基于多种方法的景观格局动态变化综合分析——以辽宁省铁岭市为例

景观格局变化一直是景观生态学研究的核心问题之一,也是相关生态和环境过程研究的基础.本文应用3S技术,综合传统的空间统计分析、转移矩阵、景观指数和景观动态指数、Kappa指数系列,并引入模糊Kappa指数方法,以铁岭市2002-2011年间景观格局变化为例进行了综合研究.结果表明:铁岭市景观空间格局在研究时段内发生一定程度的变化.旱地面积大幅增加,水田面积明显减少,各景观类型之间均有相互转化.景观格局总体的变化趋势是形状趋于复杂、异质性增加、破碎化加剧,人为干扰的影响较明显.研究区域2002-2007年综合景观动态度指数明显高于2007-2011年,景观动态总体呈现放缓趋势.通过Kappa指数系列可知,研究时段内研究区景观变化由景观类型之间变化为主逐渐转变为各类斑块位置上的变化为主.应用多种方法进行综合分析更能全面有效地反映景观格局变化.     

洞庭湖流域中上游地区景观格局变化及其驱动力

基于GIS、RS技术,对1980—2000年洞庭湖流域中上游地区景观格局的时空变化特征进行了研究,并分析了该区景观演变的驱动因素.结果表明：1980—2000年,研究区不同景观类型间的面积变化差异较大,其中,面积变化显著的景观类型从大到小依次为有林地、山地水田和疏林地;景观面积的变化主要发生在山地区和丘陵区,且由东往西呈减少趋势,即湘水流域的景观面积变化最大,然后依次为资水流域、沅水流域和澧水流域.1980—1995年,各类景观的斑块形状大多呈现简单和规则化趋势,1995年后其复杂程度逐步增加.农村人口对自然生态系统的压力、流域发展对自然资源的依赖程度、为维持自然生态系统功能进行的投入以及农业产业政策调整是研究区景观格局变化的最主要驱动力.     

厦门市海岸带景观格局变化及其对生态安全的影响

海岸带是人类活动最为集中、具敏感性与脆弱性的海陆过渡区.本文以厦门市为例,运用遥感及GIS技术,对1987-2011年厦门城市化过程中海岸带景观格局变化进行研究,并基于生态安全内涵,运用景观格局指数及生态服务价值理论构建评价体系,评价其对生态安全的影响.结果表明:1987-2011年海岸带建设用地面积增长了193.0％,耕地和林地分别下降了55.2％、41.4％,滩涂早期转为海水养殖与耕地,中后期转为建设用地/裸地及水域,共减少了47.1％,海水养殖随第一产业兴衰,早期增加而2004年后则锐减47.6％;在发展初期研究区景观呈多样化、形状趋于复杂、空间分布较分散,快速发展之后,景观趋向单一、形状趋于规则,分布较为集中,自然景观明显破碎化,连通性显著下降.景观格局变化造成生态安全指数由0.561降至0.430,其中1995-2004年滩涂面积显著减少使自然生态功能减弱导致生态安全下降,2004年后岛外地区高强度开发,海岸带自然景观连通度、破碎度、分离度与景观形状的变化及滩涂的继续减少使自然生态结构、功能与稳定性均下降,导致生态安全不断变差.     

1980-2010年鄱阳湖地区土地覆盖与景观格局变化

以1980、2005和2010年鄱阳湖地区的土地覆盖数据为基础,采用GIS、RS及景观生态学的方法,分析1980-2010年该区土地覆盖及景观格局变化情况,并定量分析了土地覆盖类型变化度、斑块面积指数、斑块形状指数、边缘密度指数以及多样性指数等指标.结果表明：1980-2010年,研究区水田、内陆水体、常绿阔叶林和城镇建设用地不仅是该区域的主要土地覆盖类型,而且变化最强烈.总体上,内陆水体、城镇建设用地面积显著增加,水田和旱地面积有所减少.从景观格局变化来看,虽然鄱阳湖地区受到人口增长和经济发展的影响,其景观破碎度变化和景观多样性指数略呈下降趋势,但变化并不大,这反映出前期环境管理对于区域环境保护已经发挥重要作用,但仍然面临长期挑战.     

四川唐家河自然保护区西北至东南方向景观格局的梯度变化

通过设置西北至东南方向样带的方式,对唐家河自然保护区的遥感解译图像从景观和类型两种水平上分析了该区植被景观格局的梯度变化.结果表明:1)该区域内森林植被状况良好,林地分布面积达到91.65%.其中,常绿落叶阔叶混交林的面积最大,是区域的景观基质,而亚高山灌丛草甸以及农耕地等在整个区域内分布面积较小,边界较简单,景观地位弱.2)沿样带方向,景观水平上的指数具有上升型、下降型和无明显趋势3种变化,表现为边界密度、邻近度、形状指数、斑块分形指数的递增,平均斑块面积和最近距离的递减,以及香农多样性和均匀性、最大斑块面积和散布与并列指数的稳定波动.3)该区景观类型以次生落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、针阔叶混交林和针叶林为主,其景观指数波动变化显著、具明显的峰值.     

1980-2010年鄱阳湖地区土地覆盖与景观格局变化

以1980、2005和2010年鄱阳湖地区的土地覆盖数据为基础,采用GIS、RS及景观生态学的方法,分析1980-2010年该区土地覆盖及景观格局变化情况,并定量分析了土地覆盖类型变化度、斑块面积指数、斑块形状指数、边缘密度指数以及多样性指数等指标,结果表明:1980-2010年,研究区水田、内陆水体、常绿阔叶林和城镇建设用地不仅是该区域的主要土地覆盖类型,而且变化最强烈.总体上,内陆水体、城镇建设用地面积显著增加,水田和旱地面积有所减少.从景观格局变化来看,虽然鄱阳湖地区受到人口增长和经济发展的影响,其景观破碎度变化和景观多样性指数略呈下降趋势,但变化并不大,这反映出前期环境管理对于区域环境保护已经发挥重要作用,但仍然面临长期挑战.     

南四湖湿地景观空间格局动态演变

以山东省南四湖湿地为例,选取1987、2002、2014年3期遥感影像,应用景观格局指数、动态度、景观梯度和格网化模型等方法,对南四湖湿地景观格局的动态变化进行研究.结果表明: 1987—2014年,研究区景观蔓延度指数和聚集度指数逐渐减小,景观多样性指数和均匀度指数逐渐增大,景观类型面积趋于均匀且分布格局间断零散,人类活动对南四湖湿地景观的干扰度呈现增强趋势.研究期间,南四湖湿地总面积逐渐增加,其中,湖泊面积先减少后增加,2014年面积达到最大;湖滨池塘面积也呈现持续增加趋势,但增速减缓;河流面积基本保持稳定;沼泽面积持续减少.南四湖地区的农业活动、南四湖自然保护区的成立及南水北调工程在南四湖湿地景观格局的变化中起着重要作用.     

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.     

三江平原桦南县景观格局时序变化与驱动因素研究

基于RS和GIS技术,集成地形图与遥感影像(MSS、TM)数据,对1954～2005年三江平原桦南县景观格局动态变化特征与驱动力进行分析。结果表明,过去50年间,桦南县景观格局发生了剧烈变化,耕地和林地是研究区面积最大的2种景观类型,1986年以后,耕地成为研究区面积最大的景观类型。1954～1976年期间耕地面积增加速率较大,主要是草地、湿地大面积被开垦为耕地;1976～1986年期间,有大面积湿地、林地转化为耕地;1986年以后,各景观类型面积变化趋势变缓。景观指数在过去几十年期间都发生了重大变化,农业的大规模开发与以上景观指数的变化规律存在密切关系。气候变暖和人类活动的增强共同作用于区域景观格局。     

川滇生态屏障区景观生态风险评价及影响因素

探究重点生态功能区景观生态风险时空演变特征,揭示人类活动对景观生态风险恶化的潜在影响,对防范和化解景观生态风险、促进区域可持续发展具有重要意义。以2000、2010、2020年土地覆被数据为基础,运用ArcGIS 10.8和Fragstats 4.2等软件,基于景观格局指数和脆弱度指数构建景观生态风险评价模型,借助空间分析方法,揭示川滇生态屏障区景观生态风险时空演变特征,采用地理探测器测度不同区域范围的自然和社会经济因素对景观生态风险的影响。结果表明: 2000—2020年间,研究区人造地表、水体、灌木地面积总体呈上升趋势,林地、耕地、草地、湿地、裸地、冰川永久积雪面积总体呈下降趋势,景观类型转移以林地、草地、耕地间转移为主,其中,耕地转人造地表最显著;景观生态风险平均值有所下降,景观生态风险等级分布与景观类型变化及转移特征较为一致;研究区整体上以低生态风险、较低生态风险和较高生态风险等级为主;景观生态风险的时空演化特征总体受高程、降水等自然因素影响,经济社会及区域可达性对局部风险恶化区的影响较为突出。     

黄土丘陵沟壑区典型流域径流输沙对土地利用/覆被变化的响应

基于动力水文过程测定技术和景观生态学测度方法,对位于黄土丘陵沟壑区第三副区的甘肃天水罗玉沟流域1986—2004年土地利用/覆被变化对流域径流输沙的影响进行了研究.结果表明：研究期间,罗玉沟流域土地利用/覆被变化对年径流输沙有显著影响,1995—2004年的输沙量比1986—1994年减少约63.0%,且随着年降水量的增多,其减沙效应明显;土地利用/覆被变化对流域径流输沙的影响具有季节性特征,相对于1986—1994年而言,研究区1995—2004年的减沙效应主要集中在5—10月,且月降水越多,后期的月均输沙量较前期减少得越多.降雨和洪峰流量频率分析表明,若具有相同频率分布的雨强,则任一重现期下罗玉沟流域1995—2004年的洪水平均含沙量小于1986—1994年.     

亚高山草甸华灰早熟禾对气候变化的响应

利用亚高山草甸华灰早熟禾生长发育的定位观测资料和相应的气象观测资料,分析了1985—2005年甘肃省玛曲县气候变化对牧草生长发育的影响.结果表明,研究期间,玛曲县降水量的年际变化呈下降趋势,其线性拟合倾向率为-9.895 mm·(10 a)^-1,降水量存在3 a的周期变化;气温的年际变化呈上升趋势,其线性拟合倾向率为0.341 ℃·(10 a) ^-1;华灰早熟禾生长季的干燥指数呈显著上升趋势,其线性拟合倾向率为0.036·(10 a)^-1,20世纪90年代初至2005年明显趋于干旱化.华灰早熟禾返青到籽实成熟约需140～150 d,期间对≥0 ℃积温、降水量、日照时数的要求分别为1000 ℃～1200 ℃、400～450 mm和1000～1100 h;华灰早熟禾在返青后54 d开始由缓慢生长转为迅速生长阶段,返青后第80天的生长速度达最大,返青后104 d开始由迅速生长又转为缓慢生长.受气候变暖的影响,华灰早熟禾抽穗期、开花期、成熟期、黄枯期每10年分别提前15 d、7～8 d、8～9 d、3 d.研究区的气候变化使该区华灰早熟禾产量变幅明显加大,产量的不稳定性增加.     

气候变暖对内蒙古地区小白杨物候的影响

基于1982—2006年内蒙古地区17个小白杨物候观测站的气温以及小白杨春季和秋季物候资料,对该区小白杨春季和秋季物候的变化趋势进行了研究,分析了物候期变化与气候变暖的关系,并利用逐步回归方法建立了小白杨始花期和落叶期变化的预估模型.结果表明：1982—2006年间,研究区气温呈增加趋势,该区小白杨春季物候呈提前趋势,秋季物候呈延后趋势;小白杨始花期与冬、春季气温呈负相关,主要影响因子为3—4月的平均气温;落叶期与秋季气温呈正相关,主要影响因子为8—10月的平均气温;根据气候变化国家评估报告,未来内蒙古地区春、秋季平均气温分别升高1.5 ℃～5.4 ℃和1.2 ℃～4.4 ℃,小白杨始花期将提前3.9～17.8 d,落叶期将延后3.0～12.4 d.     

胶东山区县域土地利用在地形梯度上的分布特征

基于RS和GIS技术,结合地形位指数和土地利用程度综合指数,探讨了1987—2003年间山东省栖霞市土地利用结构的变化,并定量分析了该区地形梯度上的土地利用程度.结果表明：研究期间,栖霞市建设用地在低地形位上的优势明显;园地优势地形位区间的下限增加了6个地形位,由聚集分布转变成均匀分布;耕地、林地、草地、水域和未利用地优势地形位基本保持稳定.根据地形梯度上土地利用程度的定量表达,将研究区地形位划分为3个区段：1～15、16～30和31～50,其面积分别占研究区面积的49.48%、43.58%和6.94%.     

江苏盐城滨海湿地外来种互花米草的时空动态及景观格局

基于1992—2007年的遥感影像和野外调查数据,在地理信息系统的支持下,应用景观生态学理论和转移矩阵方法,定量分析了江苏盐城滨海湿地外来种互花米草的时空动态及其景观格局的演变规律.结果表明：研究区互花米草面积由1992年的3561 hm²上升至2007年的14491 hm²,增幅达306.94%,累计转入和转出面积分别为26291和15361 hm²;其中,江苏盐城国家级自然保护区核心区的互花米草面积由1992年的597 hm²增长到2007年的2814 hm ²,年增幅达24.74%.研究期间,该区互花米草空间分布格局由初始的河口地带零星斑块逐渐演变为连续带状,并扩展到射阳河口至梁跺河口之间的滩涂外围;研究区互花米草的斑块重心向东南方向移动（2.92 km）,平均斑块面积先增（1992—2002年）后降（2002—2007年）,最大斑块指数及面积加权临近度指数逐年递增,斑块形状趋向规则化.     

大兴安岭呼中林区火烧迹地粗木质残体特征

对大兴安岭呼中林区不同年份火烧迹地的粗木质残体特征进行了研究.结果表明：呼中林区火烧迹地粗木质残体贮量在24.87～180.98 m³·hm^-2,其中倒木和枯立木分别为6.03～93.91 m³·hm^-2和15.29～138.37 m³·hm^-2,且不同年份火烧迹地之间差异显著;倒木、枯立木所占比例分别为24.26％～86.00％和14.01％～75.4％,且不同年份火烧迹地之间差异显著;倒木和枯立木的优势径级分别为2.50～20 cm和1.50～15 m, 优势长度分别为2.50～15 cm和5～20 m;随着火烧迹地的恢复,粗木质残体贮量的动态变化不明显.粗木质残体特征与火前林分条件和火烧强度密切相关.     

不同保护性耕作措施对武威绿洲灌区冬小麦水分利用的影响

2006—2008年通过田间定位试验,研究了武威绿洲灌区不同耕作措施（传统耕作、秸杆翻压、免耕不覆盖、免耕秸杆立茬、免耕秸杆覆盖）对冬小麦土壤水分空间分布、动态变化、作物耗水量、水分利用效率和产量的影响.结果表明：返青至拔节期,免耕秸杆覆盖（NTS）和免耕秸杆立茬（NTSS）处理显著提高了0～30 cm土壤贮水量,处理间差异较大,在小麦拔节后差异变小;返青至成熟期,NTS和NTSS处理30～150 cm土壤贮水量都大于传统耕作处理（T）;播种期,NTS、NTSS和NT（免耕不覆盖）处理0～150 cm土层总贮水量分别比T处理增加29.55～34.69、17.32～21.79和0.89～15.68 mm,收获期分别增加37.59～38.35、5.70～22.14和4.61～13.93 mm,且随着土层深度的增加处理间土壤贮水量差异增大.NTS、NTSS、NT和TIS（秸杆翻压）处理小麦产量分别比T处理提高15.65%～16.84%、6.98%～12.75%、5.88%～11.74%和3.92%～8.16%,水分利用效率分别提高17.15%～17.52%、7.75%～9.65%、8.24%～10.00%和4.17%～9.91%.免耕秸杆覆盖（NTS）和免耕秸杆立茬（NTSS）处理提高了冬小麦产量和水分利用效率,是改善该区域水资源匮乏的有效耕作措施.     

农田利用方式和冬灌对沙地农田土壤硝态氮积累的影响

研究了不同农田利用方式和冬灌对黑河中游边缘绿洲沙地农田土壤硝态氮（NO₃^--N）积累的影响.结果表明：不同农田利用方式0～300 cm土层NO₃^--N含量平均值介于1.27～83.60 mg·kg^-1;受土壤结构、施肥及灌溉的影响,NO₃^--N含量在0～40 cm和135～300 cm土层含量较高,40～135 cm土层含量较低;不同农田利用方式下的土壤剖面NO₃^--N含量差异极为明显,大棚蔬菜地各土层NO₃^--N含量均显著高于其他农田利用类型,土壤NO₃^--N累积量表现为大棚蔬菜地>番茄地>棉花地>制种玉米连作田>小麦-玉米轮作田>小麦/玉米间作田>苜蓿地>枣树园;大棚蔬菜地0～300 cm土层土壤剖面NO₃^--N累积量高达2171.45 kg·hm^-2,对地下水污染的威胁较为严重,番茄地和棉花地土壤剖面NO₃^--N累积量次之,粮田、苜蓿地和枣树园土壤剖面NO₃^--N累积量较小,但其污染潜力仍不容忽视.冬灌前后NO₃^--N含量随土壤层次表现出不同的变化规律,0～80 cm土层冬灌后NO₃^--N含量低于冬灌前,并且随灌溉量的增加NO₃^--N含量呈明显降低趋势;80～300 cm土层基本表现为冬灌后NO₃^--N含量高于冬灌前,且随灌溉量的增加NO₃^--N含量呈增加趋势;冬灌前后0～80 cm土层土壤剖面NO₃^--N的损失量基本为正值,80～300 cm土层基本为负值,并且随灌水量的增加表层土壤NO₃^--N损失量增大,表明冬灌是造成土壤累积的NO₃^--N向深层淋溶的主要原因.从减少淋溶和地下水污染的角度考虑,需要合理地调整土地利用方式,适当减少高NO₃^--N积累作物的种植,并确定合理的冬灌方式和灌水量.     

土地利用方式转变后灰色森林土有机碳矿化的温度响应特征

通过室内培育试验,分析了土地利用方式转变后灰色森林土有机碳矿化过程及其对温度变化的响应特征.结果表明：原始林转变为农田后,0～10 cm、10～20 cm的土壤有机碳和全氮含量分别下降了68.5%、76.8%和40.5%、44.4%;而农田土壤有机碳的平均矿化速率和累积矿化量仅分别为原始林的24.4%～43.2%和9.20％～13.7％.低温条件下（<25 ℃）土壤有机碳矿化的温度敏感性显著高于高温条件下（>25 ℃）.低温条件下（<25 ℃）两种利用方式的土壤有机碳矿化对温度变化的敏感性没有显著差异;但高温条件下（>25 ℃）,农田0～10 cm土壤有机碳矿化的温度敏感性高于原始林,而农田10～20 cm土壤有机碳矿化的温度敏感性明显较低.     

不同沟灌方式棉花的水氮耦合效应

研究了交替隔沟灌溉（AFI）、常规沟灌（CFI）、固定隔沟灌溉（FFI)下棉花的水氮耦合效应,施氮量和灌水量采用二次通用旋转组合设计,进行大田小区沟灌试验.结果表明：在施氮量56.2～95.2 kg N·hm^-2范围内,棉花产量与施氮量呈显著正相关,在施氮量95.2～134.2 kg N·hm^-2范围内变化不明显;在灌水量37.52～160.00 mm范围内,棉花产量与灌水量呈显著正相关,在灌水量160.00～218.48 mm范围内变化不明显;不同施氮量和灌水量情况下,AFI与CFI的产量差异不显著,CFI平均比FFI高9.15%.在56.2～122.8 kg N·hm^-2范围内,棉花水分利用效率(WUE)与施氮量呈显著正相关,在122.8～134.2 kg N·hm^-2范围内变化不明显;在灌水量37.52～160.00 mm范围内,棉花WUE与灌水量呈显著负相关,在灌水量160.00～218.48 mm范围内,棉花WUE无明显变化;不同施氮量和灌水量情况下,CFI与AFI的WUE差异不显著,CFI平均比FFI高9.01%.施氮量56.2～134.2 kg N·hm^-2范围内,棉花氮素利用效率(NUE)与施氮量呈显著负相关;在灌水量37.52～160.00 mm范围内,棉花NUE与灌水量呈显著正相关,在160.00～218.48 mm范围内变化明显;不同施氮量和灌水量情况下,AFI与CFI的NUE差异不显著,FFI则平均比CFI低6.34%.根据大田沟灌棉花的水氮耦合效应,以棉花产量、WUE、NUE的优化管理为目标,提出了不同沟灌方式水氮高效利用策略.