景观生态学在大气污染研究中的应用

快速城市化和工业化进程造成了一系列大气污染问题,亟需在宏观尺度上解析大气污染时空分布规律。景观生态学关注格局与过程耦合,景观\"源汇\"理论可对应解析大气污染物的源与汇效应,将景观生态学的理论与方法引入大气污染研究中已成为解决当前区域发展与大气污染权衡的有效途径。从景观生态学视角辨识了景观与大气污染物的源汇关系,系统梳理了景观格局与大气污染的定量关系,指出当前景观格局指标仍需进一步完善以表征大气污染时空分布特征,而高质量大气污染物时空数据的缺乏是限制景观格局与大气污染过程耦合分析的重要因素,拓展应用景观\"源汇\"理论,定量解析景观格局对大气污染的源汇效应,同时进一步研发遥感反演技术,实现大气污染物分布格局的精细刻画,将为区域景观规划提供重要支撑。强化大气污染研究中的景观生态学分析途径,将有助于深化景观生态学格局与过程耦合研究体系,也将为景观可持续管理提供有力的科学支撑。     

基于“源”“汇”景观指数的定西关川河流域土壤水蚀研究

基于“源-汇”理论,利用“源”“汇”景观指数分析方法,计算甘肃定西关川河流域1995年、2000年、2005年和2010年的“源”“汇”景观指数(LWLI,Location-weighted landscape index),对比分析“源”“汇”景观空间格局变化与土壤水蚀的关系.结果表明:(1)关川河流域从1995年到2010年的LWLIelevation、LWLIdistance和LWLIslope指数呈降低的趋势.在高海拔和距流域出水口较远的区域,“源”景观的贡献逐渐小于“汇”景观的贡献.林地主要分布在坡度较小的地区,而草地主要分布在坡度较大地区.(2)“源”“汇”景观综合指数LWLI从1995年到2005年持续下降,但2010年的LWLI值比2005年又有所提高,说明由于地区人口的扩大和自然资源的限制,某些地区农地扩张的压力依然很大.(3)20年间流域大气降水没有发生显著变化,但河川径流量、径流系数和土壤侵蚀模数逐年减少.LWLI与土壤侵蚀模数(P＜0.05)具有显著正相关关系.LWLI能够较好地反映流域土壤水蚀规律,可作为流域水土流失评价的有效方法.对深入探讨黄土高原“退耕还林还草”工程与流域水文过程的关系,有效控制水土流失,优化黄土高原的治理,具有重要的理论和实践意义.     

基于景观生态学“源-汇”理论的市域尺度生态功能分区——以内蒙古通辽市为例

市域尺度的生态功能分区对于市域生态资源的有效保护和合理利用起着不可替代的指导作用。现阶段较为被动而静态的功能分区研究忽视了市域生态资源在城镇化发展中的剧烈变化。而景观生态学的\"源-汇\"概念和相关手段,将区域生态功能空间格局与不断变化的生态过程之间建立了联系,在生态功能分区科学理性的研究实践中运用前景广阔。运用景观生态学\"源-汇\"理论,以内蒙古通辽市为例,通过对于研究区域中\"源\"景观的划分,设定不同景观要素的阻力值,构建基于\"源\"动态特征的最小累计阻力模型,计算得出阻力面。并进一步通过寻找阻力面突变点来确定分区阈值,最终确定通辽市域尺度生态功能的5大分区,最后提出有针对性的分区管控措施与指引。研究将市域生态要素在城市化下的动态演变与生态安全格局进行有机关联并制定科学的分区策略,为市域生态空间的优化及管理提供了理论依据。     

基于\"斑块-廊道-基质\"和\"源-流-汇\"范式景观格局分析的景观生态学工具箱原理与应用

景观格局的定量分析是评价其对生态过程影响的先决条件,也是生态系统规划和管理的重要依据。当前的景观格局分析软件都仅提供基于\"斑块-廊道-基质\"景观分析范式的格局指数计算,不包含基于\"源-流-汇\"的范式的指数计算。这不仅无法适应景观生态学理论的发展,也无法满足大数据时代对计算场景和速率的需求。针对该问题,在研发基于\"源-流-汇\"的范式的指数算法的基础上,开发了景观生态学工具箱(Landscape Ecology Toolbox,LET)。不仅同时提供基于两种分析范式下的景观格局指数计算,也提供了图形用户界面和命令行两种运行方式。在对LET主要功能进行介绍的基础上,将LET同现有景观分析软件在操作逻辑、景观指数计算范围、特色功能等方面进行了详细的对比,最后对软件未来的发展方向进行了讨论。     

基于“源-汇”生态过程的景观格局识别方法——景观空间负荷对比指数

正确理解景观格局与生态过程的关系是进一步深化景观生态学研究的关键,但是由于景观格局和生态过程涉及到不同的研究尺度,并且随着尺度的变化而变化,加上面状生态过程监测数据无法直接获得,导致很难定量描述景观格局与生态过程之间的关系。本文以非点源污染作为研究的典型生态过程,通过分析不同景观类型及其空间分布格局在非点源污染形成过程中的地位和作用,借用洛伦兹曲线的理论,从距离、相对高度和坡度三个方面建立了不受尺度限制的景观格局评价模型——景观空间负荷对比指数。该指数可以较好地将具有面状特性的景观格局与点状监测数据有机地结合在一起,使定量研究流域景观格局与生态过程的关系成为可能。该评价模型的特点有以下几个：①不受空间尺度的限制,具有跨尺度的功能;②适宜于环境背景(降雨和土壤等)相似的地区;③景观空间负荷对比指数具有相对比较意义,其值越大,表示该类景观空间格局对流域出口监测点的贡献越大,反之越小;④景观空间负荷对比指数不能用来预测流域出口监测点非点源污染或水土流失的值,但是可以通过比较计算不同流域景观空间负荷对比指数,来判断流域发生养分(水土)流失的危险性。     

城市热岛“源-汇”景观识别及降温效率

快速城市化背景下,不同景观降温效率的差异是深入理解景观格局对城市热岛效应影响机理的基础。现有城市热岛研究多以土地利用或土地覆被替代热岛效应的源与汇,往往忽略景观的热特征与相邻景观的热关系,造成信息偏差。需要从景观热特征的视角,探讨面向城市热岛效应的景观分类方法,并分析不同特征景观的降温效率差异。基于\"源-汇\"景观理论,以深圳市西部为研究区,构建面向城市热岛的景观分类方法,通过2010年TM遥感影像提取NDVI、NDMI及ISA等地表特征及地表温度特性,叠加划分16类城市景观,分析不同地表特征的景观等距离梯度下的温度变化关系,识别城市热岛的\"源-汇\"景观。在此基础上,分析\"源-汇\"景观的结构特征,构建以面积和温度为影响因素的景观降温效率指数,结合景观格局指数,分析不同面积与形状的\"汇\"景观降温效率。结果表明,在16类景观中,5类景观被识别为城市热岛汇景观,面积约533 km²,占研究区总面积的45.5%。降温效率结果表明,\"汇\"景观的降温效率为1.54,其中绿色空间及阴影景观的降温效率贡献率较高。通过面积与形状的景观格局分析发现,降温效果随两个指数的增加,均呈先升后...     

渭河源流域源汇景观演变对径流泥沙的影响

探讨源汇景观演变特征与径流泥沙的关系对定量识别源汇景观功能对生态过程的影响具有重要的科学意义。以位于黄土高原和西秦岭山地交错区域的渭河源为例,分析了流域源汇景观格局演变与降雨耦合驱动对径流和泥沙的影响,结果表明:(1)研究区1982—2017年汇景观比例逐渐增加并超过源景观,源汇景观功能演变主要发生在黄土丘陵区,源汇景观负荷比指数呈逐年下降趋势;(2)影响流域径流和泥沙的主要因素不同,洪峰流量与含沙量主要受源景观面积比例和源汇景观负荷比的影响,呈显著的下降趋势,而径流量仅与降水量存在相关性;(3)基于信息理论方法的相对重要性分析表明,降雨对流域径流量的相对重要性高于源汇景观负荷比,而源汇景观负荷比对洪峰流量和含沙量的相对重要性较高,传输距离和海拔分布对径流泥沙和洪峰流量具有重要影响。在长时间尺度上,源汇景观格局演变影响了径流及泥沙特征,并且对泥沙影响的相对重要性高于径流。源汇景观合理的时空分布可以有效调控水土流失过程,对黄土高原生态可持续发展具有重要意义。     

景观生态学——概念与理论

现代景观生态学是一门新兴的、正在深入开拓和迅速发展的学科。因此 ,不但欧洲和北美的景观生态学有显著不同 ,就是在北美景观生态学短暂的发展进程中也逐渐形成了不同的观点和论说。概括地说 ,景观生态学研究的重点主要集中在下列几个方面 ,即 :空间异质性或格局的形成及动态 ;空间异质性与生态学过程的相互作用 ;景观的等级结构特征 ;格局 -过程 -尺度之间的相互关系 ;人类活动与景观结构 ,功能的反馈关系以及景观异质性 (或多样性 )的维持和管理[1～ 6] 。反映这些研究重点的主要景观生态学概念和理论是什么呢 ?本文拟在总结该学科最近 2…     

三峡库区典型流域“源”“汇”景观格局时空变化对侵蚀产沙的影响

以三峡库区王家桥流域为研究对象,基于五期遥感影像(1995、2000、2005、2010和2015)提取流域景观格局,采用马尔科夫模型研究\"源\"\"汇\"景观格局时空变化,并结合野外多年实测数据建立景观格局指数与产沙量之间的关系,分析景观格局对流域侵蚀产沙的影响。结果表明:1995—2015年,王家桥流域景观格局时空变化明显,呈破碎化发展趋势。\"源\"景观面积持续下降,\"汇\"景观面积持续增长。在降雨量时序曲线相似的条件下,斑块类型尺度的景观指数对侵蚀产沙量的解释能力高于景观尺度。斑块类型尺度,\"源\"\"汇\"景观指数与径流输沙量的复相关系数分别为0.946和0.903,均显著相关。对于\"源\"景观而言,相似邻近百分比(PLADJ)与斑块结合度(COHESION)是影响流域侵蚀产沙的重要指标。径流输沙量与PLADJ和COHESION指数呈正相关关系,输沙量随指数的增大而增大。对于\"汇\"景观而言,斑块密度(PD)、边界密度(ED)、景观形状指数(LSI)是影响流域侵蚀产沙的重要指标,径流输沙量与PD和LSI呈负相关关系,输沙量随着指数的增大而减小。斑块类型尺度上,流域景观格局时空变化对泥沙输出影响显著。研究结果可为建立其他流域景观格局变化与土壤侵蚀响应关系提供参考。     

基于源汇景观格局的洞庭湖流域洪涝风险评估及雨洪径流过程响应

源汇景观格局是影响流域雨洪径流过程与洪涝风险的重要因素,探索一种基于源汇景观格局的流域洪涝风险评估方法对流域洪涝风险防治具有重要科学意义。以洞庭湖流域为研究对象,创新性地修正并运用源汇景观模型评估各年份流域洪涝风险,揭示洪涝风险时空演变规律及成因;而后利用SCS-CN模型与局部等体积法模拟分析各年份雨洪径流过程特征,并基于斯皮尔曼相关系数探究雨洪径流过程与源汇景观空间负荷对比指数的相关关系,以此验证新模型运用于洪涝风险评估的合理性。结果表明:(1)40年间源景观建设用地的扩张最为显著,汇景观持续减少,以耕地向建设用地转移为主,源景观空间上集中于环洞庭湖与湘江流域。(2)40年间源汇景观空间负荷对比指数均呈上升趋势,流域洪涝风险逐渐提高,呈现东高西低的分布格局,其中湘江与环洞庭湖流域洪涝风险较高,资水流域洪涝风险次之,澧水与沅水流域洪涝风险较低。(3)40年间平均径流量、淹没深度及各风险区占比整体呈缓慢波动上升趋势,雨洪径流过程加剧使得洪涝风险不断上升,传统模型模拟结果与源汇景观模型评估结果相吻合。(4)源汇景观空间负荷对比指数与雨洪径流过程各特征指标呈显著正相关关系,说明源汇景观在高程、坡度及距离上的空间格局对于雨洪径流过程具有重要影响,运用源汇景观模型评估流域洪涝风险具有可行性。本研究可为流域洪涝风险定量评估提供耦合格局与过程的新方法,为合理配置流域景观格局、保障雨洪安全提供新视角和理论依据。     

Source-sink landscape theory and its ecological significance

Exploring the relatiouships between landscape pattern and ecological processes is the key topic of landscape ecology,for which,a large number of indices as well as landscape pattern analysis model were developed.However,one problem faced by landscape ecologists is that it is hard to link the landscape indices with a specific ecological process.Linking landscape pattern and ecological processes has become a challenge for landscape ecologists."Source" and "sink" are common concepts used in air pollution research,by which the movement direction and pattern of different pollutants in air can be clearly identified.In fact,for any ecological process,the research can be considered as a balance between the source and the sink in space.Thus,the concepts of "source" and "sink" could be implemented to the research of landscape pattern and ecological processes.In this paper,a theory of sourcesink landscape was proposed,which include:(1) In the research of landscape pattern and ecological process,all landscape types can be divided into two groups,"source"landscape and "sink" landscape."Source" landscape contributes positively to the ecological process,while "sink" landscape is unhelpful to the ecological process.(2) Both landscapes are recognized with regard to the specific ecological process."Source" landscape in a target ecological process may change into a "sink"landscape as in another ecological process.Therefore,the ecological process should be determined before "source"or "sink" landscape were defined.(3) The key point to distinguish "source" landscape from "sink" landscape is to quantify the effect of landscape on ecological process.The positive effect is made by "source" landscape,and the negative effect by "sink" landscape.(4) For the same ecological process,the contribution of "source" landscapes may vary,and it is the same to the "sink"landscapes.It is required to determine the weight of each landscape type on ecological processes.(5) The sourcesink principle can be applied to non-point source pollution control,biologic diversity protection,urban heat island effect mitigation,etc.However,the landscape evaluation models need to be calibrated respectively,because different ecological processes correspond with different source-sink landscapes and evaluation models for the different study areas.This theory is helpful to further study landscape pattern and ecological process,and offers a basis for new landscape index design.     

Source-sink landscape theory and its ecological significance

Exploring the relationships between landscape pattern and ecological processes is the key topic of landscape ecology, for which, a large number of indices as well as landscape pattern analysis model were developed. However, one problem faced by landscape ecologists is that it is hard to link the landscape indices with a specific ecological process. Linking landscape pattern and ecological processes has become a challenge for landscape ecologists. “Source” and “sink” are common concepts used in air pollution research, by which the movement direction and pattern of different pollutants in air can be clearly identified. In fact, for any ecological process, the research can be considered as a balance between the source and the sink in space. Thus, the concepts of “source” and “sink” could be implemented to the research of landscape pattern and ecological processes. In this paper, a theory of sourcesink landscape was proposed, which include: (1) In the research of landscape pattern and ecological process, all landscape types can be divided into two groups, “source” landscape and “sink” landscape. “Source” landscape contributes positively to the ecological process, while “sink” landscape is unhelpful to the ecological process. (2) Both landscapes are recognized with regard to the specific ecological process. “Source” landscape in a target ecological process may change into a “sink” landscape as in another ecological process. Therefore, the ecological process should be determined before “source” or “sink” landscape were defined. (3) The key point to distinguish “source” landscape from “sink” landscape is to quantify the effect of landscape on ecological process. The positive effect is made by “source” landscape, and the negative effect by “sink” landscape. (4) For the same ecological process, the contribution of “source” landscapes may vary, and it is the same to the “sink” landscapes. It is required to determine the weight of each landscape type on ecological processes. (5) The sourcesink principle can be applied to non-point source pollution control, biologic diversity protection, urban heat island effect mitigation, etc. However, the landscape evaluation models need to be calibrated respectively, because different ecological processes correspond with different source-sink landscapes and evaluation models for the different study areas. This theory is helpful to further study landscape pattern and ecological process, and offers a basis for new landscape index design. __________ Translated from Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(5): 1444–1449 [译自: 生态学报]     

生态安全格局中生态廊道宽度研究进展

生态廊道是生态安全格局的重要组成部分,其宽度的科学设定是生态廊道规划与设计中至关重要的一环。本文基于现有文献中生态廊道宽度的研究成果,全面梳理了相关理论,重点总结了生态廊道宽度的提取方法,提出了未来的研究方向。生态廊道宽度的提取方法包括根据保护目标移动的范围、参考已有研究、基于电路理论的累积电流的变化及结合其他模型确定4类。其影响因素包含保护目标的生态需求、廊道的边缘效应、建设成本、政策侧重等。目前,已经形成多种生态廊道宽度的确定方法,但仍需提高精细化程度。未来研究重点包括生态廊道宽度理论基础、精细化设定方法、有效性验证、形状研究等。本文可为生态廊道宽度研究提供有效的思路、增强其落地建设的可行性。     

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。     

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.     

基于景观格局与过程的云南省典型地区道路网络生态效应

利用概率连接度指数的量化分析方法,分析了云南省典型地区道路网络对景观格局、生态过程以及景观功能的影响.结果表明：研究区道路网络加剧了区域景观的破碎化程度;道路网络对不同生态过程的迁移路径结构、数目以及分布的影响有所不同,影响程度随迁移扩散能力的增加而增加;道路网络总体上降低了景观维持生态过程连续性的功能（不同情景平均下降超过10%）,使各个斑块在景观中的功能退化（平均下降超过40%）,影响程度随迁移扩散能力的增加而增加.     

城市生态系统景观格局特征及形成机制

以城市生态系统的格局一过程一功能等相关概念的辨析为基础,重点分析了城市景观格局的基本特征,以及城市格局对生态系统过程和功能的影响。结果表明,高度人工化、高度的时空异质特性、破碎性、不稳定性是城市景观格局最为显著的特征。城市所在区域的自然环境条件,历史文化传统,城市格局的基本骨架——交通系统和城市职能是影响城市格局形成和演变的重要驱动因素。城市景观结构决定了其生态过程。综合研究城市景观格局-过程-功能的关系,认识城市的发展演变过程,可为城市规划、建设和管理提供重要的科学基础。