景观格局的影响——以新疆玛纳斯河流域为例

国家重点基础研究发展计划资助项目（2009CB825105）;中国科学院研究生科技创新与社会实践资助专项（2009）;中国科学院“西部之光”人才培养计划资助项目(XBBS200903)     

生态安全条件下土地利用格局优化——以皇甫川流域为例

在人类活动导致的生态环境问题中,土地利用格局变化对区域生态安全起着决定性作用。选择我国乃至在世界上都罕见的多沙、粗沙、强烈水土流失的黄河皇甫川流域作为研究区域,针对土壤侵蚀和生态用水这两大影响流域生态安全的关键问题,开展土地利用变化模拟、土壤侵蚀3S监测、适宜植被盖度估算、土壤侵蚀情景模拟、土地利用格局优化等方面的综合研究。结果表明:(1)土地利用格局变化是导致土壤侵蚀变化的重要因素。从1987年到2015年,建筑用地、林地和灌丛面积增加,水域、沙地和裸砒砂岩面积减少,导致流域年平均土壤侵蚀模数由16160.72 t km-2a-1降至9710.72 t km-2a-1。(2)土地利用类型与土壤侵蚀模数密切相关并存在一定规律。6种不同土地利用类型多年平均土壤侵蚀模数的大小顺序为:裸砒砂岩沙地耕地草地林地灌丛,表明灌、林措施是流域植被恢复和土壤侵蚀减少的首选。(3)土地利用结构和空间格局优化有助于提升区域生态安全水平。在优化格局下,2007年和2015年土壤侵蚀模数比优化前分别减少5469.57 t km-2a-1和5432.77 t km-2a-1,优化后2015年土壤侵蚀模数仅为4277.95 t km-2a-1,低于流域自然侵蚀临界值或允许土壤侵蚀模数5300 t km-2a-1,优化土地利用格局成为加强流域生态环境建设的重要途径。     

基于生态系统服务的流域生态安全格局构建——以辽宁省辽河流域为例

人口和社会经济的高速发展导致土地利用格局的变化和生态系统服务的退化。构建生态安全格局是保障区域生态安全的重要途经。识别和保护关键生态区域对维持生态系统的稳定性和可持续性具有重要意义。本文以辽宁省辽河流域为例,基于生态系统服务重要性评价,根据区域自然特征和生态环境状况选取并定量评估固碳释氧、土壤保持、粮食供给和产水4项关键生态系统服务,以生态系统服务的高价值区为生态源地,综合各项生态系统服务功能构建阻力面,运用电路理论的方法识别生态廊道和关键节点,从而构建辽河流域生态安全格局。研究结果表明：辽河流域内共有129个生态源斑块,243条生态廊道和38个“夹点”。其中,生态源斑块主要分布在研究区东部,主要由林地组成,斑块连续、跨度范围较大;生态廊道总长度为1606.07 km,呈梭形沿着平原与山区交错带延伸;“夹点”沿着河流分布在研究区的中部,主要由林地、耕地组成。本文通过构建辽宁省辽河流域生态安全格局,为缓解日益尖锐的辽河流域经济发展与生态保护之间的矛盾提出了新的思路。     

旅游干扰下流域多尺度景观格局演化特征及驱动因素——以新安江流域为例

流域景观是旅游活动的核心吸引物之一,亦是探究旅游干扰对大尺度生态环境影响极具操作性的研究对象。基于Landsat系列遥感影像,以新安江流域为案例地,按照"流域-旅游热点区-景区"逐级递进的研究尺度,深入剖析旅游干扰背景下的流域景观格局演化过程,并借助格网和地理探测器等方法测度旅游干扰背景下的流域景观格局驱动因素,结果表明：（1）新安江流域以林地景观为主,整体景观格局受人为干扰程度逐年加剧,景观异质性提升,景观结构趋于均衡发展;（2）新安江流域高强度的旅游活动未加剧旅游热点区内的景观格局恶化趋势,但致使景区景观破碎化加剧,林地等优势景观的优势度和完整性降低,景观多样性提升;（3）新安江流域景观格局主要受河湖、城市、景区等干扰源影响,地形地貌是景观格局演化的核心驱动维度,而气候、工业发展水平和交通等维度对流域景观格局整体影响力较小;（4）旅游维度中的距高级别景区距离因子对景观格局作用显著,但接待旅游人数和旅游直接收入对景观格局解释力较低,旅游对流域景观格局的干扰具有尺度局限效应。     

城市绿地空间格局及其环境效应——以宜昌市中心城区为例

城市绿地在改善城市环境及维护城市生态系统平衡中起着极为重要的作用 ,而当绿地覆盖率小于 4 0 %时 ,绿地整体生态效益的发挥主要取决于绿地的内部结构和空间布局 ,但迄今为止缺乏绿地景观分布格局与环境效应关系的研究报道。本研究应用景观生态学原理 ,分析了湖北省宜昌市中心城区斑优格局、斑匀格局、廊道格局和对照格局等四种景观结构及其绿地分布格局 ,选取了气温、相对湿度、环境噪声和大气 SO2 、NOx、TSP含量等环境监测指标 ,观测了不同绿地景观格局下的环境效应 ,并对比分析了绿地分布格局指标与综合环境效应间的关系 ,以便提出城市绿地系统布局合理性指标 ,为城市绿地系统的景观结构优化提供依据。研究结果表明 ,斑优格局、斑匀格局、廊道格局和对照格局等四种不同景观在斑块总面积、建筑斑块面积和无绿化道路面积等景观总体格局上较均衡 ,但由于其绿化覆盖率及绿地景观分布格局差异较大 ,致使其环境效益也表现出明显的差异。其中 ,对照格局景观的绿地斑块总面积最小 ,绿地破碎化指数最高 ,绿化覆盖率仅为 1.0 0 % ,以建筑铺装斑块和无绿化道路廊道为主要景观构成。因此 ,对照格局景观的环境气温较高、空气相对湿度低、环境噪声较大、大气 TSP含量高 ,景观环境恶劣。斑优格局景观主要表现为绿     

干旱内陆河流域生态安全格局的构建及优化——以石羊河流域为例

生态安全格局识别及构建是保障干旱区生态安全、实现可持续发展的基本空间途径。石羊河流域是典型的干旱内陆河流域,其生态环境极为脆弱、敏感。基于石羊河流域生态本底特征,选取并定量评估水资源、生物多样性、水土保持和沙漠化4种生态系统服务,识别生态源地;以建筑物指数和植被净初级生产力为阻力因子,应用加权叠加法构建基本阻力面,并运用最小累积阻力模型及水文分析法识别生态廊道和生态功能节点,进行生态安全格局构建及优化。结果表明:(1) 2005—2015年,石羊河流域生态源地增加,生态环境质量趋于好转,特别是下游民勤绿洲区及上游祁连山区源地面积增加明显。2005、2010、2015年生态源地面积占流域总面积的比重分别为16.7%、14.7%、19.8%;(2) 2005—2015年,生态廊道明显增加,流域整体生态安全格局网络趋向复杂完善。2005年和2010年提取的生态节点都为36个,2015年的生态节点为35个,生态廊道从2005年的23条增加到2015年47条,部分潜在廊道发展演化为廊道;(3)基于2005—2015年生态安全格局分析,构建了以"二带区、三绿洲、五廊道、多中心"为核心的"绿洲廊道功...     

城镇化过程中流域不透水面演变格局——以天津于桥水库流域为例

不透水面是衡量流域城镇化发展状况的一个关键指标,其扩展对流域生态水文过程产生重要影响.本文以天津于桥水库流域为例,在ENVI 5.1软件支持下,利用遥感影像获取1984、1994、2004和2013年4个时相的不透水面信息,采用修正后的归一化水体指数剔除水体信息,排除水体对不透水面提取精度的影响,运用线性光谱混合分析法生成流域不透水表面指数(ISA),并对其时空演变格局进行分析.结果表明: 模型均方根误差(RMSE)为0.005,像元精度为85.4%,试验结果准确可靠.1984—2013年,流域内不透水面覆盖度ISA平均值从0.16线性增长到0.23,在全流域范围内的不透水面面积增加了4.9%,其总不透水面面积增加近1倍.不透水面沿城镇区域呈现辐射式增长,沿子流域路网呈现填充式增长.不透水面覆盖度为中等等级的斑块形状不规则,破碎化程度最高.整个流域景观破碎化程度和多样性均逐年增高,人为干扰强度不断增大.     

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。     

整合生态空间的县域生态安全格局识别与构建——以武夷山市为例

生态空间的合理划设是科学构建生态安全格局的重要基础之一。以福建省县级市武夷山市为研究区域,在生态系统服务重要性评价和生态敏感性评价的基础上,划设了武夷山市的禁止开发区、限制开发区和一般开发区,面积分别为1079.71、1267.22和375.35 km²,各占全市总面积的39.7%、46.6%和13.8%。整合空间分区结果,结合现有的自然保护地,使用最小阻力模型构建了武夷山市生态安全格局。结果表明：武夷山市识别了生态源地总面积1322.22 km²,占全市总面积的47.3%;确定了生态廊道755 km、生态节点55个;划分了高、中和低3种生态安全水平格局,面积分别为904.89、511.09和1392.15 km²,各占研究区面积的32.2%、49.6%和18.2%。研究结果为武夷山市的国土空间合理管控提供了依据。     

基于连通度指数的生态安全格局构建——以三峡库区重庆段为例

生态安全格局构建旨在识别研究区的重要生态区域并保持他们之间连通,被认为是实现区域协调发展的重要途径。生态阻力面的科学构建和修正一直是生态安全格局建立的技术难点。以三峡库区重庆段为例,通过生态重要性和敏感性综合识别源地,构建连通度指数修正阻力面,利用最小累积阻力模型提取生态廊道,从而构建三峡库区重庆段生态安全格局。结果表明:(1)研究区生态源地面积19227.04 km²,占总面积41.65%,主要集中在东北部和中东部的林地。(2)相较于夜间灯光指数,连通度指数在景观破碎地区和人类活动强烈地区对阻力面修正更加明显,一定程度也可反映人类活动的影响。(3)研究区生态廊道总长度1610.48 km,包括天然廊道和阻力廊道;战略点30个,主要位于耕地、居民点和水域附近。(4)研究区生态连通性较好,但部分地区存在廊道缺失、战略点阻断的现象。     

鄂尔多斯市土地利用生态安全格局构建

合理构建区域土地利用生态安全格局来实施管理对策和改善区域生态安全水平,已经成为区域生态环境保护的新需求。以位于中国北方农牧交错区的鄂尔多斯市为研究区,基于自然地理数据、社会经济统计数据、土地利用/覆被数据等,借助多目标优化模型和GIS空间分析技术,构建了鄂尔多斯市土地利用生态安全格局,结果表明:(1)不适宜性耕地所占比重较大,林地和草地分布比较合理,适宜的未利用地面积所占比重较大,后备土地资源丰富;(2)多目标优化结果显示,耕地、林地、水域和建设用地面积呈现增加的趋势;草地面积基本保持不变;未利用地面积大幅度下降;(3)土地利用生态安全格局显示,耕地面积增加,主要分布在水分条件较好的河流、湖泊和水库等的周边地区以及城镇和乡村居民点周围;林地面积大幅度增加,主要分布在达拉特旗北部和准格尔旗东部;草地略有增加,广泛分布于库布齐沙漠和毛乌素沙地以外的地区;建设用地增加面积主要来自于重点发展城镇的扩展和规划的重点矿产资源开采区;未利用地大幅度减少,主要集中在杭锦旗境内的库布齐沙漠以及乌审旗和鄂托克旗境内的毛乌素沙地。研究结果对鄂尔多斯市土地资源管理和生态安全建设具有重要指导意义。     

基于地类边界分析的江苏省生态安全格局构建

生态安全格局是实现区域生态安全的基本保障和重要途径,能够有效缓解生态保护与经济发展的矛盾。以江苏省为研究区,通过生态服务重要性、生态环境敏感性的保护等级确定两级生态源地。选择具有生态优势的耕地、林地、水体两两分别进行边界分析,用于修正根据单一地类形成的阻力面,并与由人口空间分布所构建的阻力面结合,形成研究区综合阻力面。基于最小阻力模型识别生态廊道,开展生态空间布局优化,构建省域生态安全格局。结果表明:研究区一级源地面积2089.28 km²,占研究区总面积的2.00%,二级源地面积7944.92 km²,占研究区总面积的9.60%;生态廊道总长2284.89 km,廊道相互连接,整体呈"井"字空间分布,廊道相接处又是生态源地分布聚集点,经过生态要素空间优化,从而构建"四带四区"的生态安全格局。利用地类边界分析构建阻力面,可为生态安全格局构建方法提供新思路,研究结果可为江苏省的区域生态保护提供科学依据。     

基于形态学空间格局分析和最小累积阻力模型的城市生态安全格局构建——以厦门市为例

城市化进程的快速发展加剧了生态系统的退化。如何扭转生态系统的退化,同时满足人类日益增长的生态系统服务需求,成为当前的一个研究热点。生态安全格局的构建在一定程度上可平衡城市发展与生态环境保护之间的关系,对于保障区域生态安全、提升生态系统功能具有重大意义。以厦门市为例,基于“生态源地识别—阻力面构建—生态廊道提取”的基本框架构建陆域生态安全格局。结合生态系统服务重要性评价和形态学空间格局分析识别生态源地,该方法兼顾了生态结构和功能,使得所识别的生态源地更具全面性。选取土地利用类型、高程和坡度构建生态综合阻力面,并用人类居住合成指数修正生态综合阻力面,以减少主观赋值的影响,识别各土地利用类型内部的差异,使生态阻力面的构建更加合理。在此基础上通过最小累积阻力模型提取生态廊道,利用重力模型量化潜在生态廊道的相对重要性,并根据重力模型结果划分重要性等级。研究结果表明,厦门市的生态安全格局由14个生态源地、21条生态廊道、15个生态节点及若干个踏脚石所组成。生态源地主要集中在研究区的西部和北部,以林地和草地为主,面积合计为558.64 km²。生态廊道长约159.40 km,其...     

基于生态系统服务的生态安全格局构建与生态韧性评估——以长株潭城市群为例

构建生态安全格局对于保障区域生态安全、优化国土生态空间具有重要意义,科学评估生态韧性是城市高质量发展的重要议题之一。以长株潭城市群为研究对象,基于"源地识别-阻力面构建-廊道提取"的生态安全格局构建模式,定量评估固碳释氧、土壤保持和水源涵养三项生态系统服务功能以识别源地,结合自然和人为因素构建阻力面,使用Linkage Mapper工具基于最小成本路径理论识别生态廊道,提出了一套基于生态安全格局构建过程的生态韧性评估框架,并结合Fragstats和Conefor Sensinode软件对其进行综合评价。研究结果显示:(1)长株潭城市群共55块生态源地,面积为7747.75km²,占城市群总面积的27.58%,东部和南部源地较为集中,西部较分散,林地是生态源地的主要组成部分;生态廊道共113条,廊道总长度为1458.97km,平均长度为12.91km,主要分布于研究区西部和北部。(2)结合生态源地和生态廊道构建了长株潭城市群"一心一环"生态安全格局,可有效缓解长株潭城市群中部生态用地 "空心化"的格局。(3)研究区55块生态源地的韧性指数介于0.1265-0.4682之间,空间上呈现出东高西低,南高北低的特征;113条生态廊道的韧性指数介于0.0027-0.8002之间,韧性指数较高的廊道主要分布在研究区东部和南部,韧性指数较低的廊道分布在西部、中部和北部。西部和中部或将成为影响长株潭城市群生态安全的关键区域,在城市规划过程中应重点关注。研究结果对优化城市空间布局、维护区域生态安全和促进区域一体化发展具有重要意义,并为区域生态韧性的评估提供了新的思路。     

基于景观生态安全格局的低丘缓坡土地资源开发利用——以四川省泸县为例

低丘缓坡土地资源开发是缓解人地矛盾、优化土地配置的有效途径。以四川省泸县为例,首先界定了低丘缓坡土地资源的范围,提取低丘缓坡土地资源面积共计331.71km~2。然后基于Arc GIS空间分析模块,以生态用地保护为目的,选取土地覆盖类型与地形坡度为阻力因子,应用最小累计阻力模型建立泸县景观生态安全格局。通过与泸县低丘缓坡土地资源现状的叠加分析,对位于不同景观安全水平的低丘缓坡土地资源进行分类,将低丘缓坡土地资源分为优先开发型、适度开发型、限制开发型、禁止开发型4种类型,其面积分别为108.72、97.03、68.36、57.60km~2,并分析各类型特征,提出了相应的低丘缓坡土地资源开发利用规划,旨在为研究区生态安全策略以及低丘缓坡土地资源的合理开发与利用等提供科学参考。     

基于粒度反推法的景观生态安全格局优化——以海口市秀英区为例

景观生态安全格局优化是改善生态环境、促进人与自然和谐发展的有效途径。为给海口市秀英区生态环境建设提供科学依据和景观生态安全格局优化方法改进提供参考,提出了粒度反推法和生态阻力面综合构建法,结合GIS技术和最小耗费距离模型探讨了海口市秀英区景观生态安全格局优化途径。结果表明:(1)400m粒度生态景观组分是秀英区生态源地选取的合适参照,秀英区有生态源地18块、生态廊道17条、生态节点11个,新增生态源地建设的参考规模为38.5hm2,生态源地的生态服务极限距离为800m,需将现有的11块非生态景观类型斑块转换为生态景观类型,总面积20.26 hm2。(2)粒度反推法能为生态源地选取提供客观参考,在生态源地选择方面比传统方法具有更强的理论基础和客观性,解决了客观选取生态源地的问题。(3)综合生态阻力面能对生态阻力的实际情况进行较好地模拟。显、隐性生态阻力面之间存在显著差异,能反映生态系统中潜在的生态薄弱点,这些生态薄弱点往往是容易被忽略而又需要重点建设的区域。     

半干旱区县域生态安全格局构建——以临洮县为例

生态安全格局的识别与构建是保障半干旱区生态安全及可持续发展的重要途径。以西北内陆半干旱区黄土高原县级行政单位为研究对象,结合RS和GIS技术,在定量评估生态系统服务功能(生物多样性保护、水源涵养、土壤保持)和水土流失敏感性的基础上,识别生态源地,并利用最小累积阻力模型计算阻力面,构建临洮县生态安全格局。结果表明：(1)临洮县生态源地面积为243.79 km~2,占全县总面积的8.55%,生态源地集中分布在南屏山林区、马衔山兰州军马场、太石镇的水源保护区以及沿洮河的河谷农业区。(2)临洮县生态安全缓冲区划分为高、较高、中、低水平生态安全区四个类别,分别占总面积的12.71%、47.81%、32.51%和6.97%,不同生态安全区应采取不同措施以保障区域生态安全。(3)识别的234条总长为493.56 km的生态廊道,185条总长为551.26 km的辐射通道,以及74个生态战略节点共同组成临洮县生态安全格局。研究结果以期为半干旱区县域尺度生态安全格局构建研究提供相关参考,也将为临洮县国土空间总体规划和城市用地合理布局提供重要指导。     

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。     

基于电路理论的城市景观生态安全格局构建——以湖南省衡阳市为例

生态源地与廊道识别是生态安全格局构建的重要环节,以往研究较多关注物种迁移和扩散最优路径的选择,忽略了物种对路径选择的随机性,致使其结论未能客观地反映物种迁移和扩散过程.以衡阳市主城区为研究对象,利用InVEST模型生境质量分析模块结合Circuitscape 4.0筛选生态源地、生态廊道,继而通过Linkage Map...