基于土地利用变化的玛纳斯河流域景观生态风险评价

摘要：随着人类活动范围日益扩张和强度增加,景观生态风险评价已经成为预测和衡量生态环境质量和动态演化的重要手段。本文以玛纳斯河流域（简称玛河流域）为研究区,选取2000、2005、2010和2015年4期Landsat TM/ETM遥感影像,运用ENVI软件对研究区土地利用类型进行解译,定量分析流域近15年来土地利用动态变化特征,基于景观格局指数,采用地统计学方法,探究玛河流域景观生态风险程度及时空分异特征。结果表明：（1）2000—2015年,玛河流域景观格局发生了较大变化,耕地景观面积增加最多（2638.31 km^2）,主要由草地和未利用地转入;未利用地景观面积减少最多（2559.99 km^2）,主要转化成了草地、耕地和林地;（2）将流域景观生态风险划分为5个等级,研究期内流域低、中风险区面积增加而较高、高风险区面积减少,整体景观生态风险指数减小,所以研究区生态环境在整体上呈现好转;（3）2000—2005年、2010—2015年玛河流域在景观风险分布格局上发生较小变化,但2005—2010年流域景观风险分布格局发生较大变化,主要是中、较高和高风险区向流域南北方向分散并转移,低风险区向流域北部转移。     

基于土地利用变化的长春市生态风险评价

基于长春市1985年、2000年和2015年的Landsat TM遥感影像, 提取3个时相的土地利用类型数据, 通过构建网格尺度下的生态风险指数, 借助空间分析、地统计分析等方法定量评价长春市土地利用变化下的生态风险时空演变特征, 并应用地理探测器对其影响因子进行探测。结果表明: (1)1985—2015年, 长春市土地利用变化明显, 建设用地持续扩张, 耕地波动式收缩; 土地利用中耕地转为建设用地、林地与耕地间的相互转换是地类转移的主要形式; (2)长春市土地利用生态风险呈小幅下降趋势, 在地域内呈现西高东低的分异特征, 生态风险热、冷点区空间分布相对稳定并具有一定程度扩张趋势; (3)生态风险快速增长时期, 经济、人口与发展活力的空间格局成为长春市生态风险的主导因子, 而海拔与三者的协同作用进一步增强了生态风险的解释力。总体来看, 建设用地扩张会加剧中心城区生态风险, 但与区域整体生态风险增高并不存在必然联系; 为防止高风险区持续扩张, 城市应设定“增长边界”、转变空间发展方式、高效集约利用建设用地, 加强城市生态系统自然保育、防止景观破碎化, 实现城市可持续发展。     

基于土地利用变化的细河流域景观生态风险评估

以辽宁省细河流域为研究对象,利用1985、1995年和2005年3个时期的Landsat TM及2015年Landsat OLI遥感数据,进行了细河流域土地利用解译,定量分析了流域近30年来土地利用动态变化特征;根据景观生态学理论引入景观生态风险评价模型,将研究区划分为340个生态风险评价单元,基于地统计学和空间自相关方法,对1985—2015年细河流域景观生态风险时空分布特征及空间关联格局进行了评价。结果表明:(1)自1985年以来,研究区的6种土地利用类型皆发生了变化,其中建设用地由于林地和耕地的大量转入增加最明显。(2)1985—2015年流域高、较高和中生态风险区面积增加,且向流域南部转移;低、较低生态风险区面积减少,且向流域北部集聚;流域整体生态风险呈增高趋势。(3)研究区各时期景观生态风险呈现正的空间相关性,在空间上趋于集聚。人类活动干扰导致景观破碎,是影响该区域景观生态风险最重要的原因。     

天津市土地利用生态风险评价

基于1990—2005年天津市土地利用动态变化,在景观尺度构造土地利用生态风险指数,借助空间统计学方法和弹性理论,分析天津市土地利用生态风险及其对土地利用变化响应的时空分异特征。结果表明:土地利用结构与数量变化复杂,耕地、水域向建设用地转换是主要土地利用变化形式,突出表现为耕地锐减与建设用地大幅扩展;土地利用生态风险时空分异显著,伴随建设用地扩张,高生态风险区增加、低生态风险区缩小,2005年各级生态风险区面积趋于一致;生态风险等级市区高、郊区低,总体呈圈层状布局,远郊蓟县北部和东部海岸带土地利用生态风险强度明显低于其他地区;不同土地利用相互转化与合并造成生态风险指数空间相关距离增加,土地利用生态风险空间正相关性显著,整体空间分异与局部空间差异均扩大;生态风险对土地利用变化的响应弹性具有时空差异,蓟县和宝坻区具有最大正响应弹性,内城区和汉沽区最低;土地利用生态风险增强的同时其对土地利用变化的响应弹性却呈现逆向发展,土地利用生态风险影响因子更加多元化。     

洱海流域土地利用变化及其对景观生态风险的影响

为探析高原湖泊所集成的小尺度自然流域景观空间变化及其对景观生态风险的影响,以云南洱海流域3期(1995年、2005年和2015年)Landsat遥感影像解译数据为基础,利用GIS空间分析技术和Fragstats软件计算景观格局指数,并在此基础上构建了景观生态风险指数,对洱海流域生态风险时空变化及其演化机制进行了分析。结果表明:1995—2015年,流域土地景观类型面积变化表现为林、草地和水体面积减少,耕地和湿地面积先减少后增加,建设用地面积显著增加的变化特点;景观指数定量分析表明,流域景观空间异质性下降,景观类型分布趋于从集中向分散转变,林地对流域景观的控制作用减弱;20年来,流域生态趋于恶化,生态风险指数均值由1995年的0.4998上升到2015年的0.5896,高生态风险面积所占的比重由1995年的34.0%上升到2015年的47.8%,生态风险空间分布由主要沿流域外沿分布转变为以环洱海地带为重心的多极分布;流域生态风险时空变化与土地利用类型的演变及人类活动关系密切,大规模旅游开发和城乡发展机制上的差异是导致该区域高生态风险等级区域增多和转移的重要原因。     

基于土地利用变化的喀斯特断陷盆地景观格局演变与生态安全评价

喀斯特地区生态重要性与脆弱性并存,研究喀斯特断陷盆地景观生态安全格局演变对当地土地利用高效管理和生态修复具有重要意义。以云南、四川、贵州三省交界处的喀斯特断陷盆地为研究对象,基于2000-2020年土地利用数据,通过构建土地利用转移矩阵、计算景观格局指数和景观生态安全指数,系统分析土地利用、景观格局与景观生态安全水平的时空演变特征。结果如下：（1）林地、草地、耕地是研究区主要土地利用类型,面积占比超过96%。土地利用变化主要发生在2005-2010年和2015-2020年,空间上表现出整体稳定而局部变化剧烈的特点,以退耕还林还草和林地向草地转换为主,耕地面积在过去20年共减少了386.62 km²。（2）景观多样性与均匀度上升,景观蔓延度下降。林地的最大斑块面积比例下降而草地上升,多数用地的斑块密度上升而集聚度下降,土地利用结构整体优化,但破碎化趋势明显,尤其是林地、耕地和草地。此外,建设用地呈连片化扩张。（3）景观生态安全水平明显提升,一般安全及以上安全区面积占比由2000年的62.35%上升到2020年的98.11%。在石漠化治理和生态保护的推动下,南部的生态安全水平大幅提高,推动空间格局从"北高南低"逐步转向"南北相对均衡"。景观生态安全水平的空间集聚性明显,高-高值集聚区主要在北部而低-低值集聚区主要在南部,需进一步推动北部生态保护以保障其生态屏障功能的发挥,并加强南部生态修复来提升其生态安全水平。此外,需持续推进石漠化治理并合理调控当地经济发展与生态保护间的关系,来维持生态安全水平的长期稳定。     

中山市土地利用变化及其生态风险响应

以中山市1990 年、2000 年和2013 年的TM 遥感影像为基础数据源, 借助相关辅助资料, 利用RS、GIS 等技术方法, 对中山市近23 年的土地利用变化进行时空分析, 并以1 km×1 km 的单元网格进行系统空间采样, 构建了中山市的生态风险指数, 借助空间自相关和半方差分析方法, 探讨中山市的生态风险空间分布和变化特征, 以及生态风险指数与城市化水平间的关系。具体结果如下: 1990-2013 年间, 中山市的土地利用类型在结构、数量和变化率上发生巨大的变化, 总体表现为生态用地持续减少而建设用地持续增加; 1990-2013 年间, 中山市的土地利用生态风险指数在空间分布上存在着高度的正相关性, 呈现显著的空间集聚模式, 并随着时间推移表现出增加趋势; 随着城市化水平提升, 中山市生态风险增加的态势越明显, 城市化对生态风险表现正效应。     

基于景观格局的祁连山国家公园景观生态风险评价

为探析祁连山国家公园景观格局演变对景观生态风险的影响及为科学管理祁连山国家公园提供理论依据,便于合理的保护和发展生态系统。以祁连山国家公园2000—2018年Landsat遥感影像解译数据为基础,利用GIS空间分析技术和Fragstats4软件计算景观格局指数,对研究区的景观结构的组成及其转化进行了分析,在此基础上构建了景观生态风险指数,并通过空间自相关性分析了景观生态风险变化。结果表明:(1)从整个景观来看,景观破碎化程度相对较低,其中,森林景观破碎度显著增加,水域破碎度和分离度最高,不同景观类型干扰度特征差异较大。(2)研究区的区域景观生态风险等级面积中,以低生态风险区为主导,高生态风险区和较高生态风险区面积占比均较小,但增长幅度较其他风险等级区高,较低生态风险区和中等生态风险区面积总体呈下降趋势。(3)各时期景观生态风险度的Moran’s I值分别为0.633, 0.526, 0.547,表现出空间正相关性,空间上趋于聚集。人类活动干扰是导致该区域景观生态风险升高的主要原因。     

基于土地利用变化的江苏沿海地区生态风险格局

为探讨经济快速发展地区土地利用变化对生态系统造成的风险,以江苏沿海地区1990、2000、2010和2015年的遥感解译土地利用数据为基础,基于景观格局指数和生态环境脆弱度构建了区域生态风险指数,在Arc GIS和Fragstats软件支持下,借助地统计分析和空间自相关分析方法,定量评价江苏沿海地区1990—2015年区域生态风险的时空分异特征。结果表明:1990—2015年,江苏沿海地区整体生态安全状况有所好转,研究区生态风险平均值从0.1563减少至0.1529,该区主要处于中等级生态风险。生态风险等级降低区在较高风险区、中风险区和较低风险区均有分布,而等级升高区域主要集中在较低风险区与中风险区,即东部草地和水域地区以及西南部耕地地区,其原因主要是临海产业和临海城镇的快速发展造成土地利用变化加剧,导致生态系统平衡遭到破坏,生态风险加强。区域生态风险整体空间分异性增加,局部呈现高-高聚集和低-低聚集,其中高值聚集区主要由研究区西部外围边界处向南聚集,低值聚集区主要分布在研究区东北部和东部沿海地区。耕地、水域和建设用地是整个研究区生态风险的主要来源。研究结果为该区实现土地可持续利用、促进土地利用与生态环境的协调发展以及制定生态风险管理政策提供科学依据与技术支持。     

乌鲁木齐市土地利用景观格局变化及生态安全分析

通过对乌鲁木齐市1990-2017年间的土地利用景观格局时空变化特征以及生态安全进行分析, 以乌鲁木齐市1990、2000、2010和2017年4期的遥感影像作为数据源, 借助ERDAS和ArcGIS软件对4期遥感图像进行解译分析, 并通过FRAGSTAT软件分析得出乌鲁木齐市景观格局指数, 结合景观生态学的理论, 分析得出乌鲁木齐市土地利用、景观格局及生态安全变化情况。结果表明: (1)乌鲁木齐市土地利用/覆被发生较为明显的变化, 草地景观占主导地位, 面积占土地利用总面积的56.22%, 但是草地景观的优势度逐渐降低, 未利用地面积仅次于草地, 占土地利用总面积的28.84%。与此同时, 景观之间以耕地、林地和草地景观转出和建设用地和未利用地景观的转入为主; (2)乌鲁木齐市整体土地利用变化速度逐渐加快, 由 3.13% 上升至 6.57%, 同时土地利用程度由1990年的226.53 上升至 2017 年的 235.08, 说明人类活动对土地生态系统影响逐渐加深; (3)乌鲁木齐市景观格局变化明显, 受人类干扰程度加强, 景观破碎化程度逐渐加深, 景观斑块更加不规则和复杂化, 景观多样性和结构的不稳定性逐渐增加; (4)乌鲁木齐市生态安全度由1990年的0.56下降至2017年的0.48, 说明城市生态脆弱性逐渐加深。该研究结果对乌鲁木齐市未来的土地合理利用, 景观格局优化以及城市生态建设和可持续发展提供一定的参考。     

基于探索性空间数据分析的海坛岛土地利用生态风险评价

生态风险评价作为一种新型环境管理工具,提供了定量化评估土地利用变化生态效应的新视角.本研究以福建海坛岛为案例区,基于1990年Landsat TM与2010年SPOT5遥感影像、2030年平潭综合试验区总体布局规划图和野外调查等数据,构建度量生态终点的生态风险表征指数,运用探索性空间数据分析中的空间自相关和半方差分析方法,对海坛岛过去 现在 未来不同土地利用情景下生态风险进行评价,分析其潜在的风险性及其变化趋势.结果表明： 海坛岛生态风险指数存在明显的尺度效应,在3000 m范围内表现出较强的正相关,生态风险指数空间分布以高 高聚集和低 低聚集类型为主;生态风险指数具有显著的各向同性特点,且其空间分布与对应时期局部空间自相关指数分布模式一致;各生态风险等级区年际变化较为剧烈,波动态势与波动幅度均有所不同;低生态风险区呈先增后降趋势,中、高生态风险区呈先降后升趋势.规划期的人为扰动强烈,高生态风险区在整个区域扩展蔓延.为减低土地利用生态风险、维护区域生态安全,可采取的生态风险控制策略包括：优化土地资源空间格局、保护关键生态区域、控制建设用地规模.
     

基于景观生态风险评价的涪江流域景观格局优化

以流域为尺度进行景观生态风险评价以及景观格局优化,有利于为流域生态系统服务的提高和人类活动管控提供科学依据。以涪江流域为研究区域,从"自然-社会-景观格局"3个维度选取10个评价因子建立评价指标体系,采取空间主成分分析法（SPCA）对流域景观生态风险进行综合评价,再基于生态风险评价的结果和生态源地利用最小累积阻力模型（MCR）和网络分析等方法实现流域景观格局优化。研究结果表明：①涪江流域景观生态风险等级在空间分布上呈西北部高于东南部地区,主要是受自然和景观格局因子影响较大。②涪江流域所面临的生态风险问题较为严重,生态风险等级为中度及以上的区域面积总和为25596.51 km²,占研究区总面积比例的65.35%。③生态源地以林地和水域为主,面积为11194.28 km²,占流域总面积比例为25.58%。④构建生态廊道共41条,总长度为5229.04 km,其中原有廊道29条,新添廊道12条,提取生态节点53个;利用网络分析形成了以主廊道为"中轴",构建的生态廊道为"辅助",提取的生态节点为"枢纽"的较为完整的网络生态结构。对研究区景观格局优化前后的连通度进行对比,优化后的整体景观格局连通度得到较大幅度提升。     

基于景观连接度的土地整理生态效应评价

近年来,土地整理区的生物多样性保护和景观功能的维持受到广泛关注。本文选取贵州省道真县洛龙镇国家重点土地整理项目区,运用基于结构与功能相结合景观连接度模型(综合连接度(IIC)和连接度概率(PC)),计算了500、1000、2000、3000和4000m种群迁移扩散距离阈值情景下,土地整理前后各生境斑块对景观连接度的重要程度,识别重要斑块变化范围,从功能角度评价整理后的生态效应。结果表明:连接度指数能较好地识别土地整理前后各生境斑块的重要类别及其改变;其中,巨型斑块所占面积最大,分别占总面积的57.0%和57.2%;小型斑块数目整理前后分别占斑块总数的48.0%和48.9%;空间上,斑块的重要性分布也产生一定的变化。整理后生境斑块的连通性较整理前也有所下降,IIC和PC平均值分别为0.434和0.680,且随着距离阈值的增大,连接度逐渐增大。巨型斑块对生境斑块景观连通性的相对重要值最大,中型斑块和大型斑块次之,小型斑块最低。研究表明,土地整理过程中,大面积生境斑块和"踏脚石"斑块对维持土地整理生态效益具有重要作用。     

福建省长汀县土地利用变化及其对生态风险的影响

为探讨南方红壤地区土地利用的时间和空间变化及其对景观生态风险的影响, 以长汀县为典型研究区域, 以 2000、2010、2015 年的 Landsat TM 遥感影像为基础, 在 ENVI5.0 中对研究区进行监督分类, 在此基础上用 Fragstats4.2计算研究区各类景观指数, 利用 ArcGIS10.0 地统计模块中普通克里格法进行空间插值, 对长汀县景观格局生态风险及其时空变化进行评估, 结果表明: 2000—2015 年长汀县景观格局复杂化, 主要表现为建筑用地、耕地和水域景观类型面积增加迅速, 草地面积减少明显。研究期间, 风险等级有先增后减的阶段性变化, 较高和高风险等级主要在中部一带延伸或缩小; 2000—2010 年研究区风险指数变大, 低风险等级和较低风险等级面积减少, 中等风险等级和高风险等级面积增加, 占总面积的 66%, 区域风险等级明显升高, 生态环境质量下降; 2010—2015 年景观格局变化显著, 耕地、建筑用地、水域面积分别增加 6033.72 hm2、3822.01 hm2、714.24 hm2, 草地面积减少, 高风险等级面积减少 7%, 而低风险等级面积增加 7%, 风险等级明显下降, 生态环境问题明显好转。     

基于土地利用变化的杭州市绿地生态服务价值CITYgreen模型评价

在CITYgreen模型支持下,以1994年与2004年的杭州市Landset TM数据提取的土地利用信息与绿地分布数据为基础,对杭州市人工绿地、人工林地与天然林地的生态服务价值进行估算和对比分析,研究杭州市土地利用变化和经济发展状况对其的影响.结果表明,10年间,杭州市绿地虽然减少了20.4%,但绿地生态服务价值增加了1.68×10⁹元,绿地生态服务价值与杭州市GDP年度增长率分别为111.92%和5.32%,适宜的土地利用调整有效地协调了城市经济发展与城市生态功能的关系,实现了土地利用的生态服务高效能.     

基于景观格局的海岛开发潜在生态风险评价

海岛生态系统是一种相对独立的生态系统,与岛外的信息交流比较少,甚至是没有,一旦对海岛造成损害是很难恢复的,因此,对海岛进行风险评价是海岛保护和管理的重要依据.海岛风险评价通常有两个方面,海岛自然灾害风险评价和海岛开发利用风险评价.针对海岛开发利用风险评价,应用遥感手段分析了海岛景观格局与海岛开发利用风险程度的关系,定义了海岛开发利用威胁指数和强度指数,建立了基于景观格局的海岛开发利用风险评价模型.然后,以2005年4月5日获取的5m分辨率的SPOT遥感影像为数据源,将提出的模型应用到渤海海域庙岛群岛中的大黑山岛、小黑山岛、北长山岛、南长山岛和庙岛进行评价,由现场调查情况分析可知评价结果是合理的.与传统的风险评价模型相比,本模型的优势在于应用遥感影像作为数据源,大大降低了对实地调查数据的需求.     

山东省沿海区域景观生态风险评价

以山东省沿海区域2000、2005、2010年景观格局数据以及Spatial-Markov模型模拟2020、2030年景观格局,基于景观结构指数计算5个时期的景观生态风险,分析景观生态风险的时空特征,为生态风险管理决策提供科学依据。结果表明:2000—2010年,低生态风险小区面积比例不断下降,中生态风险小区面积比例持续上升,较高生态风险小区面积比例则波动上升,在目前趋势发展情景下,2020—2030年风险小区风险等级由低到高转化强度比2000—2010年加大,高生态风险小区比例快速上升,山东省沿海区域生态风险将总体加剧;山东省沿海区域生态风险表现为空间正相关,生态风险"热点区"主要包括滨州北部沿海、东营东部沿海、潍坊南部与烟台内部低山丘陵区、青岛沿海等区域;科学的生态风险管理应加强各地级市之间的合作,加大"热点区"管理力度,未来应推进区域土地利用方式调整,合理规划土地利用。     

鄱阳湖流域土地利用生态风险格局

以鄱阳湖流域土地利用数据为基础,定量分析2005年以来鄱阳湖流域土地利用变化特征;借助空间自相关、地统计分析等方法,揭示了鄱阳湖流域土地利用变化下生态风险时空演变特征。结果表明:2005—2013年,鄱阳湖流域土地利用转移非农化趋势明显;土地利用生态风险呈小幅上升趋势,在空间分布上具有显著相关性,生态风险"北热南冷"空间分异及等级扩散特征明显;依据空间差值结果可将研究区划分为低生态风险区(ERI0.15)、较低生态风险区(0.15≤ERI0.25)、中等生态风险区(0.25≤ERI0.35)、较高生态风险区(0.35≤ERI0.45)、高生态风险区(ERI≥0.45)5类;高风险区域主要分布在滨湖区、南昌、九江及赣中部分地区。生态风险等级分布与地形存在显著相关性,随着生态风险等级提高,分布区域表现出明显的地形指向性。以土地利用结构对生态风险进行表征,尝试从宏观上把握大尺度区域生态安全格局,为鄱阳湖流域土地利用格局优化提供了相关借鉴及建议。     

海口市海岸带近30年土地利用变化的景观生态风险评价

采用海口市海岸带1988、2000、2009、2017年4期土地利用矢量数据,运用格网GIS法、Kriging内插法构建景观生态风险指数模型,对海口市海岸带进行景观生态风险综合评价。结果表明：（1）各景观面积波动较大,景观类型以建设用地和耕地为主;（2）2000-2017年间人类活动对景观的干扰最为强烈,各景观的分离度、干扰度、脆弱度最大值均在此时域内出现;（3）研究时域内研究区的平均生态风险值由0.3424增加到0.4468;生态风险等级总体呈低等级向高等级转移的趋势,空间分布呈中部向东西、内陆向沿海递减的趋势,高等级的风险区逐渐朝沿海地区蔓延;较高和高生态风险区主要分布在海口建成区、南渡江沿岸、美兰机场、红树林保护区以及三江镇国营农场附近;（4）城市建设和临港产业的发展导致绿地、水域面积减少且分布趋于破碎、分离,是研究区生态风险值总趋势呈增高的主要原因。研究结果可为海口市海岸带景观格局的优化、土地资源的保护和可持续发展方面提供科学依据。     

基于最优尺度的鄂西南山区景观生态风险时空变化特征

探究景观生态风险对优化生态脆弱山区景观格局和加强生态管理具有重要意义。利用鄂西南山区多期土地利用数据,构建基于景观格局指数的生态风险评估模型,采用地统计、空间自相关和地学信息图谱等方法,探究最优尺度下山区景观生态风险的时空分异规律与变化趋势。结果表明：鄂西南山区景观生态风险分析最适宜尺度为50 m栅格和4 km网格;1990—2018年,鄂西南山区景观类型结构稳定性较强,以林地、耕地和草地为主,其中建设用地面积增量最大且持续扩张,并且以耕地的转出和生态用地之间的相互转换为主;景观生态风险整体呈下降趋势,等级以低、较低风险水平为主,局部高风险和低风险区存在交错分布现象,景观生态风险等级面积变动也多为相邻等级间的转移;山区景观生态风险空间分布表现为显著正相关,主要以高值、低值集聚模式为主,风险空间集聚效应明显,局部空间自相关模式变化不大,空间分布稳定性较强;提出鄂西南山区景观生态风险防范与生态环境保护建议,为山区生态安全保障决策制定提供数据基础和理论支持。