上海城市土地利用格局的景观生态学分析

在RS(遥感)与GIS(地理信息系统)技术支持下,本文以上海市外环以内的城市中心区为研究区域,利用景观生态学方法研究了在不同粒度下城市景观镶嵌结构的空间特征,并结合半变异函数,对不同研究幅度下的城市景观空间格局进行分析研究。结果显示:不同粒度下所得的景观指数有明显差异。就本研究区域而言,在20 m粒度下,具有明显的城市景观特征;不同幅度下的景观指数空间格局总体相似,但较小的研究幅度对于小尺度的格局变化比较敏感,而较大尺度下的空间格局变化更易从较大幅度的图中表现出来;不同的景观指数对尺度变化响应不同;各景观指数受不同过程影响的大小不同,从而使得不同景观指数的空间格局表现不同;从总体上看,该区域范围内N45°E和E0°方向上景观空间变异明显。     

扎龙自然保护区不同空间尺度景观格局时空变化及其生态风险

景观格局变化下的区域生态风险研究可以为保护区域景观生态系统健康,实现区域资源的合理和可持续利用提供重要科学依据。以扎龙自然保护区为研究区,利用遥感手段提取景观类型信息,定量分析不同空间尺度下研究区景观格局时空变化特征和演变规律。根据研究区景观格局变化特点构建景观生态风险指数,对研究区不同时期空间尺度变化过程中景观生态风险时空变化特征进行分析。研究表明:1995—2010年研究区不同空间尺度下景观总体格局和各景观类型格局变化显著,呈现不同变化特征;景观生态风险随空间粒度的增大而减小。对比分析两期数据,研究区景观生态风险加剧,其空间分布均呈环形扩散特征。根据本研究区区域面积大小和景观格局复杂程度,确定了景观格局和景观生态风险研究的适宜尺度域。     

城市景观空间自相关与自相似的尺度特征研究

在RS与GIS技术支持下,以上海市外环以内城市中心区为区域背景,研究城市景观格局空间自相关与分形结构在不同粒度下的变化特征,揭示其对粒度的响应特征和敏感程度。结果表明,城市景观格局的空间自相关性和自相似性依赖于粒度的选择,MoranⅠ与各种景观类型的分维数均存在尺度效应;城市景观格局空间自相关性与自相似性在一定尺度范围内具有尺度依赖性,但二者对尺度的依赖程度不同。空间自相关性具有较高的尺度依赖性;而不同景观类型的自相似性随尺度的变化没有统一规律;城市景观格局的空间自相关性和自相似性对尺度变化的敏感点不同。居住景观的MoranⅠ对尺度变化的敏感点为50m,其他景观类型无明显的敏感点;分维数对尺度的敏感点因景观类型不同而异。     

内蒙古鄂尔多斯市城市化时空格局变化及其驱动力

城市化是最极端的人为土地覆盖的转变,对生物多样性和生态系统功能与服务的影响远超出城市本身的范围.基于3个时段土地利用数据,本研究利用景观格局分析方法分析了不同空间幅度下鄂尔多斯东四旗城市化景观时空格局的变化特征.结果表明:城市化对地区生态、社会、经济产生了深刻影响,整体景观的破碎化和复杂性程度增大,各斑块类型表现出独特的空间特征并受到不同程度的影响.沙地和城市用地变化幅度最大,耕地受城市化的影响最严重.从驱动力的定性分析看,资源因素、城市人口增长和经济发展是驱动地区城市化景观时空格局变化的重要驱动因子.     

遥感影像空间分辨率及粒度变化对城市景观格局分析的影响

尺度是景观生态学和遥感领域的重要问题,已有研究主要考虑景观的粒度效应,很少涉及遥感影像空间分辨率对景观格局,尤其是对城市景观格局的影响.基于2000年和2002年分别由ETM 和IRS-PAN影像解译得到的土地利用图,从景观和类型两个层次分析了不同粒度下上海市一城市化样带的景观格局.结果表明,城市景观有明显的尺度效应,空间分辨率和粒度变化都会影响城市景观格局,而道路等线性廊道对尺度变化的敏感则是造成这一影响的主要原因.斑块密度、边界密度、平均斑块分维度、景观聚集度和最大斑块指数的粒度效应比较明显,而景观比例、Shannon多样性指数对粒度变化并不敏感.高分辨率影像适用于城市景观格局,尤其是破碎度的分析,其用于分析的合适粒度是5～10m.     

城市景观多样性的空间尺度分析——以上海市外环线以内区域为例

景观生态学研究的就是某一空间尺度范围内的景观格局与生态过程。因为景观格局与生态过程中存在的尺度多样性 ,导致尺度成为理解景观格局和生态过程相互作用的关键 ,其已经成为景观生态学的一个重要概念 ,但是由于理论和方法的限制 ,对景观生态学的尺度研究还不够 ,特别是景观格局综合性指标在不同幅度上的变化特征和效应。在 GIS与 RS技术支持下 ,采用基准分辨率为 5 m的 SPOT遥感图像作为数据源 ,对不同幅度下的城市景观多样性的空间分布格局进行了分析 ,并进一步利用半变异函数对其空间异质性进行定量描述。结论揭示 :随着空间尺度的增加 ,景观多样性程度也不断增加 ,另外多样性的空间分布格局也具有显著变化 ,由于受城市发展历史和目前城市扩展方向的影响 ,多样性在总体上是不平衡的 ,尺度越大 ,不平衡越明显 ;不同尺度下景观多样性空间格局的变化 ,与城市景观的特点和城市景观的功能息息相关 ,不过其受经济效益和社会文化效益的影响更大 ;随着尺度增加由于掩盖了更小尺度上的变异 ,导致块金效应增强 ,空间自相关部分对系统总的变异则明显下降 ;景观多样性具有尺度依赖性 ,可以说景观多样性也是尺度的函数 ,在不同的尺度上 ,结果差异显著 ,所以在景观生态学的研究中绝对不能忽略尺度对格局的影响     

徐州城市景观格局对绿地植物多样性的多尺度影响

城市地表景观的变化导致城市生物栖息地的损坏、破碎和丧失,致使城市生物多样性下降.为探讨城市景观格局变化对植物多样性的影响,本研究以徐州市绕城高速公路内的城区为对象,采用布朗布伦奎特(Braun-Blanquet)盖度等级法对36块城市绿地植物群落进行调查,并对不同绿地植物群落的物种多样性进行了分析.同时,以研究区2005和2015年的Landsat ETM遥感影像作为基础数据源,在Erdas、GIS、Fragstats软件的支持下,以每块调查样地为中心,分别建立9个不同半径的缓冲区,计算各缓冲区内表征斑块形状、破碎度和连通性共3类39个景观指数,在此基础上,运用冗余分析(RDA)筛选出不同幅度下对城市绿地植物多样性有显著影响的景观格局指数.结果表明: 植物多样性对景观整体格局和景观要素的响应具有明显的时间和空间尺度效应.2005年,未利用地和农田的破碎度、形状指数在800 m半径的缓冲区内能更好地解释植物多样性,建筑用地的破碎度和连通性指数在800～2000 m范围内对植物多样性有重要影响;2015年,草地和林地景观在800 m缓冲区内可更好地解释植物多样性,而建筑用地和未利用地在1000～2000 m范围内对植物多样性有显著影响;研究区当前植物多样性受2005年类型水平景观指数的影响更显著,说明研究区植物多样性对周边景观格局变化的响应存在一定的时间滞后;景观水平的格局指数与类型水平指数特征较为一致,说明物种与空间尺度的相互作用更多依赖于景观类型.     

黔中喀斯特山地城市景观格局指数粒度效应——以安顺市为例

景观格局对生态过程的影响具有强烈的尺度依赖性,尺度的合理确定是决定景观格局与生态过程研究的关键。以黔中喀斯特典型山地城市安顺市为对象,在GIS与RS技术的支持下,从类型和景观两个层次分析景观格局的空间粒度效应,揭示不同景观格局指数随粒度变粗的变化特征,进而探明喀斯特山地城市景观生态研究的适宜空间粒度。结果表明:除SIDI、SIEI、TA外其余景观格局指数受空间粒度的影响显著,随粒度变粗,各指数随粒度变粗的响应可分为单调递减、单调递增、先上升后下降及基本稳定类型;大部分景观格局指数在20或100 m粒度下出现明显跃变,存在"临界阈"现象;对于安顺市中心规划区而言,进行景观格局分析的最佳尺度范围为5~20 m,适宜粒度为20 m;山体绿地在喀斯特山地城市绿地系统中占主导地位,其CA、TE、DE等7个景观格局指数的粒度响应曲线相似。综上,基于高分辨率影像的黔中喀斯特山地城市景观生态研究的适宜粒度为20 m。     

长沙市热力景观空间格局演变分析

城市热环境是城市生态环境效应研究的热点之一,其演变规律的研究为缓解城市热岛带来的负效应、促进城市可持续发展提供依据。以2004年和2010年Landsat7 ETM+遥感影像数据和土地利用现状数据为数据源,在地表亮度温度反演的基础上,运用景观指数并结合GIS空间分析技术,采用移动窗口和梯度分析结合的方法,分析2004—2010年长沙市中心城区热环境的空间格局动态变化,通过分区统计法分析了不同热力景观等级下不同城市景观的空间格局变化,从景观尺度上阐明城市景观类型组成和空间格局与地表温度空间分异之间的关系。研究结果表明:2010年热岛区域扩大且更加分散,面积比2004年增加15.01km2,新增区域主要分布在金霞、岳麓和星沙的新兴工业园区;中心城区热力景观格局在景观水平上具有明显的空间分异特征,在从中心位置到偏北、偏东和偏南方向上,热力景观从市区向周边郊区呈现破碎化、多样性递增、形状复杂化,而从中心位置到偏西方向上与之相反;景观类型组成和空间布局对地表热环境产生不同影响,耕地、林地在热力景观内的优势度越大、分布越集中,地表降温效果越显著;反之,建设用地斑块越大、凝聚程度越高、形状越规整,地表温度越高,热岛效应显著。     

从“增量扩张”到“存量优化”:深圳市景观格局内部动态与优化

随着城市化的不断推进,以城市扩张为主要特征的土地城市化渐趋于饱和,许多城市开始进入"存量优化"的土地开发阶段。存量优化的土地开发模式改变了城市内部的景观格局,进而影响城市景观的生态过程及功能,但现有的工作主要关注城市的外部扩张,缺乏对城市内部景观动态的研究。以深圳市为例,基于高空间分辨率遥感影像,以地块为分析单元,识别城市扩张、城市更新以及内部填充三种土地开发方式,对比分析不同方式下地块的景观格局变化。研究结果表明：（1）深圳市已进入"存量优化"的城市发展阶段,表现为内部存量变化面积是外部增量变化的2倍;（2）城市更新类型的地块平均植被比例增加3%,提高了人居环境质量,而城市扩张和内部填充类型的地块则表现为植被比例明显下降,平均植被比例分别减少了51%和50%;（3）城市扩张和城市更新具有明显的空间聚集特征,内部填充分布则相对随机。在精细空间尺度上识别了城市扩张、城市更新以及内部填充三种不同景观变化类型,分析了其空间分布特征,为深入理解城市内部景观格局的动态变化提供了新的视角,可为城市生态过程的机理研究和城市规划提供参考与借鉴。     

Introducing a new method for assessing spatially explicit processes of landscape fragmentation

Landscape fragmentation is commonly defined as having five distinct phases (perforation, dissection, subdivision, shrinkage, and attrition). Previous studies focus on using landscape pattern metrics to interpret the phase of the landscape. A critical but underinvestigated aspect is that these five phases are also spatially explicit processes. This study proposes a new method to map and measure the different spatially explicit processes of landscape fragmentation. Unlike previous studies that are based on landscape pattern metrics, this current study measures landscape change directly. The new method is applied to Bao’an District in Shenzhen, China, to investigate forest land fragmentation under rapid urbanization. Landsat data were used to map the land use distributions from 1978 to 2009. Results show that different spatial processes occur simultaneously throughout the study area as well as in different study periods of forest fragmentation. Shrinkage was the dominant spatial process in the early period. In the later period, subdivision played a more important role, followed by attrition. Interestingly, urban land was not the leading land use that directly encroached on forest land, as many other studies have shown. Instead, forest land was first converted to orchard land, and orchard land was converted to urban land. The study contributes to Forman's general model of spatially explicit processes of landscape fragmentation and holds implications for urban planning policy and practice. The study concludes that the new method is effective in understanding and assessing forest land fragmentation, especially in the context of rapid urbanization.     

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。     

城市地域生态调控的空间途径——以深圳市为例

城市地域的可持续发展必须以生态环境的可持续发展为前提和保障。景观生态学主要研究地表各种景观空间格局与生态过程及其相互作用,其原理和规律为在实践中通过优化景观格局,提高生态系统稳定性提供了理论框架。以深圳市为例,尝试综合运用生态敏感性与适宜性分析和景观格局整体优化的方法,通过对生态系统的格局分析与问题诊断,构建合理、稳定的生态系统结构,保障生态系统服务功能的正常发挥。案例研究将深圳市域的整体生态结构分为自然生态空间、城镇发展空间和生态廊道3部分。城镇发展空间具有文化支持的生态功能,自然生态空间具有环境服务和生物生产的生态功能;生态廊道主要起到加强生态联系,提高生态系统稳定性,并防止城市发展空间无序蔓延的功能。城镇景观斑块镶嵌于自然生态景观基质中,并通过多种类型的生态廊道相连,形成区域生态系统的良性循环。案例研究表明,景观生态规划方法的综合应用,可以将景观生态学原理和规律比较合理的运用于实践。     

基于SLEUTH模型的上海城市增长预测

基于SLEUTH模型,利用1989-2005年高分辨率土地利用数据,模拟4种土地资源保护情景下,2006-2035年上海的城市增长,以及城市化对城市景观格局的影响.结果表明:在各种情景下,城市土地利用类型的面积均呈增长趋势,增量随着保护等级的提高而逐渐减少;城市增长方式主要是边缘增长,扩散增长和道路影响增长出现在郊区,增长主要发生在西北方向,西南和东南方向次之;城市化显著影响城市景观格局,并存在阶段性;早期阶段城市化导致景观破碎化,斑块密度增加,景观多样性和异质性提高;后期阶段,城市化将导致景观多样性和异质性降低,城市景观趋于均质化,加大农田和绿地景观的保护等级将减缓城市化降低景观多样性和增加均质化的趋势.     

北京边缘地区景观格局变化及对生态系统服务的影响评价——以牛栏山-马坡镇为例

北京边缘区正处于经济快速发展阶段,人类活动对景观格局产生了显著影响,造成生态服务功能发生巨大变化,因此,研究北京城市边缘区景观格局变化及其生态系统服务价值影响对未来城市边缘区的发展具有重要意义。基于Fragstats 4.2软件,以生态系统服务当量因子表为基础,探讨北京边缘地区牛栏山-马坡镇在1992—2015年间景观格局和生态系统服务价值变化;并进行景观指数与生态系统服务价值的相关性分析。结果表明:1992—2015年间,牛栏山-马坡镇景观格局发生了显著变化,破碎度增加,异质性增高,优势景观类型由农田变为建设用地;生态系统服务价值由11609.34万元增长到14992.07万元,其中,林地对生态系统服务价值增加的贡献率最大;提高最大斑块指数、斑块密度和多样性指数有利于生态系统服务价值的增加。综上所述,快速城镇化背景下人为干扰造成的景观格局变化不一定会使城市边缘地区生态系统服务价值降低,科学的生态环境规划和保护政策是牛栏山-马坡镇生态系统服务价值增加的主要原因。     

城市景观格局演变的水环境效应研究综述

人类活动导致的城市土地利用覆被变化在景观生态学上表现为城市景观类型的更替和城市景观格局的演变。我国城市景观格局中自然植被景观基质大幅被人工硬化地面所取代,自然景观斑块破碎化,城市道路和排水管网等人工廊道大量增加,造成"源""汇"景观的比例失衡和格局失调,从而产生城市景观格局演变的水环境负效应,如非点源污染、水生生态系统失衡和城市内涝等,且水环境负效应存在时间尺度差异和空间尺度响应多样性。对城市景观类型及其格局演变产生的城市水环境效应相关研究进行总结,针对现有研究中存在的城市景观格局演变带来的生态过程变化研究较少、影响城市水环境的景观格局变化阈值不明确、研究结果推广难和重复性较差、人工廊道与城市水环境效应关系关注度较低和水环境负效应综合度研究欠缺等不足之处,提出未来研究的着力点,对实现可持续城市具有一定意义。     

土地利用模型CLUE-S在辽宁省中部城市群规划中的应用

土地利用模型在分析、模拟和预测景观格局和过程中发挥着重要的作用。本文应用CLUE-S模型以辽宁省中部城市群为例,探讨了该模型在规划中的应用。在分析研究区1988—2004年景观格局和景观变化的驱动力基础上,对CLUE-S模型进行了参数设置。根据研究区的实际情况设置了3个规划预案:历史趋势预案、生态保护预案和城市规划预案,分别从2004年一直模拟到2024年;并将城市规划方案的结果与辽宁中部城市群的规划进行了对比,结果表明,CLUE-S模型模拟结果更符合实际情况,是区域规划有力的技术手段和科学支撑,能够对规划结果进行预测和评价。     

基于景感生态学的城市生态空间服务提升研究——以北京市顺义区为例

景感生态学思想融合自然要素、物理感知、心理认知等方面,并服务于土地利用与建设。北京市在迈向建设国际一流的和谐宜居之都目标过程中,极为重视城市居民对城市生态空间的感知和互动,充分体现了将城市生态空间与人居环境质量和心理健康耦合分析的景感生态学的理念。从结合景感生态学中景感营造的思想和顺义区生态规划实践的角度出发,分析了顺义区生态空间景观格局和视觉空间格局。结果表明,顺义区的森林、草地、湿地等斑块相对比较破碎,中心城区的森林、绿地较少;顺义区具有中等以下绿视率的路段长度占比近60%,中等以上水平尤其是较高水平绿视率的路段较少,具有较大的通过景感营造提升生态服务的空间。进而以提升顺义区的城市生态空间服务为目标,总结出了生态空间景观格局优化、视觉空间格局优化、生态空间科学规划及管控、生态系统服务综合提升4个核心愿景,并基于这4个愿景提出了针对性的景感营造措施。     

快速城市化地区景观格局梯度动态及其城乡融合区特征——以广州市番禺区为例

以快速城市化的广州市番禺区为研究样区,通过解译1990-2008年4期Landsat TM影像得到研究区土地利用/覆被数据.选取景观类型水平和景观水平上的景观指数,采用景观格局与梯度分析相结合的方法,研究快速城市化地区景观格局的梯度变化及其城乡融合区特征.结果表明：研究区景观格局动态变化显著,在城市化缓冲带上具有典型的城乡融合区特征,城市景观逐年增加且向外围扩展,而农业景观破碎化严重.斑块密度、蔓延度、景观多样性等指数在城市化梯度上表现出明显的规律性,景观指数峰值出现在距离城市中心4～6 km的梯度带上.时间序列上的景观格局数据体现了不同梯度带上景观动态的差异,城乡融合区景观格局具有斑块形状复杂、景观多样性和破碎化程度高、景观动态变化剧烈的特点.景观指数的峰值逐年向外推移,城乡融合区有逐渐向外发展的趋势.探讨了城乡融合区景观格局时空演化的一般特征及其驱动因素,对区域土地利用政策和可持续发展规划具有指导意义.