基于景观空间结构信息的区域生态脆弱性分析--以黄河三角洲垦利县为例

以黄河三角洲的垦利县为例,以1987年和2000年遥感影像为基本信息源,利用景观类型空问结构信息破碎度、分维数、分离度和景观类型的敏感度、适宜度构建景观类型脆弱度指数CEVI和区域生态脆弱度指数EVI。利用连续覆盖全区的格网进行空问系统采样,使脆弱指数空间化,生成了两个时期的区域生态脆弱度分布图,并对脆弱度的空间格局与动态特征进行分析。结果表明,研究区未利用地和盐荒地景观脆弱度较高,比较1987年和2000年景观类型的脆弱度,旱田、水田、建设用地和未利用地的CEVI指数减少,林草地、盐荒地和水域景观类型的CEVI呈增长趋势;区域生态脆弱度的空间格局及动态变化与黄河河道和海岸线具有较好的相关性,黄河和海岸线是该区生态脆弱度空间格局的控制因素。     

新疆生态脆弱性时空演变及驱动力分析

生态脆弱性评价是了解区域生态状况的重要途径,科学评估生态脆弱性等级及变化对区域生态保护与建设,实现区域可持续发展具有重要意义。研究利用SRP模型构建新疆生态脆弱性评价指标体系,结合空间主成分分析方法构建生态脆弱性指数评价模型,分析新疆生态脆弱性时空演变特征。结果表明:(1)2000—2018年,新疆生态敏感性整体为中度敏感,呈现东南高西北低,主要受景观破碎度和土壤侵蚀程度影响;生态恢复力受植被覆盖度影响较大,整体呈西北高、东南低,变化幅度小,恢复力较弱;生态压力大致呈南、北部的山区和中部绿洲区、山区高、东南低,主要影响因子是人均GDP、农业依赖度和人口密度。(2)2000—2018年新疆生态脆弱性整体处于中度脆弱到重度脆弱。南、北部植被覆盖度低的地区生态脆弱等级较高,中部高海拔林草丰富地区生态脆弱性等级相对较低;2000—2018年新疆生态脆弱性综合指数呈现先增长后降低趋势。(3)生态脆弱性主要驱动力方面,人为活动因子的农业依赖度、人口密度、土地垦殖率,自然环境因子的生境质量指数、景观破碎度、景观恢复力指数和年均降水量7个指标是新疆2000—2018年生态脆弱性变化的主要单因子;生境质量指数、景观恢复力指数、景观破碎度指数、植被覆盖率的变化与区域人类活动的相互作用是促使新疆生态脆弱性的主要驱动力。     

基于景观格局的新疆生态脆弱性综合评价研究

以新疆土地资源为研究对象,选取分维倒数、破碎度两个景观格局指数以及沙漠化敏感性、盐渍化敏感性和土壤侵蚀敏感性3个生态系统敏感性指数构建景观类型脆弱度和区域生态脆弱度模型,利用连续覆盖全区的格网进行空间系统采样,生成生态脆弱度空间分布图,从景观格局与生态系统敏感性相结合并利用GIS技术对新疆的生态环境进行综合定量的分析和评价.结果表明:(1) 未利用地和农用地的景观脆弱度指数较高,草地、林地其次,建设用地和水域最小;(2) 相关分析显示,破碎度、盐渍化敏感性、沙漠化敏感性和土壤侵蚀敏感性与景观类型脆弱性间存在着显著的正相关关系,能较好反映区域生态环境问题; (3) 区域生态脆弱度的空间格局与研究区实际吻合良好,表现为水平方向上环两大盆地分布,离沙漠腹地距离越近脆弱度越高;垂直方向上生态脆弱度具有随海拔增高坡度变大而增大的趋势; (4) 结合研究区实际可知,气候、地形地貌、土壤结构、水资源等自然因素为新疆的生态环境提供背景基础,而人类活动则是重要的调控因素.     

奈曼旗生态脆弱性及空间分异特征

在遥感技术与GIS技术支持下,以内蒙古自治区奈曼旗近25 a来的土地利用变化为例,根据其景观结构及土地利用结构特征,构造综合性生态脆弱性指数;利用空间分析方法对生态脆弱性指数进行空间化,对生态脆弱性指数进行空间插值和半变异函数分析,绘制奈曼旗不同时期生态脆弱性分布图,分析解释奈曼旗生态脆弱性分布特征及变化机理。结果表明,1976~2000年间,奈曼旗处于较高的生态脆弱性状态,平均脆弱性指数由1976年的0.7445增加至2000年的0.7803,奈曼旗南部及西北部区域较低,大沁他拉镇至六号农场之间111国道及教来河两侧生态脆弱性较高。不同农业生产类型区的平均脆弱性顺序为半农半牧区>牧区>农区,农区的脆弱性相对稳定,半农半牧区的生态脆弱性变化较大,半农半牧区的中度脆弱区比例降低,而重度脆弱区的比例明显升高。要根据不同的土地利用覆被特点及农业生产类型制定不同的生态措施。     

陕西省景观生态脆弱性时空演变及其影响因素

以陕西省为研究区,基于景观格局和景观功能2个方面构建景观生态脆弱性模型,分析省域及内部自然单元分区2个层面景观生态脆弱性时空演变,并运用地理探测器方法探究景观生态脆弱性多尺度驱动机制。结果表明:①2000-2015年陕西省景观格局脆弱性指数分别是0.477 3和0.409 7,降低了6.76%,在空间上高值区分布于北部及中部,低值区分布于中部两侧;景观功能脆弱性指数分别是0.492 6和0.417 4,降低了7.52%,高值区集中于北部和中部,低值区呈零星分布的空间布局。②研究期间陕西省景观生态脆弱性指数分别为0.427 5和0.369 7,减少了5.78%,呈现出南北方向高低交错的空间布局,且内部分区之间有明显分区过渡表现。其中,黄土高原区脆弱性降低8.55%;关中盆地区脆弱性降低3.81%;秦巴山地区脆弱性降低1.20%。③全省及内部分区生态脆弱性的影响因素因地理尺度的差异而不同,自然环境因素对脆弱性变化起重要作用,而社会经济因素呈不断增强态势。本文提出的景观生态脆弱性评价方法可为生态脆弱性评估提供方法参考。     

草原文化遗址区景观格局变化及其生态风险评估——以元上都为例

以元上都草原文化遗址区为研究对象,运用1990、2000、2010年TM影像数据,RS与GIS技术及景观格局分析软件,在对研究区景观结构与景观格局时空变化及其对区域生态环境的影响进行分析的基础上,借助景观干扰指数及景观脆弱度指数,构建生态风险指数开展其生态风险动态评估。结果表明:近20年来,元上都遗址区的景观结构变化较大,其中草地、湿地与沼泽面积均在减少,而耕地、林地、居民点与工矿用地、沙地面积增幅明显;草地景观的优势度降低,景观格局向破碎化、复杂化、多样化与异质化发展。生境质量下降、边缘效应增加、草地生态系统抗干扰能力降低、沙地面积扩张是元上都遗址区生态环境致损受危的风险源;因景观稳定性逐渐降低使其面临的生态风险有加大趋势。     

干旱区高山湿地生态风险时空变化——以巴音布鲁克自然遗产地为例

以2000年和2010年巴音布鲁克自然遗产地TM遥感影像、巴音布鲁克气象站2000-2007年降水、气温数据,建立生态风险指数,比较分析2000年和2010年生态风险区的时空演变特征,定量分析生态风险区变化的距离及方向.结果表明:①2000-2010年,研究区高覆盖度草地面积变化幅度最大,减少了39.63％,平原旱地、河沼、高覆盖度草地的分离度增大,中覆盖度草地抗扰度增加;②研究区平均生态风险值随时间变化逐渐降低,约4成面积的生态风险略有上升;③高生态风险区由单中心集聚向多中心分散变化,面积变化由差异化向一致性转化;各生态风险区重心变化强烈,由东北方向向西南方向转移,方向角度变化最大的为高生态风险区;④气候变化和人为活动影响研究区的生态风险变化,气候变化导致局地景观格局和物种生境发生变化;人类活动影响景观格局的分布,并在短时期内影响动植物的生境以及景观格局.     

基于集对分析的宁夏限制开发生态区经济脆弱性评价

运用集对分析模型(SPA),以2010-2011年数据为基础,构建由敏感性和应对能力组成的指标体系,研究宁夏限制开发生态区8个县(区)的经济脆弱性的空间分异。此外,引入障碍度模型对研究区经济发展的制约因素进行评价并提出了相应的建议和发展措施。研究表明:按经济脆弱性程度可将研究区划分为四类地区:高脆弱区(泾源县)、较高脆弱区(海原县、红寺堡区、西吉县)、中脆弱区(隆德县、彭阳县)以及低脆弱区(同心县、盐池县)。整体上看,财政收入偏低、第三产业发展缓慢、城镇化率较低、人均粮食产量较少等普遍制约着研究区经济的发展。     

开垦60年东北三江平原典型产粮区生态脆弱性时空格局演变分析——以859农场为例

地处东北黑龙江省的三江平原是我国重要的产粮区,上世纪50年代以来经历了高强度的湿地开垦,改变了原有的景观格局和生态系统结构,使得生态脆弱性问题成为制约该区可持续发展及粮食生产安全的重要因素。文中以该区开垦程度较大的859农场为例,利用开垦60年(1950s~2013a)来8个时期的遥感影像解译的土地利用结果,从景观格局角度选取生态压力指标与结合土壤侵蚀敏感性指标构建生态脆弱性评价模型,对研究区生态脆弱性时空动态变化进行定量分析,分析其生态脆弱性时空变化规律。结果表明:1)开垦60年,景观格局发生巨大变化,草地、林地2种景观类型景观生态脆弱性变化明显。2)开垦60年,农场生态脆弱性显著增加。初期上升明显,自1980s后变化趋缓,新世纪以来,随着垦荒强度以及各种生态保护政策与农田管理措施的变化,农场生态脆弱性也随之出现了剧烈波动,总体有向好的趋势。3)研究区生态脆弱性变化方向与开垦方向相同,开垦30年后生态脆弱性较高区域呈现出增加的趋势,主要分布于位于林地-耕地-草地交界区域。研究结果说明:人类活动是影响东北典型产粮区生态脆弱性的关键因素。过度开垦对区域生态脆弱性有负面影响,而退耕退湿等政策能缓和区域生态脆弱性状况,保障区域可持续发展。     

基于VSD的近20 a来浑善达克沙地生态脆弱性变化研究

如何协调区域社会经济和人口、资源环境发展,已成为生态环境建设面临的紧迫任务,识别特定地区的脆弱性则是实现有效生态系统管理的前提。以京津风沙源——浑善达克沙地为研究区,采用"暴露-敏感-适应"(VSD)模型建立评价指标体系,结合Moran’s I指数与主成分分析,对2000—2019年该沙地生态脆弱性进行评价和驱动机制分析。结果表明:浑善达克沙地生态脆弱性20 a间呈现增加的趋势;其生态脆弱性空间上呈集聚现象,表现为西部高-高聚集、东部低-低聚集的分布格局,且具有明显的空间相关性;生态脆弱性的时空分布的异质性是由不同程度的人类活动与气候因素的叠加效应造成的。该研究为浑善达克沙地的生态建设和生态恢复提供理论依据,并提出因地制宜的治理建议和措施。     

干旱地区生态移民土地利用变化生态风险 ——以宁夏红寺堡区为例

以全国最大的移民安置中心——红寺堡区为研究对象，基于1995、2000、2005、2010年和2015年五期遥感数据，采用RS和GIS技术，选取土地利用程度、耕地垦殖指数、景观多样性指数和景观破碎度等指数构建生态风险指数模型，并运用生态风险模型和空间分析方法对红寺堡区1995—2015年的土地利用变化及其生态风险的时空分布特征进行分析。结果显示：研究时段内草地面积下降明显，共减少29 494 hm²，耕地、林地、水域和建设用地面积呈上升趋势，其中建设用地面积增幅最大，而未利用地面积虽波动明显，但研究时段始末变化不大；1995—2015年研究区生态风险不断下降，生态风险指数由1995年0.3972下降至2015年的0.3235；红寺堡生态移民安置区各乡镇生态风险空间分布变化较大，不同类型区间均有转换，且不具有规律性，1995—2005年间以最高风险区和较高风险区为主，2005—2015年间以中等风险区和较低风险区为主。通过地理探测器对影响红寺堡生态移民安置区生态风险因子进行探测发现，林地、草地和植被覆盖度等指标因子对安置区生态风险具有较大影响，因此在通过扬黄灌溉工程和基本农田建设，增强农田生产能力，保障生态移民安置区经济发展和生态安全的同时，应注重安置区生态用地面积的增加与建设，以此来增加安置区植被覆盖度和降低其生态风险程度；生态保护、摆脱贫困和经济发展是生态移民的主要方向，因此红寺堡安置区在发展过程中在追求经济实力提升的同时，也要注重生态安全的保障，将生态安全放在全区发展的重要位置。     

基于退耕还草背景的科尔沁沙地土地利用景观格局分析

以2000、2005年的土地利用矢量数据为基础数据,选用生态意义较明确的景观特征指数,从区域和旗县2个尺度,定量分析了科尔沁沙地实施退耕还草工程5年间土地利用景观格局的变化态势,并揭示了土地利用景观格局变化对区域生态环境的影响。结果表明:⑴退耕还草5年间,科尔沁沙地的水田、旱地、有林地、灌木林地、疏林地和高覆盖度草地景观的面积及空间分布的连续性趋于增大,而沙地、盐碱地、水域及沼泽湿地景观的面积及空间分布的连续性趋于减小;各旗县景观斑块类型的变化趋势不尽相同。⑵退耕还草5年间,科尔沁沙地的景观多样性降低0.97%,景观优势度增大3.08%,景观破碎化程度降低2.00%,整体景观组成趋于简单;各旗县景观结构的变化趋势不尽相同。⑶退耕还草5年间,科尔沁沙地旱地面积变化率与生态环境指数变化率间呈显著负相关(P=0.008,r=0.674,n=14),而高覆盖度草地面积变化率与生态环境指数变化率间呈显著正相关(P<0.001,r=0.876,n=14),表明科尔沁沙地实施退耕还草工程期间,风蚀严重的旱地的退耕和高质量草地的建植是提高区域生态环境质量的关键。     

新疆和田河流域土地利用及其生态服务价值变化

土地利用结构决定土地生态系统服务价值,生态服务价值也反映了土地利用结构的生态优劣.基于遥感和GIS技术及数理统计学方法,利用1990年、1999年、2002年和2005年遥感影像解译得到的4期土地利用数据,对和田河流域1990-2005年土地利用变化进行定量分析,估算出研究区15年间的生态服务价值变化量.结果表明:①耕地、林地和城乡建设用地面积增加,草地、水域和未利用地面积减少;研究区土地利用处于发展时期,土地利用综合程度日益提高;优势度没有发生明显的变化,未利用地一直最高.②土地生态系统服务价值量有所增加,土地利用总体生态效应趋良.但环境也存在着局部恶化,主要表现在上游山地生态系统冰川退缩、天然植被退化;中游绿洲生态系统耕地扩张迅速,土壤盐渍化,人工渠、水库增加显著;下游荒漠生态系统植被退化,水资源严重不足,土地沙漠化.     

Spatial-temporal variations of ecological vulnerability in the Tarim River Basin,Northwest China

As the largest inland river basin of China, the Tarim River Basin (TRB), known for its various natural resources and fragile environment, has an increased risk of ecological crisis due to the intensive exploitation and utilization of water and land resources. Since the Ecological Water Diversion Project (EWDP), which was implemented in 2001 to save endangered desert vegetation, there has been growing evidence of ecological improvement in local regions, but few studies have performed a comprehensive ecological vulnerability assessment of the whole TRB. This study established an evaluation framework integrating the analytic hierarchy process (AHP) and entropy method to estimate the ecological vulnerability of the TRB covering climatic, ecological, and socioeconomic indicators during 2000-2017. Based on the geographical detector model, the importance of ten driving factors on the spatial-temporal variations of ecological vulnerability was explored. The results showed that the ecosystem of the TRB was fragile, with more than half of the area (57.27%) dominated by very heavy and heavy grades of ecological vulnerability, and 28.40% of the area had potential and light grades of ecological vulnerability. The light grade of ecological vulnerability was distributed in the northern regions (Aksu River and Weigan River catchments) and western regions (Kashgar River and Yarkant River catchments), while the heavy grade was located in the southern regions (Kunlun Mountains and Qarqan River catchments) and the Mainstream catchment. The ecosystems in the western and northern regions were less vulnerable than those in the southern and eastern regions. From 2000 to 2017, the overall improvement in ecological vulnerability in the whole TRB showed that the areas with great ecological improvement increased by 46.11%, while the areas with ecological degradation decreased by 9.64%. The vegetation cover and potential evapotranspiration (PET) were the obvious driving factors, explaining 57.56% and 21.55% of the changes in ecological vulnerability across the TRB, respectively. In terms of ecological vulnerability grade changes, obvious spatial differences were observed in the upper, middle, and lower reaches of the TRB due to the different vegetation and hydrothermal conditions. The alpine source region of the TRB showed obvious ecological improvement due to increased precipitation and temperature, but the alpine meadow of the Kaidu River catchment in the Middle Tianshan Mountains experienced degradation associated with overgrazing and local drought. The improved agricultural management technologies had positive effects on farmland ecological improvement, while the desert vegetation in oasis-desert ecotones showed a decreasing trend as a result of cropland reclamation and intensive drought. The desert riparian vegetation in the lower reaches of the Tarim River was greatly improved due to the implementation of the EWDP, which has been active for tens of years. These results provide comprehensive knowledge about ecological processes and mechanisms in the whole TRB and help to develop environmental restoration measures based on different ecological vulnerability grades in each sub-catchment.     

塔里木河干流景观格局梯度分析

基于GIS 技术,以塔里木河干流为研究对象,通过缓冲区取样分析了流域整体景观格局及其空间分异特征;针对流域本身自然地理梯度特点,分别在流域5个河段沿横向梯度设置了35个缓冲带,并利用Fragstas 软件分别在景观水平和类型水平上选取景观指数,进行景观格局梯度分析与比较。结果表明: ① 研究区其他类型土地利用占总面积的54.88%,为整个流域景观的背景,植被占35.1%。低覆盖草地占植被面积最大、空间上呈连片的趋势,高覆盖草地空间分布较集中,林地斑块较小,被其他景观分离,空间结构破碎化较严重,耕地斑块数目最多,从上游至下游景观多样性降低,景观异质性减小。② 土地利用空间格局异质性特征比较明显,呈现出“上游-中游-下游”地域梯度和河道两侧缓冲带梯度格局,河流对景观格局的空间分布有明显影响,由不同宽度缓冲带的景观格局指数分析,塔里木河的宽度效应在河段1、2、3、4分别为8.6～10 km、6.6～8.1 km、4.8～4.9 km、1.4～5 km,各指数随缓冲带宽度的变化趋势反映出河流效应的强弱。③ 在类型水平上各景观指数反映不同景观类型对河流效应的敏感程度,有林地主要分布在1～5 km,疏林地为1～10 km,高覆盖草地为1～9 km,低覆盖草地为1～12 km。以河道为中心建立的辐射缓冲带的景观格局分析方法,很好地揭示了河流廊道-绿洲-荒漠过渡地区景观梯度动态和生态效应幅度,有利于制定更有效的发展政策,为受损生态系统的生态修复提供了有力依据。     

玛河灌区膜下滴灌棉田表层土壤盐分空间变异性

应用区域采样点数据,结合地统计学与空间简单克里金插值等分析方法,分析了玛纳斯河流域中游平原灌区膜下滴灌棉田表层土壤盐分的空间变异性。结果表明:棉花采收后表层土壤含盐量变异系数为35.617%,表现为中等强度变异性,服从正态分布;具有强二阶趋势效应,灌区中部趋势影响力变化剧烈;块金系数小于25%,具有很强的空间相关性,其变异主要受空间结构性因素的影响;沿等高线方向表现为各向异性,垂直等高线方向表现为各向同性;棉花采收后表层土壤含盐量具有明显的连续变化,灌区内不存在盐土、重度盐化土和中度盐化土,轻度盐化土在整个灌区占主导地位并广泛分布于各子灌区,非盐化土主要分布在南部山前地区和东北局部地区。     

基于景观结构和3S技术的干旱区绿洲生态风险分析——以高台县为例

以干旱区绿洲的典型区域-张掖市高台县为研究对象,基于景观结构中的景观干扰度指数和景观脆弱度指数构建区域生态风险指数,并利用空间分析方法对生态风险指数进行变量空间化。通过对生态风险指数采样结果进行半变异函数分析和空间插值,绘制了研究区域2000和2010年生态风险分布图,并对区域生态风险结构分布变化和空间分布变化进行分析。结果表明:生态风险强度为0.1-0.3的区域主要分布在水域、建设用地与耕地集中的人工绿洲区;生态风险强度为0.3-0.4的区域主要分布在人工绿洲外围的过渡带;以盐碱地、戈壁及沙地景观为主的各种荒漠景观类型所在区域的生态风险强度在0.4-0.65之间。     

基于GIS和景观生态学的西部地区城镇建设用地扩展研究——以宝鸡市中心城区为例

近些年,城镇建设用地的大规模扩张对区域土地资源承载力形成了巨大压力,并导致了大量土地资源的闲置浪费。为了实现土地资源的集约化利用,文中结合GIS和景观生态学的研究方法对宝鸡市1988～2005年中心城区城镇建设用地扩展类型进行定量识别。结果表明:1)近些年,宝鸡市中心城区城镇建设用地扩展经历了缓慢扩展期(1988～2000年)和高速扩展期(2000～2005年)两个阶段;2)在斑块类型水平上,城镇建设用地表现出较好的连通性,并且呈增强趋势;3)外延式扩展是研究期内城镇建设用地扩展的主要类型,扩展比重为外延式>填充式>跳跃式。通过研究为城市空间规划提供了详细而准确的数据,为寻求优良扩张模式奠定了一定的基础。     

关于严格限制西北干旱区荒地开垦的若干对策与建议

中国西北干旱区最大的特点就是高山-绿洲-荒漠组成的复杂而完整的山盆地域生态系统。盆地内降水极少,地表不产生径流,主要依赖出山口径流量来维护脆弱的荒漠生态平衡和经济社会的可持续发展。在历史上,特别是近60余年来,上中游绿洲区大面积开垦和发展灌溉,使有限的水资源越来越集中地消耗在中上游,导致下游地区日趋缺水和荒漠化,彻底改变了干旱区原有的水资源格局和生态演化趋势。应用确切的数据,比较了耕地适宜规模与实际耕地面积,突出了干旱区过度开垦的问题,表明这是干旱区生态问题的总根源。在此基础上,提出5条防治荒漠化的对策：① 建议国务院制定相关条例,禁止干旱区荒地开垦,并对已经过度开垦的荒地实行“退耕（牧）还草（荒）”工程;② 制定并严格实施科学合理的内陆河分水方案,兼顾上中下游地区,确保西北干旱区水土资源的有效配置与利用;③ 调整绿洲农业结构,发展高效区域特色产业;④ 生态需水需要逐步得到保障;⑤ 强化立法管理,保障西北干旱区生态建设与可持续发展。