基于LSMM与MSPA的深圳市绿色景观连通性研究

基于线性光谱混合模型(LSMM,Linear Spectral Mixture Model),引入形态学空间格局分析(MSPA,Morphological Spatial Pattern Analysis)进行城市地域绿色景观连通性评价。根据城市绿色景观特点和MSPA方法中的7种连通性类型的涵义,定义了城市绿色景观连通性功能类型。以深圳市1986年、1995年、2000年、2005年及2010年五期Landsat TM影像为数据源,应用线性光谱混合模型提取植被覆盖率,得到深圳市植被覆盖图。在此基础上,提取出高、全植被覆盖作为目标像元进行MSPA处理,分析植被覆盖状况与绿色景观功能类型的时序总体特征及空间梯度动态。结果表明:深圳市绿色景观破碎程度较高,表现为对结构连通性贡献最小的斑块类型总数最大。城市内部东西部连通性呈现出不同变化的趋势;右侧外圈层的大鹏半岛结构连通性最佳;在同一城市化发展梯度上,东部的样带连通性水平比西部要好。在城市化过程中,深圳市高、全覆被植被像元连通性大小受以下因素的影响:城市化程度,地形因素及区域定位。在同一城市化程度上,地形因素对景观连通性的影响较大。从整体的时间变化和空间梯度动态分析可知,在快速城市化过程中植被覆盖率和连通性功能均下降,而到稳定城市化阶段植被覆盖率和连通性均得到改善。研究表明线性光谱混合模型与形态学空间格局分析相结合可以较好的表征城市绿色景观连通性类型时空分布特征,进而明晰城市化过程与区域内绿色景观数量及连通性动态变化关系。     

白洋淀区域景观格局动态变化及趋势分析

湿地景观格局的动态变化研究是构建区域生态安全格局的重要基础。利用1980、1990、2000、2010、2017年等5期土地利用数据,分析了白洋淀区域景观类型的时空变化过程及其主要驱动因素,并结合相关规划探讨了白洋淀未来景观格局变化及影响。结果表明,白洋淀区域景观规模和结构在1980-2000年期间变化不显著。2000-2017年期间,滩地向耕地、建设用地和湖泊大面积转换,湿地景观面积占比从78%下降到60%。2017-2030年期间,耕地和建设用地向湖泊转换,湿地景观面积占比将会达到90%;1980-2017年期间,滩地景观优势度最大,分布集中,但形状也最为复杂,各景观连通性走势较为平稳。景观尺度的破碎度不断升高,连通性和丰富度分别在1990年和2017年达到最大值。未来2030年,湖泊会成为优势景观类型,斑块分布集中且连通性增强,但复杂性增大。区域景观尺度的连通性变小,空间分布不均匀,丰富度降低;白洋淀景观格局历史演变主要受社会经济因素的影响,主成分分析结果表示其解释度为62.00%。未来气候条件下,白洋淀湿地生态系统存在退化的风险,但规划实施的环境治理和生态修复措施会对白洋淀的景观格局变化起主导作用。研究成果可为白洋淀湿地的规划管理和雄安新区的生态安全格局构建提供参考。     

基于MSPA模型的新型城市热景观连通性分析

基于土地利用景观格局对城市热岛效应的影响研究较多,但准确识别对城市热岛效应具有重要影响的关键斑块和节点方面的研究亟待开展。以新型中小城市株洲云龙示范区为例,以城市热岛网络构建为切入点,应用形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis, MSPA)与景观连通性模型识别城市发展进程中核心热景观斑块和关键节点,并分析其时空演变特征。研究结果表明：(1)2007—2018年云龙示范区热岛斑块趋于集中,热岛面积较研究初期有明显增加,从地表温度空间分布上体现为城区与周边农村的温度对比更加鲜明,表明城市化进程中建设用地呈聚集扩散趋势。(2)研究期间热岛核心区占热景观面积比最大,且比例有明显上升趋势。而边缘、支线、孤岛、桥接、环线以及孔隙形态类型面积占比均呈现出不同程度的下降趋势,表明热岛斑块之间聚集程度不断提高。(3)识别出景观连通度重要性值较高的前20热景观斑块,其中前3斑块的重要性值和面积占比较大,属于极重要与重要两个热岛核心斑块重要性等级,值得重点关注与优化。(4)对重要性值高的热岛核心区域可优先采取降温措施,可以打断节点之间连接减缓整个区域...     

基于MSPA与最小路径方法的巴中西部新城生态网络构建

目前快速城市化导致了生境斑块的日益破碎化,景观之间的连通性不断降低。构建生态网络可以连接破碎的生境斑块,增加绿地景观的连通性,对生物多样性保护具有重要意义。以高度景观破碎化的四川省巴中西部新城为研究区,采用形态学空间格局分析(MSPA)方法,提取出对研究区生态网络构建具有重要生态意义的核心区和桥接区两类景观要素,并选用整体连通性(IIC)、可能连通性(PC)和斑块重要性(d I)等景观指数,分别对核心区和桥接区进行景观连接度评价,遴选出对维持景观连通性贡献最大的10个核心区生境斑块作为生态网络的源地,并根据斑块对维持景观连通的重要性程度将其他核心区和桥接区进行类型划分,以此作为景观阻力的赋值依据,融入消费面模型中,最后采用最小路径方法构建了研究区潜在的生态网络,并基于重力模型对重要生态廊道进行了识别与提取,在此基础上有针对性地提出了生态网络优化的对策。研究结果表明,MSPA方法能够科学的辨识出研究区内对生态保护具有重要意义的结构性要素,例如作为物种栖息地的核心区和物种迁移通道的桥接区,这些要素是生态网络的重要组成部分;景观连通性的计算,明确了研究区景观要素的保护重点,为最小路径方法中的景观阻力赋值提供了重要的参考信息;基于MSPA与最小路径方法的生态网络分析框架综合了现有景观结构性要素识别、连通性分析以及物种潜在迁移路径分析等方法,将景观中潜在的生态源地和结构性廊道的连通性作为构建生态网络的重要基础和主要依据,从而使得生态网络的构建更科学。研究结果可为高度破碎化地区生态网络的构建提供重要的参考与依据,对其他地区生态网络的构建也具有一定的借鉴意义。     

基于生态网络的江苏省生态空间连通性变化研究

经济社会高速发展背景下,人类土地利用强度加大,部分地区生境斑块趋于破碎,生物交流通道趋于阻断,研究生态空间连通性变化,有针对性的进行保护和修复,对区域可持续发展意义重大。研究以江苏省为例,采用形态学空间格局分析（Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA）方法分析景观格局变化并识别重要生态源地破碎与新增情况,利用最小累积阻力（Minimum Cumulative Resistance,MCR）模型构建生态网络并分析生态空间连通性。研究选取整体连通性指数量化斑块/廊道的相对重要性;结合生态网络结构,具体分析廊道连通性的变化、原因及其影响;并运用电路理论、障碍改善方法识别廊道维护与疏通关键点,提出生态网络保护和修复建议。研究结果表明：（1）2000-2015年,江苏省生态网络呈现西密东疏的格局,局部地区生态节点破碎12处,新增5处,源地斑块整体趋于破碎;（2）新沂市马陵山风景区等6处节点的破碎使北部生态网络多条廊道结构功能下降,亟须修复;（3）因沿河防护林及道路林网建设,中部网络与北部网络间廊道连通性有所改善,但缺乏中间节点;（4）丹阳市打雁山丘陵节点的破碎使南部网络与长江湿地间联系削弱,宁镇山脉的结构重要性相对凸显;（5）东部沿海滩涂节点与其他节点间的联系尚处于薄弱状态,有待改善;（6）建议修复生态节点7处,新增生态节点7处,建设踏脚石44处,维护廊道关键点18处,疏通其中5处。     

长沙城市斑块湿地资源的时空演变

利用GIS技术,对长沙市1955、1972和1990年地形图湿地数据及2007年长沙市湿地资源普查数据进行提取和分析,选取最具代表性的斑块湿地作为研究对象,从时间与空间、动态与静态、规模与填埋等视角,研究50年来城市斑块湿地生态系统各层次要素的时空演变过程和变化规律.结果表明:(1)时间层次上,长沙城市斑块湿地总面积呈现先增后减、总体增加的态势;斑块湿地面积变化幅度不断加大,速率逐步加快;(2)规模层次上,面积在32 hm2规模以下的斑块湿地呈增加态势,32 hm2规模以上斑块湿地呈减少态势;(3)动态空间层次上,被填埋斑块湿地的比例在建成区和郊区呈相反的演变结果;(4)静态空间层次上,斑块湿地密度在建成区范围和郊区范围演变结果相背.研究显示,伴随着城市化进程,不同时间尺度、不同规模尺度、不同空间属性、不同空间状态的城市斑块湿地常常呈现差异很大、甚至是截然相反的演变结果;无论是动态空间还是静态空间,建成区与郊区的空间分界线往往是城市斑块湿地演变态势的分水岭.     

白洋淀流域湿地连通性研究

湿地在流域防洪减灾、水资源调节、缓解环境污染、保护生物多样性和维持区域生态环境方面具有重要功能和价值。作为我国北方平原湿地系统之一,白洋淀流域湿地对于保障雄安新区的水资源安全和良好生态环境等方面具有关键性作用。了解目前白洋淀流域湿地生态系统的现状对于新区建设和未来科学规划也具有重要意义。以2017年9月欧空局提供的10米分辨率的Sentinel-2B影像为主要数据源,并结合谷歌地球高分辨率卫星影像(分辨率0.23m),通过人工目视解译和机器自动分类等多种方式,绘制了白洋淀流域最新的湿地生态系统网络分布图;在此基础上,利用地理信息系统分析了白洋淀流域湿地的连通性(包括水文连通性和景观连通性)。结果显示:(1)2017年白洋淀流域湿地面积为4596.6km~2,包括沼泽、洪泛区、沟渠、湖泊、河流,主要分布在坡度为0°至2°,海拔在100m以下的平坦地区;而流域内非湿地面积约86%,以耕地和林地为主。(2)2017年白洋淀流域河道长度为2440km,面积为514 km~2,其中山区河道177 km~2,平原河道337 km~2。河道内耕地面积比例达27%,建设用地比例约为8%,河道占用明显。河道两侧1km、2km和3km距离范围内耕地比例分别占61.77%、62.53%、62.63%。随着距离的扩大,湿地面积减少,非湿地面积增加。(3)由于人类活动的直接和间接影响,河道的水文连通性下降,与河道没有受到干扰时的连通性水平相比,减少了三分之一。(4)从景观格局指数SPLIT和DIVISION指示的流域湿地连通性看,景观级别上流域内自然湿地的景观连通性最差,人工湿地次之。在类型级别上沼泽类型的连通性最差,河流、沟渠与洪泛区湿地类型的连通性较好,湖泊的景观连通性最好。为保障白洋淀流域水安全,以流域湿地网络为整体,恢复和增强流域湿地网络连通性,将有效提高雄安新区水资源安全和生态环境保护的能力。     

南京市绿色基础设施网络格局与连通性分析的尺度效应

以南京市为研究区,基于ArcGIS、Erdas、GuidosToolbox和Conefor等软件平台,采用形态学空间格局分析(MSPA)和景观连通性分析方法,通过在MSPA中设置不同的粒度、边缘宽度和在景观连通性分析中设置不同的扩散距离阈值,对2013年南京市绿色基础设施网络格局变化的尺度效应、边缘效应与距离效应进行评价.结果表明: 基于MSPA获取的景观类型构成存在明显的尺度效应和边缘效应,且边缘效应对MSPA景观类型的影响较尺度效应更为明显.不同扩散距离对景观连通性的影响很大,对于南京市来说,2 km或2.5 km是关键的扩散距离阈值.当输入数据选择粒度30 m、边缘宽度30 m时,可以得到南京市城市绿色基础设施(UGI)网络更为详尽的景观信息.基于MSPA与景观连通性方法,分析尺度效应、边缘效应、距离效应对研究区UGI网络景观类型的影响,有助于选择合适的粒度、边缘宽度及扩散距离,并更好地理解UGI网络的空间格局和与生态过程相关的尺度效应和距离效应,从而使得UGI网络时空格局变化分析时的参数设置更为科学合理.研究结果可为中尺度范围内UGI景观网络时空格局分析时的参数设置提供重要的参考和依据,对其他地区UGI景观网络的分析也具有一定的借鉴意义.     

城市化背景下景观破碎化及连接度动态变化研究——以昆明市为例

城市化不仅改变景观类型和组成,也导致空间形态变化与自然生境连接度的降低,刻画不同城市化过程中人工表面、耕地与自然生境的空间关系对于研究其景观生态效应,尤其是对不同景观之间的相互作用以及结构和功能的变化具有重要意义。以云南省昆明市为研究区,分析了1990—2015年城市扩张导致的破碎化与形态变化对景观连接度的影响。利用城市破碎指数(UFI)刻画景观破碎水平,进一步基于形态学空间格局分析(MSPA)得到耕地和自然生境的七类景观形态要素(核心、岛状斑块、桥接、环岛、孔隙、边缘和支线),选取了3种边缘宽度比较边缘宽度对景观形态的影响差异,然后通过概率连接度指数(PC)和斑块重要值(dPC)评估景观连接度的变化。在4 km×4 km的网格基础上计算平均UFI和dPC,利用三维曲面分析不同变量之间的相关性。结果表明:过去25年间,昆明市人工表面不断扩大,占用大量耕地并导致景观破碎度的增加,速率呈逐年增加的趋势;MSPA结果显示,耕地表现出持续稳定的消减,自然生境景观形态类型前期变化不大,2010年后有较大幅度改变,表现出从稳定、波动到破碎的过程,不同边缘宽度下存在显著差别,边缘宽度越大则连接度变化...     

基于水体盐度和水文结构的滨海湿地海陆水文连通性

以水体盐度作为核心指标,综合水文结构连通指标(沟渠水面率、进出水渠密度、海陆距离以及沟塘距离)构建海陆水文连通性指数。在多尺度空间分析的基础上,选择150 m×150 m网格作为评价单元,对研究区内海陆水文连通性进行空间定量分析和等级划分。结果表明: 研究区海陆水文连通性由海向陆逐渐递减,但递减速率存在差异,这是由于研究区内水体盐度空间分异明显,对水文连通性变化速率造成一定影响。将海陆水文连通性划分为优、良、中、差4个等级,优与良所在区域主要分布在近海地区,土地利用类型以咸水养殖塘和农田为主;中与差所在区域主要分布在内陆地区,土地利用类型以淡水养殖塘和农田为主。滨海湿地的水文过程十分复杂,定量化滨海湿地海陆水文连通性能够为滨海湿地现状评估以及湿地修复提供参考资料。     

黄河三角洲横向水文结构连结空间尺度变异性分析

水文连通是影响滨海湿地生态和水文过程的基础要素之一。引入无标度网络模型改进已有横向静态水文连通参数化方法,将其应用于较大尺度(100 hm²)量化黄河三角洲滨海湿地的水文连通,并结合已有研究结果分析3个尺度(1 m²,100 m²和100 hm²)水文连通的空间变异性。研究结果显示,潮间区和生态补水区的水文连通较强,3个尺度的空间变异性主要来自于水文连通指数较高的样点;盐沼区和河滨区相对较弱,空间变异性主要来自于水文连通指数较小的样点,且大尺度水文连通空间变异性相对中尺度和小尺度更高。小尺度和中尺度方法描述了一个样地与周边较小范围的空间区域土壤水分连通状况,在大的潮汐或补水条件下不同区域各个样地倾向于保持一致;而大尺度方法则侧重于描述区域内的水文过程,这是导致尺度差异的根本原因。     

湿地生物连通性影响因素及测度方法研究进展

湿地是地球上最多样化和最具生产力的生态系统之一,但近年来由于人类活动的频繁干扰,自然环境以前所未有的速度变化,两者的协同作用导致湿地呈现破碎化趋势。湿地的退化、转化使得湿地生物连通性减弱。良好的湿地生物连通性有利于湿地生态系统服务功能的维持、生物多样性的保护以及生物对气候变化适应水平的提高。因此理解、评估和保护生物连通性对于湿地生态系统而言至关重要。综述了湿地生物连通性的定义、总结了生物连通发生与变化的四个相互作用因子,从结构连通性、功能连通性两个测定角度,论述动物、植物和微生物三类研究对象生物连通性的测度方法,最后从湿地生物连通的时空尺度,连通与物质循环的耦合关系,湿地生物连通性评估分析模型改进角度提出了未来的研究方向,从而确保湿地生物连通网络的完整有效。可为湿地生物多样性、湿地保护和管理提供新的思路。     

时空变化视角下北京市湿地优先保护格局

气候变化通过改变湿地水文过程等影响湿地的空间分布,城市化进程加剧了湿地破碎化程度并导致湿地生境退化,构建连续的湿地生态保护网络体系有利于应对气候变化和城市发展带来的负面影响、提高生物多样性保护水平。北京市现有湿地空间分布呈现斑块面积小、破碎化程度高等特点,为优化湿地保护区格局并应对气候变化和城市发展对北京市湿地生物多样性的影响,基于系统保护规划方法,以Marxan作为空间优化模型,结合PLUS模型和MaxEnt模型,模拟预测北京市湿地优先保护格局、识别湿地保护空缺并构建湿地分级保护区格局。研究表明:2020年北京市湿地存在80.15km²的保护空缺、2035年和2050年优化后湿地保护区占比分别为87.54%和85.95%,在满足本研究预设的生物多样性保护目标的前提下符合北京市湿地保护规划对湿地保护率的要求。为最优化资源分配,综合时空变化对湿地保护区空间分布的影响,构建了湿地分级保护区格局,将湿地保护区分为湿地永久保护区、湿地一级临时保护区和湿地二级临时保护区三个等级,以期为北京市分期建设湿地保护区、优化湿地生态保护网络体系和保护湿地生物多样性提供依据。     

滇西北高原湿地景观变化与人为、自然因子的相关性

人为活动的干扰与自然因子的变化共同作用于湿地生态系统,但两者对湿地生态系统作用的贡献率存在差异,目前尚缺乏进一步的研究。本研究基于面向对象分割和目视解译相结合的技术方法,研究了滇西北高原典型湿地纳帕海汇水区内28年来(1987—2015年)的湿地类型、分布及其空间格局的变化特征,并探讨其与当地人为活动的干扰(主要社会经济发展指标)、自然因子(主要气候因子)之间的相互关系。结果表明:(1)湿地总面积共计减少2456.46 hm~2,其中,原生沼泽、沼泽化草甸和草甸面积分别减少了1152.07,1257.72,202.74 hm~2,湖泊面积增加了156.07 hm~2;(2)湿地景观多样性发生显著变化,其中,斑块数量(NP)由1987年的221增加到2005年的299,随后减少到2015年的260;香农多样性指数(SHDI)由1987年的1.81增加到1999年的1.84,随后减少到2015年的1.75;聚集度指数(contagion index)由1987年的52.82减少到1999年的52.02,随后增加到2015年的53.49;(3)湿地分布面积和香农多样性指数与第一、二、三产业值,以及年均温度呈负相关,与降水量呈正相关;斑块数量、聚集度指数均与第一、二、三产业值,以及年均温度呈正相关,与降水量呈负相关;(4)社会经济发展主要指标对湿地面积和景观多样性指数变化的解释度为63.50%,气候因子对其的解释度为36.50%。整体上,人为活动的干扰是导致该区域湿地不断萎缩、景观多样性改变的关键驱动力。减缓人为活动对湿地生态系统的过度影响,是当地保护湿地资源、维护湿地生态功能的关键。     

近30年来白洋淀湿地景观格局变化及其驱动机制

湿地是水陆相互作用形成的独特生态系统,其景观格局极易受到气候变化和人类活动的影响。利用1984—2014年的11期遥感影像数据,综合运用GIS技术和景观格局指数方法,对白洋淀湿地景观格局变化特征及其驱动力机制进行了分析。结果表明,1984—2014年期间,挺水植物和沉水植物呈减少趋势,农田和居民点持续快速增长,纯水体为"增加—减少—再增加"的趋势,林地和裸土地变化幅度不大。其中挺水植物一直是白洋淀最主要的景观类型,占研究区总面积比例达到37%—61%。农田的平均斑块面积最大,挺水植物的最大斑块指数和分维度指数最高,挺水植物和农田的聚集度指数最大,居民点、林地和裸土地空间分布离散,破碎化程度高,连通性差。1989—2004年白洋淀景观多样性指数呈减少趋势,景观格局趋于不稳定,同期聚集度指数上升,湿地连通性增加;1984—1989年和2004—2014年期间白洋淀多样性指数上涨,聚集度指数逐年下降,景观异质性增加。人口和社会经济发展是影响白洋淀景观格局变化的主要因素。     

筑坝扩容下高原湿地拉市海植物群落分布格局及其变化

基于遥感与地理信息系统技术、结合实地调查与验证,对高原湿地拉市海筑坝扩容13a来湿地植物群落类型、物种组成、空间分布格局进行研究,对比分析筑坝扩容前后植物群落变化特征。结果表明,拉市海当前分布有水葱 (Scirpus tabernaemontani)、两栖蓼 (Polygonum amphibium) 等2个挺水植物群落,鸭子草 (Potamogeton tepperi)、菱 (Trapa bispinosa)等2个浮叶植物群落,穗状狐尾藻 (Myriophyllum spicatum)、篦齿眼子菜 (Potamogeton pectinatus)、菹草 (Potamogeton crispus)、穿叶眼子草 (Potamogeton perfoliatus)、小叶眼子菜 (Potamogeton pusillns)等5个沉水植物群落,草甸植被分布于湖周。湿地植物物种共计61种,隶属于25科、48属,物种丰富度随沉水→浮叶→挺水→草甸逐渐增加。沉水植物群落分布面积最大(615.08 hm²),其次是草甸(214.60 hm²)、浮叶植物群落(140.01 hm²),挺水植物群落分布面积最小 (9.34 hm²),群落垂直层次随沉水→浮叶→挺水呈复杂化的趋势。筑坝13a来,拉市海植物群落类型从单一的沉水型植物群落发展成为由沉水、浮叶、挺水型组成的、水平空间多样化配置的湿地植被系统,其中穗状狐尾藻、篦齿眼子菜、小眼子菜等植物群落在筑坝蓄水13a后没有发生演替得以保留,而扇叶水毛茛(Butrachium bungei)、马来眼子菜(Potamogeton malaianus)和轮藻(Chara spp.)群落发生演替而消失。研究掌握了筑坝扩容下拉市海湿地植物群落分布格局及其变化特征,为科学评估筑坝蓄水对湿地生态系统的影响提供了基础性数据,同时也为水文改变下高原湿地生态系统的保护、管理以及资源可持续利用提供了一定的理论依据。