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.     

城市不同地表覆盖类型下土壤有机碳矿化的差异

土壤有机碳(SOC)矿化是陆地生态系统碳循环的重要过程。因受到强烈的人为干扰,城市土壤生态服务功能严重退化,进而对城市土壤地球化学循环尤其是碳循环产生深刻的影响。以北京市奥林匹克森林公园的5种典型地表覆盖类型(草坪、灌木、行道树、植草砖、硬化地表)下土壤为研究对象,研究了城市不同地表覆盖类型下土壤有机碳矿化过程及固碳能力的差异。结果表明,城市5种地表覆盖类型下的土壤有机碳矿化趋势与自然生态系统中的土壤基本一致,都表现为前期矿化较为快速,后期明显减慢并且趋于平稳;不同地表覆盖类型下土壤的有机碳矿化作用有显著差异,灌木、行道树、植草砖覆盖下土壤有机碳矿化能力较强,硬化地表和草坪较弱,与土壤有机碳含量特征类似;一级动力学方程对各土样有机碳矿化过程的模拟结果较好,结果显示草坪覆盖下土壤固碳能力较强,灌木覆盖下次之,行道树、植草砖和硬化地表覆盖下较弱;土壤固碳能力的高低并不对应着土壤有机碳含量的高低,城市人为干扰和外源有机碳的输入对土壤有机碳储量影响较大;硬化地表下不同土层有机碳矿化作用无明显差异,而其他地表覆盖类型下的土壤有机碳矿化作用随土层加深显著减弱,特别是植草砖和行道树特征最为明显;各地表覆盖类型下土壤固碳能力随土层深度变化的规律不显著。城市土壤有机碳矿化的最主要限制因子是土壤有机碳的含量,土壤p H值、养分含量、粘粒含量等性质也通过影响土壤有机碳含量及微生物活动等对土壤有机碳矿化过程产生影响。     

藏北高原地表覆盖时空动态及其对气候变化的响应

利用2001—2008年逐年的MODIS地表覆盖类型产品,根据藏北高原地表覆被特征对原始数据进行合并处理,得到每年藏北高原地表覆盖类型图;运用分类统计、动态转移矩阵、景观格局指数方法分析藏北高原地表覆盖类型的变化,并结合研究区内气象台站观测数据分析地表覆盖类型转化对气候变化的响应特征.结果表明:研究期间,由于气候变暖速率的加快,研究区冰川雪被消融加速,冰川面积迅速萎缩,融化的雪水汇集到高原湖盆,使湖面水位上升,湖泊面积增加,部分被淹没的草地形成湿地;植被覆盖状况没有表现出明显的变好或退化趋势,2001—2004年为气候暖湿化阶段,荒漠裸地减少、稀疏草地和草地覆盖面积增加,2006—2007年为气候暖干化阶段,荒漠面积增加、稀疏草地面积减小;2001—2008年,藏北高原景观破碎度减小,地表覆盖异质性降低,且各类型所占比例的差异有所加大.     

城市扩张背景下道路树冠覆盖量变特征——以北京市为例

道路树冠覆盖(RTC)是城市树冠覆盖(UTC)的最重要组成部分。本文从RTC量变及其与城市扩张的关系出发,构建了RTC量变评价体系,为城市生态规划及道路绿地系统管理提供依据。基于RTC与道路(R)、不透水地表(I)、UTC、潜在UTC(PUTC)变化的量比关系建立了5项评价指数,并以北京市主城区为研究区域分环路区间进行空间分布特征分析及评价。结果表明:2002—2013年间北京市主城区道路树冠覆盖面积增长显著,RTC面积变化指数为2.142,覆盖率从21.62%提高到35.00%;整体RTC增长相对城市不透水地表变化及道路加权变化呈现明显的优势响应特征;整体I响应指数为1.879,R响应指数为1.736; RTC相对整体UTC增长及PUTC面积减少呈微弱的优势响应特征,整体U(UTC)响应指数为1.055,P(PUTC)利用指数为1.06; RTC面积变化指数、I响应指数、R响应指数、P利用指数在由内向外的城市扩张梯度上具有递增趋势;在各环路区域间,U响应指数基本均衡,其余指标具有较明显的差异性; RTC面积变化指数在各环路区域间的差异性最大;RTC面积变化指数与R响应指数的相关性最为显著,越往外围,RTC的面积变化越为显著,其对道路和城市不透水地表变化的响应优势也越为显著;新增道路和不透水地表具有明显更高的RTC覆盖率; U响应指数和RTC的增长率不显著相关;北京主城区RTC环向区间差异性显著,内城提升需求高,特别是2环内区域的滞后性需要引起关注; RTC在整体城市树冠覆盖中的地位和倾向性优势仍待加强,3环内区域尤为迫切; RTC提升空间压缩,建成区不透水地表潜力开发是RTC后续增长的重要途径。     

京津冀城市群土地利用变化对地表径流的影响

城市化的显著特征之一是地表景观格局被人为改变,大量硬化地表覆盖、取代了原本自然或半自然的土地覆盖类型,极大地干扰了区域水文循环过程。其中,最直接的体现是对地表径流过程的影响。城市群作为当前我国城市化的重要模式,其聚集连片的扩张模式,对区域地表径流过程的干扰尤为严重。以京津冀特大城市群为研究区域,应用长期水文影响评价模型(L-THIA),以1980、1990、2000、2010、2015年5期土地利用数据、土壤数据以及1950—2015年逐日降雨数据为输入,模拟计算了不同土地利用/覆被格局对多年平均地表径流量的影响。结果表明,(1)经过率定的L-THIA模型能够较为准确地模拟京津冀城市群地区的地表径流分布特征,模型模拟误差在±10%内;(2)1980—2015年,京津冀城市群地区不透水地表面积急剧增加,其净增长值为12690.14 km~2。北京与天津等超大城市不透水地表面积增加最明显;(3)随着土地利用格局的变化,京津冀地区地表径流量呈逐年增长趋势。1980—2015年,京津冀城市群地区地表径流量的绝对增长值为17.84亿m~3,增幅11.83%。其中,1990—2000年及2010—2015年期间地表径流年均增长率较大,分别为0.36%与0.46%。对地表径流贡献较大的土地利用类型为耕地和不透水地表,其5期土地利用情景下的平均产流占比分别为35.38%、22.71%;(4)城市尺度上,不同城市的标准化年均径流深(NAARD)存在较大差异。天津、石家庄的产流能力较强,承德、衡水等城市的产流能力较弱,北京市的标准化年均径流深处于中等水平。另一方面,不同城市标准化年均径流深增长规律也存在较大差异。1980—2015年,天津市的NAARD增长最多,承德市增长最少,北京市的NAARD增长处于中等水平。本文对于京津冀城市群水文过程的时空演变研究以及国土空间优化指导具有参考意义。     

空间视角下的多尺度生态环境质量评价方法

以PSR模型为理论基础构建评价指标体系,并基于模糊神经网络在市域范围内以区县和主体功能区为评价单元对北京市2007、2015年的生态环境质量进行了定量评估。结果表明:1)北京市生态环境质量等级由高到低依次为:远郊区县、近郊区县、中心城区;2)北京市生态涵养发展区与禁止开发区域的生态环境质量等级明显高于其他类型主体功能区;3)2007、2015年北京市北部与西南部地区生态环境质量等级基本保持在Ⅱ的水平,东南部部分地区的生态环境质量等级在逐渐提高,而北京市中部与近郊区县等相当一部分地区的生态环境质量等级在近几年来有降低的趋势。     

雄安新区地表覆盖变化及其新区规划的生态响应预测

雄安新区是新近设立的国家级新区,如何在新区建设中坚持生态优先、绿色发展,是即将开展的新区规划必须考虑的问题。绿色生态规划离不开对规划区生态本底的清楚认识,离不开对规划结果的准确预判。因此基于2004、2015年的Landsat影像,采用遥感信息反演技术和RSEI遥感生态指数,评估了该区近11年来的地表不透水面、植被和水体三大覆盖类型的变化,并预测新区建设的生态效应及其对热环境的影响。结果表明,雄安新区近11年地表不透水面、植被和水体的面积虽互有增减,但变化强度都小于5%,总体开发强度不大,本底生态质量较好,稳中略升。定量分析表明,在该区的三大地表覆盖类型中,不透水面对区域生态和地表温度的影响最大。根据所获得的关系模型预测,新区的人口规划和面积方案将对区域生态质量和热环境产生影响,如果按新增不透水面面积占新区面积25%的比例来预测,它将使生态质量下降10%,地表温度上升1.1℃;但如果将不透水面比例控制在20%,则新区的生态质量反而上升3.6%,地表温度下降0.3℃。     

干扰对辽东山区次生林植物多样性的影响

依据林分距离居民区和一、二级道路的远近以及郁闭度与受害乔木株数百分比,将人为干扰和自然干扰各划分为低度干扰、中度干扰和高度干扰3个水平.在此基础上,调查分析了干扰对辽东山区次生林植物多样性的影响,初步探讨了人为干扰和自然干扰影响的差异.结果表明,在不考虑次生林类型的前提下,受中度水平人为干扰的次生林总体多样性高于其它两个水平,从低水平干扰到高水平干扰的Simpson 指数分别为0.95、0.96和0.92,Shannon-Wiener指数分别为3.60、3.77和3.36;乔木层多样性有随干扰水平提高而增加的趋势,灌木层和草本层的变化趋势与总体多样性相似;各次生林类型总体多样性随干扰水平的变化存在差异,且乔木层、灌木层和草本层的多样性变化在各次生林类型中未呈一致的趋势,其中灌木层和草本层受干扰影响较大;自然(雪/风)干扰发生近3年后,受到不同程度影响的桦木林总体多样性差异不大, Simpson 指数分别为0.91、0.91和0.92,Shannon-Wiener指数分别为2.30、2.93和2.89;随着干扰水平提高,乔木层和灌木层多样性呈增加趋势,草本层多样性则变化不大.     

北京市森林生态安全预警时空差异及其驱动机制

主要探讨森林生态安全预警指数演化的时空格局变化及其驱动力机制,以期为推进北京市森林生态安全决策提供理论参考。基于森林生态安全预警指标体系,运用SD模型从区县尺度对北京市2009—2015年森林生态安全预警的时空差异进行分析,并对2015—2030年森林生态安全演变趋势进行预测。结果表明:(1) 2009—2030年,北京市森林生态安全整体呈改善态势。其中,2009—2015年,北京市森林生态安全预警指数呈略有下降态势,但下降速度有限; 2016—2030年,预警指数呈上升趋势。(2)各区县内部差异显著,5个区县的森林生态安全预警指数有所下降,其中海淀区下降幅度最大。2016—2030年,各区县中除海淀区外,预警指数均小幅上升,森林生态安全状况有所改善;但石景山区仍为巨警,海淀和朝阳区为重警。(3)空间上,森林生态安全预警指数从功能拓展区到城市发展新区及生态涵养区,呈现出由低到高的变化趋势,其低值区随着城市化进程的加快而逐渐扩大。生态涵养区的森林生态安全状况明显优于其他地区,发展新区的森林生态安全改善显著,功能区个别地区则有退化迹象。(4)北京市森林生态安全预警指数时空演变特征主要受森林资源、社会经济、自然环境和林业政策等多种因素的综合影响,因而出现森林生态安全演进的阶段性及其区域性差异。     

北京市居住区林木健康评价

为了揭示北京市居住区林木健康变化特征及影响因素,提供北京市居住区林木健康经营对策。对北京市85个居住区林木进行健康特征调查,在建立林木健康评价模型评价林木健康状况的基础上,采用方差分析法和多重比较法分析不同类型居住区林木健康差异。结果表明:不同类型居住区林木健康指标差异显著(P0.05),各指标变化规律不完全一致;不同类型居住区地表覆盖情况、光污染程度、树干倾斜度、栽植截干、树势、冠形、干形等方面普遍较差。北京市居住区林木健康指数在0.60—0.80之间,健康等级呈现右偏正态分布特点,健康林木比例为3. 65%,亚健康林木(56. 07%)最多,其次是中等健康林木(36.68%),不健康林木有3.50%,濒死林木仅占0.10%。居住区林木健康指数在不同区域和不同来源间差异不显著(P0.05),在不同时期间差异显著(P0.05),健康指数大小分别为:三—四环=四—五环五—六环二环内=二—三环;福利房商品房保障房;2009—2013年2003—2008年=1998—2002年=1991—1997年1956—1990年。北京市居住区林木生长处于亚健康状态,潜在影响因子如地表覆盖情况、光污染程度、树干倾斜度等指标是限制北京市居住区林木生长的重要因子。适当减小夜间照明影响、增加有机地表覆盖、避免过度的修枝截干和加强林木养护管理是当前北京市居住区林木健康生长的保障。     

人为干扰强度对村级景观破碎度的影响

村落具有人类活动所造成的许多景观特征,是研究人为干扰对景观破碎度影响的良好场所;本文运用地表植被的改变状况和主要辅助能的投入为指标,按重度干扰强度、中度干扰强度和轻度干扰强度3个等级把村落分为中心区、过渡区和基质区,分别不同研究区的景观破碎度与人为干扰强度的相互关系,3个研究区域的斑块密度指数分别为0．3416、0．3109和0．0028;景观破碎度分别为0．0820、0．0746和0．0007,重度干扰和中度干扰比轻度干扰下景观具有明显高的斑块密度指数和破碎化指数,随着人为干扰强度的增加,景观破碎化程度相应增加,中度人为干扰使景观破碎度值较高。     

近10年北京极端高温天气条件下的地表温度变化及其对城市化的响应

以北京市为研究区,利用2000年和2010年极端高温发生时MODIS卫星的地表温度（LST）产品数据,结合DMSP/OLS夜间灯光数据,应用差值、等温线、剖面分析等方法,分析了北京市近十年来极端高温发生时地表温度的时空变化特征及其对城市化的响应。研究结果表明：（1）近十年来,极端高温时的地表温度升高,高温区范围增加,城市功能拓展区与发展新区的高温区增加面积大于首都功能核心区与生态涵养区;（2）北京市城市化发展迅速,城市扩张对极端高温条件下的地表温度时空分布与变化趋势起着主导作用。     

山地城市坡向对地表温度的影响——以重庆市主城区为例

为揭示坡向对山地城市地表温度的影响,以重庆市主城区为例,由Landsat TM影像反演地表温度,提取各坡向上的地表温度,进行方差分析。结果发现,东南和南坡向的地表温度较高,而西北和北坡向的地表温度较低,8坡向分类时,各坡向的平均地表温度的差异具有显著性;用地类型没有坡向偏好,对于同一种用地类型,各坡向的平均地表温度没有显著差异。不同的用地类型上的城市建设强度和生产、生活活动差异是引起地表温度变化的主要因素,而坡向对城市地表温度的影响相比强烈的城市人为活动产生的环境效应而言是微弱的。     

城市遗存山体植被群落特征对不同人为干扰方式及强度的响应

快速城市化发展对城市内植被和生物多样性产生了显著的影响,研究植物群落特征对人为干扰的响应规律可为城市残余生境生态恢复、生物多样性保护及植被的合理开发利用提供科学依据。以典型的喀斯特多山城市贵阳市为研究区域,城市遗存山体为研究对象,基于遥感解译与群落生态学调查和分析等方法,探讨了不同人为干扰方式及强度对城市遗存山体植被特征、群落物种组成和多样性的影响。结果表明：（1）中度人为干扰强度下城市遗存山体植被覆盖度（FVC）和植被净初级生产力（NPP）数值最高;复垦干扰下FVC和NPP值相一致且为最高,中小型公园化利用山体FVC和NPP值完全不一致且NPP最低。（2）不同人为干扰强度和方式下城市遗存山体间的平均物种数和生活型构成均存在显著性差异。整体上城市遗存山体的平均物种数在不同干扰强度下表现为轻度人为干扰 > 中度人为干扰 > 重度人为干扰;不同干扰方式下的平均物种数呈现为人为踩踏 > 构筑物 > 工程建设 > 公园化利用 > 复垦 > 工程开挖的趋势;重度干扰下城市遗存山体的落叶乔木、灌木占比最高,中度干扰下常绿灌木和多年生草本为主。（3）不同干扰强度下城市遗存山体植物群落垂直结构各层次物种多样性指数均偏低且存在显著性差异,乔木层、灌木层Shannon-Wiener （H''）、Simpson （D）、Margelf （R）指数在中度干扰强度最大,而在草本层均最小;均匀度Pielou （Jh）指数在乔木层和草本层中表现为轻度人为干扰 > 中度人为干扰 > 重度人为干扰,而在灌木层完全相反。（4）乔木层4种多样性指数在不同干扰方式下的差异较大;灌木层和草本层的多样性指数在人为踩踏和构筑物建设干扰方式下显著高于其它干扰方式,工程开挖为主的干扰方式下灌木层和草本层多样性各指数均偏低且存在显著性差异。总体而言,轻中度人为干扰对城市遗存山体植物群落物种组成和多样性的影响不突出,且中度干扰对植物群落物种多样性具有一定的促进作用,但重度干扰对城市遗存山体植物群落特征存在明显的负面影响。     

基于土地利用格局变化的北京市生境质量时空演变研究

城市生境质量对生物多样性保护有至关重要的作用,以北京市为例分析2000—2015年北京市不同土地利用类型的空间分布特征和不同区域之间的差异,并借助In VEST-Habitat Quality模型评估了北京市4个时期(2000年、2005年、2010年和2015年)、4个区域(首都功能核心区、城市发展新区、城市功能拓展区、生态涵养发展区)的生境退化程度和生境质量变化情况。结果表明:(1)从2000年到2015年,建设用地增加了近40%,耕地、湿地是其快速扩张的主要来源,城市发展新区的建设用地增加了60%;(2)主要的生态用地(林地、草地、湿地)所占比例总体增加了5.71%,但是总体景观结构异质性减弱,斑块破碎化程度加大;(3)生境质量总体下降了2%,表现出明显的区域差异,首都功能核心区和生态涵养发展区的生境质量总值逐渐升高;生境退化度逐渐增加,最严重的区域在城市功能拓展区以及平原-山区交界地带。对区域生态服务价值评估的有益探索,为今后进一步城市景观格局的构建和优化提供依据和参考。     

基于多种方法的景观格局动态变化综合分析——以辽宁省铁岭市为例

景观格局变化一直是景观生态学研究的核心问题之一,也是相关生态和环境过程研究的基础.本文应用3S技术,综合传统的空间统计分析、转移矩阵、景观指数和景观动态指数、Kappa指数系列,并引入模糊Kappa指数方法,以铁岭市2002-2011年间景观格局变化为例进行了综合研究.结果表明:铁岭市景观空间格局在研究时段内发生一定程度的变化.旱地面积大幅增加,水田面积明显减少,各景观类型之间均有相互转化.景观格局总体的变化趋势是形状趋于复杂、异质性增加、破碎化加剧,人为干扰的影响较明显.研究区域2002-2007年综合景观动态度指数明显高于2007-2011年,景观动态总体呈现放缓趋势.通过Kappa指数系列可知,研究时段内研究区景观变化由景观类型之间变化为主逐渐转变为各类斑块位置上的变化为主.应用多种方法进行综合分析更能全面有效地反映景观格局变化.     

内蒙古阿鲁科尔沁国家级自然保护区景观动态及保护成效

快速评估自然保护区的保护成效,对科学地制定管理决策具有重要意义.本文通过遥感解译进行景观分类和景观动态变化分析,使用保护性景观质量指数、人工景观干扰指数和景观保护成效综合指数等开展内蒙古阿鲁科尔沁国家级自然保护区2004—2014年的保护成效研究.结果表明: 2004—2014年,该自然保护区内自然景观所占比例由92.2%增加到92.8%,天然草地和灌木林面积显著增加,但湖泊、河流快速减少;景观格局变化较大,主要景观类型面积转出率和转入率高,景观转类指数为0.33.自然保护区内各功能区的保护性景观及其占比均明显增加,保护性景观质量指数由24.37增长为25.36,景观质量得到提升.各功能区均存在不同程度的人工干扰,人工干扰景观面积增大;2004和2014年人工景观干扰指数分别为-0.79和-0.96,人工干扰强度变大.研究期间,内蒙古阿鲁科尔沁自然保护区的景观保护成效综合指数为3.5%,其景观保护成效达到“很好”,野生动植物生境趋于好转.     

浙江西门岛湿地景观格局与人为干扰度动态变化

基于西门岛湿地2007和 2010年两期SPOT 5影像(空间分辨率均为5 m)数据,结合西门岛湿地土地利用现状,参考《全国土地利用分类》（试行）、海域使用分类海洋行业标准以及综合考虑遥感数据特性,建立西门岛湿地人为干扰类型分类系统;应用景观格局指数法、GIS空间分析法,得到景观指数和人为干扰度指数,探讨了西门岛湿地景观格局与人为干扰度动态变化.结果表明: 研究期间,西门岛湿地景观异质性、破碎度和优势度降低,景观形状复杂度降低.西门岛湿地人为干扰中心由分散发展到集中;干扰中心主要贡献景观类型是裸地和居民点;干扰总程度由海域向陆地逐渐加重,居民点、码头、交通用地干扰总程度最高.滩涂养殖、泥滩地、浮筏养殖景观的人为干扰度跳跃性大.水陆交错带出现干扰总程度较低但干扰极不平稳的现象.无干扰、半干扰和全干扰型景观的斑块数量下降.无干扰、半干扰景观的平均斑块面积增加,全干扰景观的平均斑块面积减少.无干扰景观的平均形状指数下降,半干扰型和全干扰型景观形状有复杂化趋势.     

绿洲城市用地扩展的景观生态格局变化——以武威市凉州区为例

在ArcGIS 10.2和Fragstats 4.2软件的支持下,采用圈层分析、景观指数、城市扩展强度指数等方法,以武威市凉州区1985、1995、2005和2015年4期土地利用现状数据为数据源,对凉州区1985—2015年城市用地扩展的景观生态格局变化特征进行分析。将整个研究区划分为东北(NE)、东南(SE)、西南(SW)和西北(NW)4个方向,并以3 km为缓冲半径作覆盖整个研究区的23个圈层,分析了凉州区城市空间扩展时空演变特征、城市空间扩展过程中的土地利用和景观格局变化。结果表明:凉州区的城镇建设用地主要分布在0~3km的区域范围内;1985—2015年城镇建设用地面积持续增加,正东方向和东南方向是城镇扩展的主方向;凉州区城镇建设用地景观斑块形状简单,受人类活动干扰,斑块个数不断增加,破碎度加剧,且距离城镇经济中心越近斑块集中度越高。     

新区开发建设及其生态效应——以雄安新区为例

雄安新区自2017年设立为国家级新区以来,已进行了大量的开发建设,但迄今尚未见对开发建设所产生的生态效应的研究报道。因此,选取2017年和2020年的Landsat 8影像,分别代表雄安新区未开始建设和建设3年后的两个时期来对此进行对比。利用遥感空间信息技术反演出2017—2020年雄安新区开发建设以来主要地表覆盖类型的变化,并采用遥感生态指数(RSEI)对这些地表覆盖类型变化产生的生态效应进行评估。结果表明：(1)雄安新区2017—2020年间的开发建设已使建筑用地面积增加了60.01 km²,水体面积增加了8.95 km²,植被面积减少了69.29 km²。雄安新区现阶段的开发建设主要集中在区内的容城县和雄县,而安新县的开发强度较小。(2)雄安新区2017—2020年间开发建设的生态效应体现在生态改善面积大于退化面积,生态等级良好以上的面积占比有所提升。因此,新区的生态质量总体略有上升,RSEI均值从0.668上升到0.677。但3个县的表现不一,雄县和安新县的生态有所提升,而容城县则略有下降。(3)雄安新区虽经开发...