基于形态学空间格局分析和最小累积阻力模型的城市生态安全格局构建——以厦门市为例

城市化进程的快速发展加剧了生态系统的退化。如何扭转生态系统的退化,同时满足人类日益增长的生态系统服务需求,成为当前的一个研究热点。生态安全格局的构建在一定程度上可平衡城市发展与生态环境保护之间的关系,对于保障区域生态安全、提升生态系统功能具有重大意义。以厦门市为例,基于“生态源地识别—阻力面构建—生态廊道提取”的基本框架构建陆域生态安全格局。结合生态系统服务重要性评价和形态学空间格局分析识别生态源地,该方法兼顾了生态结构和功能,使得所识别的生态源地更具全面性。选取土地利用类型、高程和坡度构建生态综合阻力面,并用人类居住合成指数修正生态综合阻力面,以减少主观赋值的影响,识别各土地利用类型内部的差异,使生态阻力面的构建更加合理。在此基础上通过最小累积阻力模型提取生态廊道,利用重力模型量化潜在生态廊道的相对重要性,并根据重力模型结果划分重要性等级。研究结果表明,厦门市的生态安全格局由14个生态源地、21条生态廊道、15个生态节点及若干个踏脚石所组成。生态源地主要集中在研究区的西部和北部,以林地和草地为主,面积合计为558.64 km²。生态廊道长约159.40 km,其...     

钱江源国家公园森林物种组成和群落结构

全面了解以国家公园为主体的自然保护地体系木本植物物种组成,特别是珍稀濒危物种,分析其区系特征及不同植被类型群落结构现状,对国家公园物种保护和不同植被类型恢复具有重要指导意义。基于对钱江源国家公园全域的木本植物调查,详细分析了不同胸径大小级森林植被类型的物种组成、区系特征、种-个体曲线分析和结构特征。调查涵盖313个木本物种,温带分布的科多于热带分布的科(22/35),热带分布的属略少于温带分布的属(28/31);中国特有属7个,特有种101个,中国珍稀保护物种10个,世界自然保护联盟(IUCN)红色名录的近危、易危和濒危物种17个。在同等取样水平下,物种多样性在常绿阔叶林最高,天然针叶林次之,杉木林最低;全域所有个体及各林型的径级分布总体呈现明显的倒"J"形,群落总体上更新良好。研究发现钱江源国家公园物种丰富,但由于包含较多次生林等植被类型,整体温带多于热带区系成分,亟待采取措施恢复至典型中亚热带常绿阔叶林植被;研究对钱江源国家公园木本植物物种的多样性及其更新情况等科学和保护实践急需解决的基本问题做出了回答,也为未来钱江源国家公园生物多样性保护和恢复提供了科学依据。     

耦合生态系统服务供需的生态安全格局构建——以苏南地区为例

生态系统服务供需平衡是保障生态安全的基础,将生态系统服务供需作用流动机制融入生态安全格局构建对保障区域生态安全和提升人类生态福祉具有重要意义。基于景观生态学原理,提出耦合生态系统服务供需的生态安全格局构建逻辑方法,以苏南地区为研究区构建了景观生态安全格局和社会生态安全格局。研究结果表明:(1)耦合生态系统服务供需的生态安全格局应以维系区域生态安全和保障区域人类生态福祉为构建目标。其中,生态安全以生态系统服务与生态风险为核心关注对象,人类生态福祉的实现依赖于人类主动获取与生态系统服务流;(2)苏南地区生态系统服务供需间存在错配格局,在此基础上分别识别生态源地与需求源地4247.46km²、1882.16km²,生态廊道与供需廊道1614.02km、1915.82km,生态夹点29处、生态障碍点23处、生态供需节点20处;(3)形成"三区四带两组团"的社会-景观生态安全格局优化布局方案,并在此基础上提出针对性保护修复策略,推动经济-生态空间协同发展。研究可为丰富区域生态安全格局构建理论和方法、推动国土空间优化与管控提供参考借鉴。     

植被格局对砒砂岩坡地降雨侵蚀的影响

为进一步研究砒砂岩区不同雨型下植被格局对坡面土壤侵蚀特征的影响,基于野外径流小区原位观测试验与景观生态学相结合的方法,通过对比分析不同坡面的植被斑块格局指数与产流产沙之间的相关关系,阐明植被格局对砒砂岩坡地降雨侵蚀的影响。结果表明:(1)该地区降雨可划分为3类,根据各植被坡面产流产沙能力,得出降雨侵蚀力表现为:雨型II(长历时、大雨量、大雨强) ＞ 雨型III(短历时、小雨量、中雨强) ＞ 雨型I(中历时、中雨量、小雨强)。降雨量和最大30min雨强与产流产沙量呈显著或极显著关系,相关系数0.695以上,是预测该区域水土流失的主要降雨因子。(2)各坡面水土保持能力与降雨类型有关,不同雨型下3种植被坡面减流减沙率分别达0.42%、20.8%以上,不同植被格局坡面减沙效益优于减流效益,3种植被坡面的减流能力为:雨型I ＞ 雨型III ＞ 雨型II。(3)3种植被坡面的径流泥沙模数由小到大依次为:均匀分布 ＜ 聚集分布 ＜ 随机分布,对比区域多年平均径流泥沙模数,3种植被坡面能够减少侵蚀达21.33%以上。(4)景观形状指数和分离度指数是影响坡面产流产沙的主要格局因子,相关系数分别达0.884和0.825以上。产流、产沙量与坡面植被斑块分离度呈显著正相关,与景观形状指数呈显著负相关。坡面产流量(Y₁)与斑块分离度(SPLIT)和景观形状指数(LSI)的关系式为Y₁=8.247SPLIT-6.605LSI+38.928,R²=0.905。以上结果表明植被斑块间的分离度越小,形状越复杂,坡面阻力增大,抗侵蚀能力越强。研究成果可为生态恢复过程中植被斑块格局的优化提供理论依据和数据支撑。     

邻体竞争对城市森林微景观中针叶树视觉形态性状的影响

树木视觉形态性状是城市绿地微景观美学质量的重要影响因素之一,树木视觉形态性状的变化与其周围邻体木的竞争作用息息相关,但邻体竞争对树木视觉性状的作用机制尚不明确。研究于2022年8-10月对北京市城市公园中常见的针叶树种白皮松、侧柏、油松、圆柏展开调查,从树冠形态、干冠协调、树干形态3个方面构建了9个树木视觉形态性状指标,采用3个不同的竞争指标分析邻体竞争对针叶树种视觉形态性状的影响。结果表明,针叶树的树冠形态对邻体竞争的响应比较敏感,竞争中的白皮松、侧柏、油松、圆柏偏冠指数与孤立木相比分别提高了16.95%、28.95%、22.76%、17.67%;树冠缺失率分别提高了3.92%、6.09%、4.87%、4.95%。与孤立木相比,部分针叶树种高径比、分枝角变异度在多侧竞争环境中显著提高,而树冠舒展度则显著降低。邻体竞争强度越大,针叶树树冠的偏移与缺失程度越大。当针叶树受到强烈的侧方竞争时,对象木树冠和树干的径向生长显著受阻,表现为树冠舒展度大幅度下降、高径比显著提高,使树冠向细高方向发展。当针叶树上方的生长空间被占据时,其轴向生长同样受到严重阻碍,树木的冠径比和高径比维持较稳定状态。总体而言,四种针叶树种在视觉形态上对竞争胁迫的响应具有一定差异性,其中油松最为敏感,圆柏次之。综上,在城市森林微景观中,邻体竞争会导致针叶树种的树冠及树形发生明显变化,这种变化主要受综合资源竞争的影响,与其周围潜在生长空间的大小及对称性有关。在城市森林景观营建时,建议将针叶树栽植在对称的竞争环境中,但是其邻体木不宜过高,通过四周邻体木的适度竞争,能够促进针叶树的轴向生长,同时降低树冠偏移或变形的风险,提高其视觉美学效果。     

秦岭地区林地与草地景观格局变化及其驱动因素

以1980—2015年土地利用数据集为数据源,利用GIS空间分析、景观格局指数和主成分分析法,研究了秦岭地区林地与草地景观格局时空变化特征,并探讨其演化的驱动因素。结果表明:(1)林地和草地是秦岭地区主要景观类型,约占研究区总面积的72%,其中有林地为优势景观类型,其次为高覆盖度草地和中覆盖度草地,其他林地和低覆盖度草地分布面积相对较少。(2)35年来,林地和草地总面积整体呈减少趋势,净减少了309.44km²,其中草地减少占主导地位;空间变化上,损失严重的区域主要分布于以西安市为中心的周边区域,主要向建设用地和耕地转移。(3)林地和草地景观破碎化程度逐渐增加,连通性降低,景观异质性增强且景观形状更为复杂,草地较林地变化明显;空间分布上,林地和草地景观格局指数空间分布特征明显,在地形因子作用下呈现一定的地形梯度性,尤其与海拔的相关性最好。(4)人为活动干扰是影响秦岭地区林地和草地景观格局变化的主要驱动因素,气候因素次之,同时国家宏观政策起着重要的导向作用。减缓人为活动对秦岭地区的过度影响,维护林地和草地的平衡性及完整性,是实现该区生态系统科学管理和资源的可持续利用...     

基于生态系统服务供求评价的空间分异特征与生态格局划分——以长三角城市群为例

生态系统服务供给与需求能力存在显著的空间异质性与空间失衡,对区域经济发展与环境保护产生巨大影响。以长三角城市群区县为研究单元,分别核算其生态系统服务供给与需求值,引入梯度分析,分析生态系统服务供给与需求的空间特征,并基于供求分析提出长三角城市群生态格局分区方案,且针对性地提出相应片区的发展策略,为长三角城市群土地利用规划、区域协调发展提供科学依据。研究结果表明:(1)长三角城市群生态系统服务供给能力与土地利用类型密切相关,呈现从北到南逐渐升高趋势;(2)长三角城市群生态系统服务需求能力与社会经济发展联系紧密,在长江入海口附近形成生态系统服务需求高值区,然后向外围递减;(3)沪宁杭庐发展梯度带上,生态系统服务供需大致呈现负相关趋势;(4)基于生态系统服务供需关系构建,得到长三角城市群生态格局四大分区:生态保育区(高供给-高需求),生态修复区(低供给-高需求),生态重塑区(低供给-低需求),生态开发区(高供给-低需求)。     

20世纪90年代以来中国生态空间演化的时空格局和梯度效应

改革开放以来中国经济和城市化的快速发展促使生产和生活空间挤占大量生态空间,系统认识和评估我国生态空间演化的宏观格局和过程对于生态文明建设具有重要的理论和现实意义。为揭示全国生态空间变化的时空过程,在对生态空间内涵进行界定的基础上,结合全国尺度时序土地利用数据构建生态空间分类体系,并评估1990—2015年中国生态空间演化特征。结果表明:1990—2015年中国生态用地面积持续减少,主要向半生态用地转变,发生在重要的粮食生产区域及周边;半生态用地面积波动明显,前期主要表现为不断扩张,后期大量转换为弱生态用地,发生在主要城市群地区;弱生态用地持续扩张,与城镇化进程不断加速相关。中国生态空间演变过程表现出一定的区域差异和梯度效应,不同区域生态空间变化发生的拐点时间有所不同,呈现"自东向西、由南到北"的3级梯度特征,区域生态空间状况与经济发展战略及生态空间管控具有较强的相关性。本研究对于国家生态空间管控近远期战略方案制订具有一定启示,建议处于不同梯度的各地区应基于区域生态空间演化所处阶段和不同驱动机制,确定分区域生态空间安全红线目标和生态空间管控方案。     

中国县域碳汇时空格局及影响因素

以全国1300个县级行政单位作为研究对象,利用全国县域尺度土地利用数据和社会经济数据,核算了1990—2015年间中国县域碳汇总量,并结合标准差椭圆、空间自相关、冷热点分析和地理加权回归分析方法,探析中国县域碳汇的时空分异特征及影响因素,旨在为优化国土空间开发格局,实施差异化减排路径及推动生态文明建设提供参考。研究表明:(1)时空变化上,1990—2015年中国碳汇总量呈波动下降趋势,由13307.79×10⁴t下降至13198.27×10⁴t;林地为主要碳汇类型,其余碳汇类型比例结构基本不变;在空间分布上,中国县域碳汇呈现"西部>东北>南部>中部"的"西高东低"格局。(2)在空间分异和聚集上,碳汇空间分布中心向西南移动,分布范围呈收缩态势,西南地区对整体碳汇空间格局影响作用加强;1990—2015年中国县域碳汇总量的冷热点集聚程度呈现波动稳定特征,空间集聚程度呈现高值与低值聚集,高-低区域零星分布的特征。(3)从影响因素分析来看,2015年经济发展、产业结构、土地利用程度对碳汇产生影响并存在空间异质性。建议通过合理规划县域...     

森林-农业景观格局变化的社会-生态系统模拟模型方法进展

社会-生态系统(SES)模拟模型是景观格局分析和决策的有效工具,能表征景观格局变化的社会-生态效应及景观决策的复杂反馈机制。文献综述了森林-农业景观格局的SES模型方法进展发现:(1)多数模型对景观过程与社会经济决策的反馈关系分析不足;(2)应集成多种情景模拟和景观效应分析方法,完善现有SES模型的理论方法基础;(3)通过集成格局优化模型和自主体模型会有效改进SES模型功能,具体途径包括:集成情景-生态效应的景观格局模拟方法、完善景观决策的理论基础、加强集成模型的不确定性分析、降低模型复杂性和综合定性-定量数据等。研究结果有助于理解多尺度森林-农业景观格局在社会-生态系统中的重要作用,能更好地支持跨学科集成模型开发与应用。