基于最佳尺度的景观生态风险时空变化研究：以重庆市江津区为例

探究景观生态风险的时空变化规律,合理评估生态风险状况,有利于维护区域生态安全和经济社会可持续发展。以2000、2009和2018年3期遥感影像为基础,综合运用景观格局指数、空间自相关分析和地理探测器工具,探究最佳尺度下江津区景观生态风险时空变化特征及其影响因素。结果表明:(1)景观指数随粒度和幅度的改变而呈现不同的变化规律,90 m栅格和3 km网格尺寸能更好地体现景观格局空间异质性特征;(2)2000—2018年研究区景观生态风险空间格局变化较大,景观生态风险威胁程度整体有所上升,中风险区逐渐成为区域主导类型;(3)研究区各时期景观生态风险空间集聚特征显著,景观生态风险指数空间分布以高-高集聚和低-低集聚为主;(4)人类活动对于区域景观格局和生态系统的影响愈发强烈,人口密度和GDP是影响景观生态风险时空分布的重要驱动因素。研究结果可为长江上游重要生态屏障建设提供决策参考。     

区域生态安全格局规划研究进展及规划技术流程探讨

区域生态安全格局规划是化解生态保护与经济发展之间矛盾冲突的有效途径,进行区域生态安全格局规划研究具有重要理论和现实意义。但是,目前尚缺少对区域生态安全格局规划概念内涵、支撑理论、技术方法等相关文献的系统梳理和归纳总结。鉴于此,通过查阅大量文献资料、总结分析国内外相关研究成果,厘清了生态安全格局相关概念之间的逻辑关系,给出了区域生态安全格局规划的确切定义,对景观生态分类与适宜性评价、景观格局演变分析与动态模拟、生态安全预测预警、空间规划决策技术方法等区域生态安全格局规划相关支撑理论和技术方法,研究成果总结发现：景观生态分类指标构建理论和分类结果可靠性验证研究较为薄弱;应用较多的景观生态适宜性评价方法有“千层饼”法、层次分析法等传统方法和人工神经网络、遗传算法、元胞自动机等现代人工智能方法;景观格局变化驱动因子定量识别相对缺乏,各驱动因子间相互作用关系探讨不深入,常忽视景观格局本身对驱动因子的自适应和反馈作用;在众多景观格局动态演变模拟模型中, CA-Markov模型综合了CA和Markov模型的优点,可实现研究对象时空演变信息的精确挖掘;生态安全预警可弥补传统生态安全评价不能揭示生态环境质量长期动态变化状况的不足,能反映区域生态安全状况动态变化过程,是生态安全格局规划的重要基础;常见的空间规划决策技术方法主要有多准则数量优化法、空间分析技术方法、情景分析法、人工智能优化法和综合优化法,在综合优化法中 CLUE-S 模型能综合土地利用变化各驱动因子对不同时空尺度下的土地利用变化进行预测模拟,集成模型能集成多个模型优点来解决一些复杂空间格局优化问题,两者对进行区域生态安全格局规划方法探讨皆具有重要参考价值和借鉴意义。在此基础上,依据现阶段比较成熟的景观生态学理论、景观生态规划原理,综合集成现行空间规划决策技术方法,将区域生态安全格局规划技术流程概括为景观生态分类、景观格局演变分析、景观生态适宜性评价、景观格局演变动态模拟、生态安全预测预警、生态安全需求预测、多情景模式构建和总体规划目标确定、生态安全格局规划、多种规划方案比选、方案试点效果监测与评价、规划实施与执行监管等14个步骤。今后加强区域生态安全格局规划基础理论、技术方法、实践应用这3方面研究是未来该领域研究的重要方向。     

近百年来鄱阳湖南部湿地景观生态格局演变

百年尺度上的景观生态格局演变对于区域可持续发展有着重要意义。为了研究鄱阳湖南部湿地长时间序列的变化规律,了解湖区湿地在不同时期的变化驱动因素。选取湿地分布较为集中的鄱阳湖南部作为典型区域,基于1930年代军事地形图、1979年和2015年Landsat卫星遥感影像数据,定量重建了近百年来3个时期的鄱阳湖南部湿地空间分布及其景观生态格局变化过程。结果表明,近百年来鄱阳湖南部地区总体湿地面积经历了先增加后减少的变化过程,即从1930s的1 386 km~2增加至1970s的1 655 km~2,随后减少至2010s的1 129 km~2,当前湿地面积较1970s减少了约31.8%。受城市化等外部驱动因素影响,近百年来研究区湿地密度变化空间差异显著,主要体现为研究区西部密度值下降、东部密度值上升;湿地空间格局变化的总体趋势是水面减少、陆地增加。NP(斑块数)在1930s—1970s期间呈下降趋势,在1970s—2010s期间呈增加趋势;PD(斑块密度)在2010s达到最大值(0.376);LPI在近百年间呈逐步下降趋势,2010s相较于1930s下降了52.8%左右,呈现出破碎化的趋势;AI(聚集度指数)在1970s达到最大值(89.357),但是LSI(景观形状指数)在总体上呈下降趋势,表明近百年来鄱阳湖南部湿地斑块的形状出现简单化的趋势。     

不同空间尺度土地利用结构与景观格局对龙川江流域水质的影响

为了探究龙川江流域不同尺度土地利用结构与景观格局对水质的影响,于2017年5和9月对龙川江流域的21个样点进行取样,测定水温、pH、溶解氧饱和度、氮、磷等水质指标。结合2017年10m分辨率的土地利用数据,提取3种空间尺度(河段、河岸带、子流域)的土地利用结构与景观格局指数,运用相关分析、冗余分析(RDA)、"bioenv"分析和逐步回归模型揭示不同尺度土地利用结构与景观格局对水质的影响。结果表明,龙川江水体主要污染物为TN和TP,水质基本指标有月际性差异,N、P浓度在5月高于9月,但差异不显著。不同空间尺度土地利用结构与水质指标的相关关系不同,子流域尺度土地利用组合与总体水质之间的相关性最强,且林地对水质有正面影响,耕地、建设用地对水质有负面影响。不同尺度的景观格局指数组合与水质的相关性存在差异,河岸带景观格局组合与总体水质的相关性最高,RDA分析表明景观格局指数对总体水质的总解释率为河岸带子流域河段。整体上,9月土地利用结构与景观格局对水质的影响要大于5月。多元回归模型发现建设用地和耕地对养分的预测能力及预测指标依赖于空间尺度和取样月份。研究以龙川江为例,证实了土地利用结构与景观格局对水质的影响具有尺度效应,水质响应的空间尺度效应应纳入土地利用规划与水资源管理的过程中,提出长江上游更多的个案研究尤为必要,对长江上游河源区水资源保护及土地利用管理具有重要的意义。     

干旱半干旱区土壤微生物空间分布格局的成因

干旱半干旱区生态环境脆弱,对气候变化及人为扰动极为敏感。对其土壤微生物空间分布格局及驱动因素的研究,有利于理解干旱半干旱环境下土壤微生物多样性产生及维持的机制,对维持干旱半干旱区陆地生态系统的生产力及稳定性具有重要意义。文章综述了近10年来干旱半干旱区土壤微生物空间分布格局的研究进展。在实际观察到的干旱半干旱区土壤微生物呈非随机分布而具有空间分布格局的基础上,发现降水、植被等环境因素及地理距离均会影响干旱半干旱区土壤微生物的空间分布格局,两者的相对重要性具有尺度效应。最新的研究应用中性理论及生态位理论研究干旱半干旱区土壤微生物空间分布格局的形成机制,指出干旱半干旱环境下,不同的生境形成机制不同,是中性理论或生态位理论单独作用的结果。为了加深理解干旱半干旱区土壤微生物的空间分布格局,建议今后的研究中:(1)关注真菌及古菌的空间分布格局;(2)扩大研究的空间尺度;(3)进一步研究干旱半干旱区土壤微生物空间分布格局形成机制的生境依赖性;(4)研究干旱半干旱区土壤微生物与植物群落空间分布格局的耦合关系。     

黄河三角洲自然湿地景观连接度动态变化及其驱动因素分析

景观连接度用来度量景观空间单元之间的连续程度,它同具体的生态过程相结合可有效表征景观的功能特性。已有景观连接度的研究往往缺乏长时间序列动态变化的分析,且从不同区域尺度开展的研究也较少。同时,关于影响景观连接度变化的驱动因素还未有明确解释。因此,文章基于1991—2013年6期遥感影像数据,利用基于图论的指数方法测度景观连接度,对黄河三角洲整体以及自然保护区一千二管理站和黄河口管理站、垦利农业生态区、河口农业生态区和胜利油田区5个区域内自然湿地景观连接度的时空变化格局进行分析,并探讨影响自然湿地景观连通格局的主要驱动因素。结果表明,1991—2013年黄河三角洲自然湿地面积减少了548.75 km~2,景观连接度整体较低且呈现下降趋势,最大可能连接度指数不足0.1。期间,垦利农业生态区、河口农业生态区和胜利油田区的自然湿地面积减少严重,景观连接度下降明显。到2013年,这3个区域的自然湿地景观连接度全部下降至0.01以下。而一千二管理站和黄河口管理站内自然湿地的面积与景观连接度却有所增加,其中,一千二管理站自然湿地的景观连接度均在0.5以上,黄河口管理站自然湿地的可能连接度也从0.203增加到0.360。人类活动对黄河三角洲湿地景观格局的演变产生了重要影响。耕地、人工湿地以及油田、道路等建设用地是黄河三角洲湿地景观连接度变化的主要驱动因素,而自然保护区的设立和有效的管理措施是区内湿地景观连接度增加的主要原因。在此基础上建议扩大保护区范围,增加踏脚石斑块,保持水系连通以提高景观连接度。     

农区土地利用强度变化对生物多样性的影响

农业集约化引起的景观变化是导致农业景观生物多样性丧失的重要原因,为评估农业景观结构变化对物种多样性的影响,探索生物多样性未来的变化趋势,研究基于Meta分析(Meta-Analysis)构建我国农区不同土地利用强度的生物多样性数据库,收集了来自全国298个农业景观样地的15 042条物种记录。依据线性混合效应模型构建我国农区土地利用强度-生物多样性关系模型,并以浙江省为例,结合浙江省退耕还林、生态农业发展等土地利用政策和规划,基于Dyna-CLUE模型模拟不同情景下土地利用的空间分布,将土地利用空间分布模拟和土地利用强度-生物多样性关系模型结果输入Flus-Biodiversity模型,从而模拟典型农区生物多样性的空间分布格局,提出浙江省农田生物多样性保护目标优化方案。Meta分析显示,无论在景观尺度还是局部管理尺度上,随着农田土地利用强度的增加,生物多样性均呈显著下降趋势。情景模拟发现,在所有情景中生物多样性都呈下降趋势,其中生态保育情景下降幅度最小,将常规农田转换为生态农田时生物多样性有所提高。因此,为进一步保护多样性、提升生态系统服务、改善生态环境,一方面应尽量保护农田周围的自然和半自然生境,以减少土地利用改变对农业生物多样性的破坏;其次,适当增加农业景观中的半自然生境,如人工林等,构建合理的农业景观格局;第三,适度推动有机管理或生态管理,合理化减少化肥和农药的施用,有利于区域生物多样性的保护;第四,在保证耕地红线的前提下,应深入推进退耕还林政策,严格限制生态功能区的土地开发,同时注重生物多样性完整性损失严重区域的保护。     

景观格局对植物多样性影响研究进展

景观格局对植物多样性有重要影响,植物多样性包括α、β、γ多样性。从景观斑块面积、形状、配置方式、景观类型和尺度效应等方面对植物多样性进行了综述。景观斑块面积能对物种产生质量效应,除部分热带植物外,大部分植物在一定范围内,其物种丰富度与斑块面积呈正相关关系,随着斑块面积的增加,斑块内部种比边缘种数量增加快;但是随着景观破碎化严重,小斑块为物种提供主要栖息地,所以对小斑块的研究和保护具有重要意义。形状复杂的景观斑块能够保持较高的植物多样性,不同植物类群的多样性指数存在差异。景观斑块复杂的边缘,植物物种多样性较高,多为适应性强的边缘种。景观异质性与物种丰富度、β多样性呈显著正相关。景观多样性以及景观斑块之间的连通性与植物多样性呈正相关关系。不同景观类型的合理配置,特别是生态交错区,有利于保持植物多样性。研究发现隔离度对物种丰富度和多样性具有消极影响,主要是由质量效应和邻近效应产生的影响,因为这可以为更多的物种提供更广阔的栖息地,并且有利于种子的传播,从而提高植物的生存率。文章还总结了全球主要的土地利用类型对植物多样性的影响,包括农业用地、草地、森林,多种土地利用类型相结合有助于提高植物多样性,尤其是群落交错区的存在。景观格局与植物多样性的关系存在空间尺度效应,空间尺度效应对植物多样性的研究可以从空间的幅度和粒度中的小尺度、中尺度、大尺度对物种的影响进行研究。景观格局指数高度浓缩了景观格局信息,是反映景观结构和配置等方面特征的简单量化指标,目前应用广泛。未来可从优化景观格局、尺度阈值及影响机制方面做进一步研究。     

汀江流域2000—2020年景观格局时空演变及驱动机制分析

景观格局时空演变是土地利用变化最直观的表现形式,剖析流域景观格局变化及其驱动力,对流域土地利用的管理与调控具有重要意义。利用土地利用转移矩阵、移动窗口法分析了汀江流域2000—2020年景观格局的时空变化特征,并利用地理探测器探究其演变的驱动机制。结果表明：1)2000—2020年,汀江流域内的自然景观不断转向人造景观,具体表现为人造地表(+120.95 km²)、耕地(+59.87 km²)、水体(+31.04 km²)大幅转入,草地(-135.83 km²)、林地(-66.8 km²)、灌木地(-8.8 km²)、湿地(-0.05 km²)大幅转出。2)从类型水平上看,流域景观离散程度不断增大,斑块边缘规则化;从景观水平上看,整体破碎度、割裂度加剧。林地景观具有很强的优势性,以其为代表的自然景观斑块呈现破碎状态,且斑块的割裂程度大,离散程度高;以人造地表为代表的人造景观斑块呈现片状分布,边界规则化,且斑块面积呈现增大趋势。3)人口...     

基于景观连接度的斑块分级的尺度效应

认识到尺度对景观格局分析结果的影响,生态学家们越来越多地进行尺度效应的相关研究.已有的尺度效应研究多注重描述景脱格局指数对尺度变化的响应,这只能对景观的状态进行描述.无法辨别那些对景观功能具有重要意义的关键景观元素.文章选取8个景观连接度指数.通过改变最小制图单元和物种的搜索范围,研究尺度对斑块分等定级的影响,并据此确定各连接度指数的尺度敏感性.结果表明:景观中斑块的相对重要性随尺度变化而变化,其变化程度因指数而异.其中,AWF为尺度效应最不明显的指数,PC和IIC次之,其余指数(NL,NC,LCP,H和F)的尺度效应均十分显著;在衡量景观的连通性时,除IIC外的其他所有指数的尺度效应均十分显著.由此说明,根据连接度指数确定的斑块相对重要性的尺度敏感性与该指数本身的尺度敏感性无关.     

生物多样性的海拔分布格局研究及进展

生物多样性的海拔分布格局受制于气候、空间、环境等多种因子的影响,综合大量研究发现,无论是动植物还是微生物,环境因子对其影响与驱动的作用最明显.海拔梯度是决定分布格局的重要因素之一,因此探讨生物多样性在环境因子驱动下的海拔分布格局具有重要意义.文章分别探讨了植物、土壤动物和土壤微生物多样性沿海拔梯度的变化规律,揭示了温度...     

基于水土流失的景观格局分析方法

景观格局和生态过程是景观生态学研究的重要内容,但是很多研究只重视景观格局的研究,而忽略了生态过程的研究。文章针对水土流失这一重要生态过程,提出了基于水土流失过程的景观坡度指数和景观空间负荷对比指数,并对黄土高原泾河流域15个子流域的景观格局进行了分析,认为泾河流北部各子流域主要以水土流失的＂源＂景观为主,景观坡度指数大,空间负荷指数小,水土流失风险大;流域南部各子流域上游以＂汇＂景观为主,坡度指数大,中下游以＂源＂景观为主,景观空间分布不均衡,存在一定的水土流失风险;流域东部局部子流域主要以水土流失的＂汇＂景观为主,＂源＂景观相对较小,＂源＂-＂汇＂景观空间分布均衡,水土流失风险小。     

Ecological footprint and biological capacity time series assessment for a forest region in northeastern China

Anthropogenic disturbances have caused major landscape changes in the forests of northeastern China during the past 50 years. In particular, continuous over-deforestation has greatly decreased the region's forest quality. Ecological footprint analysis generates aggregated information about a population's demand on nature and the population regional biological capacity. To show the forest change and the population's ecological demand on the study area, this paper presents an ecological footprint time series for the Songling Forestry Bureau in northeastern China from 1965 to 2000. The paper shows conventional ecological footprint time series and area demand time series – under global, Chinese and local yearly yields – to study the biological productivity of Songling. In this study, biological capacity was calculated based on a conventional approach. The results demonstrate that the ecological footprint has increased slightly and continuously during the 35-year timespan, while the biological capacity has decreased dramatically. These effects have been caused mainly by the depletion of forest resources. The results also yield much information about natural changes and socioeconomic dynamics, as well as the driving factors for these changes, of which the most important is forest management policy.     

苏州沿江生态城市群建设与景观生态整合

基于苏州沿江生态城市群建设的背景和景观生态条件分析,提出了建设有江南特色的苏州沿江景观生态格局的思路,即通过以水为核心,以"一江十道、五线、廿环"生态廊道和九大斑块为主的建设,构筑以农山郊野为背景的多等级网络式的沿江景观生态格局,从而整合区域生态景观,推动苏州沿江生态城市群建设。     

珠江三角洲典型区景观生态聚类分析

珠海是珠江三角洲地区一个海陆交互作用与人类干扰活动频繁的典型区域。文章以2000年TM数据为基础数据源，编制珠海地区景观类型图，并以镇(区)为基本空间单元将珠海划分为20个景观生态子区，在GIS与景观斑块分析软件Patch Analyst 2．0支持下计算各子区的景观特征指数。通过各子区的景观指数对比分析，探讨研究区范围内景观格局的空间差异，揭示人类活动、自然干扰等各种景观生态机制对区域景观生态的影响。根据各指数反映的景观特征信息，选择平均斑块大小(MPS)、斑块大小变异系数(PSCOV)、边缘密度(ED)、面积加权分维数(AWMPFD)、破碎度指数(F)、多样性指数(SDI)及人为干扰指数(DT)进行珠海景观生态聚类分析，根据聚类分析结果可多层次客观地对珠海地区进行景观生态类型区划分。     

辽西大凌河流域土地利用变化及驱动力分析

从政策、流域综合治理、经济发展和技术进步、农民认知态度等4方面对影响大凌河流域土地利用变化的驱动力进行了分析。同时运用农户问卷调查和驱动力分析结果,选取影响耕地变化的社会经济和人口因子,运用主成分分析和多元迭代回归分析确定影响耕地变化的主要因子,并拟合出耕地变化的最优度模型。研究结果表明:在1987—2002年期间,农田和未利用荒地面积在不断减小,而林地、果园、草地在不断增加,但1995年后变化边际度大大减小;主成分分析表明影响土地利用变化主要影响因子是农业人口(A-POP)、总人口(T-POP)、农村经济收入(TIRE)、农林牧渔收入(IAFAF)和第三产业总产值(GTI);多元迭代回归分析表明耕地面积变化的最优回归模型中主变量是农业人口(A-POP)、总人口(T-POP)、农村经济收入(TIRE),这些变量能够解释95.1%的耕地变化。     

西南岩溶山区景观生态特征与景观生态建设

探讨了西南岩溶山区景观生态结构与功能以及景观生态过程的不同于其他区域的基本特征，尝试从景观角度认识西南岩溶区生态空间特性与演化过程。受地质地貌和土地利用的影响。西南岩溶山区景观基质脆弱、景观格局分异明显，具破碎化与景观结构粗粒化、景观动态变化范围大且速度快、整体退化明显的特点，以石漠化为特征的景观演化削弱了岩溶生态系统的生态服务功能。岩溶山区的景观生态建设须充分认识岩溶山区资源环境优势，充分利用当地的适生植物资源，协调生态效应和水文效应，促进水土资源的有效保持向高效利用发展，形成新的高效、和谐的人工自然景观。今后应把景观格局与生态过程结合起来、与人文因子和地学背景结合起来，加强小尺度的景观变化研究。     

基于景观格局的辽河三角洲湿地生态安全分析

以1990年和2005年遥感影像为基本信息源,在GIS技术支持下,在对辽河三角洲湿地景观格局分析的基础上,采用破碎度、分离度、优势度等景观格局指数和景观类型脆弱度为评价指标研究辽河三角洲湿地景观生态安全。20世纪90年代以来大规模的资源开发,加剧了辽河三角洲湿地景观的破碎化程度,使景观优势度增高,多样性下降。从1990-2005年,研究区主要湿地景观类型水稻田、苇田、滩涂的干扰程度有所增加,生态安全度均有所下降,表明人类对自然湿地生态系统的干扰越来越明显。总体来说,15年来研究区整体景观生态安全度呈现下降趋势。以往湿地生态安全的研究主要集中在环境脆弱性和保护策略方面,研究层次着重在生态系统层面,而从景观格局角度对湿地景观生态安全的研究涉及较少,文章涉及的是景观生态学可持续发展研究的一个新领域,所提出的内容实质上是景观生态安全定量表征的方法探讨。应用景观生态学方法研究生态安全,揭示景观结构与功能关系并进一步分析区域生态环境的变化趋势及其内在因素,不但为辽河三角洲湿地及其生物多样性的保护和资源开发提供了科学依据,而且丰富和发展了我国生态安全研究的理论与方法。     

Population growth,urban sprawl and landscape integrity of Beijing City

The detailed landscape pattern of the urban area within the 6th ring road in Beijing City was identified using airborne remote sensing data acquired between 1997 and 2002. The landscape indices at landscape level were computed using Fragstats 3.3, and changes in land use/cover types in Beijing from 1997 to 2002 were examined. The results show that urban built area (UBA) and farmland changed greatly within the 6th ring road, and that farmland had been replaced by UBA. The number of patches increased by 106.6%, mean patch area decreased by 51.6%, the splitting index increased by 94.3%, and the landscape diversity index increased by 17.8%. The landscape pattern had become more fragmented and diversified in these 5 years. The main driving forces for landscape change were the increasing demand for land for construction due to the growing population, unreasonable urban growth, and improvements in housing standards. The landscape pattern change in Beijing led by rapid urbanisation has negatively influenced urban ecosystem health and has caused several environmental problems. We provide suggestions for improving urban planning and sustainable development in Beijing City.     

快速城市化进程中城市扩张对景观格局分异特征的影响

在中国快速城市化背景下,大部分研究仅是单一的利用景观指数分析城市景观格局,往往只侧重于对景观斑块或格局的几何特征进行简单分析和描述,忽略了城市扩张与城乡景观格局动态变化过程之间的内部联系,研究城市扩张与城乡景观格局动态变化过程之间的内部联系对揭示城市化规律有着重要意义。文章以江苏省昆山市（县）范围为研究对象,基于全市1985—2008年间多期TM影像图,在采用遥感与地理信息系统相结合的技术方法获取昆山市景观格局动态变化以及相关景观生态学指数分析的基础上,探讨城市扩张对城乡景观格局的影响。结果表明：23年间自然景观类型的面积基本保持不变;人工景观面积显著增涨了4倍。斑块密度、景观斑块数量破碎度指数受人工景观类型影响基本呈上升趋势;斑块密度、景观破碎度、最大斑块、边缘密度等指数与建设用地增长之间存在明显相关性,表明城市扩张是城乡景观格局特征变化的重要驱动力。