城镇化流域“源-汇”景观格局对河流氮磷空间分异的影响——以天津于桥水库流域为例

随着流域城镇化的加速,流域城镇化景观格局对流域水质的影响逐渐加剧。以城镇化趋势明显的于桥水库流域为例,基于流域"源-汇"景观特征指数,并结合于桥水库流域2013、2014和2015年33个子流域的水质数据,采用空间分析、相关分析和冗余分析等方法,探讨了在城镇化影响下,于桥水库流域景观特征指数和水质指标的定量关系。结果表明:整个流域从上游到下游呈现"汇"景观面积减小,"源"景观面积增大的趋势,居民建设用地面积比在中下游子流域达34.6%,"汇"型景观中林地面积为33.5%;景观空间负荷对比指数(LWLI)全局Moran′s I的值为0.637,P0.01,在空间上存在趋于集群的现象,LWLI高-高聚集区与城镇化集中区域具有一致性。LWLI与流域氮、磷空间分布存在极显著的相关性,平水期TN与LWLI的复相关系数R_2为0.811,丰水期LWLI与TP的复相关系数R_2为0.741;子流域所有水质参数NH_4~+-N、TN、NO_3~--N、TP及LWLI均集中在同一象限,与其它景观特征指数相比,LWLI对河流中氮、磷的影响最大。城镇居民用地与水质指标存在极显著的相关性,是流域水质污染重要的贡献源。流域城镇化发展中,建议提高村镇的景观连通性,便于污染物集中处理,同时增加林地、草地面积,改善流域的生态水文功能。     

流域"源-汇"景观格局变化及其对磷污染负荷的影响——以天津于桥水库流域为例

基于1999年和2009年天津于桥水库流域两期TM遥感影像,应用遥感解译和空间分析的方法,分析了于桥水库流域"源-汇"景观格局变化特征,通过磷污染过程模型对流域不同景观格局下的磷污染负荷进行空间模拟,并采用情景模拟方法对磷污染空间变化进行了研究。结果表明:(1)10a来,于桥水库流域"汇"型景观格局(林地和灌草地)面积比例减少了18.44%,"源"型景观格局(耕地、园地、村镇及建筑)面积有不同程度的增加,面积比例上升了12.34%。(2)流域不同的"源-汇"景观格局总磷污染负荷模拟值有明显差异。从1999年的1.00(kg/km²)上升至2009年的1.12(kg/km²),上升比例达11％。"源"型景观格局总磷污染量,由1999年的0.98(kg/km²)上升至2009年的1.49(kg/km²),上升幅度达51.5%。(3)3个子流域对磷污染影响存在较大的空间异质性。其中淋河流域总磷负荷最高为1.26(kg/km²),沙河流域总磷负荷为1.14(kg/km²),黎河流域的总磷负荷量最低为1.10(kg/km²)。"源"型景观格局中淋河、沙河和黎河流域中农田景观的总磷量分别为1.93(kg/km²)、1.85(kg/km²)和1.65(kg/km²)。     

城市扩张过程中不透水面空间格局演变及其对地表温度的影响——以乌鲁木齐市为例

伴随着城市热岛问题的日益显现,关于不透水面与地表温度的关系研究成为热点。在遥感技术的支持下,以乌鲁木齐市主城区为研究对象,从不透水面出发,分别对不透水面类型、变化强度进行研究,探讨不透水面的时空变化特征。引入景观生态学理论,分析不透水面景观类型的空间格局及规律。以反演的地表温度为基础,分析了不透水面相关变量与地表温度的关系。结论如下:(1)研究区不透水面指数主要集中在0.3—0.7之间,占总面积的90%以上;(2) 2000年以来,15.89%的区域不透水面指数连年下降,分布在主城区,20.07%的区域不透水面指数连年上升,分布在城市的郊区,增长区域的幅度主要集中在10%以下;(3)不透水面的景观类型多样性减弱,以中、高覆盖区为主,其中高覆盖区的聚集指数最高,高达87.71,不透水面类型斑块形状由复杂向规则化推移;(4)研究区地表温度,增温明显,2000年地表温度均值25.94℃,2016年地表温度的平均值高达35.51℃;(5)不透水面对地表温度影响,存在阶段性、正负相关的交替性特征,整体表现为"M"形状;(6)不透水面类型面积百分比、不透水面类型景观指数对地表温度的影响相对复杂、差异明显,不能从单一的不透水面覆盖分析对地表温度的影响。     

大尺度不透水面遥感估算方法比较——以京津唐为例

城市不透水面既是常用的城市化程度指标,也是衡量环境质量的重要指标。采用遥感技术准确提取城市不透水面并分析其空间扩张过程,对生态城市建设具有重要意义。基于Landsat 5 TM影像,采用NDVI二元法和线性光谱分解法,分别提取北京、天津和唐山3个城市不透水面信息,并将不透水面估算结果与近同期的ALOS影像提取结果对比验证。结果表明,线性光谱分解法获取的不透水面结果较好,RMSE为20.6%,能有效提取大范围的不透水面信息。     

种养系统可持续发展指数的空间格局及其演变趋势——以山东省为例

农业生产专业化、集约化背景下,种养分离越发严重,畜禽粪便排放与环境之间矛盾日益突出,农业可持续发展面临重大挑战.本研究以山东省为例,基于1999-2015年种养系统投入产出资料,利用能值的方法,定量分析了山东省域及市域种养系统可持续发展指数的空间格局及其演变趋势.结果表明:1999-2015年,山东省种养系统的可持续性减弱.可持续发展指数呈极显著下降趋势,2015年较1999年下降了22.0%;净能值产出率和环境负载率均呈极显著增加趋势,单位经济投入获得的利益显著增加,同时种养生产对环境的压力明显加大,这主要与电力、复合肥、农业机械等工业资源投入量的增加密切相关.山东省各地市种养系统可持续发展水平具有差异.大部分地市种养系统的可持续发展指数较高,而沿海地区(威海、烟台)和工业城市(淄博)则较低.同时,各地市种养系统的可持续发展态势也具有差异.鲁中和鲁南地区可持续性逐年减弱,鲁北地区可持续性逐年增强.以2015年为本底数据进行情景分析,发现种养高度结合(100%粪便有机肥替代化肥)情景的可持续发展指数可达8.4,是种养结合现状(30%粪便有机肥替代化肥)的2.6倍.     

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.     

基于SPCA和遥感指数的干旱内陆河流域生态脆弱性时空演变及动因分析——以石羊河流域为例

以石羊河流域为研究区,基于干旱内陆河流域生态特征和遥感数据快速、客观、大面积观测的特点,采用遥感模型计算湿度、绿度、干度和热度等指标,并构建石羊河流域生态脆弱性评价指标体系,在此基础上运用空间主成分分析法(SPCA)对石羊河流域2000和2016年生态脆弱性时空演变及动因进行了分析。研究结果表明:(1)从各遥感指数空间分布来看,湿度和绿度指标均值在17年间呈增长趋势,证明该流域水源涵养能力变好,植被覆盖率变大;干度指标均值有所下降,表明该流域地表裸露程度有所降低;而与植被和水资源关系密切的地表温度均值呈逐年上升趋势,说明该流域水热平衡差异进一步增加,对未来生态脆弱性影响显著;(2)从全流域生态脆弱性时空演变特征来看,该流域主要以强度和中度脆弱为主,17年间生态脆弱性整体上呈缓慢降低趋势;(3)从不同的海拔生态脆弱性分布来看,中山区(1000—2000m)最高,高中山区(2000—3000m)次之,高山区(3000m)最低,17年间中山区生态脆弱性有所下降,而高中山区与高山区却呈上升的趋势;(4)从不同的行政区划生态脆弱性来看,金川区、凉州区、永昌县、民勤县和古浪县整体上处于中度和强度脆弱水平,而天祝县和肃南县处于轻度和微度脆弱水平;(5)从生态脆弱性的演变动因来看,4个指标对石羊河流域生态脆弱性影响均为显著。2000年生态脆弱性的主导影响因子依次为热度湿度绿度干度,而2016年为热度干度绿度湿度。总的来看,石羊河流域生态脆弱程度近年来有所降低,但综合治理工作仍任重道远。本文的遥感方法和分析思路对该流域生态脆弱性保护及治理提供一定的理论基础和决策依据。     

基于不同样带的干旱区城市景观格局时空演变特征——以张掖市为例

景观格局的变化影响着区域生态安全及可持续发展,研究干旱区城市景观格局时空变化特征,对干旱区景观格局优化具有一定的指导意义。基于1987、1995、2000、2006、2011和2016年6期土地利用数据,利用景观格局指数计算方法,研究张掖市景观格局的时空演变特征。结果表明：(1)2016年张掖市景观类型主要为未利用地,最大斑块指数和斑块聚集度最高,草地和耕地次之,草地的斑块个数和密度最大。(2)张掖市景观格局呈现明显的地域分异特征,圈层梯度带上揭示了绿洲-荒漠用地变化,研究期内第1梯度带内破碎度先上升后下降,城市在2006—2016年扩张较快,其余梯度带破碎度逐年升高;空间演变上,居住地在圈层上的变化呈“L”型,未利用地呈“N”型,张掖市从中心城区到外围区域依次为绿洲城市区、绿洲农业区和自然景观区。(3)水平样带揭示了山地-绿洲-荒漠的用地变化,将张掖市分为4类区域,分别为绿洲城市区、绿洲农业区、荒漠区、山地区;西北-东南样带上景观破碎度年变化不规律,在空间上经过居民点波动变化;东北-西南样带研究期内景观水平指数经过居民点波动变化,其余范围内年变化较稳定,中心城区景观异质性较强。(4)...     

旅游干扰下流域多尺度景观格局演化特征及驱动因素——以新安江流域为例

流域景观是旅游活动的核心吸引物之一,亦是探究旅游干扰对大尺度生态环境影响极具操作性的研究对象。基于Landsat系列遥感影像,以新安江流域为案例地,按照"流域-旅游热点区-景区"逐级递进的研究尺度,深入剖析旅游干扰背景下的流域景观格局演化过程,并借助格网和地理探测器等方法测度旅游干扰背景下的流域景观格局驱动因素,结果表明：（1）新安江流域以林地景观为主,整体景观格局受人为干扰程度逐年加剧,景观异质性提升,景观结构趋于均衡发展;（2）新安江流域高强度的旅游活动未加剧旅游热点区内的景观格局恶化趋势,但致使景区景观破碎化加剧,林地等优势景观的优势度和完整性降低,景观多样性提升;（3）新安江流域景观格局主要受河湖、城市、景区等干扰源影响,地形地貌是景观格局演化的核心驱动维度,而气候、工业发展水平和交通等维度对流域景观格局整体影响力较小;（4）旅游维度中的距高级别景区距离因子对景观格局作用显著,但接待旅游人数和旅游直接收入对景观格局解释力较低,旅游对流域景观格局的干扰具有尺度局限效应。     

基于空间距离指数的中国西北干旱内陆河流域生态敏感性时空演变特征——以石羊河流域为例

生态敏感性是生态系统对自然环境变化和人类活动干扰的反映程度及生态环境问题发生难易程度和可能性大小的重要因素之一。以中国西北地区典型的干旱内陆河流域-石羊河流域为例,通过借鉴前人研究成果及实地调查研究,将石羊河流域生态敏感性分为生态风险敏感性、水土流失敏感性和生物多样性敏感性三个方面,并系统构建生态风险敏感性指数、水土流失敏感性指数和生物多样性敏感性指数三个定量评价指标,对石羊河流域综合生态敏感性进行研究。并通过格网编码、圈层分析,探讨近30年石羊河流域生态敏感性的时空变化。研究结果表明:(1)1987—2016年间石羊河流域生态敏感性总体上逐年降低,综合生态敏感性指数(Comprehensive ecological sensitivity index,CESI)值从1987年的1.143上升到2016年的1.287,反映出流域生态环境当前还是向着可持续发展的方向发展;(2)流域生态敏感性整体偏高,常年极度敏感区和常年重度敏感区占流域总面积的42.26%。此外,敏感性空间分异明显,流域上游及下游荒漠区敏感性相对稳定,中下游绿洲区敏感性波动变化较为频繁,且波动变化区占总面积的51.24%,这表明流域生态敏感性与人类活动及工农业生产有较为密切的关系;(3)目前流域生态敏感性整体趋于好转,但局部地区有恶化的趋势,敏感性波动降低的区域面积为11693.57km~2,占流域总面积的28.82%,敏感性波动升高的区域面积为9099.66km~2,占流域总面积的22.43%,这表明一方面在国家宏观政策的引导下,当地在生态环境保护方面做了大量工作,另一方面也表现出在全球生态环境逐渐恶化的大背景下,当地的生态环境治理工作仍然任重道远。     

区域景观格局与地表水环境质量关系研究进展

摘要：区域景观格局对地表水环境具有重要影响,1970s以来国外学者对区域景观格局与地表水水质之间的关系开展了大量研究。在系统梳理景观格局与水质关系的研究思路和技术方法的基础上,综合国内外文献探讨了水化学离子、常规污染物、营养物、重金属、有机物、水生生物,直至当前的河流健康等各类水环境指标对景观格局的响应程度,以及景观格局影响水环境的尺度效应问题。认为当前研究存在划定流域边界未能严格避免流域嵌套及土地利用空间自相关、选择景观格局变量尚未充分重视空间结构和水文地貌因素、数据分析技术多限于半定量分析等问题,并尝试提出相应的解决方案。试探性地提出国内研究的未来方向,指出在关注研究区域的流域边界是否明确和点源污染是否控制两个理论前提基础上,进一步根据非点源污染物在景观格局中的累积和迁移转化行为特征,进行相应的土地利用景观分类将是十分重要和迫切的基础性工作,提出了将景观格局与过程关系理论应用于城市面源污染调控的关键科学问题,包括非点源与目标水体的空间位置关系、不透水面和透水面的空间格局关系、区域不透垫面比例是否存在阈值,以及设置透水面的最佳空间尺度等。     

上海浦东新区城市化过程景观格局变化分析

利用1994和2000年航空遥感影像资料解译的土地利用与覆盖数据,在GIS支持下,采用景观格局指数和梯度方法分析了上海市浦东新区城市化过程中景观格局的变化.结果表明,随着城市化程度的推进,浦东新区由原来以农业为主的格局逐渐转变成以居民地、公共设施和工厂为主的城市景观格局,农田占地比例由1994年的71.45%下降到2000年的41.32%,居民地、公共设施和工厂总占地由1994年的18.2%上升到2000年的41.9%.整体景观格局的破碎化程度和异质性都有所增加,斑块个数由1994年的4.08个·km^-2上升至2000年28.65个·km^-2,面积平均加权由24.43 km²减少到1.75 km²,聚集度由98.31下降为95.09,多样性和均匀性指数分别由0.4697和0.5284增至0.7509和0.8343.在样带梯度分析中,景观格局指数能检测出城市化梯度及城市化程度不断向郊区递减的趋势,城市化水平较高地区以人工景观为主,表现出斑块个数多且面积小、斑块形状简单和景观多样性高等景观特征.景观格局动态变化分析是了解城市化过程中城市形态、结构及生态过程的基础.     

三峡库区特有植物荷叶铁线蕨种群分布格局研究

通过相邻格子样方法采集数据,应用点格局分析技术研究了荷叶铁线蕨(Adiantum reniforme var.sinense)种群空间格局,结果表明:荷叶铁线蕨的空间分布格局和空间关联性与空间尺度、植株大小密切相关.在较小的空间尺度上(4.5 m),荷叶铁线蕨种群趋向于聚集分布,个体间有较强的空间正关联;在较大的空间尺度上(>5 m),荷叶铁线蕨呈随机分布,空间关联性减弱.成熟植株具有更明显的聚集分布趋势.大小级差异越小,植株间的正关联关系越强.荷叶铁线蕨的更新较好,但更新苗分布不均匀.建议在该物种原生种群的就地保护和恢复重建中,在减少人为采挖的同时,适当加大灌木层密度、降低草本层的郁闭度.     

城市化过程中北京市人口时空演变对生态系统质量的影响

应用第五、第六次人口普查和MODIS-NDVI遥感数据,从城市、区/县和街道/乡镇3个尺度,分析了2000—2010年北京市人口时空演变特征及其对区域生态系统质量的影响.结果表明: 研究期间,北京市总人口增长了43.9%,人口空间分布形成了明显的圈层特征,呈现向近郊转移聚集的趋势;北京市的年最大归一化植被指数(NDVI)呈增加趋势,在5～6环之间却显著降低.城区和远郊区的NDVI变化趋势与人口密度变化率呈显著负相关.城市化带来的人口数量增加不仅没有导致北京整体生态系统质量下降,反而通过城市功能调整和农民进城务工人口转移等方式,提高了城区和远郊区的生态系统质量.不同的功能定位和发展机制是影响北京市人口时空格局变化及其生态影响的主要原因.     

城镇化对钱塘江中游支流水质和底栖动物群落结构的影响

于2010年4月调查了浙江省钱塘江中游流域受不同城镇化强度影响的59条1～3级支流的水体理化、底栖动物群落及所在流域的土地利用,分析作为流域城镇化强度指标的不渗水地表面积比(PIA)与溪流水质和生物群落的关系.Spearman秩相关分析表明,TN、NH4+-N、PO43--P、TP、CODMn、电导率、水面宽、水深、细沙淤泥比(％)与PIA呈显著正相关,与林地(％)呈显著负相关.底栖动物指标与PIA的拟合曲线表明它们之间存在显著的非线性关系.其中总分类单元数、Shannon多样性指数、丰富度指数、EPT(％)及捕食者(％)、撕食者(％)、滤食者(％)、刮食者(％)与PIA呈显著负相关,与林地(％)呈显著正相关,但BI指数、集食者(％)、耐污类群(％)、寡毛纲(％)与PIA呈显著正相关.表明研究区域内随着城镇化强度的提高,城镇溪流表现出高氮、磷营养盐水平、物理生境退化、敏感底栖动物物种消失、耐污物种个体数量急剧上升等城镇溪流退化的共性现象.     

松辽流域河流表层沉积物中有机氯农药的分布特征

利用气相色谱-电子捕获检测器(gas chromatography-electron capture detector,GC-ECD)对松辽流域重点污染河流22个表层沉积物样品的13种有机氯农药进行了分析.结果表明,大辽河流域有机氯农药含量为3.06～23.24 ng·g^-1,松花江流域为4.26～18.45 ng·g^-1.松辽流域沉积物中主要有机氯农药为六六六(HCH),松花江流域和大辽河流域表现出了不同的污染趋势.松花江沉积物中也有较高的滴滴涕(DDT)残留量.整个松辽流域都有较高含量的丙体六六六(γ-HCH),超过了其初始效应浓度,可能对该地区水生生物产生毒性效应.     

Herbivory on the pedunculate oak along an urbanization gradient in Europe: Effects of impervious surface,local tree cover,and insect feeding guild

Urbanization is an important driver of the diversity and abundance of tree‐associated insect herbivores, but its consequences for insect herbivory are poorly understood. A likely source of variability among studies is the insufficient consideration of intra‐urban variability in forest cover. With the help of citizen scientists, we investigated the independent and interactive effects of local canopy cover and percentage of impervious surface on insect herbivory in the pedunculate oak (Quercus robur L.) throughout most of its geographic range in Europe. We found that the damage caused by chewing insect herbivores as well as the incidence of leaf‐mining and gall‐inducing herbivores consistently decreased with increasing impervious surface around focal oaks. Herbivory by chewing herbivores increased with increasing forest cover, regardless of impervious surface. In contrast, an increase in local canopy cover buffered the negative effect of impervious surface on leaf miners and strengthened its effect on gall inducers. These results show that—just like in non‐urban areas—plant–herbivore interactions in cities are structured by a complex set of interacting factors. This highlights that local habitat characteristics within cities have the potential to attenuate or modify the effect of impervious surfaces on biotic interactions.     

1930—2010年额济纳三角洲土地利用景观格局变化

干旱区内陆河流域下游的土地利用、景观格局对水资源调配具有重要意义.本文基于1930、1961、1990、2000、2010年土地利用数据,分析黑河流域下游额济纳三角洲土地利用和景观格局的变化.结果表明: 2010年,研究区沙漠化土地面积占总面积的73.4%,其次是草地,占20.8%.1930—2010年,土地利用变化最明显的特征是草地、农田和建设用地增加;各土地类型间转化突出表现为农田和建设用地的转入;土地利用景观破碎度和多样性增加,优势度降低,且具有明显水源依赖性和地域性差异;土地利用变化使景观趋于均匀、多样、破碎.基于其驱动因素及生态环境效应的探讨,针对人-水-生态协调问题,提出“有计划生态移民、限制农田面积、发展集约式精准农业、增加生态用水比例”的建议.     

福建省长汀县河田盆地区近35年来地表裸土变化的遥感时空分析

福建省长汀县河田盆地区是中国南方最典型的红壤水土流失区之一,当地人民和各级政府一直为治理该区的水土流失进行着不懈的努力.利用遥感技术对该区1976年以来地表裸土分布的时空变化进行了分析,基于所提出的双重遥感指数法对该区的裸土信息进行提取,查明了该区地表裸土分布的时空变化情况.研究表明,该区近35年的治理已大大减轻了地表的裸露程度,地表裸土面积从1976年的159.17 km2锐减到2010年的51.98 km2.在3个不同的观察时间段里,裸土面积的变化呈现逐次减少、减速加快的趋势,客观地反映了该区水土流失治理的3个重要历史时期和政策所产生的效应.