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。     

基于景观格局的草海流域生态风险评价

喀斯特高原景观生态风险变化研究,对建立生态风险预警机制、降低生态风险概率和促进喀斯特高原地区景观格局优化具有重要意义.以2009、2014和2017年的3个时期高分辨率遥感影像为景观格局分析主要数据源,构建景观生态风险评价模型,研究了草海流域景观生态风险时空变化及其空间模式.结果表明,2009—2017年间,研究区景观结构变化较大,耕地和灌草地景观类型面积均呈减少趋势,林地、沼泽地、建设用地和水域景观类型面积呈增加趋势.2009—2017年间,高和较高生态风险主要分布在流域北部、东北部,中生态风险主要分布在流域东部、西南部,较低生态风险主要分布在流域南部-西部-西北部段,低生态风险主要集中在湖泊及其周围.2009—2017年间,研究区生态风险以低和较低生态风险为主,占流域面积的72.38%以上;2009—2014年间,高生态风险、较高生态风险和中生态风险的面积呈不同程度增加;2014—2017年间,高生态风险、较高生态风险和中生态风险的面积明显减少.2009—2017年期间,研究区景观生态风险存在显著空间正相关,"高-高"和"低-低"聚集是主要的生态风险集聚模式,"低-高"或"高-低"零散分布.     

多维地形因子作用下的西南山地丘陵过渡带景观格局研究:以涪江流域中上游为例

山地丘陵过渡带地形独特,地形因子分析不仅可以对复杂地理单元的景观格局做出合理解释,而且能进一步了解景观格局分布规律,为优化空间配置奠定基础。以2017年Google Earth影像、DEM和全球30 m地表覆盖数据为数据源,运用GIS技术、分布指数、景观格局指数和移动窗口法等方法,分析了涪江流域中上游地区景观类型随高程、坡度、起伏度和坡向的空间分布特征,利用Pearson相关性分析探究不同地形因子对景观格局变化的影响程度。结果表明:(1)随着高程、坡度和起伏度的增加,景观类型由人为主导的耕地、建设用地过渡为以自然为主导的林地、草地;从阳坡到阴坡,建设用地分布由优势到劣势下降最为明显。(2)流域景观类型最为丰富的地貌为冲积平原,主要分布于海拔500～650 m、坡度0～5°和起伏度10～30 m的区域;高海拔、坡度和起伏度地区的景观格局单一化趋势明显,破碎化程度较轻。(3)山地区的多样化景观主要分布在涪江沿岸,丘陵区涪江沿岸景观呈现单一化趋势,冲积平原区景观由外向内呈现出相对单一化—多样化—相对单一化的趋势,城乡结合部景观最为丰富。(4)不同地形因子对景观格局的影响程度为高程坡度起伏度坡向,高程、坡度、起伏度与景观格局有较强的相关性,而坡向则表现为弱相关性。     

洞庭湖区景观生态风险评价及其时空演化

洞庭湖是长江流域重要的调蓄湖泊,该区生态系统服务极为重要,也是中国重要的农产品提供区域。科学评估洞庭湖区景观生态风险,揭示其时空演化特征,对探究其生态格局形成过程与机理,降低生态风险胁迫具有重要意义。利用1990、2000、2010、2015年4期LandsatTM多光谱遥感影像,分析了1990—2015年洞庭湖区土地利用演变特征;基于景观生态学理论引入景观生态风险评价模型,将研究区划分为1 165个生态风险评价单元,基于GIS和地统计学,构建景观生态风险指数模型,对洞庭湖区土地利用动态变化下的景观生态风险时空分布特征及空间关联格局进行了研究。结果表明:(1)1990—2015年,洞庭湖区各土地利用类型均发生了显著变化,其中建设用地面积增加较大,年均增幅达3.61%,主要由林地和耕地的转入;(2)1990—2015年,洞庭湖区的景观生态风险状况以较低生态风险、中等生态风险为主,其面积占景观总面积的70%以上。但高生态风险区域呈增加趋势,面积占比由1990年的4.95%,增加到2015年的8.70%;与2010年相比,中等风险区面积由46.09%降到2015年的34%,这期间低生态风险区和较低生态风险区的面积明显增加;(3)研究区各时期景观生态风险呈现正的空间相关性,且在空间上趋于集聚。景观生态风险分布与区域地理环境具有较高的耦合性,人类活动的集聚程度与风险的空间集聚程度是对应的。以湖滨地带为核心区和远离湖滨区为两大群体,高值-高值(H-H)风险聚集区主要分布湖滨周边,低值-低值(L-L)风险聚集区主要分布于远离湿地核心区的县市区域。研究结论以期为洞庭湖区生态保护与环境整治,调控生态风险提供参考。     

东北典型黑土区农村居民点对水土流失影响研究

从人地关系视角探究典型区域农村居民点布局对生态环境的影响,对合理优化农村居民点分布格局、保障粮食安全具有重要战略意义。以东北典型黑土区克山县为例,综合运用分散度统计、核密度估计、空间关联测度模型等空间分析方法,揭示1988—2018年克山县农村居民点时空演变规律;结合修正通用RULSE模型,采用景观指数分析和广义变异系数的灰色关联度量化模型,探讨农村居民点分布特征对水土流失的影响。结果表明:(1)近30 a来,克山县农村居民点数量急剧增加,分散化趋势明显,以高密度多核心集聚、低密度广泛分布为主要空间分布特征,分布重心向东北部迁移。(2)研究区水土流失以微度、轻度和中度侵蚀为主,水土流失强度空间分布格局与农村居民点的空间分布格局呈现一致性。(3)研究区农村居民点分布特征因子与水土流失面积的关系存在差异,农村居民点分布范围与密度对水土流失具有较强作用。     

澜沧江下游景观破碎化时空动态及成因分析

景观破碎化深刻影响着景观格局和过程。以澜沧江下游城市——景洪市为研究区域,选取2000、2005和2010年的景观类型数据与对应的SPOT-NDVI遥感数据,对比了移动窗口法和空间自相关法在指示景观破碎化时的精确性和可应用性。采用300 m的移动窗口边长,选取蔓延度指数(CONTAG)、景观形状指数(LSI)、斑块密度(PD)、边缘密度(ED)、最大斑块指数(LPI)和香农多样性指数(SHDI),利用移动窗口法将景观指数空间可视化以指示景观破碎化特征。研究表明,不同景观类型的NDVI值均在0.6以上;2000年、2005年和2010年,Moran’s I值均在0.78以上;进一步分析了NDVI的局部空间自相关指数Moran’s I,结果表明NDVI呈"高—高"自相关的地区大多为常绿阔叶林地带,而NDVI呈"低—低"自相关的地区大多为建筑用地和耕地分布广泛的区域。统计各景观类型的景观指数和空间自相关指数后发现,对于常绿阔叶林和未利用地等景观类型,局部自相关指数高的区域,CONTAG值也高,而LSI值较低,这表明该类景观类型斑块较少且完整,破碎化不明显。通过比较不同景观类型的景观指数和空间自相关系数,发现两种方法在指示景观破碎化上具有良好的可比性。同时,提取了海拔、坡度、坡向、地形起伏度和地面粗糙度等地形因子,分析了NDVI和地形因子之间的局部空间自相关指数Moran’s I,结果表明研究区植被分布在一定的程度上由海拔、坡度、地形起伏度和地面粗糙度所决定。本研究为综合景观指数与空间统计分析揭示景观格局变化和空间异质性提供了参考,并通过景观格局与地形因子的相关性分析进一步解释了景观格局变化与环境变化的生态意义。     

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。     

哈尔滨市绿地景观格局与过程的连通性和完整性

城市绿地景观的空间结构和生态过程的研究是城市景观生态系统研究的重要内容和基本特色之一．应用景观生态学原理，在遥感和地理信息系统(GIS)技术支持下对哈尔滨城市现有景观生态格局进行了研究和分析，认为主要存在以下景观生态问题：景观生态连通性低；景观结构单一；绿地面积少，且绿地空间分布不均衡．在现有景观格局基础上，哈尔滨市可望通过以下几个方面改善景观生态过程和格局的连续性：在景观生态战略点开辟新的绿色斑块；建立和完善生态化的水系廊道网络；建立城效绿化网络，连接绿地系统的点、线、面；增加城市绿地系统中的景观异质性和多样性；在城市扩展中维护景观生态过程与格局的连续性．图4表4参19     

陕北黄土高原典型人类活动影响下景观生态风险评价

植被恢复促进了景观格局和生态过程的改变,景观生态风险评价有助于揭示人类干预下生态系统结构、功能等在景观尺度产生的潜在不利生态效应。以生态脆弱、人与生态环境的相互作用敏感的陕北黄土高原为典型研究对象,根据2000、2005、2010和2015年夜间遥感地图、植被净初级生产力和土地利用数据,建立景观生态风险指数,对陕北黄土高原的综合风险状况及其变化进行定量评价,并对植被变化、城镇化分别与景观生态风险变化间的相关关系展开分析。结果表明,景观格局变化对生态稳定性有潜在影响,景观生态风险以增长趋势为主,2005—2010年景观生态风险增长的范围最大,涨幅为186.0%,其中,中风险和极高风险等级面积增长超2.7倍;2010—2015年景观生态风险增加有所缓解,增加12.9%;2000—2005年景观生态风险降低26.0%。景观生态风险低等级面积逐渐缩小,其他等级面积逐渐变大。其中,2005年后景观生态风险等级呈片状扩展,主要位于陕北西北部风沙区。植被变化、城镇化分别与景观生态风险值变化之间在西北风沙滩区均呈显著正相关。在景观生态风险增加区植被呈退化趋势;在景观生态风险低值区即退耕还林逐年拓展的区域,植被恢复促进景观生态风险的降低。植被恢复对景观生态风险的影响大于城镇化进程。研究成果对于区域发展和生态恢复的综合调控具有一定参考价值。     

上海市公园植被景观格局

在GIS技术支持下,应用景观生态学方法,选取植被景观构成、斑块密度、边缘密度、聚集度指数、蔓延度、Shannon多样性指数、景观连接度指数等景观格局分析指标,从植物群落角度对上海市建成区范围内的5个公园进行植被景观格局分析.结果表明:(1)在所调查的五个公园中,植被基本以常绿阔叶林为主,其次是落叶阔叶林,存在物种多样性较低、群落结构简单的问题;(2)研究区内的景观主要受到少数几种植被类型控制.且优势斑块空间分布较为集中,不同植被类型连续性较好,在功能和生态过程上联系紧密;同一类型的植被邻近程度较高.除优势斑块外,其他景观类型分布较为均匀,空间异质性程度较大,物种的空间配置比较多样化;(3)有些公园因为存在大面积的人工建筑使得相同类型的植被在空间上被分割,从而出现破碎化程度较高、景观边缘密度较大、蔓延度较低等的问题.     

利用农田系统中源汇型景观组合控制面源磷污染

通过田间调查、采样分析和小区试验,研究浙江省农田系统中源汇型景观组合及其控制面源磷污染的效果.调查表明,浙江省农田系统中源、汇配置的景观类型主要有:蔬菜地 - 稻田系统、蔬菜地 - 茭白田系统、桑园地 -稻田系统、旱地 - 稻田系统、高施肥稻田 - 低施肥稻田系统、农地(稻田、旱地) - 多塘系统、农地(稻田、旱地) - 植草水道(泥质排水沟)等.不同利用方式农田排水中磷含量有较大的差异,总磷平均含量为桑园>蔬菜地>稻田、小麦田、油菜田>休闲地>茭白田.小区试验表明,利用蔬菜地(旱地) - 稻田 - 茭白系统、蔬菜 - 稻田系统、桑园 - 稻田系统和蔬菜地 - (多)水塘系统可明显降低磷流失.建议对某些养分流失严重的农业流域,通过调整土地利用方式和增加养分汇型景观面积来控制农业面源污染.     

农村小流域景观结构与水质耦合关系分析——以仪征市陈集镇为例

选择江苏省仪征市陈集镇2个典型的农村小流域进行水质监测和景观空间分异耦合关系研究,结果表明:不同地势区景观结构差异明显,水环境特征也有较大差别。随着地势的降低,总氮、总磷浓度在小徐庄流域呈降低趋势,而高塘流域则先升高后降低;总磷、总氮、氨氮、硝态氮浓度与源景观比例、沟渠密度和景观多样性指数具有良好的相关关系,逐步回归分析发现,94%的总氮浓度由源景观比例和沟渠密度决定,80%以上的氨氮和硝态氮浓度由源景观比例决定。因此,可以通过对流域景观结构的优化调整,达到对流域景观中养分的有效管理,实现对农业非点源污染的控制。     

盐渍土系统土壤水-地下水转化规律研究

通过野外定位观测和室内分析,探讨了苏打盐渍土微域特征(32m长的横截面)及其水分和地下水之间的转化规律。结果表明:土壤特征以及微地貌格局是制约土壤表层水分迁移的主要因素,并由此形成了大汽降水-土壤水-地下水转化的特殊模式。盐化草甸土分布在相对低洼的部位,苏打碱土分布在微坡地和高平地。苏打碱土质地为粉砂质亚粘土-粘土-粉砂-砂砾垂直结构,盐化草甸土以粉砂和砂砾结构为主。地表径流为水分迁移的关键环节,盐化草甸土成为地表水和地下水转化的通道。承接微坡地和高平地的径流,盐化草甸土在雨季含水率较多(甚至大到饱和)且迅速补给地下水,使地下水位逐渐上升。坡地土壤(苏打盐渍土)整个土层的含水率变化不显著。运用Vensim对盐渍土系统的土壤水-地下水的转化过程进行了模拟,结果与观测数据基本一致。在现代盐渍化过程研究中,以坡面系统为研究单元并考虑坡面径流,才能认识到盐渍化地区土壤水-地下水之间转化的实质。     

Shrubsteppe Bird Response to Habitat and Landscape Variables in Eastern Washington, U.S.A.

Abstract: The landscape of the intermountain west has changed dramatically in the last 150 years, particularly in the state of Washington, where over half the native shrubsteppe ecosystem has been converted to agricultural lands, resulting in a fragmented landscape with few extensive tracts of shrubsteppe. We examined the historical and current distribution of shrubsteppe on different soil types in eastern Washington, and we censused bird communities at 78 sites in shrubsteppe from 1991 to 1993. We compared abundance of species among soil types and range conditions and developed models of species occurrence using site-specific vegetation and landscape variables. The pattern of shrubsteppe conversion has resulted in a disproportionate loss of deep soil communities. Eight bird species showed strong relationships with soil type and three with range condition. These associations likely resulted from the influence of soil type and range history on the vegetation of these communities. Brewer's Sparrows (  Spizella breweri ) and Sage Sparrows ( Amphispiza belli ) reached their highest abundances in deep, loamy soils, whereas Loggerhead Shrikes (   Lanius ludovicianus ) were most abundant in deep, sandy soils. Sage Sparrows occurred more frequently in landscapes dominated by shrubsteppe, indicating a negative relationship with fragmentation. Our results suggest that fragmentation of shrubsteppe and the pattern of agricultural conversion among soil types have had detrimental effects on numerous shrubsteppe species. The landscape for species with an affinity for deep, loamy soil communities has changed considerably more than the overall loss of shrubsteppe would indicate. Conservation practices that emphasize retention of shrubsteppe communities on deep soils and that reduce further fragmentation will be critical to the maintenance of avian biological diversity in this system.     

A distance dependent contagion function for vector-based data

Landscape pattern is of primary interest to landscape ecologists and landscape metrics are used to quantify landscape pattern. Metrics are commonly defined and calculated on raster-based land cover maps. One metric is the contagion, existing in several versions, e.g., unconditional and conditional, used as a measure of fragmentation. However, mapped data is sometimes in vector-based format or there may be no mapped data but only a point sample. In this study a definition of contagion for such cases is investigated. The metric is an extension of the usual contagion, based on pairs of points at varying distances and gives a function of the distance. In this study the extended contagion is calculated for vector-based delineated real landscapes and for simulated ones. Both unconditional and conditional contagions are studied using two classification systems. The unconditional contagion function was decreasing and convex, with upper and lower limits highly correlated to the Shannon diversity index, thus carrying only area proportion information. The spatial information lies in the speed by which the function converges to the lower limit; using a proxy function this can be expressed by a single parameter b, with high values for fragmented landscapes. No proxy function was found for the conditional contagion, for which only qualitative information was found. The extended contagion is applicable both in patch mosaic models of landscapes and in gradient-based models, where landscape characteristics change continuously without distinct borders between patches. The extended contagion can be useful in sample based surveys where there no map of the entire landscape is available.     

Changes in wetland landscape patterns on Yinchuan Plain,China

Wetlands, with their many values and important functions, are precious resources. They have, however, undergone great changes during economic development and population growth. Relying on recent advances in remote sensing and geographic information system (GIS) techniques, this paper probes changes in wetland landscapes on Yinchuan Plain during 1978–2006. A series of remote sensing images was used to identify wetland landscape types. Landscape pattern indices, such as patch number, patch density, landscape shape, and Shannon's diversity, evenness, and contagion indices were calculated with GIS and landscape analysis software. Changes in wetland landscape patterns on Yinchuan Plain were analyzed. The analysis show that the total area of wetlands on Yinchuan Plain decreased from 391,540,239 m² in 1978 to 267,979,957 m² in 2006, a significant change over 28 years. The area of rivers and lakes has shrunk, and the area of paddies has increased consistently, with increasing wetland fragmentation and heterogeneity. The number of patches, patch density, and landscape shape index shows that wetland landscape patterns have undergone great changes. The landscape diversity, landscape evenness, and contagion indices indicate that wetland landscapes have become less heterogeneous. We discuss the causes of these changes and the sustainable development of wetland ecosystems.     

基于RS和GIS的嫩江下游土地沙漠化景观格局变化特征分析

以2004、2008年的MODIS数据为主要数据源,在ArcGIS 9.0、ERDAS IMAGE 9.0等软件支持下,利用FRAGSTATS软件分析土地沙漠化的景观格局变化.结果表明,研究区域沙漠化土地以轻度和中度沙漠化土地为主;各景观要素的边缘密度和斑块密度呈现一致性的减少,表明斑块形状趋向简单,景观整体破碎化程度降低,边缘效应影响减小;除水域景观外,其他景观要素的形状指数和分维数都呈现一致性的下降,表明整体景观的形状都向着简单化和稳定性方向发展,各景观要素的散布与并列指数和聚集度指数都呈现一致性的增加,反映出各要素斑块趋向大型化发展,景观整体连接度增强,破碎化程度降低,景观相互作用和空间关系增强.     

川中丘陵区紫色土坡耕地土壤侵蚀特征

利用137Cs示踪方法与耕作侵蚀模型评价了川中丘陵区紫色土坡耕地土壤侵蚀速率,并通过比较分析方法探讨了2种典型坡耕地-短陡坡与缓长坡耕地-土壤侵蚀特征差异。结果表明,短陡坡耕地土壤侵蚀速率高达52.6 t.hm-2.a-1,是缓长坡耕地土壤侵蚀速率（26.7 t.hm-2.a-1）的2倍。耕作侵蚀是短陡坡耕地的主要侵蚀过程,它整体性搬运土壤,其对土壤总侵蚀的贡献高达74%。水蚀是缓长坡耕地的主要侵蚀过程,其分选性搬运土壤,对土壤总侵蚀的贡献为55%。短陡坡耕地与缓长坡耕地土壤侵蚀速率均沿着向下坡方向逐渐降低,但短陡坡耕地土壤侵蚀速率下降梯度明显高于缓长坡耕地。耕作侵蚀导致两种坡耕地的坡顶土壤损失最为严重。因此,川中丘陵区的耕作侵蚀风险应该引起重视。     

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。     

The influence of drainage networks on patterns of soil respiration in a desert catchment

Hydrologic flow and connectivity act as important determinants of ecological pattern and process in heterogeneous landscapes. Here we examine how the routing of water through the drainage network of an upper Sonoran Desert basin influences landscape patterns of soil respiration (SR) at both seasonal and event-based timescales. At seasonal timescales, SR varied up to 13-fold with downstream position in the drainage network, and annual estimates of CO2 efflux ranged from 185 g C x m(-2) x yr(-1) to 1190 g C x m(-2) x yr(-1) for sites arrayed along the same flow path. Spatial patterns of SR were unrelated to the carbon and water content of surface soils, but rather tracked changes in plant size and productivity, which in turn reflect downstream increases in groundwater availability. The relative importance of precipitation and temperature as drivers of SR also changed with landscape position, with the latter becoming more important in downstream locations. At the scale of individual precipitation events, SR increased up to 30-fold upon rewetting but typically returned to background levels within 24 h, even when soil moisture remained elevated. Unlike patterns observed at seasonal scales, event-based losses of CO2 varied across the landscape as a function of the organic-matter content in surface soils. Results from labile carbon amendments confirm that CO2 losses following precipitation pulses are initially constrained by substrate availability, not soil drying. By mediating spatial patterns of vegetation structure and soil resource availability, drainage networks represent an important physical template upon which belowground processes are organized in desert basins.