基于GIS的干旱区绿洲农村居民点格局演变研究:以甘肃河西地区为例

以甘肃河西地区农村居民点为例,结合GIS技术,运用单一动态度、景观格局指数、平均最邻近指数及核密度方法,对近30 a来农村居民点空间格局演变特征进行分析。结果表明:(1)近30 a来河西地区农村居民点用地规模缓慢增大,居民点斑块个体之间的集聚性增强,结构愈发紧凑。(2)农村居民点空间分布在整体上呈集聚模式。敦煌市、肃州区、甘州区、高台绿洲尾闾区、民乐县西部、凉州区和民勤县城周边居民点分布较密集。(3)居民点集中分布在海拔1 200～2 400 m、坡度5°的走廊平原和盆地以及坡度较小的缓坡地,在海拔较高的丘陵、山区以及坡度较大的陡坡地居民点分布则相对较少。居民点集中分布在距离县道及以上级别道路1 km范围内,河流对居民点分布的影响在1～6 km范围内较显著。(4)受政策和经济利益的调控和驱动,人类生产生活方式不断改变并作用于居民点,直接或间接导致农村居民点格局演变。     

东南沿海经济发达地区农村居民点景观格局变化研究

以我国东南沿海地区农村工业化典型地区晋江市为研究区,利用1985年、1995年、2000年、2005年4期的LandsatTM影像及1997年、2001年的1:5万土地利用现状图作为数据源,通过影像月视解译提取晋江市农村居民点用地空间信息,然后运用景观生态学原理和定量分析方法,对晋江市20 a来农村居民点景观格局动态变化及其驱动因子进行分析.结果表明:(1)从1985到2005年间,晋江市农村居民点用地增加了5 325.93 hm2,年均扩展率为266.30 hm2·a-1;(2)20 a来农村居民点规模不断扩大,平均规模增长了77.74%;在空间形态上,农村居民点边界越来越破碎;在空间分布上,斑块间邻近距离不断缩短,平均最邻近距离缩短了37.44%,呈现出集中连片、密集分布的特点;(3)驱动力分析结果表明,20 a来晋江市农村居民点景观格局动态变化主要受到区域经济发展、农村工业化、农村居住环境、国家政策制度等因素共同影响.     

基于Voronoi图的农村居民点空间分布特征及其影响因素研究——以北京市昌平区为例

采用GIS查询统计与Voronoi图CV值相结合的分析方法,研究了地形、公路及河流等环境因素对北京市昌平区农村居民点空间分布特征的影响.结果表明:地形是影响农村居民点空间分布的主导因素,平原地区农村居民点用地比例较高,规模较大,密度较高;山区农村居民点用地比例较低,规模相对较小,密度也较低.公路交通是影响农村居民点空间分布的重要因素,91.19%的农村居民点分布在距离主要公路距离小于1 500 m的范围内;河流对农村居民点分布也有一定影响,距离河流越远,农村居民点密度越低.     

江西省农村居民点时空特征及其影响因素研究

利用2005、2010、2015年江西省农村居民点矢量数据,借助网格统计、样带分析及地理探测器等方法,结合网格和县域2种尺度,刻画了农村居民点数量及规模的时空格局特征;并利用地理探测器定量识别县域层面农村居民点用地面积的影响因素。研究表明,江西省农村居民点数量多、规模小,呈现出在大尺度空间离散而在局部区域集聚的特征,农村居民点数量和面积均具有北多南少的空间分异特征,城市周边、平原地区、中心村镇等是农村居民点高度集聚和扩张的主要区域。在乡村人口持续向城镇转移背景下,农村居民点斑块数量和面积不降反增,细碎化特征更为突出,空间变化上以围绕城镇与交通线的居民点扩张和土地整治及生态移民导致的居民点收缩并存。在农业发展及人口增长、县域经济发展及投资带动、地形制约3类因素综合作用下,形成了江西省农村居民点用地面积格局。     

冰川分布格局对地理因子响应机制

为探究高寒区冰川分布格局及其对地理位置、地形和气候因子的响应机理,以新疆玛纳斯河流域为研究样区,以TM影像、DEM和气象站点资料为数据源,借助RS和GIS技术提取冰川边界信息,采用线性回归模型估算研究区气温和降水数据并进行栅格计算,基于DEM数据提取山区坡度和坡向等地形信息,与所提取的研究区冰川分布格局信息叠加后得到了布局均匀的213个冰川样点,并获取各样点的地理位置(经纬度)、地形特征(高程、坡度和坡向)、NDSI、气温和降水等属性信息,最后运用偏最小二乘法(PLS)构建了冰川-地形-气候遥感反演模型,并进行模型有效性和适用性检验。分析结果表明:该模型能够解释78.2%以上的因变量变异,对研究区冰川分布格局的总预测能力达到76.9%,有效性检验结果表明模型效果较为显著,有效克服了自变量间多重相关性的干扰;同时发现PLS方法对冰川分布格局及其影响因子的相关性分析具有较好的分析能力。气候变化是影响研究区冰川分布格局动态变化的最重要因子,地形因子对冰川的发育和积累具有决定性作用,而地理位置的贡献相对较小。另外,为了能更好地模拟冰川分布格局,在以后研究中应将影响冰川分布格局变化的其他因子也纳入模型中,如山区风向、风力、水汽压、相对湿度及下垫面性质等对冰川分布和变化都有一定影响。该研究可为区域气候和水文研究提供理论参考,对干旱区水资源的合理利用亦具有重要指导意义。     

近30年来扎龙湿地丹顶鹤繁殖种群空间格局及动态

种群空间格局是种群生态学和空间生态学的核心问题之一。采集扎龙湿地1981—2008年丹顶鹤种群巢址定位数据,采用平均中心模型和最近邻体分析等方法研究了该研究区丹顶鹤种群空间分布格局及其动态,探讨了变化的原因与机制。结果表明:近30 a间,空间格局总体分布由研究区域核心区中部转移至西南部,再转移至东北区域,丹顶鹤个体间的离散程度经历了逐渐增大→逐渐减小→迅速增大→逐渐减小的过程,各时期空间分布型均为聚集分布,但不同时期聚集强度差异明显。生境条件的剧烈变化,即湿地缺水加剧以及人类活动干扰(如湿地内修建的各种大型工程)是导致丹顶鹤空间格局变化的主要原因,突发性干扰(如火灾)对空间格局也产生了极大的影响。     

黄河流域典型县域生境质量的时空分异特征及影响因素研究

通过探索黄河流域山东段县域生境质量时空分异特征与影响因素,以便从县域尺度为地方生态环境保护与社会经济高质量发展提供政策建议。基于2000、2010和2020年3期土地利用数据,采用InVEST模型解析生境质量的时空分布格局与演变特征,结合空间自相关模型对其空间分异特征进行探测,并采用地理加权回归(GWR)模型分析社会、经济与自然影响因素在空间维度上对生境质量的影响。结果表明：(1)2000—2020年,黄河流域山东段平均生境质量指数为0.448,空间上表现出中段、上段低和下段高的分布格局,生境质量整体呈先快速下降后缓慢下降趋势,中段生境质量下降趋势最为显著;(2)生境质量变化在空间分布上呈显著集聚性特征,会受到邻近区域的影响,且总体集聚态势不断增强,高-高型集聚区面积明显大于低-低型集聚区,在流域下段范围连片分布;(3)土地开发强度是影响生境质量时空分布的首要因素,城市化水平、人口密度和NDVI对生境质量有重要影响,社会、经济和自然因素共同影响生境质量时空变化,GWR回归分析结果表明生境质量具有空间差异性。识别这些时空差异对推动该区域生态高质量发展具有重要意义。     

北京市城乡交错区农村居民点林木树冠覆盖动态研究

城乡交错区是城市与乡村的过渡地带,土地类型变化频繁,人地矛盾突出。以北京市城乡交错区为研究对象,通过林木树冠覆盖这一新指标,以覆盖研究区域的分辨率为0.5 m的2002年8—9月真彩色航片和2013年8—9月的WordView-2卫星影像为基础,探讨2002和2013年该区域农村居民点林木树冠覆盖的变化情况,以期为目前乡村振兴大背景下的农村居民点生态环境建设提供一些有益的理论与实践指导。研究结果显示,2002—2013年间,城乡交错区整体的林木树冠覆盖率由19.54%增加到22.15%,农村居民点数量减少428个,居民点平均林木树冠覆盖率由17.78%增加到25.01%。从林木树冠覆盖等级来看,2013年高覆盖度和极高覆盖度农村居民点数量所占比例比2002年分别提高14.27和6.45百分点,极低覆盖度农村居民点数量占比减少0.13百分点。在空间分布上,无论是2002年还是2013年,农村居民点林木树冠覆盖率均呈现随着环路增加而增加的变化趋势。11 a间,一直保留存在的居民点林木树冠覆盖率由19.03%减少至16.39%,对其的土地转移概率矩阵分析发现,该类村庄中,建设用地最稳定,保持自身不变的概率达到84.50%。新增农村居民点林木树冠覆盖率(25.70%)明显高于消失农村居民点林木树冠覆盖率(15.54%)。对不同变化模式农村居民点变化部分的统计分析显示,扩张、新增和边缘新增模式的农村居民点林木树冠覆盖率分别为25.05%、25.70%和27.71%。     

黄河流域农业资源环境效率时空演化特征及影响因素

探讨农业资源环境效率对于推动黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。通过构建农业资源环境效率综合评价指标体系,采用超效率SBM模型和空间计量模型,对1990—2017年黄河流域9省(区)农业资源效率时空分异特征及其演变过程进行测度与刻画,并进一步探讨其影响因素。结果表明:(1)研究期间黄河流域9省(区)农业资源环境效率总体呈现缓慢波动上升趋势,且总体水平较低,山东和四川处于引领地位。(2)黄河流域农业资源环境效率总体呈现下游上游中游的空间分布格局。从空间格局演化来看,流域农业资源环境效率空间分异特征较为明显,呈现以山东和四川为核心的"双核"特征;从上、中、下游来看,则呈现"中心-外围"特征。(3)从影响因素结果分析来看,农业经济发展水平、农业生产技术水平和种植业结构对流域农业资源环境效率具有显著促进作用,而财政支农政策、工业化水平、环境规制和农业受灾率则具有一定阻碍作用。最后,提出了黄河流域强化农业科技支撑、农业生态环境保护和农业基础设施建设等方面的对策建议。     

兰州—西宁城市群城乡建设用地开发强度空间格局变化及影响因素分析

明确土地开发强度空间格局特征和演变规律,对城市发展边界、生态安全红线和耕地保护红线划定具有重要的指导意义。以1995、2005、2015和2018年兰州—西宁(兰西)城市群39个县级单元为研究区,运用趋势面分析、空间自相关和地理探测器等方法,分析兰西城市群城乡建设用地开发强度空间格局特征及其影响因素。结果表明:(1)兰西城市群城乡建设用地开发强度均值总体呈增长态势,由1995年的2.74%增长到2018年的4.45%,在空间上呈现兰州—西宁2个中心高、外围地区依次降低的"核心—外围"空间分布格局。(2)东西方向和南北方向空间差异较大,且呈现出扁平的倒"U"型曲线分布态势。(3)城乡建设用地开发强度空间上存在显著正相关性且集聚特征明显,冷热点区的空间分布具有相对稳定性。(4)1995—2018年城乡建设用地开发强度受人口集聚水平、经济发展水平、产业结构水平和海拔等要素综合影响。研究结果可为兰西城市群以及同类型地区城乡建设用地管控和高质量发展提供决策参考。     

岩溶槽谷区坡耕地利用的时空演变特征及驱动机制

探讨当前多重要素驱动影响下岩溶槽谷区坡耕地利用的时空演变规律,对地区粮食安全和土地管理具有重要意义。以高精度影像和地理高程模型为数据源并结合野外实地调查,通过坡耕地利用动态指标和缓冲区方法探讨槽谷区坡耕地时空演变特征。结果表明:(1)2005—2017年,西、中和东部槽谷的坡耕地利用都发生了动态变化,且缓坡耕地和斜坡耕地变化最显著。(2)随距居民点和道路距离增加,坡耕地面积总体减少,但变化趋势不同。(3)西、东部槽谷坡耕地转移的空间格局主要集中于槽坝平坦部位,中部槽谷主要集中于山坡两侧。(4)槽谷区坡耕地演变的时空分异格局受多种因素共同影响,自身地形地貌对坡耕地的形成具有决定作用,地区经济产值提高对坡耕地利用具有改造作用,农业结构调整对坡耕地利用功能具有多样性促进作用,分析多重因素对槽谷区坡耕地利用演变趋势的驱动机制可为地区因地施策提供科学参考。     

资源枯竭型城市生态保护修复关键区识别研究：以江西省大余县为例

依据"生态安全格局-关键区-保护修复策略"思路,以江西省大余县为研究区,识别生态源地、生态"夹点"、障碍点、断裂点和破碎生态空间等关键区数量及空间分布,提出生态保护修复类型区及其相应措施。研究结果表明:(1)大余县生态源地共147.36 km~2,涉及林地、水域和草地,生态廊道69条,呈现出两横五纵的空间特征。研究识别生态"夹点"12处,生态障碍点13处,生态断裂点23处,破碎生态空间57.46 km~2。(2)生态保护修复类型区包括矿山修复区、山水治理区、农田整治区、农村建设用地整治区和交通用地优化区,建议分别采取矿山复绿、山体治理和水污染防控、农用地整理和耕地污染防控、居民点整合和农村道路复垦、建立野生动物通道和沿线植被恢复等策略。(3)基于生态安全格局构建,从区域整体视角识别生态保护修复关键区,依据关键区所覆盖土地利用类型划分生态保护修复类型区,并以此为基础提出系统性的保护修复策略。研究结果有助于资源枯竭型城市生态系统从关键点、线、面的修复工程向山水林田湖草系统修复推进。     

玄武湖菹草种群空间格局分析及其环境效应

大型水生植物的分布格局与空间尺度有着密切关系,传统的分析方法只能分析一种尺度下的格局。引入点格局分析,以种群空间分布坐标点图为基础,分析各种尺度下的种群格局。运用点格局分析对玄武湖菹草种群的空间分布格局进行研究,并结合N、P等水质指标探讨其环境效应。结果表明,玄武湖菹草种群分布集群特征明显,且在尺度232~344m内聚集最为明显。从水质监测结果看,菹草种群有利于改善水体环境,无种群区的TN、TP和NO3-N浓度明显高于有种群区;溶解氧(DO)则表现为有种群区高于无种群区。菹草在空间分布上的明显规律性,会进一步导致水质参数的空间异质性。     

丹东沿海地区土地利用变化对生境质量的影响研究

土地利用变化与生态效应影响研究是全球环境变化的热点。以丹东沿海地区2000—2018年土地利用景观格局为基础,运用GIS技术和In VEST模型对丹东沿海地区生境质量进行定量评估,并结合土地利用变化规律分析了土地利用变化对生境质量的影响。丹东沿海地区作为连接海陆的重要过渡带,研究其土地利用变化对生境质量的影响,对于权衡生态保护与利用土地资源海陆统筹发展具有重要意义。结果表明,(1)耕地、草地及未利用地面积减少,林地、水域和建设用地面积增加,研究末期林地仍占研究区的62.895%,耕地比重由30.565%降至25.735%,是研究区第二大土地利用类型,其次是建筑用地、水域用地,草地与未利用地占比较小。(2)研究期间,生境质量低值区扩大,较低值区缩小,中等级、较高、高值区面积增加。生境质量呈现自东北向西南递减,自沿海向内陆递减的分布特征。(3)研究区生境质量受土地利用变化影响较大,2015—2018土地利用变化与生境质量变化都较为显著,以林地、河渠为主的土地利用类型受人类活动干扰较小,生境质量较好;沿海地区的建设用地对生态环境造成破坏,生境质量较差。(4)通过空间自相关以及热点分析发现,研究区生境质量分布状况存在空间聚集性,聚集效应近年来有分散的趋势,区域间的生境质量差异扩大。     

中国农业净碳汇空间集聚与分异

农业净碳汇空间集聚与分异特征,是当前中国农业现代化、生态化转型面临的重大问题。为了精准把握长时间尺度、微观空间单元下中国农业净碳汇空间集聚与分异特征,文章采用全国县域尺度农业数据,结合标准差椭圆方法、探索性空间分析方法等分析工具,对中国县域农业净碳汇空间格局分布规律进行详细探讨。研究表明,(1)从标准差椭圆方法揭示的空间分异格局来看,净碳汇空间分布中心整体存在向东北移动的趋势,空间分布范围存在明显的收缩态势,东北地区净碳汇对全国净碳汇空间格局的影响作用加强。(2)从全局空间自相关揭示的净碳汇空间集聚格局来看,全国净碳汇自1991─2011年经历了集聚—分散的过程。1991─2001年间,空间自相关程度在不断增强,农业生产方式和农业活动结构的相似性在空间上表现得较为明显。2001─2011年,空间自相关系数大幅下降,意味着净碳汇高值集聚区域在空间上逐渐呈现碎片化。(3)从局部空间自相关来看,农业净碳汇高值集聚区不断增多,低值集聚区不断减少,总体上反映了中国农业生产净碳汇在空间格局上呈现出的改善。已经形成了东南地区净碳汇、西北地区负碳汇为主的空间分布格局。     

韩江三角洲典型地区表层土壤汞的分布特征

以韩江三角洲典型地区揭阳市为研究区域,共采集表层土壤样本1330个,深层土壤样本331个,分析土壤汞含量,利用富集因子法研究揭阳市土壤汞的污染特征;利用半变异函数模型和局部Moran I法分析土壤汞的结构特征;利用GS~+软件中的半变异函数模型和ArcGIS软件支持下的克里金插值法,得出研究区土壤汞含量分布图;探究不同成土母质和不同土地利用类型土壤汞含量的分布特征以及土壤理化性质对汞含量的影响.结果表明,揭阳市表层土壤汞的平均含量为0.079 mg·kg~(-1),变幅为0.008—1.053 mg·kg~(-1),高于研究区土壤背景值.研究区土壤汞污染不太严重,只有少部分地区处于中度污染或显著污染,无强烈污染和极强污染.研究区土壤汞含量存在强的空间相关性,说明汞具有强的迁移性.研究区土壤汞含量空间分布格局总体上呈现东北部最高并向四周逐渐降低的趋势.不同成土母质发育的土壤汞含量存在显著差异,成土母质为第四纪沉积物的土壤汞含量显著高于页岩、花岗岩、凝灰岩和粉砂岩发育的土壤.不同土地利用类型的土壤汞含量也存在显著差异,建设用地土壤汞含量显著高于未利用土地和农田用地.有机碳(SOC)和pH值均与土壤汞含量呈极显著正相关,且pH与汞的相关性(r=0.288,P0.01)略强于SOC与汞的相关性(r=0.257,P0.01).     

地质灾害易发区农村居民点布局优化研究:以浙江洞头为例

以浙江洞头为例,开展地质灾害易发区农村居民点布局优化研究,选取森林覆盖率、高程、地质岩组、坡度、降雨量、现状地质灾害点密度、人口密度和公路密度8个因子作为评价指标,运用灰色关联分析模型和GIS空间分析方法,划分地质灾害易发性等级,得到研究区不同地质灾害易发区分布状况。结果表明,研究区地质灾害易发性等级分区的中易发区和高易发区面积占研究区陆地面积的42.46%,包含了研究区91.36%的历史地质灾害点;居民点位于地质灾害中、高易发区面积占各居民点总面积比例超过50%的有豆岩村、西浪村和潭头村等45个行政村和居民区,占比超过70%的有潭头村、桐岙村和正岙村等27个行政村和居民区。基于研究区各行政村地质灾害易发性情况和居民点空间分布现状,提出相应的布局优化方向,为优化地质灾害威胁下的农村居民点布局、制定防灾减灾规划提供科学依据。     

珠江三角洲典型地物空间分布特征研究

珠江三角洲改革开放30年以来经历了巨大的发展,但也导致了城市的迅速扩张以及大量宝贵农田的流失,引起了诸多环境问题和社会问题。因此探讨珠江三角洲土地利用的演变规律对于未来土地利用的发展变化具有重要的借鉴和指导意义。空间分析因其能有效揭示隐藏在区域数据之后的规律信息以及提供直观的可视化信息表达,已引起许多学者的关注。引入空间整体统计参数中的平均中心、标准距离和标准偏移椭圆,探讨珠江三角洲耕地和建设用地两种典型地物1990—2005年间空间整体特征变化规律。通过对研究区及研究区各市(区)空间中心转移、空间分布扩散和空间分布偏移的计算,表明珠江三角洲耕地空间特征在1990—2005整个阶段均呈现扩散状态,而建设用地空间特征在1990—2000阶段和2000—2005阶段呈现收缩和扩散两种特征。两类地物空间特征变化强度2000—2005阶段均大于1990—2000阶段。典型地物空间特征的发展变化与社会经济发展相一致。通过对比发现,耕地与建设用地空间中心迁移呈现反向变化,揭示了经济发展中大量的耕地转化为经济价值更高的建设用地。研究区中各市(区)典型地物在不同阶段、不同区域土地利用发展也存在空间差异性。空间统计指标能直观有效地揭示地物空间分布格局变化规律,有利于深入探讨研究区土地利用/覆盖变化。     

基于县域尺度的稻田土壤碱解氮空间异质性研究

掌握土壤氮素的空间分异特征是实现养分优化管理的重要基础。以江苏省扬中市为研究区,基于田间采样的99个土壤碱解氮样本数据,运用地统计学与缓冲区分析方法,研究县域稻田土壤碱解氮的空间变异特征及其影响因素。结果表明,研究区土壤碱解氮平均含量为114.30 mg·kg~(-1),处于较丰富水平。半方差分析结果显示,土壤碱解氮空间分布具有中等程度的空间自相关性。空间插值结果显示,扬中市土壤碱解氮空间分布总体上呈斑块状,大致表现为中部高、两端低,高值区主要位于研究区中部3镇,在工业区与养殖基地附近均出现局部高值区。影响因素分析表明,城镇化、土壤质地、产业分布、农户经营等因子对研究区土壤碱解氮空间分布均具有较大影响。距离养殖合作社1 km以内区域的土壤碱解氮易于积累,工厂、企业对周边600 m范围内的土壤碱解氮含量影响显著(P0.05)。     

基于MODIS数据的阿拉善盟植被指数变化的地形分异性

阿拉善盟为中国生态环境重度危急区与北方地区的天然保护屏障,及时、科学、准确地评价其植被指数的地形分异特性,对其植被建植与生态恢复具有重要的参考价值和现实意义。以美国航空航天局的陆地专题产品MOD13Q1-NDVI为时间序列数据集,利用ENVI中波段计算功能提取2000-2016年植被生长季(7-9月)覆盖阿拉善盟的植被指数信息,同时结合栅格化数字高程模型,利用Arc GIS空间统计功能中的表面分析工具提取栅格尺度上的坡度、坡向及地形起伏度等地形因子,并通过区域统计获取各地形因子级别区内植被指数的空间分布特征。结果表明:(1)采用均值变点分析法确定的阿拉善盟地形起伏度的最佳统计单元为0.26km~2;(2)阿拉善盟以中山区为主,所占比例高达79.05%;坡度以第Ⅰ(0-2°)与Ⅱ(2°-5°)级别区为主,所占面积比例高达90.62%,在空间分布上呈分散状态;坡向分布较为均匀;地形起伏度级别区以平原和台地为主,所占比例高达87.83%。该区地形具有西南高、东北低,平坦、起伏小的分布特征;(3)以植被指数低值区(0.1)和中低值区为主(0.1-0.2),且呈现西北和东南区域两级分化的空间分布特征。总体而言,在地形因子作用下,阿拉善盟植被指数均值分布具有明显的地形分异性,且植被指数高值区主要集中分布在高程为1 000-1 600 m的中山区与坡度15°的西坡。