克里雅河中游土地利用/覆被与景观格局变化研究

干旱内陆河流在维系绿洲形成与发展,连接干旱区绿洲各类生态子系统中具有举足轻重的作用。以克里雅河中游为研究区,基于遥感影像分析了1995年、2005年和2015年3个时期的土地利用/覆被与景观格局变化特征,采用缓冲区分析法,揭示了土地利用/覆被与景观格局的时空变化特征,用土地覆被转移指数模型计算了土地利用转移方向。研究结果表明:1)1995—2015年,克里雅河中游耕地持续增加,草地和水体呈减少趋势,耕地增加和水体减少主要发生在河道附近,草地退化在绿洲边缘较严重。在河道附近,耕地主要由水体和草地转入,水体主要转出到耕地,而在绿洲边缘草地主要转出为其他用地;2)从景观水平看,研究区整体景观具有破碎化趋势,景观多样性降低,分离度变大,整个景观向均匀化发展,此变化在河道附近和绿洲边缘较明显。从类型水平看,耕地斑块数量持续增加,有向连片生成的趋势。草地斑块分离度越来越大,逐渐失去了在绿洲中的优势。水体有破碎化趋势;3)从土地转移指数看,研究区土地覆被总体变差;河道附近土地覆被经历了退化-改善的变化过程,而其他缓冲带则是持续退化,尤其绿洲边缘退化程度最为严重。     

从景观格局分析人为驱动的绿洲时空变化——以天山北坡三工河流域绿洲为例

根据三工河流域1978、1987年航片和1998年TM影像,利用GIS、RS和景观生态的研究方法,主要从绿洲景观格局分析了人为驱动的绿洲变化,包括景观多样性与人类活动的复杂多样性、景观斑块形状与绿洲扩张、斑块破碎化程度与人类活动的强度等。结果表明:(1)绿洲景观多样性总体呈现下降趋势,区域差异性较为明显。人类活动可以显著地改变绿洲景观的多样性。(2)绿洲景观斑块形状总体趋向不规则性和复杂性,但趋势减弱。人类一方面尽力在扩张绿洲外围,增加外围斑快形状的不规则性和复杂性,增加分维数,另一方面也在尽量规划绿洲内部,又使斑块形状趋向规则,降低其复杂性;但近20a,绿洲总体上以外围扩张为主。(3)人类活动强度和支配程度较大的绿洲区域,其景观的破碎化程度总体较高,绿洲中部人类活动强度最大,其景观破碎化程度总体高于人类活动强度较弱的绿洲下部和上部;绿洲斑块密度和景观破碎化程度随时间总体呈下降的趋势;人为引入斑块的破碎化程度普遍高于环境资源斑块的破碎化程度。     

内蒙古多伦县土地沙漠化景观格局变化特征

利用景观分析软件Fragstats 3.3和内蒙古多伦县1960、1975、1987、1995、2000、2005年6期遥感影像解译结果,分析了1960—2005年间土地沙漠化景观格局变化.结果表明:1960—1995年间研究区土地沙漠化面积呈先增后减趋势,总沙漠化面积增加212.70km2,沙漠化斑块数先增多后减少,景观多样性和均匀性上升,轻度、中度、重度沙漠化斑块形状趋向简单;1995—2005年间研究区沙漠化斑块数大幅增加,景观多样性和均匀性下降,轻度、中度、重度沙漠化斑块形状趋向复杂;严重沙漠化斑块形状在1960年以后一直趋向复杂化.整个景观在研究期间表现为完整-破碎-完整-破碎的趋势,由轻度到严重沙漠化,其景观类型的破碎化程度逐渐降低.     

干旱区绿洲土地利用/覆被及景观格局变化特征——以新疆精河县为例

从宏观上运用3S技术,利用1972年MSS、1990年Landsat TM、2001年Landsat ETM+和2005年CBERS 4个时期遥感影像数据,将GIS和景观生态学的数量分析方法相结合,运用ArcGIS以及Fragstats,分析了干旱区绿洲精河县1972～2005年间的土地利用/覆被和景观格局的变化.结果表明:(1)1972～2005年的33a中,精河县LUCC的总体变化趋势是绿洲面积有小幅度扩张,其中人工绿洲面积扩张尤为显著,天然绿洲面积减少.(2)研究区水域面积的变化受艾比湖湖面面积的变化影响较大,变化不显著,但总体上呈缓慢增长的趋势.(3)盐渍地面积的变化经历了先扩张后减小的一个过程.1990年达到最大值,但到2005年面积又有很大程度减少.沙地面积小幅度减小,其他地类的面积始终呈增加趋势.(4)景观在各个研究时段也发生显著变化.总的来说,整个研究区景观的密度持续增大,最大斑块指数先减小后增大,面积加权形状指数减小,形状趋于规则;斑块间的最邻近距离减小.表明1972年时景观中的优势斑块类型的连接性较2005年好,逐渐向具有多种要素的密集格局演变,景观更加破碎.同时不同斑块间的分离度增大,也说明景观破碎化程度加深.从香农多样性指数和香农均度指数的变化可以看出,景观的多样性增加,且均度增强.景观多样性及破碎化程度增加,也反映了土地利用越来越丰富.总之,要实现区域土地资源的可持续发展和景观生态功能的良性发挥,必须注重土地利用格局优化,维护景观生态过程与格局的连续性.     

宁夏黄河流域景观破碎化时空变化特征

基于RS和GIS技术,以土地利用数据为基础,采用有效粒度尺寸对宁夏黄河流域1985年和2010年的景观破碎化进行时空变化分析。结果显示:流域整体的有效粒度尺寸(meff)从1985年的6326.62 km2下降到2010年的2974.32 km2,破碎化程度呈显著加剧变化;从流域内部来看,景观破碎化程度最大的是黄左区间,破碎化程度最小的是苦水河和红柳沟;除引黄区间外,其余分区景观破碎化程度在25年间均有所加剧。特征尺度分析结果显示研究区景观破碎化空间变异分析的合适尺度为4500 m;景观破碎化指数的空间变异结果表明破碎化程度较大的区域面积明显多于破碎化程度弱的区域,景观破碎化空间异质性在25年间表现出明显的上升趋势。在海拔背景条件下,2400 m以下区域的景观破碎化程度较高,2400m以上区域破碎化程度较低,且随海拔的升高有降低的趋势;流域景观破碎化受人为干扰影响强烈,在人为干扰较强的1000—1500 m区段的景观破碎化程度最大;景观破碎化在时间上的变化受人为干扰影响产生的变化最为显著,由自然条件改变产生的影响有限。研究结果可为西北地区景观格局及景观破碎化的研究提供参考,并为区域景观格局优化和土地的有效管理提供依据。     

干旱区景观异质性对地表甲虫多样性的影响

以古河道、绿洲农田和沙漠区3种景观条件下的11个生境为实验对象,采用陷阱技术,监测景观异质性条件下不同生境地表甲虫多样性动态分布。在整个监测期内11个生境中共采集地表甲虫1262头,地表甲虫隶属15科,其中拟步甲科Tenebrionidae、步甲科Carabida和象甲科Curculionidae为该地区的优势类群,分别占地表甲虫个体总量的58.72%、20.6%和8.72%;古河道和沙漠区物种丰富度大于绿洲区,但绿洲区有机农田防护林(L2)多样性指数在11个生境中最大,不同生态界面之间的多样性指数没有显著性差异,但小生境内存在差异性。群落排序表明:拟步甲喜好干旱、地表有一定凋落物的小生境;步甲则偏好有机质比较高、土壤湿度大的绿洲农业区。绿洲农业区域拟步甲类群数量相对沙漠区域下降近20倍,古河道区域该类甲虫数量下降近8倍。土地开垦导致景观破碎化和微环境变化是物种多样性丧失的重要因子。在干旱区管理中,土地开垦区域选择、残留地和动物通道的设置及环境友好农业生产建设,是保护地表甲虫的重要途径。     

黄河源区沙漠化及其景观格局的变化

本研究以1975年的MSS数据、1990年和2005年的TM数据、以及2000年的ETM数据为数据源,通过遥感（RS）与地理信息系统（GIS）技术,获得了黄河源区在1975－2005年间沙漠化的发展特征,并采用景观指数运算软件（FRAGSTATS3.3）对黄河源区沙漠化土地的景观格局变化进行了分析。研究发现：在1975－1990年间,黄河源区的沙漠化土地面积大幅增加;在1990－2000年间,沙漠化土地面积保持稳定;在2000－2005年间,沙漠化土地面积出现了小幅度的减小趋势。黄河源区沙漠化土地的景观格局变化显著,在1975－1990年间,沙漠化土地发生了严重的破碎化;在1990－2000年间,沙漠化土地出现了连片的现象,从而使得沙漠化土地的破碎度有所下降,景观多样性降低;在2000－2005年间,沙漠化土地破碎度的增加,斑块形状趋于复杂。     

甘肃民勤绿洲的景观格局变化及驱动力分析

应用GIS、RS技术与景观格局分析软件FRAGSTATS研究了甘肃省民勤绿洲近14年间的景规格局变化．结果表明,该绿洲的各类景观拼块体在此期间发生了十分复杂的时空转换,荒漠化过程与开荒过程同时存在,绿洲毁林、毁草开荒过程主要发生在1994-1998年期间,并集中分布在绿洲南部水资源条件较好的地带,土地弃耕化过程主要发生在1998-2001年期间,集中分布在绿洲北部水资源条件较差地带;Shannon多样性指数、Shannon均匀度指数的下降与蔓延度指数的上升表明了人类对绿洲景观改造程度的不断加强,绿洲仍然维持着以耕地与居民地为主的强烈人为干扰的人工绿洲景观．人类不合理的土地利用方式改变了绿洲景观的空间格局,水资源条件的变化进一步促进了景观结构的演变．     

北京市近二十年景观破碎化格局的时空变化

基于1993—2013年3期时间序列的遥感影像获得的一、二级景观类型的土地覆盖数据,利用移动窗口法和空间主成分分析法研究景观破碎度空间分布格局和破碎化过程。结果表明:北京市正处于快速城市化阶段,20年间其建设用地面积增加了1000.8 km~2,增长47.14%,而耕地面积减少21.86%;全市破碎化程度增加,其中,景观斑块总数增加了15.26%,而景观斑块的平均面积缩小了15.35%,景观形状指数(LSI)从88.426增加到98.897;北京市景观破碎化格局的空间异质性较大,但没有方向性偏好,却表现了"两极化"发展趋势,其中,高破碎化区域和低破碎化区域的面积增加,中等破碎化的区域面积减少,核心大城区和山区的景观破碎度降低,而新兴城区和郊区的景观破碎度增大;北京市景观破碎化格局的距离效应显著,呈现倒"U"型二次函数关系,其中,2013年的破碎度距离函数为:Y_3=0.1767+0.02898X_3-0.0005167X_3~2,距城市中心20—35 km处的城郊交错区景观破碎化程度最高。景观破碎化格局的分析有助于了解大城市快速发展阶段的景观格局演变规律,为城市生物多样性保护、绿地廊道维护和生态文明城市建设提供理论依据。     

辽宁省土地退化与景观生态建设

利用1997－1998年1：25万辽宁省TM遥感影像及相应的GIS获取的数据,调查分析了辽宁省土壤侵蚀,土地沙化和盐渍化3种类型土地退化程度,面积和分布,结果表明,全省92．52％的土地面积遭受不同程度的侵蚀,3．39％的土地为沙化土地,2．22％土地为盐渍化土地,在此基础上,以新的角度进行全省地土地退化分区,现代侵蚀退化区,地质侵蚀退化区和沙化盐渍化退化区,分析不同区域内不同类型的退化特点和原因,依据区域自身特点和景观生态学原理,提出相应的景观生态建设恢复治理模式。     

嘉峪关市城市化进程及景观格局动态变化

绿洲城市是中国干旱区人类活动最集中、人地关系最为敏感和复杂的代表性区域。本文以快速城市化绿洲城市——嘉峪关市为例,基于RS和GIS技术等从人口、经济、城市空间布局3个方面来分析嘉峪关市城市化水平,同时从斑块特征指数、景观多样性指数和景观空间构型指数等对绿洲城市景观格局进行定量分析。结果表明:1978—2009年间嘉峪关市城市化过程明显,城市人口比重从1978年的69.9%升至2009年的90.3%,城市建设用地年均扩张指数高达5.6%;嘉峪关市景观格局变化显著,景观多样性和异质性增强,耕地、林地和建设用地破碎度增加,草地和水域呈波动状态,未利用地破碎度减少;各斑块受干扰的程度增大,斑块几何形状更趋向规律性,基质成分减少;嘉峪关市城市化过程强烈影响着城市景观格局及其变化,人类活动对城市生态环境的影响作用逐渐增加。     

甘肃临泽绿洲景观的空间结构与生产特性

绿洲景观生态系统包括居民点,耕地,林地,草地,水域,岩漠,砾漠,沙漠,道路,水系10种景观组分;基质为耕地,成因类型为引入型;斑块包括居民点,林地,草地,水域,岩漠,砾漠,沙漠7种类型,成因类型可以分为3类;居民点,林地,耕地为引入型,岩漠,砾漠,沙漠为残留型,草地为环境淘汰型及残留型;廓道包括水系和道路2种类型,道路的廓道密度为水系的1.03倍,耕地以植物生产为主,在利用上应增加生产层次,发展动物生产,避免扩大面积,以维持景观生态系统的景观异质性和景观多样性,对于具有环境资源型和残留型成因特征的景观要素,适当减少生产层次,开发前植物生产,发挥水土涵养,旅游休闲,防风固沙的生态功能,有利于景观异质性与多样性的维持与稳定,对于以残留型为主的成因类型,利用上应发掘前植物生产的潜力,适当发展植物生产,可以避免景观结构的恶化。     

绿洲-荒漠过渡带土壤蓄水量的空间分布及其时间稳定性

掌握土壤水分动态变化规律是绿洲地区水资源管理与生态建设的关键.本文在黑河中游绿洲与荒漠交错地带设置面积约50 km²的研究区域,持续监测2012—2014年间植被生长季节土壤水分含量,利用地统计分析与时间稳定性分析探索土壤水分的时空分布特征.结果表明: 黑河北岸绿洲-荒漠过渡带土壤蓄水量8月最大、10月最小,0～2 m土层土壤平均蓄水厚度约367 mm.绿洲-荒漠过渡带土壤水分梯度除受河流影响外,还与土地利用方式密切相关.不同土地利用类型土壤蓄水量依次为农地>乔木林地>灌木林地>荒漠,农地土壤蓄水量平均高出外围荒漠土壤蓄水量300%以上.研究区内各采样点土壤水分时间稳定性具有明显的空间差异,不同土地利用类型土壤水分稳定程度依次为灌木林地>荒漠>农地>乔木林地.河流对沿岸绿洲土壤水分的直接影响集中在3 km以内,在河岸绿洲与新垦沙地农田之间存在一条土壤水分较为稳定的样带,可以用于指示绿洲生态系统的发展与演变.     

基于不同样带的干旱区城市景观格局时空演变特征——以张掖市为例

景观格局的变化影响着区域生态安全及可持续发展,研究干旱区城市景观格局时空变化特征,对干旱区景观格局优化具有一定的指导意义。基于1987、1995、2000、2006、2011和2016年6期土地利用数据,利用景观格局指数计算方法,研究张掖市景观格局的时空演变特征。结果表明：(1)2016年张掖市景观类型主要为未利用地,最大斑块指数和斑块聚集度最高,草地和耕地次之,草地的斑块个数和密度最大。(2)张掖市景观格局呈现明显的地域分异特征,圈层梯度带上揭示了绿洲-荒漠用地变化,研究期内第1梯度带内破碎度先上升后下降,城市在2006—2016年扩张较快,其余梯度带破碎度逐年升高;空间演变上,居住地在圈层上的变化呈“L”型,未利用地呈“N”型,张掖市从中心城区到外围区域依次为绿洲城市区、绿洲农业区和自然景观区。(3)水平样带揭示了山地-绿洲-荒漠的用地变化,将张掖市分为4类区域,分别为绿洲城市区、绿洲农业区、荒漠区、山地区;西北-东南样带上景观破碎度年变化不规律,在空间上经过居民点波动变化;东北-西南样带研究期内景观水平指数经过居民点波动变化,其余范围内年变化较稳定,中心城区景观异质性较强。(4)...     

额济纳天然绿洲景观演化驱动因子分析

额济纳天然绿洲位于我国西北干旱内陆河流域黑河流域下游 ,近年来 ,随着黑河中、上游地区下泄地表径流量的减少 ,额济纳天然绿洲景观退化严重。基于研究区近十几年来的景观演化总体特征 ,分别从气候因素、水文因素、人类干扰因素等几个主要的景观变化驱动因子入手 ,探讨其演化机制、揭示其演化规律。研究结果表明 :黑河流域中、上游下泄地表径流量的锐减而导致研究区地下水水位下降、地下水矿化度升高以及水质恶化是额济纳天然绿洲景观发生退化的根本原因 ,绿洲人类活动强度的增加、绿洲关键区域的超载和过牧以及蒸发度指数的升高、湿润系数的下降均加剧了研究区景观退化的程度。     

河西走廊土地利用/覆盖变化的景观生态效应——以肃州绿洲为例

近来,在土地利用／覆被变化研究中,都纷纷结合景观格局变化分析模型来研究其空间结构变化趋势及其生态效应,以期为土地持续利用规划设计提供依据。景观格局及其变化既是各种干扰因素相互作用的结果,又影响着区域的生态过程。运用景观生态学原理,借助GIS技术(Arc GIS8．1)和Fragstas 3．3软件,基于1988、2000年Landsat5的4、3、2(RGB)波段合成影像解译结果,对河西走廊中西段肃州绿洲LUCC及其景观生态效应进行了研究。结果表明：(1)受自然地理要素的影响,景观类型空间分布表现出明显的区域差异。耕地主要分布于水系两岸和河流冲积扇;草地主要分布于祁连山地及绿洲边缘;林地主要分布于河流两岸、祁连山北坡一带;戈壁、沙漠广泛分布于绿洲之间,景观格局呈现出以戈壁为基质的戈壁、绿洲、沙漠相间分布的态势;(2)各土地利用类型及景观格局指数均发生了重要变化,耕地、水域明显增加,城镇用地和农村居民点也逐步增加,草地、林地和未利用地呈减少趋势,尤其是高覆盖度草地全部消失;(3)斑块破碎化程度在减小,异质性也在减小,但生态环境质量仍在下降,表现为大部分草地、林地被开垦为耕地,降低了绿洲维护生态平衡的能力,加大了干旱绿洲业已超负的水资源载荷;(4)景观中斑块优势度在减小,斑块类型在景观中趋于均匀分布,异质性的减小和均质化发展必然导致景观稳定性的降低;(5)林地和草地边缘效应降低,使其对周围斑块类型的影响相应减小,原有的景观生态功能减弱;相反,水体、盐碱地和裸地边缘效应有所增强,盐碱地和裸地等对景观发展影响的增强则是景观退化的表现。     

半干旱区沙质退化草地造林对土壤质量的影响

采用野外调查与室内培养相结合的方法,研究了我国北方半干旱区科尔沁沙地退化草地营造樟子松人工林32年后0～10 cm表层土壤理化性状、土壤碳氮矿化量、土壤微生物量以及土壤酶活性等的变化. 结果表明32年生樟子松人工林土壤有机碳、全氮和全磷等养分含量分别下降了21%、42%和45%;5月和11月樟子松人工林土壤NH4 -N显著高于草地(P=0.001;P=0.019),而5、8和11月草地土壤NO3--N含量显著高于樟子松人工林(P＜0.001;P=0.048;P=0.031);5、8和11月樟子松人工林土壤有机碳日矿化释放的CO2-C量均大于草地,而二者土壤氮矿化率差异不显著(P＞0.05);5和8月樟子松人工林土壤微生物量碳含量与草地相比差异不显著,11月则显著高于草地;土壤养分和水分含量是影响土壤微生物量碳含量的重要因素;与草地相比,樟子松人工林土壤脲酶和蔗糖酶活性降低,而土壤过氧化氢酶活性升高. 上述结果说明半干旱区沙质退化草地营造樟子松人工林32年后土壤质量出现一定程度的下降;由于植被的改变,樟子松人工林土壤理化性状和生物学性状等表现出与草地不同的季节动态特征.造林作为我国北方半干旱区沙地退化生态系统的一种恢复手段具有一定的局限性.     

40多年来塔南策勒绿洲动态变化研究

 利用策勒绿洲1956、1990和1998年3个不同时期的遥感数据（航片、TM和SPOT）进行配准、解译与分类处理,比较分析绿洲40多年来的动态变化,并从自然和人为因素两个方面探讨绿洲变化的原因。结果表明,从1956年到1998年策勒绿洲西北部的景观格局发生了显著变化,绿洲面积增加了近20％;林地的分布明显改变;河道发生显著位移,据实地调查大约向北移动400 m。对1990年TM与1998年SPOT分类数据,用FRAGSTATS软件计算景观格局指数并比较分析,发现研究区的绿洲、绿洲 荒漠交错带、荒漠和沙丘4种景观类型发生了明显的变化。绿洲面积增加而斑块数减少了近一半;交错带面积减少而斑块数增加了35％;荒漠面积减少而斑块数增加了60％;沙丘面积基本没有变化但斑块数减少了20％。绿洲变化的总体趋势是人工绿洲的面积增大而绿洲 荒漠交错带的面积明显减少,同时整个绿洲的破碎度增加而连通性降低,绿洲的稳定性和自我调节的功能下降。     

基于CENTURY模型研究干旱区人工绿洲开发与管理模式变化对土壤碳动态的影响

近半个世纪前,中国西北干旱区人类大规模的水土开发活动使得流域下部的荒漠覆被土地转变成了人工绿洲,强烈的人类耕作活动使得人工绿洲土壤有机碳库发生了显著变化。以干旱区典型的三工河流域下部的人工绿洲为例,基于CENTURY模型,研究人工绿洲开发前后及农业管理模式变化对表层土壤有机碳库(0-20cm)的影响。CENTURY模型模拟结果表明:(1)研究区荒漠灌木林地开垦为人工绿洲后,在最初的2a土壤总有机碳(TOC)快速增加,随后呈逐渐下降的趋势;(2)研究区人工绿洲在被开发后50a的连续耕作下,平均土壤TOC呈先增后减再增的"N"型变化趋势,但最终土壤TOC超过了原始自然状态下的TOC,而且2008年土壤TOC比原始荒漠状态增加7.74%,说明研究区表层土壤有机碳总体呈"碳汇"趋势。尤其在研究区实施了免耕、秸秆粉碎还田、科学测土配方施肥等保护性耕作措施后,土壤固碳效应明显,这完全不同于热带森林、中国北部温带半干旱草原及非洲Savanna半干旱稀树草原开垦为耕地后土壤有机碳大量损失的结论。