Analysis of the ecological vulnerability of the western Hainan Island based on its landscape pattern and ecosystem sensitivity

The ecological vulnerability of the western Hainan Island of China was assessed using a combined approach of landscape pattern and ecosystem sensitivity. Models were developed using the following five factors: reciprocal of fractal dimension (FD), isolation (FI), fragmentation (FN), sensitivity of land desertification (SD), and sensitivity of soil erosion (SW). The major findings include: (1) the vulnerability of various landscape types was in the following decreasing order: farmland > forestland > water area. This suggests that the ecosystems of farmland and forestland are unstable and sensitive to external disturbances; (2) significantly positive relationships were found between the vulnerability of landscape types (VI) and SD, VI and FN, FN and SD, and FN and EVI (regional eco-environment vulnerability). This suggests that FN and SD have considerable effects on VI and EVI in this case; (3) there is a good agreement between the predicted and the actual distribution of the EVI zones. EVI value tends to decrease with increasing distance from the coastline and increase with increasing altitude; (4) the landscape pattern and the regional ecological vulnerability in this study is predominantly controlled by human activities, although physical factors such as topography and oceanic influences also play roles in the process; and (5) the establishment of relationships between data with respect to landscape and the regional ecological responses could be beneficial in guiding the ecological construction of this region.     

基于景观格局和生态敏感性的海南西部地区生态脆弱性分析

以海南岛西部地区为研究对象,选取分离度、分形维数、破碎度3个景观格局指标和土地沙化、土壤侵蚀2个敏感性指数,构建景观类型脆弱度和区域生态脆弱度模型,从景观格局与生态系统敏感性相结合角度探讨了区域生态环境脆弱性问题。结果表明：（1）研究区耕地的景观类型脆弱度最大,林地次之,水域最小;（2）相关分析显示,景观类型脆弱度与沙化敏感性、景观类型脆弱度与破碎度、破碎度与土地沙化敏感性、破碎度与区域生态环境脆弱性之间存在着显著和极显著的正相关关系;（3）区域生态环境脆弱性分区的空间分布与客观实际吻合良好,表现为：水平方向上,生态脆弱度大体平行于海岸线,呈条带状分布,离海岸线的距离越近脆弱度值越高;垂直方向上,生态脆弱度具有随海拔增高坡度变大而出现增大的趋势;（4）格局指数与区域生态环境脆弱性驱动力间的关联分析,表明琼西区域景观特征和区域生态环境脆弱性的变化主要受人类活动所调控,同时,还受控于海洋和地貌两大自然因素。区域生态脆弱性格局指标与脆弱性驱动力之间有着良好的信息反馈联系;（5）从景观视角出发,建立起景观信息与区域生态环境响应之间的联系,可以从更广、更高层面上来分析与评价区域环境问题,并为区域生态环境的建设提供新的研究方法和思路及有益的实践指导。     

土地经济生态位在县域景观格局分析中的应用——以新疆精河县为例

本文将土地经济生态位的理论和方法引入到景观生态学当中,为区域景观格局表征提供了新的方法.选择典型的生态脆弱区精河县为研究对象,以1990、1998、2011和2013年4期Landsat影像为数据源,运用生态位态势理论计算研究区各土地利用类型的土地经济生态位,并结合景观生态学理论探讨土地经济生态位在县域景观格局分析中的应用.结果表明: 研究期间,精河县耕地、建设用地和草地的土地经济生态位与相应的景观斑块数、聚合度、破碎化指数和分维数具有较好的相关性;土地经济生态位的变化对县域景观格局具有驱动作用,可表征精河县经济发展方向.土地经济生态位与可直接获得经济效益的土地利用类型关系密切,且与景观指数相结合能够很好地解释精河县景观格局的特征.     

Impact of landscape patterns on ecological vulnerability and ecosystem service values: An empirical analysis of Yancheng Nature Reserve in China

In this study, an ecological vulnerability assessment indicator system was constructed using the “exposure–climate sensitivity–adaptive capacity” framework according to the theory of ecological vulnerability. An improved ecosystem service value calculation model was proposed based on empirical parameters. Using Yancheng Nature Reserve in China as an example, we employed remote sensing data to conduct an empirical analysis of the changes in the spatiotemporal pattern, ecological vulnerability, and ecosystem services of typical landscape types over the period from 1987 to 2013. The statistical results derived from landscape pattern indices (LPIs) showed that during the investigation period, three natural wetland landscape types (i.e., Spartina alterniflora, Suaeda glauca, and Phragmites australis) showed gradually increased fragmentation in the study area. The ecological vulnerability scores of the major landscape types (in descending order) were P. australis (0.053), farmland (0.047), S. alterniflora (0.042), S. glauca (0.031), and bare mud flat (0.002). The results derived from the ecosystem service value fluctuation index (ESVFI) showed that from 1987 to 1997, the value of the ecosystem services provided by S. glauca and P. australis wetlands decreased, whereas that of S. alterniflora wetlands increased continuously. From 2002 to 2013, the value of the ecosystem services provided by all three types of natural wetland showed a downward trend. In conclusion, the combined effects of human and natural factors, including the expansion of farmland and the invasion of S. alterniflora, and changes in seawater erosion and deposition led to changes in the landscape patterns, ecological vulnerability, and ecosystem services of the Yancheng Nature Reserve during the investigation period. The results indicate that a “dual adaptive” management system based on natural succession and supplemented by appropriate manual intervention should be implemented, and the management efficiency and flexibility should be improved to meet the common needs of biodiversity conservation and economic development.     

陕北黄土高原景观破碎化的时空动态研究

景观破碎化受到自然环境背景及社会经济活动的影响,并限制区域发展.为揭示景观破碎化的时空变化特征,整合了MODIS(中分辨率成像光谱仪)影像逐旬数据与多时段景观类型数据,并对其进行了分析.比较1987～2002年景观破碎化的年际差异表明,陕北黄土高原的景观破碎化过程较缓慢,但具有区域差异,且与景观类型组成息息相关.结果表明,林地的破碎化水平变化显著,而农、草地的破碎化水平变化相对缓慢.年际变化分析有助于说明区域景观破碎化的趋势,而年内季节变化则能帮助认识景观破碎化过程的周期规律.     

陕北黄土高原景观破碎化及其土壤裸露效应

破碎化是黄土高原典型的景观特征 ,深刻影响着区域的景观格局与功能。为深入探讨黄土高原景观破碎化的格局特征及其生态效应 ,选择陕北黄土高原为研究区 ,结合景观格局指数与主成分分析对破碎化程度进行量化 ,并针对研究区相应的景观格局特征、造成破碎化的景观类型及土壤裸露程度 ,进行组成、分布及动态分析。研究结果发现陕北黄土高原景观格局中的斑块密度特征对破碎化有较强的指示意义 ,其次则是景观的空间构型特征。草地和农地等与人为活动关系较为密切的景观类型是造成研究区景观破碎化的主要原因 ,且高破碎化区域的土壤裸露值明显高于低破碎化区域     

Assessment of ecological vulnerability and decision-making application for prioritizing roadside ecological restoration: A method combining geographic information system,Delphi survey and Monte Carlo simulation

Study experience of ecologist plays an important role in assessing the contribution of different influencing factors to ecological vulnerability, helping policy makers to target measures for ecological restoration. However, uncertainty is unavoidable due to variation of study experience among experts. In this study, a new method that combines Delphi survey, geographic information system and Monte Carlo simulation was proposed to assess regional ecological vulnerability and to quantify the uncertainty of assessing result. We illustrated the capacity of this method by using a case study in northeastern Inner Mongolia, China. An index system for 13 spatial variables was established to calculate an ecological vulnerability index (EVI) from the three aspects of ecological sensitivity (ES), ecological resilience (ER) and natural-social pressure (NSP). The assessment shows that the southwestern region of the study area, especially in the counties of Sonid Left and Right, was seriously threatened by a high ES and a low ER. Onguiud county in the Greater Hinggan Mountains had a high EVI due to an intensive NSP. Based on the assessing result and regional road distribution, an EVI cost curve was created to facilitate the prioritization of allocating limited funds among the various counties for roadside ecological restoration.     

基于土地利用格局的云南省福贡县生态脆弱度研究

福贡县位于滇西北横断山脉北段碧罗雪山和高黎贡山之间,云南省西北部是一个典型的生态脆弱带。本文从土地利用格局的角度分析区域生态脆弱度,选取分维数倒数、破碎度、分离度、土壤侵蚀敏感性和生境格局敏感性指数作为评价因子,探讨了福贡县生态脆弱度的分区规律。研究结果表明:土地利用类型生态脆弱度指数从高到低为:滩涂、城镇、耕地、荒草地、灌木林、有林地、水域。脆弱度分区的大致规律为,以福贡县城为中心,越往外围,脆弱度越低。在各脆弱等级区中,随着脆弱程度的上升,各区的分离度和破碎度指数呈上升趋势,土地利用格局趋于破碎化。     

庙岛群岛北五岛景观格局特征及其生态效应

海岛由于自然特征的空间差异、人类活动的日益增强以及生态系统的脆弱性,其景观格局空间分异性明显且生态效应趋于复杂。以庙岛群岛北五岛为研究区,基于现场调查和3S技术,从景观尺度、海岛尺度和区块尺度分析海岛景观格局空间特征,进而探讨景观格局与净初级生产力(NPP)、植物多样性和土壤性质的关系。结果显示:(1)不同尺度景观格局均表现出了空间差异。景观尺度上,针叶林、阔叶林和草地3类植被景观面积最大,斑块密度、边缘密度和平均形状指数总体较高,建筑用地也具有较大规模,其斑块密度较高,平均形状指数处于最低值,裸地也具有一定规模,其各项景观指标处于中间位置;海岛尺度上,随着海岛面积、人口和GDP的增加,斑块密度和人为干扰指数均明显增大;区块尺度上,斑块密度、边缘密度和平均形状指数与海拔呈显著正相关,人为干扰指数与海拔和坡度均呈显著负相关。海岛面积、地形和人类活动分别是北五岛景观格局的基本因子、重要限制因子和直接驱动因子。(2)海岛景观格局的生态效应与尺度密切相关。景观尺度上,各项生态效应指标在不同景观类型上均具有显著差异,海岛尺度上的生态效应指标对景观格局的响应不甚灵敏;区块尺度上,生态效应指标与景观格局指数表现出了显著的简单相关性和偏相关性,但二者结果具有差异。NPP和土壤水分主要受到景观类型和植被生长状况的影响,多样性和土壤养分同时受到景观类型和景观格局破碎度、边缘效应的影响,人为活动强度的增大地带来了各项生态效应指标的降低。控制建设规模、优化景观布局与改进开发利用方式是维系海岛生态系统稳定性的重要措施。     

Using RS/GIS for spatiotemporal ecological vulnerability analysis based on DPSIR framework in the Republic of Tatarstan,Russia

The republic of Tatarstan is one of the most growing state in Russia in terms of industrialization and modernization with various natural disasters and intense human activities which brought dramatic changes in the ecological process and then led to serious ecological vulnerability. Therefore this research work proposed an analytical framework based on remote sensing (RS), geographical information system (GIS), and analytical hierarchy process (AHP) for spatiotemporal ecological vulnerability analysis at pixel level from 2010 to 2020 and developed a driver-pressure-state-impact-response (DPSIR) framework based on 23 indicators by the AHP weight method to compute ecological vulnerability index (EVI). Further, EVI was classified into five levels based on natural breaks in ArcGIS software as potential, slight, light, moderate, and heavy levels. All 23 indicators were generated from different remote sensing and socio-economic data, processed through digital image processing techniques in terms of removing errors, projection, standardization, and results were saved in GIS format. Results indicate that from 2010 to 2020, EVI was continuously increased from 0.419 to 0.429, and its changes associated with regional vulnerability events and their impact in the region. The moderate level EVI was covering the highest area in all three years with very few changes and continuously increasing. Results also indicate that higher human-socio-economic activities and pressure on natural resources increased ecological vulnerability. This research work is useful to identify main causes and responsible indicators for ecological vulnerability as well as suitable for real-time EVI mapping, monitoring at any scale and region.     

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。     

平潭海坛岛景观格局动态变化及其生态效应分析

以平潭海坛岛为研究区,基于1990 年landsat TM 和2010 年ALOS 遥感影像,在ArcGIS 和Fragstats 等软件平台支持下,运用马尔科夫转移矩阵和动态度模型,以及景观格局指数,对20 年来研究区景观格局时空动态变化及其生态效应进行了定量分析。研究结果表明:近20 年来景观格局动态变化显著。建设用地和居民地增长幅度最大,农用地和沙滩则降幅最显著。研究区景观格局主要景观类型为农用地和林地,景观类型转移主要表现为农用地与林地的相互转化,以及二者向城镇用地(居民地、建设用地和道路交通)转化。从类型水平上看,各类型斑块均趋于破碎化;在景观水平上,研究区景观格局向着多样化方向发展,景观的异质性增强,景观呈破碎化程度加深;从景观生态效应空间变化看,人为活动的影响沿着交通干线、城镇区在整个研究区蔓延扩展。     

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。     

人类活动影响下岷江上游景观变化分析

综合利用多种数据源,结合3S技术,分析了岷江上游1986、1995和2000年3个时期的景观格局,重点探讨了森林、草地等主要景观类型在持续人类活动强度作用下的变化,确定了不同景观类型对人类活动强度的敏感程度.结果表明:1)岷江上游景观以草地、森林为主要景观类型.1986、1995和2000年3个时期森林、草地景观类型面积之和均高达96.1%、96.38%和95.23%,其它景观类型作为斑块镶嵌其中,森林和草地共同控制了整个研究区景观格局变化与生态过程;2)不同景观对人类活动强度的敏感性有显著差异.低强度的人类活动有利于有林地景观的恢复;高盖度草地对人类活动很敏感,严格减少干扰活动强度才有利于维持其景观;中盖度草地对中低强度的人类活动(如放牧)很敏感,景观退化,面积减少.     

基于Landsat-TM数据的农牧交错带景观结构研究——以内蒙古自治区兴和县为例

根据1989年2000年的两期Lansat-TM数据,应用景观类型斑块等级结构和景观空间格局指数等景观生态学指标,对地处典型农牧交错带地区的兴和县景观结构进行研究,结果表明,该地区农田和草地是平原和丘陵区的主体景观类型;不同景观类型斑块大小等级结构变化各异,耕地和草地斑块明显增大,乔木林地和水体斑块趋于减小;景观破碎化明显增强。     

基于遥感数据的晋陕蒙交汇区景观格局定量分析--以东胜幅1/25万TM影像分析为例

以1996年8月份东胜幅1/25万TM影像数据为例,借助Arc/Info和Arc/view软件,对其景观进行了分类,并形成景观分类图,共分为9类景观类型.用景观格局分析软件FRAGSTATS计算了各类景观参数,并从斑块、类型和景观3个水平上计算了相应的参数和景观指数,定量地揭示了整个景观格局与类型特征.并构建了反映景观破碎化程度的一个指数--斑块密度指数(PD2).     

闽三角城市群生态环境脆弱性及其驱动力

生态安全是地区社会经济可持续发展的基本前提之一,而生态环境脆弱性会威胁地区的生态安全,进行生态环境脆弱性评价具有重要意义。以闽三角城市群为例,分别选取2000年和2015年的高程、坡度、岩性、土壤类型、NDVI、年均降水量、年均温、人口密度、人均GDP、路网密度、景观多样性、土地利用程度和工业固体废弃物排放量等13个指标,基于空间主成分分析法,并结合全局Moran'I和LISA聚类图,从整体特征、空间差异、空间集聚、地类脆弱性分异以及驱动力5个方面,探讨闽三角城市群的生态环境脆弱性及其驱动力。结果表明:2000—2015年间,闽三角城市群的生态环境脆弱性整体处于中度脆弱,但呈现出由中度脆弱向重度脆弱过渡的趋势;2000—2015年间,生态环境脆弱性呈现出由东南沿海向西北内陆逐渐增强的整体趋势,并存在明显的地带性特征,东南沿海增长不明显,部分地区有所下降,而西北内陆增长明显;生态环境脆弱性存在显著的空间自相关性,且为显著正相关,在西北部山区地带为显著的高高聚集,在东南沿海平原地带为显著的低低聚集,16年间集聚性特征在空间上有所迁移和扩张;2000—2015年间,生态环境脆弱性在各地类存在着一定的异质性,其生态环境脆弱性指数大小顺序始终为:林地未利用地草地耕地水域建设用地,整体由中度脆弱向重度脆弱过渡;2000—2015年间,生态环境脆弱性的驱动力有所变化,但人口密度、景观多样性、岩性和土壤类型一直是闽三角城市群生态环境脆弱性主要的驱动力。     

城市边缘区生态脆弱性时空演变——以大连市甘井子区为例

以1998年的土地利用数据和2003、2007、2013 SPOT5遥感数据等多元数据为基础,运用ESC模型结合空间分析法,线性加权方法计算社区的EVI值,并将甘井子区生态脆弱性划分为5个等级;以及运用二乘算法计算变化斜率,F值测算变化显著性,将变化斜率和变化显著性分为4个等级,研究大连市甘井子区1998—2013生态脆弱性的时空分异。结果表明:(1)从城市边缘区生态脆弱性等级分布特征来看,城市边缘区生态环境呈现出相同等级聚集,以邻近沙河口区社区为中心,相邻等级呈现出明显的辐射状,东西方向差异明显的特征。(2)从社区间生态脆弱性差异的角度来看,甘井子内部各社区生态状态差异显著。邻近市区的社区生态脆弱性变化显著生态环境迅速恶化,平均EVI由0.62增加至0.73,变化显著性指数为2.26。远离市区的部分社区生态环境变化不大,生态环境保持良好状态。部分社区EVI变化值呈现负增长,生态逐渐恢复。(3)从城市边缘区生态脆弱性整体变化趋势来看,1998—2013年间甘井子区的生态脆弱性变化与城市化发展速度密切相关,以2007年为节点,1998—2007年平均变化斜率指数为0.51,2007—2013年平均变化斜率指数为0.19,呈现出先快后慢的下降趋势。     

银川盆地土地利用变化对景观格局脆弱性的影响

景观格局脆弱性能反映生态系统的不稳定性和对外界干扰的敏感性,有助于了解生态环境的状态和变化趋势.以银川盆地为研究对象,结合景观敏感性和景观适应性2个维度获取2001和2013年研究区景观格局脆弱度的分布情况,并探讨土地利用程度综合指数、综合土地利用动态度、土地利用变化重要性指数和多种土地转移类型对景观格局脆弱度的影响.结果表明： 土地利用程度综合指数的增加主要由耕地、林地、建设用地引起,耕地、林地的比例越高脆弱度越低,建设用地作用相反;随着综合土地利用类型动态度的增加,建设用地显著提高景观格局脆弱度,其次是草地,林地显著降低景观格局脆弱度,其次是耕地;随着土地利用变化重要性指数的增加,耕地显著降低景观格局脆弱度,其次是林地,草地有较弱趋势,规律不明显,建设用地显著提高景观格局脆弱度;耕地、林地、草地为主要转移类型时,建设用地的增加会提高景观格局脆弱度,建设用地为主要转移类型时,林地和草地会提高景观格局脆弱度,耕地作用相反.土地利用类型数量的变化在一定程度上可以影响土地空间结构变化,为合理开发利用土地资源提供参考依据.三元图能有效地反映多种土地利用变化类型对景观格局脆弱度的影响,丰富了土地利用变化研究的内容.     

三峡库区人类活动强度与景观格局的耦合响应

人类活动和景观格局是人地系统中两大要素的重要表征,探析人类活动强度与景观格局的耦合变化特征对揭示区域人地关系的演变意义重大。为弥补当前对人类活动强度与景观格局耦合响应研究的不足,构建了山区人类活动强度与景观格局耦合演变模型,提出了综合显性—隐性人类活动强度指数,定量评价了三峡库区腹地奉节县2000—2020年的人类活动强度,并通过双变量空间自相关模型探讨了综合人类活动强度与景观格局的空间耦合特征。研究表明：(1)奉节县的综合人类活动强度在时间上由2000年的11.59%增加为2020年的12.48%,在空间上表现为整体收缩,局部增强的特点,另外人类活动强度和景观格局的空间分布与奉节县的地形梯度密切相关;(2)奉节县的人类活动强度与景观格局空间耦合变化表现出协调型、拮抗型、逐渐协调型和逐渐拮抗型四种类型;(3)影响奉节县综合人类活动强度与景观格局的耦合变化的重要因子为距聚落距离、距县行政中心距离、高程等,社会经济因素逐渐成为区域社会生态系统演变主导因素;(4)三峡库区腹地人类活动强度与景观格局存在耦合响应,且其耦合响应具有一定的多样性和特殊性。三峡库区腹地通过沟谷土地集约化来换取山区的生...