基于模型的景观格局与生态过程研究

景观格局与生态过程关系的研究是景观生态学的主要特色和理论核心之一。模型可以充分利用实验和观测数据并综合不同时间和空间尺度上的信息提炼规律或揭示内在机制,模拟景观格局与生态过程的动态与相互关系,成为景观生态学研究的有力工具。结合研究实例,总结了基于模型的景观格局研究、生态过程研究和格局-过程关系研究的发展现状和薄弱环节,同时探讨了通过构建耦合模型研究格局-过程相互关系的途径。总结了景观模型研究亟待发展的领域与发展趋势。     

基于格局-过程生态适应性循环三维框架的自然景观生态风险评价——以黄土高原为例

传统的景观生态风险评估侧重于评价景观镶嵌体相对于最优格局的偏离程度,忽视生态系统过程和景观类型内部分异,使得黄土高原景观生态风险评估存在一定的片面性。综合"格局-过程"的生态适应性循环三维框架,构建适合自然生态系统的景观生态风险评价指标体系,对黄土高原2000年、2010年、2017年的景观生态风险进行评估。从空间分异来看,相较于传统的景观格局风险指数法仅在沙漠景观呈现高风险单一结果,本研究结果显示黄土高原景观生态风险由高到低依次为城市和沙漠景观、中部丘陵沟壑区草地景观、西北荒漠草地景观和东南部农田景观、东南部高山林地景观,具有明显空间分异。从时间变化来看,生态工程实施以来黄土高原景观生态风险总体呈现持续下降趋势,平均值由0.410降低到0.385,但2010-2017年下降不明显,生态工程持续实施对景观生态风险持续下降作用变弱。其中,自然景观（林地和草地）受生态工程促进生态风险持续降低,而人工景观（城市和农田）尤其是城市范围的不断扩大促使区域生态风险升高明显,建议加强城市土地集约高效利用,同时限制北部环境恶劣小城镇的发展。此外,中部丘陵沟壑区草地恢复力不足和降水侵蚀力增强也会促使风险升高,建议在生态保护时给予重点考虑。     

景观格局与生态过程的耦合研究:传承与创新

景观格局与生态过程的耦合关系是景观生态学研究的核心主题,耦合研究的范围和程度需要进一步系统梳理。从景观格局与生态过程耦合的内涵、方法等方面,系统总结了当前两者研究的特点以及存在问题。进一步从格局-过程耦合基本理论传承与提升、研究方法现代化和多元化、研究尺度多样化、研究对象的扩展与集成、自然-人文-社会视角的耦合、格局-过程耦合的管理和调控等六个方面展望了未来学科发展方向。最后,提出了未来创新目标,如提高景观格局量化的准确性和针对性、辨明景观格局影响的尺度性、增强生态过程模拟的时效性等。     

城市森林景观格局与过程研究进展

大规模的城市化进程,改变了城市以及周边区域的景观格局,显著影响着城市森林生态系统的结构、过程与功能.景观尺度上的城市森林景观格局与生态过程研究已经成为当前城市森林学的研究热点.在阐明城市森林及其景观格局与过程概念的基础上,综述了国内外城市森林景观格局与过程的研究内容、研究方法的进展情况,指出了以下几个方面有望成为今后城市森林景观研究的发展方向:景观尺度上的城市森林系统能流、物质循环等生态学过程研究;城市森林景观格局演变的社会驱动力研究;基于生态服务功能的城市森林规划研究;半都市化地区的森林景观格局与过程研究;基于空间显式景观模型的城市森林景观格局与过程模块开发.     

生态恢复工程对陕北地区生态系统格局的影响

以生态环境脆弱的陕北地区为研究对象,利用TM遥感影像解译陆表生态系统的分布特征,从生态系统转移矩阵、单一生态系统动态度和综合生态系统动态度等方面探索了生态恢复工程实施20年来研究区生态系统的时空演变规律。同时,利用最小二乘趋势分析法和人类扰动指数分析气候条件和生态恢复工程的驱动机制。研究结果表明：（1）1997-2018年陕北地区生态系统格局发生显著变化,主要表现为林木、草地的面积占比分别增加19.34%和6.91%;耕地面积占比减少22.15%;未利用地面积占比减少5.01%;陕北地区生态系统格局已由生态恢复工程实施前的耕地占主导转化为林木占主导。（2）受退耕还林工程的影响,黄土高原丘陵沟壑区生态系统流转方向主要表现为耕地转化为林木和草地;防风固沙工程促使毛乌素沙漠区域未利用地转化为草地。（3）研究时间段内陕北地区年均气温基本无变化,年降水量显著呈增加趋势,整体向湿润化发展,适合地表植被生长和恢复。在这样的气候背景下,榆林和延安两市生态系统变化速度明显高于铜川市,说明生态恢复工程是研究区生态系统格局演变的主要驱动力,气候背景变化是辅助驱动力。     

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。     

天然次生林中水曲柳种子库的空间格局与过程

 研究土壤种子库的空间格局与过程是认识林木更新的基础。应用地统计学方法定量分析了东北林业大学帽儿山实验林场天然次生林中土壤种子库水曲柳（Fraxinus mandshurica）种子的统计特征、空间格局、尺度和格局的变化过程。结果表明,落种后水曲柳种子库的平均密度有很大变幅（5.8～105个·m-2）,平均年削减率为91.6%～92.7%,5～8月的削减率高达98%以上。变异函数分析及理论模型拟合显示,一年之内种子库的空间格局强度及尺度变化非常明显。种子雨可形成较强的异质性格局,空间自相关尺度较大,为36.     

基于GIS的陕北红枣生态适宜性空间分布格局研究

作物的生态适宜性空间分布格局对于掌握作物生长适宜区域具有重要的作用。陕北红枣, 作为该地区的特色经济作物, 其生态适宜性分布特征尚不明晰。因此, 本文基于层次分析法确定适宜地形、气候、土壤及植被因子权重,通过地理信息系统(GIS)技术确定陕北地区红枣生态适宜性空间分布等级和面积。结果表明, 陕北地区红枣生态适宜区自陕北南部和东南部向西北和北部地区递减, 年降雨量、年积温及高程是限制红枣在陕北西北部适宜生长的主要环境因子; 红枣最佳生态适宜区和次适宜区主要集中于富县、黄龙县、甘泉县及宜川县。其中, 红枣最佳适宜区和次适宜区面积在富县分别达到 5036.58 hm²、23114.25 hm², 即富县是陕北红枣生态适宜性分布的最优区县。一般适宜区主要集中于延长县、绥德县、清涧县、延川县、宜川县、子洲县及宝塔区。因此, 未来可以在红枣优适宜区进行精准培育种植, 着重提升红枣品质。在一般适宜区增加红枣种植面积, 提高红枣总产量。以期为该地区红枣优化生产提供科学依据, 实现陕北精品红枣规模化发展。     

湖南市域化石能源消费碳排放时空格局及驱动因素

研究碳排放时空格局演变及其影响因素对指导碳减排具有重要意义。利用2008—2013年湖南省14地市规模以上工业企业终端能源消费数据,运用IPCC提供的参考方法和对数平均迪氏指标分解模型(Logarithmic Mean Divisia Index,LMDI)对湖南市域碳排放量、人均碳排放量、碳排放强度的时空格局及碳排放量变化的影响因素进行了研究。结果表明:1)2008—2013年湖南市域碳排放量随时间变化趋势不一,大致呈3种类型变化;累积碳排放量居前3位的市域依次是娄底、岳阳和湘潭,三者累积碳排放量占全省同期的48.92%,而吉首、张家界和怀化3市的累积碳排放量合计仅占全省的2.59%。2)湖南市域能源消费碳排放量、人均碳排放量存在相似的空间差异,二者均表现为东高西低的格局,且具有较强的相关性,碳排放量高的市域,人均碳排放量也较高;2008—2013年湖南市域碳排放强度呈下降趋势,属于低强度区的市域由2008年的4个增加到2013年的7个,碳排放强度的空间分布与市域产业类型有关。3)能源结构、能源强度对碳排放的增长主要起抑制作用,但能源结构的贡献很小,碳排放量的降低主要是由能源强度引起的;经济发展是碳排放增长的最主要因素,在2008—2010年和2011—2013年两个时段其累积贡献值分别为74.285和27.579;人口规模对碳排放的驱动较小,在2011—2013年对碳排放增加产生的累积贡献值仅为2.252。湖南当前及未来碳减排的重点是加快发展清洁能源与提高能效并重,优化能源结构和促进产业结构升级,从战略层面促进湖南"四大区域"协调发展。     

利用马尔柯夫过程预测东陵区土地利用格局的变化

根据沈阳市东陵区3个时期遥感航片和地形图获得的土地利用类型数据,成功地确定了土地利用类型的转移概率,并用马氏链模型预测了该区土地利用类型变化趋势。结果表明,当前该区的土地利用格局正处于一种耕地逐渐减少,居民点工矿用地逐渐增加的变化状态,而且这种变化将持续很长时间,最后将达到以旱地20.66％、水田28.41％、居民点工矿用地37.42％、菜地6.15％、林地4.36％等为主要土地利用类型的稳定状态,形成一个城乡结合的新的土地利用格局。     

耦合风险与服务的市域生态安全格局构建——以陕西省咸阳市为例

生态安全格局如何结合地域生态风险和地方生态需求进行构建,是该领域服务于国土空间治理并且能否有效应用的主要议题之一。本研究以咸阳市为对象,结合市域地貌形态、地域生态安全影响因素和景观特征,基于“源地”空间可达性和空间质量,融合形态学空间格局分析和生态抗性、生态连通性、生态系统服务价值综合评价结果,叠加生态梯度分析,以源地-廊道-节点的方式构建生态安全格局。结果表明: 咸阳市生态源地66个,总面积2506.65 km²,约占全市总面积的24.6%,主要分布于东北、西侧、中部山区;生态廊道106条,总长823.5 km,包括潜在廊道、水系、灌渠遗址、秦直道等自然与人文系统,沿生态源地向西北、南部渭河延伸;提升生态连通性的生态节点20处,主要分布于二道塬与旱腰带之间。     

陕北黄土丘陵区露水量及影响因子

为探明中国黄土丘陵半干旱区露水量特征及其影响因子,利用叶片湿度传感器(LWS)在陕西安塞县进行1年的监测试验.结果表明: 安塞地区2015—2016水文年露水总量为29.85 mm,日最大露水量可达0.82 mm.露水凝结量主要呈现日变化和季节变化两种特征,日变化过程中露水凝结量大多发生在18:00至次日7:00;季节变化中露水在秋季凝结量最大,夏季次之,春、冬季最少.在时空分布上,露水和降雨高度互补,露水大多产生于晴朗无云夜间,但降雨前后几天更有利于露水凝结.空气相对湿度和气温-露点差是影响露水凝结的主要因素,露水量与相对湿度呈显著正相关(r=0.726,P<0.01),与气温-露点差呈显著负相关(r=-0.725,P<0.01);风速、风向在一定程度上影响露水凝结,但风速(r=0.133,P<0.01)、风向(r=0.219,P<0.01)与露水量之间的相关性较弱.     

陕北安塞县黄土丘陵区露水凝结时间与频率

露水凝结时间和频率是开发利用气态水资源的基本参数.根据2015和2016年黄土丘陵典型地区陕西安塞县的实地近地表露水监测数据,分析露水凝结时间和发生频率及其大气影响因子.结果表明: 研究区露水凝结时间长且具有周期性.就日周期而言,露水呈现“昼伏夜出”的典型特点,主要凝结时段为21:00至次日8:00,其中,4:00—6:00是露水最易凝结时段;就季周期而言,夏秋季是露水的频发期,春冬季是露水低发期;就年周期而言,6—11月是露水最易凝结时段.相比降雨,露水具有发生频率高、稳定性强的特点.露水的形成是下垫面和多种气象因素综合作用的结果,在相对湿度>80%、气温-露点差为1～3 ℃及风速为0～1 m·s^-1时露水发生频率更高.单就安塞地区而言,风向为120°～150°和240°～300°时更有利于露水凝结.     

干旱荒漠区人工植物群落演替模式及其生态学机制研究

以我国干旱荒漠区包兰铁路沙坡头地段人工植被防护林体系作为研究对象,研究了区域植被建立与发展过程中,优势植物种的种群动态和人工植物群落的演替模式,探讨了植物群落演替的内在动因和生态学机制．结果表明,该区人工植被经过40余年的演变,其植物种组成发生了很大的变化,已由原来的灌木、半灌木人工植物群落演变为一年生草本植物占优势的人工-天然荒漠植物群落．在此演替过程中,人工栽植的灌木种如柠条、花棒等的重要值不断减少,逐渐从人工植物群落中退出;而天然繁衍的一年生草本植物如小画眉草、雾冰藜、刺蓬、虎尾草等相继侵入,并逐渐成为该区的优势植物种;油蒿由于具有天然下种自行更新能力,在群落中始终占有重要地位．这种物种替代模式与该地区降水资源严重匮乏以及沙地表面结皮的增厚,致使沙子下层含水量降低。深根系的灌木及多年生草本的繁衍受到限制密不可分．     

闽三角地区城镇空间扩张对区域生态安全格局的影响

城镇扩张是地表覆盖形态变化的重要驱动力。城镇用地扩张的影响范围可辐射至区域层面,进而推动城镇周边乃至区域的生态环境演变。以东南沿海地区(含厦门、泉州和漳州,简称闽三角)为例,采用GIS分析和数理统计相结合的方法,刻画了城镇扩张过程对区域内以林水格局为代表的生态安全格局的影响,并分析了其差异。结果表明:①城镇扩张过程与生态安全格局的演变特征紧密相关;②城镇扩张过程对区域生态安全格局演替存在显著影响,城镇扩张的不同阶段对区域生态安全格局的影响存在显著差异,差异主要体现在最大斑块指数和斑块聚合度等指数的变化中;③不同景观指数在该过程中表现各异,其中,斑块占比是城镇扩张过程中区域生态安全格局演变的主要响应指数,景观形状指数是唯一表现出尺度效应的指数。研究结果可为优化区域生态安全格局,合理规划管理城镇扩张提供科学参考。     

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     

陕北水蚀风蚀交错区两种生物结皮对土壤理化性质的影响

以黄土高原陕北水蚀风蚀交错区六道沟小流域为例,研究了该区以苔藓为主要成分的沙土和黄土两种生物结皮对土壤理化性质的影响。结果显示:(1)两种生物结皮均能显著增加土壤饱和含水量和田间持水量,降低容重和饱和导水率,其中沙土生物结皮还可明显粘化0～25cm土壤质地;(2)两种生物结皮均能不同程度的增加土壤全量养分、速效养分以及有机质含量,降低pH值,但其影响多数集中在表层或结皮层;(3)土壤化学性质中,全氮、速效磷和有机质受生物结皮影响程度较大,而全氮、速效钾和有机质受生物结皮影响土层较深;(4)沙土生物结皮对土壤理化性质的影响程度大于黄土生物结皮。两种类型生物结皮对所研究土壤理化性质的影响总体有利于该区生态环境的改善,且沙土生物结皮较黄土生物结皮具有更为重要的生态功能。     

南方丘陵山区生态安全格局构建与优化修复——以瑞金市为例

构建科学合理的生态安全格局、落实生态保护修复与空间优化是促进区域生态系统健康运行和社会经济可持续发展的重要途径。以南方丘陵山区瑞金市为例,综合生态敏感性评价与最小阻力模型,解构瑞金市生态安全格局及其自然生态与社会经济特点,并提出生态保护修复与空间优化方案。结果显示：(1)瑞金市生态源地共有123.22km~2,占总国土面积5%,主要为重要山林地和水域,环绕中部盆地呈卫星状分布;(2)潜在廊道119条,生态节点72个,在周边山地呈闭合网络状,但中部盆地廊道单一、节点密集,网络连通性较低;(3)瑞金市是典型的高原型阻力面,中部盆地城镇发展区、沟域经济延伸带、西部工矿挖采点生态阻力高、源地辐射弱,应生态预警与重点修复。瑞金市生态保护修复与空间优化应宏观统筹、分区推进、精细落实,划分生态修复核心区、生态监测预警区、生态保护缓冲区和生态保护重点区,明确空间管控原则、分区推进生态保护,围绕“源地-廊道-节点”落实生态修复。     

大小兴安岭生态资产变化格局

利用遥感定量测量,采用Landsat 25卫星数据及其他辅助数据,结合生态学方法,对大小兴安岭的18个县市2004年和2011年两个年度的生态资产进行评估,分析其分布格局及其变化。结果表明生态资产空间格局呈现中部较高,南北部较低的特征;从2004到2011年,生态资产总量由2379.26 亿元减少到2308.53 亿元,减少了2.97%,减少幅度较小,说明总量相对稳定;然而,各县市生态资产变化趋势不同,变化幅度从-29.54%到26.38%之间,即从中度退化到中度增长;随着经济发展,国内生产总值在生态资产中的比重增高。研究表明,经济发展水平不同的区域应该采取不同的资源利用方式,提高生态资产,促进当地可持续发展。     

中国生态用地研究:内涵、分类与时空格局

生态用地具有重要的生态系统服务功能,是衡量一个地区国土生态环境质量好坏的"晴雨表"。在综述生态用地概念内涵基础上,划分生态用地类型、构建生态用地分类体系,基于全国土地利用变更调查数据对我国生态用地开展评估。研究表明:(1)生态用地内涵在区域尺度上主要有"生态要素决定论"、"生态功能决定论"和"主体功能决定论"3种观点,生态功能主体性应作为界定生态用地的基本准则。(2)基于生态系统服务主体功能,生态用地分类体系包括湿地、森林、草地和其他生态土地4个一级类型、19个二级类型。其中,湿地、森林、草地可统称为基础性生态用地,其他生态土地为保全性生态用地。(3)2008年我国生态用地总量7.64×106km2,约占陆域国土面积的80%,其中基础性生态用地约为5.31×106km2;基础性生态用地总量和人均基础性生态用地面积在空间上均呈现出"东南低、西北高"的特点;2002年至2008年间,我国生态用地总量与基础性生态用地面积均呈逐年下降态势,年均分别减少0.55×104km2和0.18×104km2,部分地区生态安全状况不容忽视。