基于分形理论的乡村聚落景观空间特征及演变——以厦门市为例

空间结构和空间形态共同构成乡村聚落景观空间特征,对二者的科学分析是乡村土地利用格局优化的基础.本研究采用分形理论,从全市与分乡镇两个尺度上对厦门市乡村聚落景观空间结构的特征和演变进行定量分析,并提出空间格局优化的相应对策.结果表明: 厦门市乡村聚落景观空间结构与形态的分形特征明显.在全市尺度上,聚集维数、交通网络直通度和空间形态维数随时间变化而增大,而空间关联维数持续减少;乡村聚落景观空间结构呈多中心聚集态分布,交通网络通达性变好,空间结构自组织不断优化,而乡村聚落景观空间形态日趋复杂,空间呈扩展的趋势.在分乡镇尺度上,乡村聚落景观空间特征差异显著,空间结构松散、通达性较弱等问题存在于部分乡镇.未来需加强交通等基础设施投入和中心村建设,提高乡村聚落内部各要素的关联度,促使其空间结构优化.本研究结果为优化乡村聚落空间布局、科学编制乡村土地利用规划提供了有力的技术手段和理论支撑.     

高寒山地生态脆弱区聚落空间格局特征及成因识别——以天祝藏族自治县为例

自然环境复杂多样是山区聚落空间差异性和异质性的主要原因,对聚落空间治理及可持续发展具有深刻影响。采用天祝县2018年土地变更调查数据,利用空间"热点"探测、最小累积阻力值模型（MCR）和二元Logistic回归等方法,对聚落空间分布格局及其形成因素进行分析。结果表明：（1）聚落分布整体表现为集聚型,空间上呈现出"东南高、西北低"的格局。（2）核密度估计值东南高、西北低,形成"东南密集型"和"西北稀疏型"2个典型分布区,呈现出"核心-边缘"结构;同时,聚落规模空间"热点"探测显示,聚落形态具有显著的空间差异性,华藏寺镇表现为高密度大斑块,其他乡镇表现为中低密度小斑块。（3）聚落斑块平均密度对分组分析结果作用显著,聚落类型由中低密度斑块主导,受高寒气候区分布范围较广的影响,高寒区稀疏型聚落覆盖范围较大。（4）通过聚落空间格局影响因素统计分析和Logistic回归分析,定量识别出：地形条件、土地资源配置和降水条件对聚落分布疏密程度作用最显著,交通禀赋和交通可达性对县域聚落格局优化具有重要作用。     

陇中黄土丘陵区乡村聚落空间格局——以天水市为例

基于天水市2013年"第二次全国土地调查"数据库,提取聚落、河流、道路等属性数据,借助景观空间格局指数和景观格局分析模型,从县域和市域两个尺度分析天水市乡村聚落的空间分布特征。结果表明:天水市县域乡村聚落景观分异明显,秦安县乡村聚落斑块小,但分布密集,村村分离不明显;清水县乡村聚落斑块大,但分布稀疏,村村分离明显。清水县、甘谷县和秦安县聚落斑块复杂、不规则,分布较为破碎,随机分布态势较强;其他县区乡村聚落形态比较简单、规则,破碎程度小,分布较规整。此外,天水市域乡村聚落规模、形态和格局空间分布特征明显,各乡镇乡村聚落斑块规模与全市平均斑块规模差距小,在临近地域建筑观念和地形特征相似因素的影响下,乡村聚落规模大小有着趋同性;同时,天水市乡村聚落呈现"北部中部沿河密集,东部南部依山稀疏",具有明显的环境指向性,乡村聚落斑块数目和斑块密度在南北方向上均呈现较明显的"U"型态势,在东西方向上分别为西高东低和中部向东西两侧递减的趋势。     

江苏省路网密度与聚落占地率的关系

基于2000年江苏省1∶1万地形图数据,应用邻域分析方法,对江苏省15个县(或县级市)的道路与聚落在5、10、15及20 km 4个尺度上的空间分布特征及二者在16个尺度组合下的关联强度进行了比较.结果表明:道路是异质性较低的景观要素类型,而聚落是异质性较高的景观要素类型;道路与聚落的空间异质性水平均随着观测尺度的增大而降低,但前者的异质性水平随尺度增加而降低的程度不如后者明显;路网密度较大或聚落占地率较高的地区,道路及聚落分布的空间异质性均分别趋于下降;在16个尺度组合中,20 km尺度路网密度与5 km尺度聚落占地率的关联程度最高;在上述尺度组合下,路网密度随聚落占地率的增大呈阶梯式增长,路网密度的增长表现出非连续性特征;由于这两种不同景观要素类型往往具有不同的尺度依赖特征,有必要比较多种尺度组合下二者的相关程度,并选择合适的尺度组合来研究景观要素间的相关关系.     

基于小波变换的NDVI与地形因子多尺度空间相关分析

以西藏高原生态系统的NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）及其地形影响因子为分析对象,使用小波变换揭示了其多尺度空间格局。通过小波方差尺度图可以辨识出,在研究区域内NDVI及其地形因子存在着4、12km和25km等多尺度变异格局。小波多尺度相关分析是对普通相关的一种拓展,使用小波系数分尺度计算了NDVI及其影响因素的相关系数,并与普通相关进行了比较。结果表明,4种地形因子（海拔高度、坡度、坡向和CTI）不论是正相关还是负相关,在较小尺度上与NDVI的相关系数都比较小,一般情况是尺度增大,相关性增大。这反映了地形因子作为大的宏观制约因素对NDVI起作用。实践证明,小波分析对于揭示自然要素的多尺度空间结构和各向异性是一种强有力的工具。     

基于小波变换的武夷山自然保护区NDVI与地形因子多尺度空间相关分析

以武夷山自然保护区为研究区域,用海拔、坡度、坡向和NDVI作为地形和植被景观变量,研究了地形-植被关系的尺度依赖性问题;利用小波分析工具,分别构建地形、植被因子在不同尺度上的小波方差图,然后利用小波系数计算NDVI和地形因子相关性.结果表明:武夷山自然保护区内NDVI及其地形因子均存在至少2个清晰的尺度结构,并且均是较大尺度上的小波方差更大,地形-植被二者存在的较小尺度区间比较一致,而较大的尺度区间略有差异;地形因子在中高尺度上与NDVI的相关性更强,反映了地形因子作为大的宏观制约因素对NDVI起作用;坡度和坡向与NDVI的相关性随尺度变化规律复杂并且波动性非常大.本研究有助于揭示自然保护区境内地形.植被多尺度复杂相关关系,同时也表明小波分析为揭示自然要素的多尺度空间结构提供了强有力的工具.     

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。     

湘西州山区土地利用类型的地形梯度效应与景观格局分析

【摘要】为进一步定量探究地形因子在土地利用中的影响程度大小, 以湘西州山区为研究对象, 借助ArcGIS空间分析功能从DEM数据中提取了湘西州高程、坡度和地形位指数信息, 并利用地形位指数、分布指数以及土地利用综合强度指数系统探究了该州土地利用地形梯度效应, 同时结合景观格局指数对其进行了景观格局分析。结果表明: 1)湘西州土地利用类型空间分布格局具有明显地形梯度效应, 高程、坡度与地形位指数对空间格局形成具有重要影响; 2)耕地、建设用地和水域一般分布于低地形位区间, 其中水域在坡度地形位中同时处于低地形位和高地形位区间。林地大多分布于高地形位区间。土地利用综合强度指数呈现随地形位指数增大而减小的趋势。3)湘西州景观中的耕地破碎度最大且空间结构最为复杂, 林地占主体且集聚性最高, 景观类型分布不均, 景观结构有待优化。该结果可以为湘西州山区土地利用模式优化与水土保持综合治理提供参考依据与建议, 助力其减贫发展与乡村振兴。     

西南山地阔叶混交林群落空间结构的多尺度特征

为了解植物群落在多尺度下的空间变异规律及其对空间尺度的依赖, 以川西南山地阔叶混交林为对象, 在有代表性的地段设立100 m×100 m样地, 采用传统的罗盘仪对树体的相对空间位置进行定位, 运用主轴邻距法(principal coordinates of neighbor matrices, PCNM)对群落空间结构的多尺度(100 m内)特征进行了研究。结果表明,群落均匀度指数、空隙度和开度、林分胸高断面积和林分密度在大尺度上表现出显著的空间结构。在不同的尺度下, 林分密度、叶面积指数和林下地表直接辐射都对均匀度指数有影响, 林分密度、林下地表直接辐射、生物量和空隙度都对土壤有机质含量有显著影响, 群落结构与环境因子都表现出明显的空间结构。PCNM分析可获取样本间空间关系在不同尺度上的分解向量, 与群落结构显著相关的PCNM因子即是群落或生境在该尺度上所表现出的显著的空间结构。典型相关分析结果表明群落结构因子和光因子相关性显著, 两者都与PCNM变量极显著相关且相互影响,表明群落结构和光因子都表现出显著的空间结构。因此, 利用PCNM对群落结构进行空间分析有助于理解群落空间异质性对尺度的依赖。     

山地森林样带植被-环境关系的多尺度研究

为了评价和比较地形和其它“直接”环境因子对植被变化影响的大小 ,通过调查一条亚热带山地森林样带及其生境因子 ,分析不同层次植被的水平格局 ;并利用多元回归和 DCCA方法比较了诸生境因子对植被格局变化的影响及其与分析尺度相关的变化。结果表明 :( 1 )影响乔木、灌木和草本层植被格局变化的首要因子都是地形特征 ;最重要的土壤因子是土壤发生层厚度。在对林下物种构成的影响方面 ,坡向和坡度的作用大于林冠空隙度。 ( 2 )除坡向外 ,其它地形因子之间存在不同程度的相关性 ;林冠孔隙度和土壤理化属性分别与不同的地形特征显著相关 ,显示了地形对林隙干扰和土壤侵蚀过程的控制。乔、灌、草的覆盖度是生境条件的综合反映 ;它们与非生物因子的相关性显示了成熟林下灌木和草本层物种生态习性的整体差异。 ( 3)各分析尺度上诸生境因子间的相关关系基本稳定。但随尺度增大 ,生境的小尺度异质性被平滑掉。诸因子之间的相关显著性程度逐渐降低。 ( 4 )从 5× 5 m2到 5× 4 0 m2 ,立地因子对乔、灌、草 3层植被变化的解释量随尺度的倍增而接近成倍增长 ;但其主要原因是样方数量增加 ;分析尺度变化的影响小得多。 ( 5 )地形与土壤、光照等直接生境因子对植被格局解释量之和相当。但在不同尺度上 ,地形特征都是     

祁连山北坡天然草地不同尺度地上生物量空间格局对地形的响应

草地群落地上生物量的空间格局反映了地形差异导致的群落资源配置空间异质性。采用草地群落调查与广义相加模型(GAM)相结合的方法,分析了祁连山北坡典型草原山体尺度和坡面尺度上群落地上生物量格局的响应特征。结果表明:山体尺度上,群落地上生物量受地形因子影响的顺序为海拔坡向变率≈坡度变率≈坡度;利用坡向作为划分条件将山体尺度缩小为坡面尺度后,东、西两个坡面群落地上生物量受坡向变率的影响最大,南、北坡则分别受海拔和坡度变率的影响最大,其中草地群落地上生物量在东坡随坡向变率的增大先减少后增加,西坡随坡向变率的增大先增加后减少,南坡随海拔的上升而增加,北坡随坡度变率的增大先不变后减少;草地群落地上生物量空间格局在山体尺度和坡面尺度上具有明显的尺度依赖特征。     

测量的区域土地覆盖格局研基于多尺度遥感究

利用1km、4km和8km 3种空间分辨率的NOAA/AVHRR数字影像,对中国NECT样带西部地区进行了土地覆盖分类及其景观特征的比较研究。重点比较了几种空间分辨率遥感数据分类结果边界的一致性和空间差异,以及影像所记录的景观格局的差异。为进一步在不同尺度上研究景观变化过程以及尺度转换研究奠定了基础。研究表明：3种空间分辨率的遥感影像所反映的区域土地覆盖的宏观空间格局是一致的,但类型的边界、每一类型斑块的形状和数量均产生较大的差异;经过对反映景观空间结构的4种指标（分维数、破碎度、多样性、优势度）的比较显示出随着遥感影像空间分辨率的变化,影像所反映的景观结构发生了较大的变化。其中,各覆盖类型的分维数表现出最大差异,表征着空间分辨率的变化对斑块复杂程度的影响最大。     

测量的区域土地覆盖格局研基于多尺度遥感究

 利用1km、4km和8km 3种空间分辨率的NOAA/AVHRR数字影像,对中国NECT样带西部地区进行了土地覆盖分类及其景观特征的比较研究。重点比较了几种空间分辨率遥感数据分类结果边界的一致性和空间差异,以及影像所记录的景观格局的差异。为进一步在不同尺度上研究景观变化过程以及尺度转换研究奠定了基础。研究表明：3种空间分辨率的遥感影像所反映的区域土地覆盖的宏观空间格局是一致的,但类型的边界、每一类型斑块的形状和数量均产生较大的差异;经过对反映景观空间结构的4种指标（分维数、破碎度、多样性、优势度）的比较显示出随着遥感影像空间分辨率的变化,影像所反映的景观结构发生了较大的变化。其中,各覆盖类型的分维数表现出最大差异,表征着空间分辨率的变化对斑块复杂程度的影响最大。     

基于地形梯度的岩溶槽谷区土地利用空间格局分析

揭示当前多因素驱动机制下岩溶槽谷区典型地貌单元在地形梯度上土地利用分布的一般规律与差异性特征具有重要意义。以2017年landsat TM高清影像和30 m×30 m DEM（Digital Elevation Model）为数据源,并结合实地调查,通过地形位分布指数、土地利用多样性指数、土地利用程度指数及土地利用相对合理性指数指标计算,探讨岩溶槽谷区地形梯度的土地利用类型空间分布共同特征与差异。结果表明：（1）岩溶槽谷区土地利用类型呈现山坡（高地形位）-槽坝（低地形位）两种分布格局特色存在,且土地利用类型在地形梯度上主要以低、中、高3种地形位组合模式;（2）土地利用类型在地形梯度上呈现梯度效应,表现出各自分布特征与差异;（3）岩溶槽谷区土地利用多样性、土地利用程度和土地利用合理性在地形梯度上分布格局既存在一些共同性特征,又存在各自差异性;（4）地形梯度土地利用特征差异性是受自然因素、社会经济因素、政策因素共同作用的结果。     

豫东平原聚落景观格局变化

中国的快速城镇化必然导致聚落景观格局的变化,但目前相关研究对平原地区关注相对较少。文中选取豫东平原地区的开封、商丘、周口市,运用GIS空间分析方法和ENVI遥感影像处理技术,对该地区1972、2015年市域中观尺度上的聚落规模、聚落景观空间变化特征进行分析。结果显示:(1)在聚落发展过程中,1972—2015年聚落斑块数量有所减少,聚落规模逐渐扩张,市域内最大聚落斑块扩张相对更为明显;对聚落斑块扩张强度的分析发现,城市市辖区及周边乡镇聚落扩张强度相对较高。(2)地区内聚落斑块空间分布表现出聚集分布特征,但该时期聚集程度有所减弱;两个年份聚落核密度分布格局大致相似,局部地区存在多核扩散现象,市域尺度上的核密度分布存在地区差异。(3)对斑块形状指数的分析发现,研究区狭长或曲折聚落斑块在空间上分散布局,整体上区域内聚落形状趋于规则。(4)随着距河流、道路距离的增加,聚落斑块总面积和数量有所减少,且道路对聚落分布仅在一定范围内存在较大影响,距中心城市0—6km范围内聚落受中心城区发展辐射影响较大。本文的分析可为平原地区聚落景观的优化布局和聚落用地的集约化发展提供一定的参考。     

黑河上游天然草地蝗虫密度与地形关系的GAM分析

地形差异性导致的环境异质性是小尺度范围内生物空间格局形成与维持的重要机制之一,也是导致物种密度分布差异的前提条件.借助GIS和S-Plus软件,利用广义可加模型(GAM)于2009年7-8月对影响蝗虫分布的地形因子进行了研究,在定量分析黑河上游祁连山区北坡地形特征的基础上,研究了该区域蝗虫密度与地形之间的关系.结果表明:蝗虫密度受地形因子影响的顺序为坡向＞海拔＞坡度＞坡位＞平面曲率＞剖面曲率;蝗虫密度在坡位、平面曲率以及剖面曲率各个梯度上的分布比较均衡,在坡向和坡度梯度上呈二次抛物线分布,在海拔梯度上呈“S”曲线分布;从分布区域上来看,蝗虫主要分布在海拔2550～2650 m区域,坡向上则主要集中在西北坡和西坡,与实际观测情况一致.蝗虫密度与地形因子之间的相互关系及其分布状态反映了地形特征对水热等条件的影响,使蝗虫分布格局呈现多元化和以及破碎化状态.     

黄土丘陵小流域土壤侵蚀的时空变异及其影响因子

采用土壤侵蚀模型LISEM(Limburg Soil Erosion Model)模拟黄土丘陵沟壑区大南沟小流域5种土地利用格局下立地尺度上土壤侵蚀量的空间分布,从土壤侵蚀量与环境因子的关系分析入手,研究黄土丘陵小流域立地尺度上土壤侵蚀的时空变异性及其影响因子.研究结果表明,立地尺度上平均土壤侵蚀强度以1975年>1998年>退耕格局,可见优化土地利用格局(陡坡农地退耕)可以有效地降低立地尺度上的土壤侵蚀强度.各种土地利用方案下土壤侵蚀强度的空间变异都很显著,相对来说以1975年<1998年<退耕格局,可见优化土地利用格局可以提高土壤侵蚀的空间变异性,降低土壤侵蚀危险的空间聚集度.土壤侵蚀量与降雨呈现显著正相关性,相关性以LU75>LU98>退耕格局,可见合理的土地利用格局可以有效地削弱降雨对土壤侵蚀强度的影响.土地利用方式对土壤侵蚀空间分布具有显著影响.从1975年、1998年到3种退耕格局,陡坡农地退耕还林还草,植被覆盖度增加,林地/灌木地、果园/经济林地、农地和休闲地的平均土壤侵蚀强度都逐渐降低.相关分析表明,林地/灌木地上土壤侵蚀量最小,荒草地相对最严重;果园、休闲地和农地居中.土壤侵蚀强度还存在显著的地形分异.水平凹凸度和相对海拔对土壤侵蚀空间分布的影响比较显著,而坡向、坡度和垂直凹凸度的影响较小.土壤侵蚀强度以水平凸坡大于水平凹坡、垂直凹坡略大于垂直凸坡、偏南坡大于偏北坡、低海拔大于高海拔.对1975年和1998年土地利用格局来说,土壤侵蚀强度以偏西坡大于偏东坡、陡坡大于缓坡;对3种退耕格局而言则正相反.可见,优化土地利用格局(陡坡农地退耕),可以有效地削弱甚至逆转地形对土壤侵蚀强度的影响.     

南亚热带森林不同林型功能性状分布格局及其驱动机制

植物功能性状能反映植物对环境变化的响应,研究植物功能性状的分布格局有助于揭示群落的构建过程及其内在作用机制。该研究以鼎湖山南亚热带山地常绿阔叶林和沟谷雨林为研究对象,采集并测量了样地中木本植物的12种不同的功能性状,分别以5 m×5 m、10 m×10 m、20 m×20 m的样方为尺度单元,通过计算平均成对性状距离指数来探讨群落中功能性状的分布格局及其驱动机制。结果表明,两个林型的群落中12个功能性状均存在不同程度变异,但功能性状在群落间的差异不显著(P>0.05)。两个林型的群落中功能性状空间分布格局均具有尺度依赖性,但不同尺度的驱动机制有差异,随着空间尺度的增大,山地常绿阔叶林的功能性状空间分布格局主要驱动机制由环境过滤转为扩散限制;沟谷雨林的由环境过滤和相似性限制转为扩散限制,两个林型在20m×20m空间尺度上都是扩散限制。生态位分化和扩散限制综合作用于鼎湖山南亚热带山地常绿阔叶林和沟谷雨林的群落功能性状分布格局的产生及其群落构建过程,二者的贡献作用会随空间尺度发生变化。坡度是影响山地常绿阔叶林功能性状分布格局的最关键地形因子,海拔是影响沟谷雨林的最关键地形因子。     

凉水自然保护区阔叶红松林林分空间结构特征及其与影响因子关系

根据凉水自然保护区28块典型阔叶红松林样地的5个林分空间结构参数和18个影响因子数据,采用典范对应分析(CCA)方法,对凉水自然保护区阔叶红松林林分空间结构与影响因子间关系进行分析。研究结果表明:(1)研究区域阔叶红松林整体具有较好的林分空间结构,其水平分布格局主要表现为随机分布,树木生长整体处于中庸状态,林木的整体混交程度较高;(2)林分空间结构的CCA排序较好的揭示了该区林分空间结构与影响因子的关系;CCA第一排序轴反映了林龄、坡度、阔叶比和坡向的变化,第二排序轴反映了坡向、土壤有机质和平均胸径的变化,上述6因子的组合是决定林分空间结构特征的主要影响因子;(3)影响林分空间结构的变量中,地形、土壤和林分因子共解释了林分空间结构变化的59.20%,其中纯地形因子占30.68%,纯林分因子占19.01%,纯土壤因子占8.21%,未能解释部分为40.80%。     

凉水自然保护区阔叶红松林林分空间结构特征及其与影响因子关系简

根据凉水自然保护区28块典型阔叶红松林样地的5个林分空间结构参数和18个影响因子数据,采用典范对应分析（CCA）方法,对凉水自然保护区阔叶红松林林分空间结构与影响因子间关系进行分析。研究结果表明：（1）研究区域阔叶红松林整体具有较好的林分空间结构,其水平分布格局主要表现为随机分布,树木生长整体处于中庸状态,林木的整体混交程度较高;（2）林分空间结构的CCA排序较好的揭示了该区林分空间结构与影响因子的关系;CCA第一排序轴反映了林龄、坡度、阔叶比和坡向的变化,第二排序轴反映了坡向、土壤有机质和平均胸径的变化,上述6因子的组合是决定林分空间结构特征的主要影响因子;（3）影响林分空间结构的变量中,地形、土壤和林分因子共解释了林分空间结构变化的59.20%,其中纯地形因子占30.68%,纯林分因子占19.01%,纯土壤因子占8.21%,未能解释部分为40.80%。