)TM遥感影像的解译结果和社会经济统计数据,利用景观生态学和生态系统服务相关理论,分析了城市化影响下西安市景观格局特征和生态系统服务价值的时空变化特征,并定量分析了景观格局演变对生态系统服务价值的影响.结果表明: 随着城市化进程的加快,西安市景观格局发生了很大变化,其中,建设用地和园地景观不断增加,耕地、林地、水域景观减少;研究区景观呈现出愈加破碎化、多样化和不规则化的趋势.1999—2015年,西安市生态系统服务总价值减少19.03亿元.耕地、林地和水域景观生态服务价值下降,园地景观生态服务价值增加;气候调节对生态系统服务的价值贡献率最大,气体调节的价值减少量最大,水源涵养的价值减少率最大.西安市生态系统服务价值中心城区低、南部山区高;1999—2015年,生态服务价值在空间上呈下降趋势,低值区的范围由中心城区逐渐向周边区县扩展.景观格局变化会对区域生态系统结构、功能及过程产生重要影响.城市建筑景观的扩张与蔓延、交通道路网的延伸与交织使各景观类型被严重分割,破碎化增强;对区域生态服务价值贡献率较大的林地、耕地、水域等生态型景观类型减少,最终导致区域生态系统服务价值减少.     

区域城市扩张对森林景观破碎化的影响——以粤港澳大湾区为例

森林生境丧失与景观破碎化是引起生物多样性下降,生态系统功能降低的重要原因。量化森林景观破碎化的时空特征及其与城市扩张格局的关系是开展区域生态修复与功能提升的重要基础。本文以快速城市化的典型区域——粤港澳大湾区为研究对象,基于遥感解译的1980年、1990年、2000年、2010年和2018年土地覆盖/利用专题图,通过多尺度的景观格局分析和统计分析,定量解析森林景观破碎化的时空演变特征及其与城市扩张格局间的关系。研究结果显示：1）1980-2018年,大湾区林地覆盖面积缩减1,274 km²,林地转变为建设用地的面积占林地丧失总面积的比例从1980-1990年的11%增长至2010-2018年的42%,表明城市扩张已成为林地丧失的主导因素;2）森林景观破碎化程度加剧,表现为林地斑块密度提高,平均斑块面积减小,但破碎类型与程度具有地域差异;3）城市扩张幅度与空间格局显著影响林地破碎化,其中,城市扩张幅度对林地破碎化的影响更为重要。基于森林景观破碎化与城市扩张的现状,落实城市增长边界划定、关键斑块-廊道识别与生态网络构建等措施,有助于保护与连通重要生态空间,保障和提升生态功能。     

西安市城市化对景观格局及生态系统服务价值的影响

我国处于城市化高度发展阶段,截止2018年全国城市化率达到59.58%。城市的快速扩张,显著改变了区域景观格局,深刻影响城市生态系统的供给、调节、文化、支持等服务功能。近30年来,西安市城市用地扩张554.23 km²,基于西安市景观格局变化分析,利用同心缓冲区探讨城乡梯度内景观指数与生态系统服务价值的特征及其相互关系,揭示城市发展对城市生态系统的影响。结果表明,1980-2015年西安市各景观类型面积发生明显变化,耕地、草地面积逐渐减少,建设用地面积波动增加,主要来源于优势景观耕地的转化。景观破碎度最高的区域主要分布在距市中心10 km左右的城乡结合部,斑块密度、边缘密度、景观分割度最高,且随城市扩张,拐点距离逐渐增加。林地和耕地是提供生态系统服务的主要土地类型,西安地区总生态服务价值减少了9.56亿元,耕地减少最多（6.83亿元）,沿城乡梯度,总生态系统服务价值均值呈现从市中心到农村递增的趋势,土壤保持的生态服务价值增长最快;沿时间梯度上,生态服务价值均值呈现逐年减少现象;从景观格局对生态服务价值影响分析得知,多样性指数与各类型生态系统服务价值之间存在显著的相关关系,最大斑块指数与不同类型的服务价值呈高度负相关。城市建设使得区域的生态系统服务价值降低,在城市发展中需要科学规划用地、合理布设景观格局,提高生态环境质量,达到城市生态宜居的目的。     

1980—2015年秦岭地区景观格局变化及其对人为干扰的响应

了解景观格局变化及其对人为干扰的响应对于生态系统保护和管理具有重要意义.本研究利用秦岭地区1980—2015年土地利用数据,基于景观格局指数和地表覆盖分类系统,构建景观格局脆弱度指数和人为干扰度,研究了秦岭地区景观格局时空变化及其对人为干扰的响应.结果表明: 1980—2015年,秦岭地区景观破碎化程度逐渐增加,景观形状变得复杂,景观聚集度、连通性降低,景观格局指数空间分布呈现明显的地形分异特征;景观格局脆弱性整体呈下降趋势,其中,低脆弱区空间格局变化比较明显,主要以西安市、汉中市为中心向周围区域扩张;景观格局人为干扰程度逐渐增加,空间分布表现为东部高、西部低,北坡高、南坡低,周边高、中间低;人为干扰度越大,景观格局脆弱度、斑块密度、Shannon多样性指数越大,聚集指数、最大斑块指数越小;人为干扰程度对景观格局脆弱度影响逐渐减弱,对Shannon多样性指数、最大斑块指数的影响逐渐增强,而对斑块密度、聚集指数的影响变化不明显.     

赣南地区景观格局变化及其对生态系统服务价值的影响

赣南地区是我国南方丘陵山地带的重要组成部分,开展景观格局变化特征及其对生态系统服务能力的影响研究,对探索该区域生态系统服务能力提升途径具有重要的理论和现实意义。基于赣南地区2000、2010、2018年3期Landsat TM/ETM遥感影像及DEM数据,采用Fragstats 4.2软件,以生态系统服务当量因子表为基础,探讨2000-2018年期间赣南地区景观格局和生态系统服务价值变化,开展该区域景观格局指数与生态系统服务价值的相关性分析。结果表明：（1）2000-2018年期间,赣南地区受人为干扰比较大,景观破碎化程度增加,景观异质性增高,类型复杂程度增强,斑块分离度增大,景观中优势斑块类型形成了比较良好的连接性;（2）生态系统服务价值由2560.97亿元/a减少到2523.54亿元/a,林地对生态系统服务价值减少的贡献率达到83.13%以上,生态系统服务类别中食物生产价值先增加后减少,其他类别价值均降低;（3）生态系统服务价值与蔓延度指数呈正相关、与香农多样性指数呈负相关。因此,快速城镇化背景下人为活动引起的景观格局变化使赣南地区生态系统服务能力降低,优化调整区域或县市区景观格局,将提升该区域的生态系统服务能力。     

基于景观格局的祁连山国家公园景观生态风险评价

为探析祁连山国家公园景观格局演变对景观生态风险的影响及为科学管理祁连山国家公园提供理论依据,便于合理的保护和发展生态系统.以祁连山国家公园2000—2018年Landsat遥感影像解译数据为基础,利用GIS空间分析技术和Fragstats4软件计算景观格局指数,对研究区的景观结构的组成及其转化进行了分析,在此基础上构建...     

川滇生态屏障区景观生态风险评价及影响因素

探究重点生态功能区景观生态风险时空演变特征,揭示人类活动对景观生态风险恶化的潜在影响,对防范和化解景观生态风险、促进区域可持续发展具有重要意义。以2000、2010、2020年土地覆被数据为基础,运用ArcGIS 10.8和Fragstats 4.2等软件,基于景观格局指数和脆弱度指数构建景观生态风险评价模型,借助空间分析方法,揭示川滇生态屏障区景观生态风险时空演变特征,采用地理探测器测度不同区域范围的自然和社会经济因素对景观生态风险的影响。结果表明: 2000—2020年间,研究区人造地表、水体、灌木地面积总体呈上升趋势,林地、耕地、草地、湿地、裸地、冰川永久积雪面积总体呈下降趋势,景观类型转移以林地、草地、耕地间转移为主,其中,耕地转人造地表最显著;景观生态风险平均值有所下降,景观生态风险等级分布与景观类型变化及转移特征较为一致;研究区整体上以低生态风险、较低生态风险和较高生态风险等级为主;景观生态风险的时空演化特征总体受高程、降水等自然因素影响,经济社会及区域可达性对局部风险恶化区的影响较为突出。     

基于生态系统服务价值和景观生态风险的生态分区识别与优化策略——以祁连山国家公园青海片区为例

生态空间分区识别是支撑自然保护地生态资产管理的前提性和基础性工作。以祁连山国家公园青海片区(以下简称为“园区”)为例,集成遥感技术、地理信息模型方法、景观生态学方法、GIS格网法,分析了园区1998—2018年土地利用、生态系统服务价值、景观生态风险的时空演变特征,选用Z-score标准化构建了四类生态分区。结果表明：(1)草地占园区面积的55.00%以上,30年间(1998—2018年)园区土地利用之间转移总面积为102.49 km²。(2)3个时期(1998年、2008年、2018年)园区生态系统服务价值(ESV)约为274亿元/a,单位面积ESV为172.94万元/km²。不同ESV等级呈现“大分散、小集聚”的镶嵌交错分布格局,高寒河源湿地区和寒温带针叶林区为ESV的高值区。(3)3个时期园区景观生态风险指数(ERI)分别为0.2287、0.2286和0.2310,生态安全状态整体较好,景观生态风险以低生态风险等级和较低生态风险等级占主导地位,占园区面积的90.00%左右。人工牧草地、旱地、建设用地的景观生态风险等级较高。(4)结合生态...     

基于格局-过程生态适应性循环三维框架的自然景观生态风险评价——以黄土高原为例

传统的景观生态风险评估侧重于评价景观镶嵌体相对于最优格局的偏离程度，忽视生态系统过程和景观类型内部分异，使得黄土高原景观生态风险评估存在一定的片面性。综合"格局-过程"的生态适应性循环三维框架，构建适合自然生态系统的景观生态风险评价指标体系，对黄土高原2000年、2010年、2017年的景观生态风险进行评估。从空间分异来看，相较于传统的景观格局风险指数法仅在沙漠景观呈现高风险单一结果，本研究结果显示黄土高原景观生态风险由高到低依次为城市和沙漠景观、中部丘陵沟壑区草地景观、西北荒漠草地景观和东南部农田景观、东南部高山林地景观，具有明显空间分异。从时间变化来看，生态工程实施以来黄土高原景观生态风险总体呈现持续下降趋势，平均值由0.410降低到0.385，但2010-2017年下降不明显，生态工程持续实施对景观生态风险持续下降作用变弱。其中，自然景观（林地和草地）受生态工程促进生态风险持续降低，而人工景观（城市和农田）尤其是城市范围的不断扩大促使区域生态风险升高明显，建议加强城市土地集约高效利用，同时限制北部环境恶劣小城镇的发展。此外，中部丘陵沟壑区草地恢复力不足和降水侵蚀力增强也会促使风险升高，建议在生态保护时给予重点考虑。     

基于地表湿润指数的农牧交错带地区生态安全格局构建——以内蒙古自治区杭锦旗为例

区域生态安全格局的构建可以有效保障区域生态安全、实现区域可持续发展,已经成为景观生态学研究的热点和重点之一.对于生态本底较为脆弱、地表覆被类型较为单一的内蒙古高原地区来说,区域生态安全格局的构建尤为重要.本研究以内蒙古自治区杭锦旗为例,针对区域自然环境特征,选取食物供给、固碳释氧、土壤保持、产水、生境维持5种典型生态系统服务评估区域生境重要性,并在综合考虑单一生态系统服务质量和景观多功能性的基础上识别生态源地;利用地表湿润指数修正基于地表覆被赋值的基本生态阻力面,并运用最小累积阻力模型识别生态廊道,从而构建杭锦旗生态安全格局.结果表明: 杭锦旗生态源地面积为6781.70 km²,占全旗土地总面积的35.9%,主要分布在北部河套平原和南部鄂尔多斯草原地带;杭锦旗生态廊道总长度为498.51 km,库布齐沙漠将其从中隔断分为南北两个组团.针对北方农牧交错带干旱、脆弱的生态基底特征,构建区域生态安全格局,可为当地经济开发建设和生态保护提供决策指引.     

贵州省生态系统服务价值时空演变及其对景观格局变化的响应

贵州省是我国生态文明试验区,也是世界上岩溶地貌发育最典型的地区之一,探明其生态系统服务价值变化及其与景观格局在空间上的相关性分布特征,有利于因地制宜地制定生态环境治理和保护措施。本研究分析了2005—2018年间贵州省景观格局和生态系统服务的时空变化,并构建二者之间的地理加权回归模型,探讨其相关系数在空间上的变化。结果表明: 2005—2018年间,贵州省景观类型的转移主要发生在建设用地、森林、水域、草地和农田5种景观之间,景观破碎度和多样性增加;生态系统服务价值逐年增长,森林是贵州省生态系统服务价值的主要贡献者,生态系统服务以调节服务为主;对于高价值景观类型而言,多样性提升和破碎度降低有利于生态系统服务价值增长;而在低价值景观类型集中的区域,则呈现出相反的影响效果。应根据贵州省不同区域的生态环境特征,调整景观转移方向和不同景观类型的多样性和破碎度空间分布,从而实现生态系统服务价值增长。     

基于MSPA和MCR模型的秦岭(陕西段)山地生态网络构建

快速的城市化发展破坏了生境斑块的连通性,而在应对此环境变化中,从斑块层构建区域生态网络的研究不足。本研究以秦岭(陕西段)为对象,采用形态学空间格局分析(MSPA)辨别生态源地,利用最小阻力模型(MCR)提取潜在生态廊道,构建秦岭生态网络;基于重力模型对生态网络内部斑块的重要性进行分级,并分析了网络的结构特征及景观构成。结果表明: 秦岭(陕西段)生态网络由10个生态源地、45条潜在生态廊道和38个脚踏石构成,生态源地总面积29686.15 km²;网络闭合度(0.11)、线点率(1.18)、网络连接度(0.42)、成本比(0.99)综合表明,网络结构中潜在生态廊道和生态节点的连通性较好,而源地间的连通程度低,构建网络的成本较高;重要生态廊道主要由林地、草地、耕地等景观类型构成,其中,林地面积最大,为571.00 km²,约占廊道总面积的89.2%,景观结构良好;在生态网络中应加强保护生态源地,优先建立并保护重要生态廊道和生态节点。研究结果可为秦岭生态环境保护与高质量发展提供科学的参考和依据。     

秦岭生态系统服务协同与权衡的时空异质性

秦岭是我国重要的生态功能区,探究秦岭生态系统服务权衡与协同关系对区域的生态保护和高质量发展意义重大。本研究基于遥感、气象、土壤质地等数据,在分析2000、2010和2020年土地利用时空变化的基础上,采用CASA、InVEST和RUSLE模型计算秦岭地区植被固碳量、产水量、生境质量和土壤保持量,并探讨空间异质性特征及生态系统服务关系。结果表明: 2000—2020年,研究区耕地、草地面积持续减少,林地和建设用地面积增长,水域和未利用地变化不明显。研究区固碳量东高西低,呈增长趋势;产水量持续减少,呈现南坡高、北坡低的格局;生境质量稳定增长;土壤保持量先增后减。不同地类的生态系统服务各有差异,同一地类的各个生态系统服务也各不相同。全域尺度下固碳与土壤保持、生境质量与土壤保持、固碳与生境质量皆呈协同关系,固碳与产水、土壤保持与产水、生境质量与产水为权衡关系,但不同条件下服务量间的关系存在明显差异。研究结果有助于降低权衡风险,使总体效益最大化,可为促进生态高质量发展、实现自然资源管理与人类福祉的双赢提供参考依据。     

鄂尔多斯市生态系统格局和质量变化及驱动力

生态系统变化是生态问题产生的主要驱动力之一,研究生态系统格局与质量变化对于认识人类活动与生态系统关系具有重要意义。鄂尔多斯市能源资源丰富,但生态环境脆弱,2000年以来,鄂尔多斯市在大规模开发能源的同时,也在不断加强生态环境的保护,而研究鄂尔多斯市生态系统格局与质量演变过程,对认识生态脆弱区发展与保护的关系有重要价值。应用遥感数据和GIS技术,评估了鄂尔多斯市生态系统类型与格局、生态系统质量的特征,以及2000年以来的时空变化趋势,分析了导致鄂尔多斯市生态系统格局与质量变化的驱动力因素。结果表明:(1)鄂尔多斯市的草地、荒漠裸地和农田为主要生态系统类型,分别占2010年市域面积的64.46%、21.34%与5.93%。(2)鄂尔多斯市城镇、灌丛、森林面积有所增加,草地、湿地、农田、荒漠裸地面积有所下降。城镇面积增幅最大,相对变化率增加33.37%,草地面积降幅最大,相对变化率减少0.78%,变化主要集中在中部、东北部。(3)鄂尔多斯市生态系统质量整体偏低,低等级与差等级的生态系统面积比例高达98.91%。全市的生态系统质量没有明显改善,其中生态系统质量有不同程度改善的面积为15.84%,质量降低的面积比例为15.29%。(4)生态系统格局与质量变化的主要驱动力有城市扩张、农田开垦、退耕还林(草湿)、生态保护、矿山开采等,鄂尔多斯市生态系统质量与降水、退耕还草工程、道路密度、温度、GDP1、放牧因子相关性显著。     

1990-2018年中国生态系统水源涵养功能时空格局与演变

探明生态系统水源涵养服务格局演变对中国生态系统水源涵养保护和管理具有重要意义。采用水量平衡模型,探明1990-2018年中国生态系统水源涵养分布特征,从全国、分区和栅格3个尺度揭示中国水源涵养演变规律。结果表明：（1）中国生态系统水源涵养时空异质性显著,整体南高北低、东高西低。不同植被水源涵养服务差异显著,以常绿阔叶林最高,草地最低。（2）中国水源涵养服务随高程升高呈阶梯式下降,随坡度变化因坡度梯度而不同,平坡区随坡度升高而升高,缓坡-陡坡区随坡度升高而降低。（3）中国多年平均水源涵养量为1.54×10¹² m³/a,以热带-亚热带季风区为主导,约占总量的77.9%。水源涵养服务演变全国尺度显著下降,分区尺度仅温带大陆气候区显著下降。（4）栅格尺度仅16.0%栅格变化显著,主要为极显著降低和显著降低,约占栅格总数的7.61%和5.30%,主要分布于藏东南、云贵高原西部、冀东北、浑善达克沙地、天山东麓和台湾省等地,它们是中国水源涵养保护与建设的重点区域。     

2003-2018年土地利用变化对丹江口市景观格局与生态服务价值的影响

丹江口市是南水北调中线工程核心水源区，通过开展土地利用动态变化、景观格局变化与生态系统服务价值等研究，为丹江口库区生态安全提供科学支撑。以丹江口市2003-2018年4期遥感影像数据为基础，运用ENVI 5.3、ArcGIS 10.5以及Fragstats 4.2等软件，统计了丹江口市土地利用动态变化，分析了景观格局变化指数，计量了生态系统服务价值。结果表明：丹江口市土地利用类型变化显著，水域和林地面积、建设用地面积分别增加了38.07%、19.73%、11.63%，耕地和园地面积分别减少了42.83%、52.40%，除2003年土地利用程度高达25.02%，其余年份均保持在23%左右；景观空间格局变化明显，市域范围内各斑块类型趋于规则，呈均衡趋势分布，斑块类型间形成了良好的连接性，景观聚集程度逐渐提升，空间分布趋向集中；丹江口市生态系统服务价值不断增长，由2003年105.31×10⁸元增长至2018年116.99×10⁸元，其中水源涵养和土壤形成与保护生态价值最高，原材料生产、美学景观和食物生产占比较低。在未来城市建设中，应加大水域和林地的保护力度，优化调整土地利用结构，合理规划建设用地，发展无污染农业生产，适时增设自然景观，稳步提升区域生态系统服务价值。