疏勒河中游土地利用与景观格局动态

利用1976年Landsat MSS、1989年Landsat TM、2000年Landsat ETM+和2010年TM遥感影像,运用GIS和景观生态学方法,分析了1976-2010年疏勒河中游玉门市土地利用/覆被和景观格局的变化.结果表明:1976-2010年间,玉门市土地利用类型转移的主要方向是草地和戈壁转化为耕地、耕地转化为建设用地、草地转化为戈壁;土地利用变化经历了“缓慢变化-急剧变化-显著变化”的过程,景观密度持续增大,最大斑块指数先增大后减小,面积加权形状指数增大,形状趋于不规则;斑块间的最邻近距离减小,景观逐渐向具有多种要素的密集格局演变,更加破碎;不同斑块间的分离度减小;景观的多样性和均匀度先减小后增加.农业人口增长和经济发展是研究区土地利用/覆被变化的最直接驱动力,气候和政策因素也是重要的影响因素.     

成都市近20年林地景观变化特征

基于多时段遥感数据资料,利用景观格局方法和区域土地利用指数模型,并结合生态功能区划,从时间和空间上对成都市1985-2006年的林地景观变化特征进行了分析.结果表明:研究时段内,成都市林地损失面积超过17000 hm²,林地斑块格局特征变化复杂,中、小斑块的数量和面积变化显著,体现出林地剧烈的转化和破碎化过程.从林地区域分布特征来看,林地斑块在山地亚区面积最大,约占研究区总面积的70%;平原亚区斑块数量最多,占总数的70%左右;全市林地面积变化速度最快的时期为1985-1995年,其中以山地亚区的林地面积减少速度最快;不同时段各生态功能亚区林地的相对变化率也不同.从林地的转化方向看,林地的转出、转入类型均以耕地和草地为主,林地在2000-2006年稳定性最高.促使林地景观格局时序变化的驱动力主要是生存型经济福利驱动、环境安全驱动和快速城市化过程,而自然生态条件、社会经济地域分工与布局则是林地景观空间变化的重要约束因子.     

伊河流域景观格局变化及其驱动机制

以伊河流域1987、2000、2008和2013年4期土地覆被数据、同期气象资料及社会经济数据为基础,综合运用景观生态学原理及ArcGIS 10.2、Fragstats 4.2和SPSS 17等工具,从不同时空尺度分析伊河流域景观格局变化及其驱动机制.结果表明: 1987—2013年,研究区景观空间结构发生明显改变,伊河流域的林地、草地、库塘和建设用地面积增加,耕地、河渠面积呈现“减少-增加-减少”的趋势;1987—2008年,耕地主要转换为建设用地,2008—2013年,耕地、林地和草地之间的转移明显;景观空间格局的变化主要集中在海拔550 m以下的河谷平川和丘陵地带,山地景观格局随人类活动影响的加深也开始发生变化.景观格局指数分析表明:耕地与林地的最大斑块指数和聚集度指数最大;1987—2013年,伊河流域的斑块个数持续快速增长,分离度、Shannon均匀度指数和Shannon多样性指数呈“增大-略有减小-增大”的趋势,说明景观格局趋于不稳定,景观异质性增强.社会经济发展与人口增加是耕地、未利用地等景观类型向建设用地转化的主要驱动力;气温上升与蒸散发量增加是流域水域面积变化的直接原因;政策是流域林地、草地等景观结构发生变化的根本原因.     

黄河首曲玛曲县高寒湿地景观格局演变

高寒湿地是青藏高原地区最重要的生态水源涵养区之一, 也是局部气候的有效调节者, 其动态变化与成因亟待深入研究。该研究基于遥感图像分析、地理信息系统空间分析和景观生态指数分析结合的方法, 以黄河首曲玛曲县高寒湿地为研究对象, 对1995-2018年6期湿地的动态变化进行研究。结果表明, 研究区湿地在1995-2010年间不断退化, 1995-2010年湿地面积总共减少了18 680.31 hm²。在2010-2018年间黄河首曲高寒湿地面积有所增加, 但与20世纪90年代相比, 21世纪初开始湿地的面积普遍呈现下降趋势; 1995-2010年湿地斑块数不断增加, 斑块密度不断增大, 平均斑块面积下降, 景观的破碎度升高; 2010-2015年湿地斑块数和斑块密度减少, 2015-2018年湿地斑块数和斑块密度增加, 平均斑块面积先增大后减小, 景观的破碎度先降低后升高。1995-2010年研究区高寒湿地景观Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数均呈现下降的趋势, 湿地的景观结构趋于简单, 景观类型分布更加集中。2010-2018年湿地景观Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数均呈现上升趋势, 湿地的景观结构趋于复杂, 景观类型增加且分布更加分散。进一步的驱动力分析表明, 引起黄河首曲高寒湿地景观格局演变的主要因素是蒸发量和降水量, 其次是人口数量和大牲畜数量等人类活动影响。气候因子是影响黄河首曲高寒湿地面积变化的主要原因, 过度的人类经济活动在一定程度上加剧了湿地的变化。     

庐山风景名胜区景观格局动态及其模拟

在遥感和GIS技术支持下,以1988和2000年的TM影像为主要数据源,采用景观格局指数方法分析了庐山风景名胜区的景观空间格局特征和变化情况。结果表明,庐山的景观格局在过去的12a内发生了较大的变化,阔叶林由1988年的25.88%上升到2000年的54.51%,年均增加782.43hm2,总增加面积与针叶林、灌草地和耕地的总减少面积相当。针叶林、灌草地、建设用地和未利用地的斑块数量和斑块密度呈现出快速增长的趋势,其中以灌草地年均增加123.42块为最高;与此相反的是水体、阔叶林和耕地的衰减,其中耕地以年减少约246.42块的减速最为迅速。针叶林和灌草地的破碎化进一步加强,而阔叶林则填补了前两者减少面积的空白。1988年灌草地的最大斑块指数列居各景观类型之首,12a后这一优势为阔叶林景观所取代。建设用地总体变化幅度不大,但已经呈现出明显的扩散化趋势。两期的灌草地的景观形状指数和分维度位居各类型景观之首,表明受外来干扰强度最小;耕地的复杂性变化最快,形状指数和分维度分别下降了44.5744和0.0726。庐山的香农多样性和香农均匀度随时间的迁移而有所下降,分别下降了0.2394和0.1231,同期景观破碎化指数上升了0.1633。基于马尔柯夫模型的景观格局模拟值与实测值大致相当,结果表明目前景区的景观生态安全格局面临严重危机。导致庐山景观格局动态变化的驱动力主要来自于城市化的快速推进、旅游业的快速发展和政策的调控作用。     

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。     

退耕还林对宁南黄土丘陵区景观格局的影响——以中庄村典型小流域为例

"退耕还林"工程是关系到西部乃至中国生态恢复的重要工程。以黄土丘陵区"退耕还林"工程实施最早的典型小流域——中庄村小流域为研究区,应用景观生态学的原理与方法,选择斑块多样性、景观异质性和土地利用相对合理性等指数,对其退耕还林前(1993-2000年)后(2000-2005年)的变化情况进行分析,目的在于揭示"退耕还林"政策的实施对景观格局向良性演化的巨大推动作用。结果显示,退耕前(1993-2000年)研究区景观格局演变幅度很小,相应的,斑块多样性、景观异质性和土地利用相对合理性指数等景观指数的变化均较小。退耕后(2000-2005年),研究区发生了剧烈的景观格局演化,主要的景观变化过程是耕地转化为林地。此阶段研究区25°以上坡耕地基本退耕完毕,15-25°坡度范围是退耕还林的主要区域,其次为8-15°。相应的,2000-2005年小流域景观斑块总数减小,平均斑块面积增加,景观形状趋于复杂,斑块边界复杂性有所增加,景观斑块呈现团聚化的趋势。其中,耕地斑块总面积显著减小,斑块数下降,平均斑块面积略有增大;林地斑块总面积显著增加,斑块数保持稳定,景观优势度显著增加。土地利用相对合理性指数因此从1993年和2000年的0.668、0.664,显著上升至2005年的0.712。采用3期土地利用现状图对"退耕还林"实施前后两个阶段的景观格局演变过程进行分析,结果表明"退耕还林"是研究区景观格局良性演化的主要驱动力。     

吉林省镇赉县近10年景观格局变化

以吉林省镇赉县2000年、2005年、2009年三期TM遥感影像为信息源,在小尺度下通过RS解译,对GIS建立的空间数据模型叠加分析和景观特征指数计算,结合自然与人文要素,具体分析镇赉县土地利用景观格局的变化情况。分析结果表明:近10a间研究区景观斑块面积和斑块的数量发生明显变化,水体景观类型斑块数量呈现大幅度增加,研究区各景观面积动态度变化显著,耕地面积大幅度增加,而草地和未利用土地面积大幅度减少。研究区景观破碎化程度较低、景观分维数较小且变化不大、景观异质性低,景观较为完整,该地区生态表现出明显的脆弱性和易恢复性。自然环境的制约、人为活动的干扰、政策的导向等因素决定和影响了该地区景观格局的变化趋势。     

近33年白洋淀景观动态变化

湿地具有重要的生态功能,由于各种因素的影响改变了湿地水文条件,并且导致湿地退化。利用1974、1987、1996和2007年遥感影像,使用ERDAS 9.1、ARCGIS 9.2和FRAGSTATS 3.3,分析了白洋淀景观动态变化过程及其驱动力。研究结果表明:从1974至2007年,白洋淀湿地面积从249.4km²下降到182.6km²,农田和居民地面积分别从70.0、2.1km²增加到126.4、12.5km²;在景观水平上,斑块密度、景观形状指数和香农多样性指数增加,蔓延度减小,景观破碎化程度增加,优势景观类型湿地对整个景观的控制作用减小;在类型水平上,明水面和沼泽的斑块密度和周长-面积分维数增加,最大斑块指数、平均斑块面积和连接度减小,居民地的斑块密度、最大斑块指数、平均斑块面积、周长-面积分维数和连接度都增加,农田的斑块密度、最大斑块指数和连接度增加,平均斑块面积和周长-面积分维数减小;水位变化是影响白洋淀景观变化的主要因素,水位升高会使湿地面积增加,反之,使湿地面积减小;流域人类活动和降水量变化是白洋淀水位和景观变化的重要驱动力。引水补淀只能暂时缓解白洋淀缺水问题,从流域角度考虑,实施有效的水资源管理方式,才能从根本上解决白洋淀湿地退化的问题。     

基于不同样带的干旱区城市景观格局时空演变特征——以张掖市为例

景观格局的变化影响着区域生态安全及可持续发展,研究干旱区城市景观格局时空变化特征,对干旱区景观格局优化具有一定的指导意义。基于1987、1995、2000、2006、2011和2016年6期土地利用数据,利用景观格局指数计算方法,研究张掖市景观格局的时空演变特征。结果表明：(1)2016年张掖市景观类型主要为未利用地,最大斑块指数和斑块聚集度最高,草地和耕地次之,草地的斑块个数和密度最大。(2)张掖市景观格局呈现明显的地域分异特征,圈层梯度带上揭示了绿洲-荒漠用地变化,研究期内第1梯度带内破碎度先上升后下降,城市在2006—2016年扩张较快,其余梯度带破碎度逐年升高;空间演变上,居住地在圈层上的变化呈“L”型,未利用地呈“N”型,张掖市从中心城区到外围区域依次为绿洲城市区、绿洲农业区和自然景观区。(3)水平样带揭示了山地-绿洲-荒漠的用地变化,将张掖市分为4类区域,分别为绿洲城市区、绿洲农业区、荒漠区、山地区;西北-东南样带上景观破碎度年变化不规律,在空间上经过居民点波动变化;东北-西南样带研究期内景观水平指数经过居民点波动变化,其余范围内年变化较稳定,中心城区景观异质性较强。(4)...     

Effects of climate change,coal mining and grazing on vegetation dynamics in the mountain permafrost regions

The ecological environment in alpine regions is fragile and sensitive to land-use and land-cover (LULC) change and climate warming. However, there are limited studies on the response of LULC and vegetation activity to climate change and human interference in mountainous permafrost regions. Based on in-situ meteorological and multi-source remote sensing data, we performed time trend and partial correlation analyses to investigate the spatial and temporal variation of LULC, landscape pattern, and vegetation growth under the impact of climate change and human activities in the source region of the Datong River from 2000 to 2019. Our results showed that the alpine desert area decreased significantly at a rate of −13.1 km² yr⁻¹ (p < 0.05), while the alpine meadow area increased at a rate of 8.3 km² yr⁻¹ (p < 0.1). Mining and road areas showed a significant increasing trend at a rate of 3.2 km² yr⁻¹ and 1.2 km² yr⁻¹, respectively. The increasing alpine meadow and mining areas were mainly derived from alpine deserts and alpine wetlands, respectively. The number of alpine wetland patches increased significantly along with a significant decrease in the landscape shape index of the rivers. Vegetation growth, as indicated by the enhanced vegetation index (EVI) was positively correlated with temperature but negatively correlated with precipitation and solar radiation in 59.6%, 52.3%, and 56.5% of the vegetated areas, respectively (p < 0.05). Temperature was the dominant climate factor controlling vegetation dynamics, and the recent warming hiatus resulted in a significant increase in EVI for alpine deserts, but no significant changes in EVI for alpine wetlands and alpine meadows. Increasing risk of negative impacts from human activities, including mineral exploration and grazing, on vegetation distribution and growth was observed. This study provides clear evidence of the upward invasion of alpine meadows into alpine desert areas under warm and humid climatic conditions. As climate warming intensifies, alpine meadow expansion may be impeded by extreme precipitation and permafrost thawing.     

Characterization of the spatial distribution of plateau pika burrows along an alpine grassland degradation gradient on the Qinghai–Tibet Plateau

Plateau pika burrows are common feature of degraded grassland in the Qinghai–Tibet Plateau (QTP) and serve as an important indicator of pika activity and grassland degradation. However, the current understanding of the spatial pattern changes of pika burrows and their critical thresholds across a degradation gradient in alpine grassland is deficient. In this study, we investigated and quantified changes in the spatial pattern of plateau pika burrows under typical degraded alpine shrub meadows in the northeastern QTP using an unmanned aerial vehicle and landscape pattern metrics. The degradation of the alpine shrub meadow leads to a change in landscape pattern from a two‐layered structure of alpine shrub and alpine meadow to a mosaic of alpine meadow and bare soil, with plateau pika burrows scattered throughout. Moderate degradation is the tipping point for changes in surface landscape patterns, followed by the disappearance of alpine shrub, the retreat of alpine meadows and the encroachment of bare soil, and the increasing density and size of pika burrows. The area characteristics of alpine meadows have influenced changes in the spatial pattern of pika burrow, and maintaining its proportional area is a vital measure to control the threat of pika burrows to pastures. The results of this paper provide a methodological reference and guidance for the sustainable utilization of grassland on the QTP.     

云南边境山区景观生态风险时空演变及其影响因素

探究边境山区景观生态风险时空演变特征,揭示自然与人类活动对景观生态风险的影响,对维护国际生态安全和保障区域生态系统的稳定性具有重要意义。以云南25个边境县为例,采用2000、2010、2020年三期土地利用数据,基于景观格局指数构建了景观生态风险评价模型,并分析了风险的时空演变特征,利用地理探测器测度了自然、可达性和社会经济因素对景观生态风险的影响程度。结果表明：2000—2020年研究区景观类型以林地和耕地为主,林地、草地、湿地、冰川和永久积雪面积减少,耕地、灌木地、裸地、人造地表、水体面积增加。景观生态风险平均值持续上升,在空间上表现出显著的自相关性。研究区以较低生态风险、中等生态风险为主,低生态风险、较低生态风险、高生态风险区面积减少,中等生态风险、较高生态风险区面积增加。年降水量、年均气温、距城镇距离、人口地理集中度指数、人口经济地理集中度不一致指数是影响区域景观生态风险的主要因素,在交互探测中年降水量与年均气温、人口地理集中度指数与人口经济地理集中度不一致指数、年降水量与人口地理集中度指数交互作用对景观生态风险的影响较大。     

矿区土地利用生态风险的时空异质性

以微山县煤矿较集中、地面塌陷较严重的11个乡镇作为研究区,以遥感影像和土地利用现状数据为数据源,获取4期土地利用类型分布图,根据景观生态学理论构建景观意义上的土地利用生态风险指数,结合空间统计学及地统计学理论,探究2000—2016年研究区适宜尺度下土地利用生态风险的时空变化情况及空间异质性。结果表明:1 km×1 km规则网格是最佳研究尺度,在该尺度下研究区土地利用生态风险的空间分布呈集聚模式,且具有很强的空间正相关性;2000—2005年土地利用生态风险指数在小尺度上的随机变异逐渐被较大尺度上的空间结构性变异所取代,2005年生态风险总的空间变异程度较高,2005—2016年随机因素引起的空间变异程度增强;2000—2016年土地利用生态风险呈现由中高、高生态风险向中、中低生态风险转变的特征;生态风险恶化区和明显恶化区主要分布在东部矿区周边、道路沿线、地面塌陷较严重的区域,研究区西南部微山湖沿岸东西两侧,耕地的生态风险恶化程度2010—2016年较高;17年间微山湖湖区的生态风险稳定区和改善区大幅增加,生态风险明显下降。     

南昌市城镇空间扩展与景观生态风险的耦合关系

为探究城镇用地空间扩展对景观生态风险的影响,以南昌市为例,运用遥感、GIS及数理统计的方法,借助城镇扩展强度指数研究了南昌市2000—2017年城镇空间扩展的时空变化特征,构建了景观生态风险指数,以3 km×3 km的单元网格进行系统采样,探究城镇扩展下南昌市景观格局的动态变化和景观生态风险,最后基于地理加权回归(GWR)模型,定量分析2000—2017年南昌市城镇空间扩展与景观生态风险之间的耦合关系。结果表明:(1)2000—2017年,南昌市城镇用地增加了247.56 km~2,年均扩展速率达17.75 km~2,其中2000—2005年扩展最快,呈现出剧烈扩展的态势,扩展强度达到0.55。城镇扩展主要沿正北和西北方向扩展,分布在青山湖区、南昌县、新建区等,总体上呈快速扩展趋势;(2)南昌市景观格局以耕地为主,建设用地快速扩张,耕地、林地、草地面积持续减少,土地利用的景观格局指数反映此期间人类活动的干扰程度加剧,景观斑块数量增加,整体破碎度提高。借助地统计分析方法,计算得到南昌市景观生态风险由2000年的0.1354上升至2017年的0.1420,景观生态风险呈逐渐升高的趋势;(3)2000—2017年,城镇用地面积与景观生态风险、城镇空间扩展强度指数和景观生态险变化值之间,都呈现负相关影响,后者相关性在减弱。回归系数的空间分布上,由中部向外逐渐升高,低值位于城镇扩展较快的南昌市区,城镇的快速扩展使城镇用面积大幅增加,景观破碎度、损失度降低,景观生态风险随之降低;高值出现在进贤县、安义县等经济发展缓慢的地区,城镇用地扩展幅度小,扩展边界斑块破碎度大,分离度上升,景观生态风险增加。研究结果为促进城市建设与生态环境保护的相互协调,正确评价人类活动对城市生态系统的影响,以及南昌市的可持续发展和科学管理提供借鉴。     

Landscape pattern changes across alpine shrub meadows gradient in warm-season pastures on the Qinghai-Tibet Plateau

Grassland degradation has been one of the major ecological concerns on the Qinghai-Tibet Plateau (QTP) in recent years, but the degradation of alpine shrub meadows, and in particular the changes in its surface landscape pattern, has been less well assessed. This study selected a warm-season pasture on the QTP as a study area, and used an unmanned aerial vehicle (UAV) to collect aerial photographs along the degradation gradient from late June to early July 2018. We then classified the surface landscape as alpine shrub, alpine meadow, bare soil and plateau pika hole and analyzed the landscape pattern changes at different degradation levels. The results showed that the alpine shrub and alpine meadow dominated landscape degraded to a pattern of alpine meadow and bare soil dominance and pika hole pervasiveness, during which vegetation cover declined and the overall landscape pattern tended to fragment. Landscape pattern characteristics related to the area, density, connectivity and boundaries respond more clearly to the shrub degradation, with moderate degradation being the key stage at which the surface landscape pattern changes dramatically. Our study demonstrates a potential application of UAV technology in the study of grassland degradation. Future research should focus on the status, mechanisms and ecological effects of alpine shrub meadows degradation and the quantitative relationships between surface landscape patterns and ecological functions.     

2000-2010年青海湖流域草地退化状况时空分析

青海湖流域属于高寒草地生态系统,草地退化状况是反映该流域生态环境状况的有效指标.在对青海湖流域退化草地分类的基础上,利用遥感手段获得流域退化草地的空间分布和变化信息.采用Markov模型、退化草地动态变化度、转类指数和景观指数对青海湖流域草地退化状况时空变化进行多角度分析.研究表明2010年青海湖流域草地状况良好,未退化草甸与未退化草原在整个流域占绝对优势,是流域面积的38％.2000-2010年期间,流域草地变化不大,退化草地转类指数为-0.0384;草地变化整体上呈极轻微退化趋势,在这11a期间呈现先退化、后改善的状况.流域内不同退化草地类别的空间景观格局表现比较稳定.青海湖流域的优势草地类别是未退化革甸,主要分布在流域中部,2000-2010年期间该类别的动态变化度为1.82％,没有发生大幅度变化,时空变化都比较稳定.中度退化草甸是退化最明显的类别,即使在流域草地呈改善状况的2006-2010年期间,有近7.4万hm2退化为重度退化草甸,占中度退化草甸转变为其他类别的65％.流域中与其他类别相互转换频繁,面积变化幅度最大的类型是轻度、中度退化草甸,及重度退化草原,在流域草地退化发生改善的2006-2010年期间,这3个类别的动态变化度达到15％-21％之间;空间上它们主要分布在流域西北部、青海湖北部以及环青海湖区域.     

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。