中田河流域景观异质性对水体总氮浓度影响研究

土地利用变化使输移至河流的营养盐负荷发生变化从而导致地表水水质变化.研究景观异质性对营养负荷的影响程度对改善水质的最佳管理措施至关重要.本研究从2013年1~12月,对中田河流域干支流水系20个监测点的地表水总氮浓度进行了周年定点监测,考虑到流域单元的嵌套关系,选择7个土地利用结构和13个景观格局指数,探讨了景观异质性对中田河流域水体总氮浓度的影响.研究表明:1建设用地和草地对总氮浓度有重大影响,表现为建设用地会恶化水质,而草地可以改善水质;2景观斑块-形状指数、景观斑块-面积指数和建设用地是景观尺度上影响流域总氮浓度的主要因素;3回归分析进一步显示建设用地和景观斑块-面积指数对总氮浓度的贡献分别是67.31%和32.69%.     

玛河流域耕地景观动态变化及驱动机制分析

玛河流域是近几十年土地利用变化剧烈的灌区之一,同时也是干旱生态敏感脆弱区。从景观生态学的角度结合RS和GIS技术探讨了玛河流域耕地宏观动态变化过程与景观格局的关系,并采用主成分回归分析法对耕地变化的驱动力因子进行了通径分析、相关系数矩阵分析、偏相关分析。结果表明:近20 a玛河流域耕地景观的斑块密度和斑块数量总趋势在降低,斑块面积占景观面积的比例有上升的趋势,其破碎度逐渐降低。耕地斑块形状复杂且形状复杂度还在增加。1990-2010年,玛河流域整体景观格局处于平衡状态,且从空间和面积的角度,耕地景观都位于研究区域的核心地位,其中部耕地面积呈现迅速的扩张状态且呈现阶段化特征,耕地、林地和草地,三者之间存在转入、转出现象较为显著。多元分析显示农林牧渔总产值对耕地变化的驱动作用最大,GDP次之,固定资产投资总额较小。耕地景观面积总体是在增加,但其利用效率低。随着玛纳斯河流域的经济发展,耕地景观破碎化及形状分离度现象可能较为严重,造成耕地集约节约低下。     

近30年鸭绿江口滨海湿地景观格局演变及其社会驱动力研究

为揭示鸭绿江口滨海湿地景观格局动态,支撑滨海湿地资源保护利用与科学规划,本文以1990、2000、2010和2019年遥感影像为数据源,利用景观格局指数和多元回归分析,对鸭绿江口滨海湿地景观格局变化及其社会驱动力进行分析。结果表明:近30年来芦苇湿地和林地显著萎缩,动态度分别为?1.00%和?1.22%,而水库坑塘、养殖场和建设用地面积大幅增加,动态度分别为5.95%、0.83%和5.29%;与1990年相比,2019年水稻田、养殖场、水库坑塘等人工湿地和建设用地斑块数量和密度增大,芦苇湿地斑块面积和密度、破碎化指数及平均分形维数减小;根据景观多样性指数、均匀度指数等整体景观格局指数,湿地景观动态变化可以以1995年和2010年为节点分为3个阶段,景观多样性指数和均匀度指数的降低以及最大斑块面积指数和蔓延度指数的升高反映了人类活动对景观格局的深刻影响;国民生产总值和水产养殖产量等社会经济指标的提升是景观变化、天然湿地面积减少及景观斑块趋于规则化的主要关联因子。     

近30年来鄱阳湖环湖区土地利用与景观格局变化研究

以1988—2018年7期Landsat遥感卫星影像为数据源,采用土地利用转移矩阵、景观格局指数等方法探究了鄱阳湖环湖区近30年来土地利用与景观格局变化特征.结果表明：①近30年来鄱阳湖环湖区建设用地和林地面积显著增加,耕地、草地、水域和未利用地面积减少.②建设用地的转入类型以耕地为主,30年间共侵占耕地面积1243.66 km²,占建设用地面积增加量的71.19%.林地的转入类型主要为耕地和草地,其中,耕地转入占比56.95%.耕地的转出类型以建设用地、草地和林地为主,且1999年以后随着城镇化的发展耕地主要转向建设用地.③近30年来鄱阳湖环湖区景观总体破碎程度逐渐增大,景观斑块个数共增加63492个,增幅为11.68%.景观连通性降低,各类型土地呈均衡化趋势 分布,景观异质性增加.研究结果可为推动鄱阳湖环湖区土地资源保护、生态环境保护和经济协同发展提供参考依据.     

景观格局对河流水质影响的尺度效应Meta分析

景观格局决定了陆域污染物的源汇过程,是影响河流水质状况的关键因素.由于尺度效应,不同尺度下景观格局与河流水质关系的研究结果不尽相同.然而,景观格局对河流水质影响的尺度效应问题尚缺乏系统研究.收集了国内外4 041条研究数据,采用Meta分析法定量分析了不同尺度下景观格局对河流水质的作用特征,识别了影响河流水质的关键时间和空间尺度以及景观指数.结果表明,相对于降水事件、平水期和年际尺度,丰水期下景观格局对河流水质的影响最大;相对于流域尺度,缓冲区尺度的景观格局对河流水质的影响更大;丰水期-缓冲区尺度是景观格局影响河流水质的关键时空耦合尺度.与耕地、水域、草地以及流域整体景观相比,林地和城镇用地的景观格局对河流水质的影响更大;破碎度是影响河流水质最重要的景观格局因子.在河流水质治理中,应重点考虑缓冲区的景观配置,增加缓冲区林地面积、减少林地和水域的斑块密度和减少城镇用地的面积占比和聚集度,以有效保护河流水质.     

基于LUCC的露天矿区景观格局研究一以黑岱沟露天煤矿为例

露天矿区开发活动主要是在景观层次上进行,其直接导致土地利用／覆被变化（LandUse／Cover Change,LUCC）。本文以黑岱沟大型露天煤矿1987年、1990年、2000年及2010年4期遥感影像的土地利用数据为基础,基于GIS空间分析功能,以破碎度、分离度和优势度景观格局指数和景观类型脆弱度为指标,分析景观格局现状。研究显示：开发初期,耕地和草地虽有所减少,但所占面积保持在80％以上;生态恢复开始后,土地类型向林地和草地转移的面积逐渐增多。景观水平上分析显示,景观上破碎化程度加大,煤矿建设用地斑块面积逐年增大。从景观指数看,耕地、草地、未利用地的破碎度、分离度指数变化呈上升或不稳定状态,建设用地的破碎度和分离度指数有所减小;优势景观类型有所改变,建设用地对于区域景观的控制作用逐渐加强。     

入太湖河流武进港的区域景观格局与河流水质相关性分析

以武进港区域为例,通过遥感解译得到土地利用分类数据,以区域7个水质监测断面为中心生成缓冲区,并借助FRAGSTATS软件计算各用地类型面积比例以及斑块数量(NP)、面积加权斑块分型指数(FRAC_AM)、香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)、蔓延度指数(CONTAG)等5个景观格局指数,从组成属性和空间属性两方面表征景观格局,进而分析景观格局与河流水质的相关关系.结果表明,区域景观格局与河流水质有显著相关关系:建设用地的面积比例与污染指标呈显著正相关,表明建设用地为区域污染物产生和输出的主要用地类型,也是影响河流水质的关键因素;而耕地的面积比例与污染指标呈显著负相关;各景观指数与水质均存在关联,特别是SHDI和SHEI与污染指标体现了明显的负相关,CONTAG与污染指标体现出明显的正相关.     

3S技术支持下的泸沽湖流域景观格局变化研究

采用1974、1993及2011年的3期经过校正处理的TM卫星影像为数据源,通过监督分类与人工目视纠错的方法获取3期土地利用数据,运用Fragstats软件分析泸沽湖流域内40a的景观格局变化特征。结果表明:1建筑用地景观面积不断增加,增加的面积主要靠农地、林地、草地的转入;农地景观面积净减少0.9km~2;水体面积相对稳定;林地与草地发生了约30km~2的相互转化。2建筑用地、林地、农地的斑块形状指数增加,说明斑块形状越来越复杂。3景观中的优势度减少,各拼块类型在流域景观中呈不均衡化趋势分布的特征。     

三峡建坝前后洞庭湖区湿地景观格局变化

根据洞庭湖区1987—2008 年的6 期遥感影像数据资料,利用景观格局指数及转移矩阵模型等方法重点分析了三峡工程建坝前后洞庭湖区湿地景观格局的变化特征,以及对洞庭湖区湿地演变的主要影响。结果表明：①整体景观破碎化程度增大,景观异质性减小,景观形状趋于复杂化;②水体的破碎化程度增加,斑块间的结合度降低;泥沙滩地的破碎化程度先加大后降低,最大斑块面积有所增大;苔草滩地和芦苇滩地的破碎化程度先后经历了增大→减小→增大的过程;防护林滩地的破碎化程度由减小到增大到再增大;耕地（水田、旱地）破碎化程度在逐渐增大;建设用地斑块数增加最多;林地的结构相对稳定;③三峡工程运行使洞庭湖区湿地的水沙和泥沙淤积发生变化,导致湿地呈正向演替,自然湿地面积减少。     

基于一级水生态分区辽河流域景观格局时空动态分析

以辽河流域四个一级水生态分区为研究区,基于1990、2000、2005年TM影像,应用GIS技术,采用转移矩阵和景观指数方法,对辽河流域1990～2000年和2000～2005年期间土地利用和景观格局的变化进行了综合分析。结果表明:1990～2000年间水生态Ⅰ区耕地减少显著,减少的耕地主要转变为林地,而2000～2005年间草地面积大幅度减少,减少的草地主要转变为耕地;1990～2000年间水生态Ⅱ区耕地面积大幅度减少,耕地主要转变为草地和林地,2000～2005期间耕地大幅度增加,主要来源于草地;1990到2000年间水生态Ⅲ区耕地面积大幅减少,耕地主要转变为林地,2000～2005年大量林地转变为耕地和建设用地;水生态Ⅳ区包括浑河和太子河流域,其中浑河流域在1990～2000年时期景观格局的变化类型主要是由耕地转变为林地和建设用地,太子河流域耕地主要转变为林地。2000～2005年时期浑太河流域景观格局变化类型主要由减少的林地流向耕地。景观指数分析得到辽河流域景观变化的总体趋势是:形状更加复杂,异质性增加,破碎化程度加剧,尤其以建设用地的破碎度最高,并且有逐年增加的趋势。Ⅰ区和Ⅱ区景观连通性和聚合度在1990～2005年时期呈上升趋势,而在Ⅲ区和Ⅳ区在2000年景观结合度和连通度最低。研究时间内Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ区景观多样性和均匀性指数在前期变化不显著,后期显著上升,Ⅲ区多样性和均匀度最高时期是2000年,1990年和2005年差别不显著。     

干旱区县域景观格局变化轨迹识别——以宁夏盐池县为例

细致的景观格局时空刻画可以为格局与过程耦合机制分析奠定坚实的数据基础。以半干旱区县域景观格局变化轨迹识别为目标,基于Landsat影像构建了宁夏盐池县1988-2017年景观格局序列,识别景观组分、构型的演化轨迹。研究表明：（1）盐池县研究时段内植被整体增加,显著增加的景观占比为33.53%;裸土整体减少,显著减少的景观占比为35.78%。（2）四项景观构型指数显示,近年来盐池县景观斑块的边缘复杂程度有所加强,除植被的集聚程度不断增加外,其他景观类型的集聚程度相对稳定。（3）盐池县35.08%的像元发生变化,其中变化1次和2次的像元分别占比54.63%和28.60%,首末变化年份间隔为三年的像元占比12.39%。基于连续年份的半干旱区景观变化轨迹判定,可为生态恢复长期监测提供有力的方法支持。     

Effect of land use and land cover change on soil erosion and the spatio-temporal variation in Liupan Mountain Region, southern Ningxia, China

The Liupan Mountains are located in the southern Ningxia Hui Autonomous Region of China, that forms an important divide between landforms and biogeographic regions. The populated part of the Liupan Mountain Region has suffered tremendous ecological damage over time due to population pressure, excessive demand and inappropriate use of agricultural land resources. To present the relationship between land use/cover change and spatio-temporal variation of soil erosion, data sets of land use between the late 1980s and 2000 were obtained from Landsat Thematic Mapper (TM) imagery, and spatial models were used to characterize landscape and soil erosion conditions. Also, soil erosion in response to land use and land cover change were quantified and analyzed using data from geographical information systems and remote sensing. Soil erosion by water was the dominant mode of soil loss, while soil erosion by wind was only present on a relatively small area. The degree of soil erosion was classified into five severity classes: slight, light, moderate, severe, and very severe. Soil erosion in the Liupan Mountain Region increased between the late 1980s and 2000, both in terms of acreage and severity. Moderate, severe, and very severe eroded areas accounted for 54.86% of the total land area. The lightly eroded area decreased, while the moderately eroded area increased by 368817 ha (22%) followed by severe erosion with 146552 ha (8.8%), and very severe erosion by 97067.6 ha (5.8%). Soil loss on sloping cropland increased with slope gradients. About 90% of the cropland was located on slopes less than 15°. Most of the increase in soil erosion on cropland was due to conversion of steep slopes to cropland and degradation of grassland and increased activities. Soil erosion was severe on grassland with a moderate or low grass cover and on dry land. Human activities, cultivation on steep slopes, and overgrazing of pastures were the main reasons for the increase in erosion severity.     

基于格局-过程理论的非点源污染实证研究:以黄土丘陵沟壑区水土流失为例

非点源污染是影响地表环境的主要污染方式之一.针对黄土高原丘陵沟壑区水土流失这一典型的非点源污染问题,应用非点源污染的空间识别方法———景观空间负荷对比指数和景观坡度指数,对黄土高原泾河流域12个子流域进行了实证研究.结果表明,耕地、低覆盖度草地和各种林地的景观坡度指数和景观空间负荷对比指数对流域土壤侵蚀模数有显著的响应关系,对径流深度存在着一定的响应关系,而对径流变异系数和侵蚀变异系数没有明显的响应.说明景观空间负荷对比指数和景观坡度指数对流域水土流失具有一定的指示作用,可作为水土流失等非点源污染空间风险评价的1个有用方法.     

Modelling interactions and feedback mechanisms between land use change and landscape processes

Land use changes and landscape processes are interrelated and influenced by multiple bio-physical and socio-economic driving factors, resulting in a complex, multi-scale system. Consequently in landscapes with active landscape processes such as erosion, land use changes should not be analysed in isolation without accounting for both on-site and off-site effects on landscape processes. To investigate the interactions between land use, land use change and landscape processes, a case study for the Álora region in southern Spain is carried out, coupling a land use change model (CLUE) and a landscape process model simulating water and tillage erosion and sedimentation (LAPSUS). First, both models are run independently for a baseline scenario of land use change. Secondly, different feedbacks are added to the coupled model framework as ‘interaction scenarios’. Firstly effects of land use change on landscape processes are introduced by means of a ‘changed erodibility feedback’. Secondly effects of landscape processes on land use are introduced stepwise: (i) an ‘observed erosion feedback’ where reallocation of land use results from farmers’ perception of erosion features, and (ii) a ‘reduced productivity feedback’ whereby changes in soil depth result in a land use relocation. Quantities and spatial patterns of both land use change and soil redistribution are compared with the baseline scenario to assess the cumulative effect of including each of the interaction mechanisms in the modelling framework.Overall, total quantities of land use change (areas) and soil redistribution do not differ much for the different interaction scenarios. However, there are important differences in the spatial patterns of both land use and soil redistribution. In addition, by incorporating the perception and bio-physical feedback mechanisms, land use types with stable or increasing acreages are increasingly relocated from their original positions, suggesting a current location on landscape positions prone to soil erosion and sedimentation. Implementing the ‘reduced productivity feedback’ causes most of these effects. Another important outcome is that on-site land use changes trigger major off-site soil redistribution dynamics. These off-site effects are attributed to down slope or downstream changes in sediment transport rates and/or discharge caused by changes in land surface characteristics.The results of this study provide insight into the interactions between different processes occurring within landscapes and the influence of feedbacks on the development of the landscape. The interaction between processes goes across various spatial and temporal scales, leading to difficulties in linked model representation and calibration and validation of the coupled modelling system.     

北京市平原区裸露地风蚀扬尘排放量

以北京市平原区为研究对象,基于美国国家航空航天局（NASA）的陆地卫星（Landsat系列）遥感资料,设计算法批量提取裸露地信息,并结合通用扬尘排放模型,计算估计北京市平原区的裸露地风蚀扬尘源中PM₁₀、PM_2.5的排放系数及年排放量,建立了北京市各区的裸露地风蚀扬尘排放清单.研究表明,1987~2016年间北京市平原区裸露地面积减小了约600km²;风蚀扬尘最严重的地区为大兴区,其次为通州区;以气候年均值为参数计算获得,2016年北京平原区裸露地由于风蚀扬尘效应产生的PM₁₀年排放量为7591.7t,这一排放量与前人研究估算的北京裸地风蚀扬尘PM₁₀排放量较为接近.在此基础上,进一步引入月和季度尺度气候参数,并对模型进行改进,探讨了逐月和季度累计的扬尘排放结果.进一步的研究表明：北京市平原区裸露地面积具有显著季节变化特征,2月裸露地面积最大,可达4500km²,8月最小为500km²;基于月气候参数和季度气候参数结合每月卫星资料反演获得的裸地面积估算,逐月累计的PM₁₀年排放量可达55175t,分季度累计PM₁₀年排放量为39294t.这说明当前常采用的裸地扬尘估算方法,由于扬尘排放模型的气候参数采用年均值,忽视了风蚀过程的季节差异,将会导致裸地风蚀扬尘的极大低估.     

闽江河口湿地自然保护区及其周边景观动态变化及预测研究

在遥感和地理信息系统的支持下,通过解译2003年和2013年两个时期的遥感影像,获取闽江河口湿地自然保护区及周边区域的土地景观类型转化数据,确定相应的转移概率矩阵,应用马尔科夫模型模拟研究区域土地景观演变情况.并选取合适的景观格局指数,对闽江河口湿地自然保护区及周边区域的景观格局变化和驱动力进行研究和分析.结果表明:2003~2023年间,随着人类活动强度的增加,闽江河口湿地自然保护区内自然斑块减少,人工斑块增多,景观趋于破碎化、复杂化.海岸线侵蚀、城市扩张、政策导向等是闽江河口湿地及周边区域景观格局变化的主要驱动因素.     

古尔班通古特沙漠1970-2000年代生物结皮覆盖变化研究

生物结皮是古尔班通古特沙漠主要的地表覆盖类型,也是维持其地表稳定的重要生物因子。论文利用20世纪70年代中期、80年代末期及21世纪初的遥感影像,通过生物结皮指数提取了古尔班通古特沙漠在相应时期内的生物结皮空间分布。在此基础上,分析了研究区近30年来生物结皮空间分布的变化特征;利用景观分析软件Fragstats计算了各个时期内结皮覆盖的景观指数熏并对其变化特征进行了分析。结果表明:由于新疆气候增湿、增暖明显,近30年来结皮发育良好。但由于油田开采、水利工程建设、牲畜放牧等人类活动的加强,结皮发育受到较为严重的干扰,区域内结皮斑块破碎化程度加大。     

定量遥感支持下的红壤丘陵区土壤侵蚀敏感性评价——以长沙市为例

定量遥感技术的发展为研究区域生态环境敏感性提供了有效的手段.针对红壤丘陵区这一典型的脆弱生态系统,在遥感和地理信息系统的支持下,建立了红壤丘陵区土壤侵蚀敏感性评价信息系统.根据RUSLE方程中的4个自然条件因子对土壤侵蚀敏感性的影响,建立红壤丘陵区土壤侵蚀敏感性定量评价指标体系,并对长沙这一典型红壤丘陵区的土壤侵蚀敏感性进行评价.通过解译Lan出at TM/ETM 影像数据获得长沙市土壤侵蚀敏感性评价的K因子、C因子分布图;利用ARCGIS数字化和空间分析得到R因子以及地形起伏度分布(LS因子).通过主成分分析法确定各评价因子的权重;最后通过加权叠加法获得长沙市土壤敏感性评价结果.研究结果表明,高度敏感以上面积2618km2,占全市面积的20.3%,中度敏感面积4404km2,占全市面积的37.2%,轻度以下敏感面积5073km2,占全市面积的42.5%,这说明长沙市土壤侵蚀敏感性较高.     

黄土高原坡耕地沟蚀土壤质量评价

黄土高原坡耕地沟蚀广泛而严重。科学评价沟蚀土壤质量是侵蚀环境下土壤保育和利用的重要基础。论文以沟间土壤为对照,分析了坡耕地沟蚀对土壤质量单因子的影响并建立了沟蚀土壤质量综合评价模型。利用加权和法对黄土高原坡耕地不同沟蚀深度下土壤质量进行综合评价。结果表明：①沟蚀对坡耕地不同土壤质量因子的影响有较大差异。沟蚀导致土壤硬化,pH值增加,而土壤团聚体和养分含量（除全磷）随着沟蚀深度增加表现出明显的层次性,近似呈＂W＂型变化规律。②沟蚀深度对土壤质量的影响可以用幂函数y=0.866 8 x-0.142（R2=0.877）较好地拟合。微度侵蚀（〈5 cm）、中度侵蚀（5～30 cm）和重度侵蚀（30～50 cm）的土壤质量指数较沟间土壤分别降低了10.6%、27.9%和36.5%。沟蚀深度5 cm和30 cm是土壤质量显著下降的两个关键点。③反映沟蚀土壤质量的指标可以归为肥力因子、质地因子和结构因子三类。土壤有机质、水稳性团聚体、土壤比表面积和容重4项指标能够很好地反映土壤质量状况,可作为坡耕地沟蚀土壤质量的表征指标。     

流域景观格局对土壤保持服务的影响

以子流域为空间单元,应用生态系统服务和交易的综合评估模型（InVEST）进行土壤保持服务评估,并借助景观指数计算软件（FRAGSTATS）表征景观格局特征,综合运用空间自相关探讨土壤保持量与景观格局指数的空间关联关系,同时从景观格局角度出发,开展土壤保持量与景观格局指数的空间回归分析.结果表明：2014年土壤保持服务较高的子流域具有景观类型组成相对单一、景观各类型间非均匀分布、存在优势斑块、景观分离度低的格局特征; 2014年甘肃白龙江14个子流域表现出土壤保持服务与景观格局显著的空间相关关系,占子流域总数量的37.84%;模型对比方面,空间滞后模型（SLM）优于非空间线性模型（OLS）,表明甘肃白龙江各子流域的土壤保持量在空间上具有实质性的空间依赖.景观类型多样性及其均匀程度是影响甘肃白龙江子流域土壤保持量的重要景观指标.