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...     

人工林与天然林破碎化过程差异对比——以美国华盛顿州和密西西比州为例

森林损失和破碎化一直是国际社会普遍关注的重大环境问题之一。根据Forman景观变化包括穿孔、分割、破碎化、收缩和消失5种空间过程的理论,利用ArcGIS Modeler建立森林破碎化过程模型用以明确描述森林景观破碎化的空间过程和生态进程。基于NLCD2001、2006、2011 3期数据,以美国华盛顿州和密西西比州为研究区,利用森林破碎化过程模型,将森林损失斑块分为4种破碎化过程(分割类型因其线状特征被归入破碎化类型),对比分析天然林和人工林的破碎化过程在时空上的差异性。研究表明天然林破碎化斑块多分布于城市/森林、耕地/森林、以及灌木/森林的交界处,而人工林破碎化斑块分布格局较为零散;天然林中破碎化斑块和收缩斑块大多发生在上阶段收缩、破碎化以及穿孔斑块的边缘,而人工林中4种空间过程的承接关系不像天然林那么明显,但两者整体上都呈现相似的"收缩-消失-穿孔/破碎化"变化规律,主要表现为收缩类型占主导然后慢慢消退,穿孔和破碎化逐渐增多占据新的主导。     

基于“空间形态-破碎化-聚集度”的粤港澳大湾区森林景观格局时空演变

森林景观格局的时空演变研究能够帮助理解区域森林变化过程。传统的景观指数方法多以均值为计算结果且空间信息表达不足,基于形态学方法能够从空间上直观辨别景观类型,综合破碎化和聚集度的定量分析有助于进一步认识森林景观格局的演变特征。以1990、2000、2010、2020年粤港澳大湾区土地利用数据为基础,建立基于“空间形态-破碎化-聚集度”的综合研究框架,开展大湾区森林景观格局的时空演变研究。结果表明：(1)近30年大湾区森林形态以核心区为主,森林面积逐渐减少,而2010—2020年减少速率降低,各类型森林斑块均有所恢复;(2)整体破碎化程度较低,中部破碎化地区表现为先上升后下降的变化趋势;(3)聚集度结果表明,距离森林边界500 m内的森林斑块面积最大,约占研究区总面积的30%,而距离大于4.5 km的非森林斑块面积几乎翻倍增加,应重点关注该区域的森林损失。研究有助于全面理解森林景观格局的变化特征,相关结果可为粤港澳大湾区的森林生态修复工程、国土空间规划以及城市可持续发展提供科学依据。     

应用序列指示条件模拟算法模拟森林类型空间分布

森林类型的空间分布是进行森林景观格局研究的基础和先决条件。当前林业实际生产过程中 ,森林分布图的获得要么具有很强的主观性 ,要么受环境因素的制约。空间统计学可以描述事物在空间上的分布特征 ,条件模拟算法是空间统计学中进行空间插值的一种有效手段。森林类型是一个区域化的分类变量 ,在研究区内可能存在森林类型破碎化严重情况 ,为此本文选用分类变量的序列指示条件模拟算法来模拟森林类型的空间分布。文中介绍了序列指示条件模拟算法的原理、计算步骤、优点及适用性 ,以东北汪清林业局局级样地为材料 ,应用序列指示条件模拟算法对汪清林业局森林类型空间分布进行模拟 ,模拟结果与森林经理调查得到的森林分布图相比较 ,模拟精度达到 73.80 %。精度分析结果表明 ,以样地为材料 ,应用序列指示条件模拟算法 ,可以作为获得森林类型分布图的一个有效途径     

河北省森林—草原交错带天然植被景观格局时空尺度效应

为探讨天然植被景观格局时空尺度效应, 利用随机森林分类方法对塞罕坝地区3期(1989、2000和2016年)遥感影像进行图像解译, 并在分层随机抽样调查的基础上通过不断增加缓冲区的方法, 计算基于斑块类型和景观水平的景观指数; 采取尺度图谱分析在时空尺度下不同植被类型景观尺度效应, 并基于信息熵模型明确景观格局分析的最佳空间幅度。结果表明: 1989—2016年期间, 人工林的快速增长致使草地和天然次生林景观面积呈现先降低后增加趋势且破碎化现象严重; 草地和天然次生林在空间尺度上具有相同的变化特征, 而在时间尺度上则呈现不同的变化; 斑块密度、形状指数以及聚集度指数在时空尺度上均具有较强预测性, 且300 m为最佳尺度阈值。不同天然植被类型在时空尺度下其尺度效应也是不同的, 这不仅与植被类型自身对生态环境响应的差异性有关, 也和研究区特殊的人文地理环境密不可分。     

城市景观破碎化格局与城市化及社会经济发展水平的关系——以北京城区为例

快速城市化引发的景观破碎化加剧对于城市生态系统的过程、功能及其所提供的生态服务功能具有显著的影响。以北京市五环内中心城区为例,采用移动窗口分析、梯度分析与景观指数相结合的方法研究了城市景观破碎化的空间分布格局和内部水平差异,并以此为基础,探究景观破碎化与城市化及社会经济发展水平的关系。结果表明:类型水平上,城市建筑用地景观比例达63%,斑块连通性好,破碎化程度低,而绿地景观占33%,斑块分布不均匀,破碎化程度较高。景观水平上,城市中心和郊区的景观破碎化程度要明显低于城市边缘的城乡过渡区,沿城市化梯度从中心向外围呈现出先上升后下降的趋势。回归分析结果表明,景观破碎化程度与城市化水平之间表现出一种倒"U"型关系,并在城市化水平达42%—45%之间,景观破碎化程度达到峰值。进一步研究表明,人口密度和家庭户数是导致景观破碎化加剧的直接驱动因素,而经济的快速增长对景观破碎化程度的提高具有间接的影响。该研究结果不仅能作为城市生态系统监测的重要指标,还能为城市景观的合理规划提供科学依据,而且对于促进城市的可持续发展具有重要的意义。     

基于QuickBird卫星影像的沈阳城市绿地景观格局梯度分析

基于2006年QuickBird卫星影像数据解译的沈阳城市绿地分布图,在GIS的支持下,通过幅度效应的研究,在确定出研究区的适宜幅度为5 km的基础上,应用梯度分析与景观指数相结合的方法,研究了沈阳城市绿地景观结构及其梯度上的空间特征.结果表明:类型水平上,不同的绿地类型沿景观格局梯度表现出明显的空间特征;在城市中心,公园绿地为优势类型,而在郊区,农业用地为优势类型;城市绿地整体上破碎化程度高,绿地斑块形状较为复杂;景观水平上,不同景观指数沿样带梯度表现出差异性,表明城市化导致景观的破碎化程度增大,景观异质性增高;斑块密度、景观形状指数和景观聚集度指数具有明显的梯度特征,而最大斑块指数、多样性指数则不明显;景观格局指数和梯度分析相结合是研究城市绿地空间的有力工具.     

森林采伐方式对森林景观的影响模拟——以大兴安岭呼中林区为例

干扰对森林景观变化的影响是一个长期的过程,传统的定位观测很难探究大空间尺度上干扰对森林景观的长期影响,模型模拟是目前常用的研究方法.本研究采用空间直观景观模型(LANDIS),模拟大兴安岭呼中林区在无采伐、皆伐、渐伐和择伐共4种预案下300年内森林景观的长期动态变化.选取落叶松和白桦为典型代表,以平均斑块面积、物种面积比例、聚集度以及年龄结构为指标,探讨不同采伐方式对森林景观的长期影响.结果表明:采伐降低了落叶松的面积比例,提高了白桦的面积比例,不同采伐方式之间差异不明显;采伐降低了落叶松的聚集度,提高了白桦的聚集度,皆伐预案高于其他预案;采伐在模拟前期降低了落叶松的平均斑块面积,提高了白桦的平均斑块面积;采伐提高了落叶松和白桦的中幼龄林比例,皆伐预案下白桦中幼龄林面积增加最明显.采伐使森林生态景观破碎化,皆伐预案下森林景观破碎化最为严重.建议,在采伐强度相同的条件下,尽量采用择伐方式,降低森林采伐对森林生态系统的影响,进而促进森林生态系统健康稳定的发展.     

基于移动窗口法的海岛型城市景观破碎化及其驱动机制分析——以福建省平潭岛为例

海岛型城市景观破碎化时空演变规律分析, 可以为海岛景观管理及生态城市建设提供科学依据。利用平潭岛2000、2009和2015年3期Landsat ETM+和SPOT_遥感影像数据及社会经济数据, 基于ArcGIS10.2和Fragstats3.4软件, 采用移动窗口法、转移矩阵、主成分分析等对平潭岛景观破碎化及其驱动机制进行研究。结果表明: (1)耕地和林地是平潭岛的景观基质, 各地类之间变化主要表现为居住地和工矿交通用地的空间扩张。(2)15年间平潭岛景观破碎化的空间分布主要体现在中心商务区、科教文化区、海坛湾及坛南湾附近; 在不同地类尺度上, 工矿交通用地的斑块数和景观形状指数差值最大,最大斑块指数和聚集度指数最大的是居住地; 在不同乡镇尺度上, 中楼乡的斑块数和斑块密度差值最大, 最大斑块指数负向差值最大的是幸福洋。(3)政策因素是平潭岛景观破碎化的根本原因; 社会经济活动则对各景观类型变化产生直接影响。     

基于机器学习方法的景观斑块属性对物种丰富度的影响研究

景观破碎化对物种的影响依赖于斑块属性,斑块属性体现了斑块的类型、面积、形状及其与周围斑块间关系。然而,在破碎化农业景观中这些斑块属性对关键物种的联合影响仍知之甚少。选取中国海南地区的典型农业破碎化景观,实测了180个斑块中三类关键物种,分别为害虫-橡胶材小蠹虫(Xyleborus affinis)、传粉昆虫-中华蜜蜂(Apis cerana)和天敌物种-玉米螟赤眼蜂(Trichogrammatid ostriniae Pang et Chen),刻画了各斑块属性,包括斑块类型、斑块面积、形状指数、距天然林距离、是否与橡胶接触、景观中天然林所占比例、是否有林下植物,并使用3种机器学习模型(神经网络、随机森林、支持向量机)拟合斑块属性与三类物种丰富度关系,解析斑块属性的相对重要性。结果表明,与支持向量机和神经网络相比,随机森林模型对三个物种的丰富度预测效果均最好,其R²在橡胶材小蠹虫、中华蜜蜂和赤眼蜂中分别达到0.785、0.845和0.798;基于随机森林模型的结果表明,斑块类型对橡胶材小蠹虫和中华蜜蜂丰富度相对重要性高于其他斑块属性;斑块面积对赤眼蜂丰富度影响高于其他斑块属性,且与斑块类型存在交互作用;橡胶林中橡胶材小蠹虫与中华蜜蜂丰富度高于天然林和其他斑块类型,玉米螟赤眼蜂丰富度则在天然林与农田中最高。研究揭示了斑块属性对不同物种丰富度的相对影响,阐明了斑块类型在不同物种中的重要作用,并证实了机器学习是推导斑块属性对物种影响的有效方法。     

长白山露水河林业局森林景观格局动态

基于1987、1995、2003年长白山露水河林业局森林资源二类调查资料,利用ArcGIS和FRAGSTATS等软件,在景观水平和斑块水平上分析了1987-2003年该区景观格局变化及其与森林经营机制之间的关系.结果表明：研究期间,研究区森林景观破碎化程度加剧、景观异质性程度加大;1987-2003年,研究区斑块数增加979块,最大斑块面积比例逐渐下降,由1987年的28.7%降至2003年的12.7%;由于经营方式的转变,该区景观基质由1987年的阔叶混交林转变为1995年后的混合景观基质;景观破碎化程度在1995-2003年的变化趋势较1987-1995年有所减缓;期间,该区阔叶混交林的平均斑块面积下降最多、边界分割程度最高,表明天然次生林受人类干扰最大.     

济南城市森林景观生态格局

城市森林景观生态格局研究不仅是城市森林系统规划与城市生态建设的基础和前提,而且是优化城市空间结构、充分发挥城市森林生态功能以及创建生态宜居环境的重要途径和手段.本研究以RS和GIS技术为支撑,通过总体景观生态格局定量分析和梯度分析等研究方法,采用10个景观指数从斑块水平和景观水平两方面,对济南市建成区城市森林景观生态格局进行定量分析,并提出优化对策.结果表明: 济南市建成区城市森林覆盖率为15.8%;城市森林总体景观生态格局在景观水平上表现为城市森林景观斑块类型较齐全、景观破碎化程度较大、各类型城市森林所占面积存在差异、以大斑块为主且同种斑块高度连接,在斑块类型水平上表现为生态公益林以大斑块为主且占优势地位、风景游憩林形状较规则且以大中型斑块为主、道路林及附属林形状复杂且以小斑块为主、生产经营林缺乏;在斑块类型水平上,以风景游憩林为主导类型、生态公益林斑块面积最大、道路林及附属林破碎度大,在景观水平上,城市中心森林景观破碎度大、人为干扰严重、景观形状复杂;在城市森林景观生态格局分析基础上,提出“一环二网、三片四轴、多点棋布”的济南市城市森林生态网络构建方案,从而加强各类型城市森林的连接度,发挥大尺度生态系统的整体生态效益.     

北京东灵山地区景观格局及破碎化评价

 人类活动已将北京东灵山地区地带性原生暖温带落叶阔叶林破坏殆尽。本项研究基于植被图,在地理信息系统(GIS)支持下,选择多种景观格局指数,从斑块面积、斑块数、斑块周长、分形维数和多样性的角度进行了格局分析和破碎化评价。结果表明,该区景观类型以次生林和灌丛为主,面积分布极不均衡,且多呈小面积零散分布。各森林类型的分布面积、周长和斑块数一般小于灌丛、草地和农田,且边界密度和斑块密度较高,显示出较高程度的破碎化。各景观类型的平均斑块面积和周长遵从分形规律,分形维数1.30,景观整体的斑块边界的褶皱程度较低。景观多样性的Shannon指数,景观组分的类型面积(2.262)<类型周长(2.435)<类型斑块数(2.675),均小于等概率情形(2.940)。上述结果均显示,该区森林景观破碎化程度较高。     

山地丘陵区林州市的国土空间格局与生境演变分析

针对山地丘陵区国土空间格局快速演变及生态环境安全问题, 以林州市为例, 利用林州市1990年、2000年、2010年、2015年土地利用数据, 采用土地转移矩阵、景观格局指数、INVEST模型分析林州市国土空间转化类型及时空格局特征、景观格局下的生态退化程度。结果表明: (1) 1990-2015年间, 生活空间逐年增加, 生产空间减少, 生态空间小幅度波动变化。生产空间用地减少了3.23%, 其中转为生活空间用地的面积占其减少面积的89.67%, 转为生态空间用地的面积占其减少面积的10.53%。(2) 1990-2015年间, 虽然林州市生态空间用地增加, 但是生活空间用地的进一步扩张, 使得斑块破碎化程度加大, 景观连通性减弱。各土地利用类型中, 城镇生活空间集聚程度较高, 生产、生态空间用地破碎化程度逐渐加大。(3) 1990-2015年间, 林州市由于国土空间格局的改变引起景观格局趋于破碎化, 从而导致生境退化程度不断增加, 其中中心城区的生境退化程度最高, 是林州市未来规划发展的敏感区域。     

秦岭中段南坡景观格局与大熊猫栖息地的关系

景观格局是各种生态过程在不同尺度上作用的结果 ,同时景观格局强烈影响着生境内种群的生物学过程 ;种群的结构和分布状况同栖息地景观格局之间存在一定的联系。借助遥感和地理信息系统软件 ,对秦岭中段南坡地区 3个保护区 (佛坪、长青和观音山 )大熊猫栖息地的景观格局及其与大熊猫活动痕迹密度之间的关系进行了研究。该研究首先绘制了景观类型格局图并进行总体斑块格局分析 ,其次分别从保护区尺度和 1km2 尺度分析平均斑块分维数、破碎度指数和香农多样性指数 ,以进行比较 ;最后在 1km2尺度上统计分析大熊猫活动密度同景观格局指数分布的相关性。研究结果表明 :(1)各自然保护区内的景观格局存在着差异性 ,佛坪保护区景观多样性水平较高 ,长青保护区居中 ,观音山保护区最低 ;(2 )各保护区内部受人为干扰和生境恢复程度不同 ,使得景观破碎化程度在佛坪保护区最低 ,长青保护区居中 ,观音山保护区最高 ;(3)大熊猫活动密度有集中分布的趋势 ,高密度区域主要分布在佛坪中部和长青北部 ;(4 )在 1km2尺度 ,3个保护区大熊猫活动痕迹密度同景观指数格局之间存在不同的相关性 ,说明不同的景观格局会影响到大熊猫的活动和生境利用。     

快速城市化过程中土地覆盖格局研究——以深圳市为例

研究一个以城市化过程为主的土地利用/覆盖变化可以从不同的角度出发。选择景观生态学中的景观格局的研究方法,对快速城市化地区——深圳市的城市化过程中的土地利用/覆盖的动态变化进行研究。具体选择景观格局指数中的破碎度指数、Shannon-Weaver多样性指数和聚集度指数,来表征斑块水平、景观水平、区域水平3个不同层次的土地覆盖格局。首先在区域水平上,分析了深圳全市,以及经济特区和特区外的宝安区、龙岗区的土地覆盖格局变化。在此基础上,以研究区的镇级行政单元为景观单元,计算了镇级行政区域以及镇级行政区海拔0～30m的区域的景观格局指数,在景观水平上分析了区域经济发展水平和速度,以及地形因素对土地覆盖格局变化的影响。随后分析了研究区各土地覆盖类型以及不同时期的斑块水平上的土地覆盖格局。最后以城镇用地比例表征城市化水平,讨论了城市化水平与土地覆盖格局变化的关系。在城市化初期,景观类型多样性和斑块破碎化程度出现上升趋势,空间聚集性下降,生态安全问题开始突现。在城市化水平20%～40%之间,其景观类型多样性和斑块破碎化程度达到较高水平,而空间聚集度水平较低,生态安全水平明显下降;随着城市化过程的不断深入,城市化水平不断提高,景观类型多样性和斑块破碎化程度又出现了较为明     

华北农田生态系统景观格局的演变特征

基于华北6 省(市)2000、2005、2010 年三期土地覆盖遥感数据, 通过计算农田景观格局指数和农田景观转移矩阵, 在省域范围的大空间尺度上分析了2000-2010 年农田生态系统景观格局的变化特征。结果表明, 2000 年至2010年华北6 省(市)的农田景观格局变化主要表现为: 耕地景观的面积在减少, 破碎化程度在加大, 斑块形状趋于简单化;园地景观的面积在增加, 破碎化程度在降低, 斑块形状趋于复杂化。耕地减少的面积主要转变为城镇, 增加的面积主要来自水体; 园地减少的面积主要转变为耕地, 增加的面积主要来自耕地, 园地景观主要与耕地景观相互转化。城镇化等人类活动加剧了耕地的减少和破碎化, 应加强耕地保护, 特别是耕地的集约化布局, 降低农田破碎化程度, 促进农田的可持续发展。     

荒漠地区柠条种实害虫对寄主斑块质量与格局的反应

以宁夏中东部荒漠区为景观背景,选择人工固沙次生林地、流动风积沙地和沙壤土质丘陵地3种生境类型共18块天然或人工种植的柠条林斑块,研究了柠条豆象、豆荚螟和柠条种子小蜂3种柠条种实害虫对寄主植物斑块质量、斑块面积和空间格局的反应.结果显示:3种柠条种实害虫对寄主植物的为害率与斑块质量、斑块格局和昆虫自身迁移能力有关.对斑块质量的反应受到斑块尺度大小的影响,在不同的生境类型间,种实害虫的为害率差异显著(P<0.05),以人工固沙次生林地的为害率最高,其次为沙壤土质丘陵地,流动风积沙地相对较低.在小斑块格局中,柠条种实害虫数量的发生与寄主植物斑块的面积、破碎化程度存在一定的相关性,斑块面积减少、生境破碎化程度增加能够降低移动能力较强的豆荚螟(r=0.365)的为害率,而对移动能力较弱的柠条豆象(r=0.160)、柠条种子小蜂(r=0.193)则没有明显影响.斑块边缘效应强度和景观斑块周边资源互补对种群密度具有正相关的影响.     

呼中林区森林景观的历史变域模拟及评价

在大兴安岭地区呼中区,将物种的年龄和分布信息进行随机化处理后,应用空间直观景观模型LANDIS对森林景观进行长时间(2500a)模拟,取物种演替稳定时间段作为模拟历史变域的数据来源.分别在景观水平和年龄类型水平上利用景观指数空间分析、主成分分析和核密度估计方法分析景观格局历史变域的模拟结果,并在二维空间坐标内,将研究区1990年、2000年森林景观特征与之比较.结果表明,各树种面积比例在模拟900a后都达到稳定状态,可作为无干扰条件下森林景观特征的历史变域;由于长期采伐,研究区1990年景观的斑块面积和破碎化程度都偏离了该历史变域,其中,过熟林偏离最明显,其斑块面积远小于历史变域,破碎化程度非常严重;虽然1990年后的采伐管理方案比之前的更为合理,但2000年的森林景观仍旧继续偏离历史变域.     

不同等级道路对生态网络的影响——以福州市为例

道路的扩张导致生态网络破碎化加剧及其景观连接度受阻,科学分析不同等级道路对景观连接度及生态网络的影响对指导道路规划和生态保护具有重要意义。本研究以福州市为研究区域,基于2020年道路网络、土地覆盖类型、数字高程模型等数据,运用形态学空间格局分析和电路理论在不同物种扩散距离(1、3、5、10 km)范围内进行生态网络构建,并在景观-斑块-廊道尺度分析不同等级道路(高速公路、城市快速路、一级公路、二级公路)对景观连接度的影响。结果表明：在景观尺度,整体景观连接度与物种扩散距离呈显著正相关,其中,高速公路、城市快速路、一级公路、二级公路均在10 km物种扩散距离范围内导致整体景观连接度的下降率最低,分别为15.6%、5.3%、1.5%、5.2%;在斑块尺度,在不同等级道路的比较中,高速公路在1、5 km物种扩散距离范围内导致斑块连接度的下降率最大,一级公路在3、10 km物种扩散距离范围内导致斑块连接度的下降率最大;在廊道尺度,城市快速路在5 km物种扩散距离范围导致整体最低成本路径的成本加权距离、整体最低成本路径的成本加权距离与其长度之比、整体有效阻力和廊道总长度的上升率最高,分别为43....