中性景观模型与真实景观的一致性

采用RULE和SimMap中性景观模型,使其形成模拟景观的图幅大小、景观内各类型数目以及各类型之间的比例等项与真实景观相同,通过不同景观指标对中性模型系列的反应,看其在多大程度上代替真实景观．研究发现,中性景观模型在斑块数、斑块周长、聚集度、蔓延度以及孔隙度等指标所反映的格局特征方面,能很好地代替真实景观,而在校正斑块周长面积比、分维数以及边界分布均匀度等指标所反映的格局特征方面,并不能很好地代替真实景观,说明中性景观模型只能在一定的范围内可以代替真实景观。而不能完全取而代之.     

Study design and parameter estimability for spatial and temporal ecological models

The statistical tools available to ecologists are becoming increasingly sophisticated, allowing more complex, mechanistic models to be fit to ecological data. Such models have the potential to provide new insights into the processes underlying ecological patterns, but the inferences made are limited by the information in the data. Statistical nonestimability of model parameters due to insufficient information in the data is a problem too‐often ignored by ecologists employing complex models. Here, we show how a new statistical computing method called data cloning can be used to inform study design by assessing the estimability of parameters under different spatial and temporal scales of sampling. A case study of parasite transmission from farmed to wild salmon highlights that assessing the estimability of ecologically relevant parameters should be a key step when designing studies in which fitting complex mechanistic models is the end goal.     

云南边境山区景观生态风险时空演变及其影响因素

探究边境山区景观生态风险时空演变特征,揭示自然与人类活动对景观生态风险的影响,对维护国际生态安全和保障区域生态系统的稳定性具有重要意义。以云南25个边境县为例,采用2000、2010、2020年三期土地利用数据,基于景观格局指数构建了景观生态风险评价模型,并分析了风险的时空演变特征,利用地理探测器测度了自然、可达性和社会经济因素对景观生态风险的影响程度。结果表明：2000—2020年研究区景观类型以林地和耕地为主,林地、草地、湿地、冰川和永久积雪面积减少,耕地、灌木地、裸地、人造地表、水体面积增加。景观生态风险平均值持续上升,在空间上表现出显著的自相关性。研究区以较低生态风险、中等生态风险为主,低生态风险、较低生态风险、高生态风险区面积减少,中等生态风险、较高生态风险区面积增加。年降水量、年均气温、距城镇距离、人口地理集中度指数、人口经济地理集中度不一致指数是影响区域景观生态风险的主要因素,在交互探测中年降水量与年均气温、人口地理集中度指数与人口经济地理集中度不一致指数、年降水量与人口地理集中度指数交互作用对景观生态风险的影响较大。     

基于景观结构的北京市顺义区生态风险时空特征

以1997、2001、2005、2009和2013年遥感影像为基础数据,对快速城市化地区——北京市顺义区进行景观分类,构建基于景观干扰度和景观脆弱度的生态风险指数,利用GS⁺和ArcGIS软件进行空间自相关和地统计学分析,研究景观生态风险的时空变化特征.结果表明:研究区内的生态风险指数存在一定的空间正相关关系,随着粒度的增大,呈现下降的趋势;在一定的粒度范围内(<12 km),空间自相关性具有明显的尺度依赖特征.1997—2013年,空间异质性中的随机变异均小于空间自相关变异,由空间自相关部分引起的空间异质性占据主导地位.研究期间,研究区生态风险水平一直以中等生态风险程度为主,较高生态风险和较低生态风险区域面积增加,而中等生态风险区域面积逐渐减少.低生态风险区主要位于顺义区机场区域及东南部的林地;高生态风险区主要位于水域景观区域,如潮白河两岸.     

九寨沟景观游憩价值评估及空间分异

九寨沟作为国家级自然保护区、风景名胜区和世界自然遗产地,面临在有效保护自然资源的同时最大化地满足人类游憩服务需求的挑战。学者已经采用CVM、TCM等不同方法的测算九寨沟游憩价值,并针对测算结果的有效性和信度进行探讨,但以往的研究方法无法测算不同旅游资源的游憩价值贡献。以景观服务为视角,通过景观游憩服务识别的方法,进行不同旅游资源价值评估。同类旅游资源因位置不同、个人偏好不同也会产生不同的价值贡献,以参与式制图的方法进行不同游憩服务点的感知评价,实现游憩价值的空间分异研究。采用参与式制图与条件价值法(CVM)相结合的方法,实现游客对游憩服务点的感知评价和位置制图,并完成游客对游憩服务的支付意愿调研,实现价值空间分异研究,共调研730人,有效样本614。分析发现,2012年九寨沟游憩支付意愿率为72.95%,取旅游者意愿支付平均值354.98元,测算九寨沟自然保护区2012年的游憩价值为9.4亿元,其中价值最高是高山湖泊、瀑布、滩流等观赏水体,为2.9亿元,最低的是观赏植物,为0.47亿元。从空间位置来看,单位价值高的游憩服务点主要集中在几条沟谷两侧,特别是已开发的树正沟、日则沟和则查洼沟。游憩价值的空间分异研究注重不同位置旅游资源价值贡献的强弱对比,以期为九寨沟自然保护区的具体监控管理提供依据。     

EcoGenetics: An R package for the management and exploratory analysis of spatial data in landscape genetics

The integration of ecology and genetics has become established in recent decades, in hand with the development of new technologies, whose implementation is allowing an improvement of the tools used for data analysis. In a landscape genetics context, integrative management of population information from different sources can make spatial studies involving phenotypic, genotypic and environmental data simpler, more accessible and faster. Tools for exploratory analysis of autocorrelation can help to uncover the spatial genetic structure of populations and generate appropriate hypotheses in searching for possible causes and consequences of their spatial processes. This study presents EcoGenetics, an R package with tools for multisource management and exploratory analysis in landscape genetics.     

The influence of landscape diversity and heterogeneity on spatial dynamics of agrobiont linyphiid spiders: An individual-based model

Spiders are important generalist predators in natural pest control. However, agricultural fields are highly disturbed and ephemeral habitats, which present a number of challenges to the organisms living there; likewise landscape diversity and heterogeneity are also thought to be important factors in determining spider spatial dynamics. To investigate the interactions between these factors, we present an individual-based simulation model, which integrates life history characteristics of a typical agrobiont linyphiid spider with a dynamic spatially explicit landscape representation. The landscape contains several habitat types of varying quality and varies in time and space. Simulations showed that spatial landscape diversity (number of habitat types available for the spiders) is crucial for the persistence of spiders, but that spatial heterogeneity (spatial arrangement of patches) only had little impact on spider abundance. The necessary landscape diversity could either be provided by a diverse crop rotation or by including refuges in the form of less frequently managed habitats in the landscape. The presence of refuges greatly boosted numbers of spiders in the landscape as a whole. The most important characteristics of refuge were sanctuary from pesticides and extra prey availability, whereas tillage frequency mattered less. The simulations indicated that agrobiont linyphiids combination of high dispersal abilities and high reproductive rate enables it to exploit the transient resources of the different habitats in the agricultural landscape.     

基于MSPA-连接度-空间句法的生态保护空间及优先级识别——以苏锡常地区为例

随着城市化进程的加快,对生态保护空间(Ecological Protect Area,EPA)进行优先级识别已经成为保护生物多样性,缓解城市生态压力,提高土地利用效率的重要方法之一。以苏锡常地区为例,通过形态空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA)确定EPA,进而采用景观连接度方法对其优先级进行识别,以优先级较高的林地和水域为"源地",构建EPA网络;同时由于景观连接度方法在识别优先级时,未能体现EPA对物种决策的非等权重影响,因此本研究引入空间句法进一步对EPA进行优先级识别。结果显示:1)苏锡常地区EPA中编号1、2的林地以及太湖的优先级最高,是区域网络的3个中心,需要优先保护;2)引入空间句法的优先级识别结果与基于景观连接度的优先级识别结果存在明显差异,后者优先级较高的8个EPA,在引入空间句法后优先级降低1—2个等级;后者优先级较低的4个EPA的优先级则上升了2个等级。同时也表明:基于连接度-空间句法的EPA优先级识别方法能够反映不同景观要素对物种决策行为的非等权重影响,强化了生态要素的空间配置的生态效应,为明确关键...     

南方丘陵区耕地景观生态安全影响因素及其空间差异

构建耕地景观生态安全格局是抵御区域耕地生态风险,保障耕地生态质量的重要举措。研究以南方丘陵区典型县-奉新县为研究区,选取部分景观格局指数构建南方丘陵区耕地景观生态安全评价模型,分析了县域尺度耕地景观生态安全状况及其空间聚集特征,并尝试应用地理加权回归模型探究自然和社会经济因素对区域耕地景观生态安全影响作用的空间地域差异。结果表明：耕地景观生态安全处于"危险"状态的行政村占研究区总数的12.92%,区域耕地景观生态安全问题存在明显的空间聚集性;地理加权回归模型较传统全局回归模型有较好的拟合优度,可以较好地揭示影响因素作用的地域差异;自然,社会经济因素对耕地景观生态安全的影响具有显著的空间非平稳性,依据影响因素作用强度的地域差异可以将研究区划分为距居民点的距离、地形位指数、年平均降雨量负向影响区和人口密度正向影响区。研究为确定耕地景观生态安全干扰来源及探究耕地保护对策如何落实到空间地域上提供了参考依据。     

渭干河-库车河绿洲景观生态安全时空分异及格局优化

渭干河-库车河绿洲(以下简称渭-库绿洲)是我国西北干旱区典型的荒漠绿洲区,维护其生态安全,是实现绿洲可持续发展的重要保障。以1997年、2006年及2016年3期Landsat TM影像数据为主要数据来源,构建渭-库绿洲景观生态安全评价模型,对近20年来研究区的景观生态安全时空特征进行分析。利用最小阻力模型,以水域、林草地为生态源地,将生态安全水平、海拔和坡度作为阻力因子生成最小累计阻力面,划分生态功能区,识别生态廊道和生态节点,从点、线、面综合视角进行景观格局优化。结果表明:(1)1997—2016年渭-库绿洲生态安全区域面积呈波动变化,相对安全区域面积在不断增加,临界安全、敏感和风险区域面积呈减小趋势,景观生态安全度在空间分布上由高到低呈内向外扩展的态势。(2)研究区景观生态安全的Moran′s I值分别为0.6479、0.7049、0.6587,景观生态安全值的空间集聚性呈先增加后降低的趋势;局部空间自相关主要以高-高聚集和低-低聚集类型为主,呈现出"同质聚集、异质分离"的特点。(3)景观格局优化中选取的生态源地占绿洲总面积的12.76%,构建的绿洲生态廊道基本贯穿整个研究区,关键廊道连接了绝大多数的绿洲生态源地,辅助廊道是连接没有与关键廊道连接的源地之间的通道,识别的生态节点主要分布在绿洲生态廊道的薄弱环节处,共计36个。将划分的生态缓冲区、生态连通区、生态过渡区、生态边缘区5个功能区和生态源地、生态廊道及生态节点景观组分相结合,并提出优化建议,以期为维持及进一步改善该绿洲生态环境提供科学依据。     

Landscape ecological safety assessment and landscape pattern optimization in arid inland river basin: Take Ganzhou District as an example

Abstract

Landscape ecological security assessment aims to make a comprehensive evaluation of regional landscape ecological security through the construction of regional ecological security evaluation indicator system. According to the theory of landscape ecology, spatial principal component analysis (SPCA) and GIS techniques, we obtained the distribution of landscape ecological security pattern of Ganzhou District, Gansu province, China. We obtained the ecological sources, corridors, and nodes according to the minimum cumulative resistance (MCR) model to optimize the structure and function of ecological function network. The following results were found: the comprehensive landscape ecological security situation of the research area was on the average. The spatial distribution pattern of landscape ecological security level indicated that the low level of safety were mainly distributed in the Gobi and desert areas in the north, accounting for 19.9% of the study area, while the high safety level was mainly distributed in the northwest and southeast of the Heihe River basin, accounting for 24.8% of the study area. With points, lines, and surfaces being interlaced, a regional ecological network was constructed, which was consisted of six ecological corridors, 14 ecological nodes, a large ecological source area and a plurality of small source areas, and could effectively improve landscape ecological security level of the study area.     

A review of techniques for spatial modeling in geographical, conservation and landscape genetics

Most evolutionary processes occur in a spatial context and several spatial analysis techniques have been employed in an exploratory context. However, the existence of autocorrelation can also perturb significance tests when data is analyzed using standard correlation and regression techniques on modeling genetic data as a function of explanatory variables. In this case, more complex models incorporating the effects of autocorrelation must be used. Here we review those models and compared their relative performances in a simple simulation, in which spatial patterns in allele frequencies were generated by a balance between random variation within populations and spatially-structured gene flow. Notwithstanding the somewhat idiosyncratic behavior of the techniques evaluated, it is clear that spatial autocorrelation affects Type I errors and that standard linear regression does not provide minimum variance estimators. Due to its flexibility, we stress that principal coordinate of neighbor matrices (PCNM) and related eigenvector mapping techniques seem to be the best approaches to spatial regression. In general, we hope that our review of commonly used spatial regression techniques in biology and ecology may aid population geneticists towards providing better explanations for population structures dealing with more complex regression problems throughout geographic space.     

基于改进三维生态足迹模型的洞庭湖区生态可持续时空演化研究

洞庭湖是长江流域重要的调蓄湖泊,也是中国重要的农产品主产区。科学评估洞庭湖区生态可持续状态,揭示其时空演化特征,对探究其生态可持续影响因素与作用机理,降低生态赤字具有重要意义。基于碳足迹与生态足迹理论构建了改进的三维生态足迹模型,填补了化石能源无法核算生态承载力的问题,同时调整了不同土地利用类型的参数因子。在对洞庭湖区25个区县进行可持续发展的动态评价分析中,计算了2000—2019年生态赤字、足迹广度与深度的时空分布特征。研究结果表明：(1)近20年来洞庭湖区的人均生态足迹增长速度远高于人均生态承载力,致使人均生态赤字在时间维度上不断增大,空间维度上呈湖滨向周边地区扩散的趋势;(2)洞庭湖区除林地之外的土地利用类型均存在自然资本存量的消耗,且表现为高生态赤字;(3)三次产业结构的分配、土地利用的变化、居民对生活质量的提高以及生态保护政策的有效实施等均会对洞庭湖区的可持续发展产生较大影响;(4)改进后的化石能源账户相较于传统账户的计算方法更能反映真实的碳排量与碳吸收量。研究以期为洞庭湖区土地利用、生态保护以及促进社会经济可持续发展提供科学参考。     

基于NDVI时间序列轨迹的草原露天矿区植被时空动态特征

采矿作用下草原露天矿区植被时空动态特征尚不明确.以胜利露天矿区为例,选取MODIS和Landsat影像,利用ESTARFM构建2001—2015年植被生长期一致的年际Landsat时间序列,以时间分割算法拟合像元NDVI时间序列轨迹,结合轨迹形态特征提取早期扰动型、持续扰动型、扰动稳定型、扰动稳定恢复型和扰动恢复型5种植被动态类型及各类型的时间特征.结果表明:胜利矿区植被动态类型以扰动恢复型为主,占各类型像元总数的55.2%,扰动稳定型和持续下降型次之,分别为25.6%和11.0%,早期扰动型和扰动稳定恢复型较小,分别为3.5%和4.7%.扰动多发于2004—2009年,稳定期多始于2008年,空间上多分布于露天采场和排土场,恢复期多始于2008年和2010年,其空间范围较小且集中于矿井外围和排土场.扰动持续时长以1年为主,稳定期持续时长以7年为主,恢复期持续时长中稳定恢复型为2～5年,扰动恢复型为8年.     

基于LSMM与MSPA的深圳市绿色景观连通性研究

基于线性光谱混合模型(LSMM,Linear Spectral Mixture Model),引入形态学空间格局分析(MSPA,Morphological Spatial Pattern Analysis)进行城市地域绿色景观连通性评价。根据城市绿色景观特点和MSPA方法中的7种连通性类型的涵义,定义了城市绿色景观连通性功能类型。以深圳市1986年、1995年、2000年、2005年及2010年五期Landsat TM影像为数据源,应用线性光谱混合模型提取植被覆盖率,得到深圳市植被覆盖图。在此基础上,提取出高、全植被覆盖作为目标像元进行MSPA处理,分析植被覆盖状况与绿色景观功能类型的时序总体特征及空间梯度动态。结果表明:深圳市绿色景观破碎程度较高,表现为对结构连通性贡献最小的斑块类型总数最大。城市内部东西部连通性呈现出不同变化的趋势;右侧外圈层的大鹏半岛结构连通性最佳;在同一城市化发展梯度上,东部的样带连通性水平比西部要好。在城市化过程中,深圳市高、全覆被植被像元连通性大小受以下因素的影响:城市化程度,地形因素及区域定位。在同一城市化程度上,地形因素对景观连通性的影响较大。从整体的时间变化和空间梯度动态分析可知,在快速城市化过程中植被覆盖率和连通性功能均下降,而到稳定城市化阶段植被覆盖率和连通性均得到改善。研究表明线性光谱混合模型与形态学空间格局分析相结合可以较好的表征城市绿色景观连通性类型时空分布特征,进而明晰城市化过程与区域内绿色景观数量及连通性动态变化关系。     

基于空间主成分和最小累积阻力模型的内陆河景观生态安全评价与格局优化——以张掖市甘州区为例

以干旱内陆河主要生态环境问题为出发点,利用景观生态学方法、空间主成分分析和GIS技术,获取甘州区生态安全格局的分布状况.选取海拔、坡度、自然和文化景观保护区、土壤类型、土壤侵蚀量、植被覆盖度、距道路距离、距工业用地距离、距居民点距离以及距水体距离等10个要素作为约束条件,并采用景观最小累积阻力模型构建生态廊道和生态节点来优化生态功能网络的结构及功能.结果表明： 甘州区生态安全综合状况一般,以中等安全水平为主,面积为1318.7 km²,占研究区总面积的36.7%.低度安全水平的区域主要位于研究区北部,占研究区总面积的19.9%.构建了由6条生态廊道、14个生态节点、1个较大的生态源区和若干个小面积源区组成的点、线、面交织的区域生态网络格局,将有效改善研究区的生态安全水平.
     

关帝山林区景观要素空间分布及其动态研究

在ＡＲＣ／ＩＮＦＯ支持下,应用ＧＩＳ技术结合景观生态学原理,从一个侧面对关帝册林森林景观空间分布格局进行了分析研究,提出了一套适用于森林景观空间格局分析方法和指标,揭示了研究地区森林景观空间分布动态的一些基本规律,研究结果表明,在ＧＩＳ支持下,通过网格样方全景观取样,采用基准面积样方取值法确定样方观测值,分别景观要素计算Ｍｏｒｉｓｉｔａ指数或Ｅ－指标,可以对研究对象的空间分布特征做出客观的分析,并     

生态过程模型敏感参数最优取值的时空异质性分析——以BIOME-BGC模型为例

生态过程模型是当前研究陆地生态系统水循环、碳循环有力的工具,但此类模型参数众多,参数的合理取值对模型模拟结果有重要影响.以往研究对模型参数的敏感性以及参数的优化取值有诸多的分析和讨论,但有关参数最优取值的时空异质性关注较少.本文以BIOME-BGC模型为例,在常绿阔叶林、落叶阔叶林、C3草地3种植被类型下,通过构建敏感性判别指数,筛选出模型的敏感参数,并在每种植被类型下选取两个试验站点,使用模拟退火算法结合实测通量数据构建目标函数,获取各站点敏感参数逐月的最优取值,然后构建时间异质性判别指数、空间异质性判别指数和时空异质性判别指数对模型敏感参数最优取值的时空异质性进行定量分析.结果表明:BIOME-BGC模型在3种植被类型下遴选出的敏感参数大部分一致,少数有差异,但参数的敏感性强弱在不同植被类型下的表现不尽相同;BIOME-BGC模型敏感参数的最优取值,大都具有不同程度的时空异质性,但不同植被类型下,敏感参数最优取值的时空异质性表现各异;敏感参数中与植被生理、生态相关的参数,其时空异质性相对较小,而与环境、物候相关的参数,其时空异质性普遍较大;在3种植被类型下,模型敏感参数最优取值的时间异质性与空间异质性表现出显著的线性相关性;依据其最优取值的时空异质性,可对BIOME-BGC模型敏感参数进行类型划分,以便在实践应用中采取不同的参数率定策略.本研究结论有助于加深对生态过程模型参数特性及最优取值的理解,可为实践应用中模型参数的合理取值提供一种思路和参考.