神农架林区景观格局时空演变及其驱动力分析

  目的  20世纪90年代以来神农架林区森林保护工程陆续实施,使得神农架林区景观格局发生显著变化。需要分析这些变化及其驱动机制,以探究保护工作成效,同时为林区未来生态环境保护与土地合理利用对策的制定提供参考。  方法  在遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术支持下,以神农架林区为研究对象,选取1996、2007、2018年共3个不同时期的遥感影像为数据源,利用土地利用转移矩阵、景观格局分布重心模型与景观格局指数,定量分析了神农架林区1996?2018年景观格局的时空演变特征及驱动力。  结果  1996?2018年,林地与水域景观处于稳定向好状态,林地是研究区最主要的用地类型,占林区总面积的90%以上;草地与耕地面积总体呈减少趋势,其他土地用地类型向建设用地转化的趋势较明显。神农架林区总体上景观破碎度有所降低,而东北部区域与中南部区域的破碎化程度加剧,景观多样性也随之呈现扩散趋势。经济、人口、政治等是引起景观格局变化的主导因素。  结论  神农架林区退耕还林等生态保护与恢复工程初见成效,景观格局总体趋于整合,局部破碎化加重而景观多样性有所增加,社会经济空间与生态空间相互融合;近年来神农架大力开发的旅游产业造成了人工斑块对自然景观的侵占,对林区生态安全产生威胁。图4表5参32     

库布齐沙漠地区生态系统格局演变及其驱动力分析

  目的  研究库布齐沙漠地区生态系统格局演变及其驱动力,厘清不同驱动因子对生态系统格局变化的影响程度,进而提出针对性的改进措施,为库布齐沙漠地区生态保护和高质量发展提供科学依据和决策支持。  方法  采用生态系统变化幅度、年变化率、动态度及景观格局指数分析了库布齐沙漠地区2000—2018年生态系统格局和演变特征,及主要驱动力对生态系统变化的贡献。  结果  （1）库布齐沙漠地区生态系统以草地、裸地和农田为主,三者共占91.46%,水域、建设用地和林地占比都很小。（2）研究期内,库布齐沙漠地区生态系统农田、草地和建设用地面积增加,林地、水域和裸地面积减少,生态系统演变以裸地转换为草地为主,同时草地转换为裸地也较为明显。（3）研究期内生态系统景观破碎化程度和景观多样性指数均上升。（4）生态保护与修复是生态系统格局演变的首要驱动力,贡献率为44.53%;土地退化是引发生态系统变化的第二驱动力,贡献率为23.87%;农田扩张、城镇化建设和水资源开发的贡献率分别为17.72%、8.51%和5.37%。  结论  为实现库布齐沙漠地区生态系统可持续发展,应科学实施生态保护修复工程,统筹推进山水林田湖草沙综合治理、系统治理、源头治理,重点防止土地退化,合理开发利用耕地,促进生态系统良性循环,维护区域生态安全。      

基于PLUS模型的山区城镇景观生态风险动态模拟

  目的  探究山地重点开发区景观生态风险时空演变特征,模拟预测景观生态风险变化趋势,为缓解中小城镇生态保护和建设开发矛盾、促进中小城镇土地资源可持续利用、发挥中小城镇区域中枢功能、推动区域高质量发展提供支持。  方法  以2000、2010、2020年土地覆被数据为基础,运用基于景观格局指数的景观生态风险评价模型,揭示云南省安宁市景观生态风险时空演变特征,并采用在FLUS模型基础上改进的PLUS模型动态模拟预测安宁市2030年不同情境下景观生态风险空间分布特征和变化趋势。  结果  2000—2020年,研究区人造地表面积呈上升趋势,耕地、草地、灌木地、水域面积总体呈下降趋势,林地面积相对稳定;景观生态风险值空间集聚状态明显,但集聚程度呈下降趋势。景观生态风险等级整体以中等生态风险、较高生态风险为主,占总面积的59.76%~52.95%;2030年3种不同情景中生态保护情景下的高生态风险区面积最小,低生态风险区面积最大,恶化区最少。  结论  山区中小城镇生态风险管控和建设开发矛盾明显,生态风险时空分布特征与人类活动干预强度密切相关,高生态风险区主要分布于各街道城镇扩展的边缘地带,应重点关注城镇用地扩张所导致的景观类型结构及其生态风险的动态变化;基于生态保护情景的安宁市景观生态风险空间分布特征和变化趋势更接近生态安全格局优化路径,更符合安宁市区域经济社会的高质量发展。图5表5参30     

青藏高原东缘贡嘎山地区土地利用与景观格局演变

根据1995年和2000年土地利用数据,运用ArcGIS 8.1软件和景观生态学方法,研究了青藏高原东缘贡嘎山地区的土地利用变化和景观格局变化. 主要结果如下:①1995—2000年间,研究区土地利用变化显著,其中林地、水域和未利用土地面积下降,而草地、耕地和建设用地面积增加;②景观破碎化程度加剧,分维数、多样性指数和景观破碎度均增加;③建设用地和未利用土地优势度变化不大,耕地和林地的优势度减小,草地和水域优势度增加, 表明研究区景观格局由耕地、林地向草地和水域转变; ④交通干线（公路）附近的土地利用和景观格局变化显著,加强这些区域的生态环境保护与建设势在必行.      

基于MSPA模型的北京市延庆区城乡生态网络构建

  目的  随着北京城市化的快速发展，北京生态环境趋于恶化，城市生态安全面临着巨大的挑战。生态网络的构建能够减缓快速城市化带来的城乡景观格局破碎化等危害，对保护城市生物多样性意义重大。  方法  本文选取北京市延庆区作为研究区，基于ArcGIS软件平台，对北京市延庆区遥感影像进行解译得到土地覆被类型，将土地覆被类型分为前景和背景，采用形态学空间格局分析（MSPA）方法得到7类景观类型，将其中的核心区识别为重要生态源地，运用最小耗费距离模型和网络分析法得到最佳阈值下的生态网络，在此基础上提出延庆区的生态网络优化建议。  结果  （1）延庆区整体破碎度较低，不同类型间的物质和能量迁移比较通畅，整体景观多样性较高，但城市内生境斑块数目较少，廊道较为匮乏。（2）最适合延庆区生态网络现状结构的距离阈值为20 000 m，此时网络闭合度α为0.73。（3）林地、耕地是研究区域潜在生态廊道的重要构成景观类型，其中林地面积最大，为17 452.9 hm2，占廊道总面积的81.1%。  结论  MSPA方法具有评价几何连通性较准确细致、需要的数据量小、分析结果可视化等优点，而网络分析法可以对生态网络进行优化，因此基于MSPA方法和网络分析法对延庆区的生态网络构建精度更加细致准确，研究结果对延庆区的生态网络构建以及生物多样性的保护具有指导作用和实践价值，同时能够为其他地区的生态网络构建提供参考。      

永定河北京段河流形态模拟与弹性修复策略研究

  目的  自20世纪80年代断流以来,永定河下游河道被侵占、破坏严重,2019年和2020年永定河实施生态补水工作。本文选取永定河宛平湖至黄良铁路间河段,模拟不同生态流量和洪水脉冲流量设定下河流形态特征,目的是将补水流量变化与河流形态变化联系,为河流生态修复提供科学支撑。  方法  （1）运用Tennant法计算永定河下游生态流量,并选取3种不同等级的生态流量作为后续模拟输入;（2）使用CAESAR-Lisflood 模型模拟3种生态流量和4种洪水脉冲流量下的形态特征。  结果  （1）模拟得到3种生态流量下河道内年平均水面面积为439.29 ~ 462.74 hm2,水面高度在40 ~ 52 m之间,最大流速为1.49 ~ 2.24 m/s。河道内侵蚀区域面积为52.18 ~ 77.94 hm2,沉积区域为61.70 ~ 101.39 hm2。4种洪水脉冲流量下,河道内年平均水面面积为637.58 ~ 769.25 hm2,水面高度在42 ~ 55 m之间,最大流速在3.92 ~ 5.85 m/s之间。（2）根据不同河段的形态特征,河道内侵蚀/沉积区域范围和5年一遇洪水淹没范围,提出不同河段修复策略,并确定河道内弹性空间范围。  结论  在生态补水工作的促进下,研究河段以及整个永定河北京段断流河段的修复应以自然修复为主,人工修复为辅。在生态修复过程中需要预留充足的河流空间,允许河道形态变化,发挥河道自我修复能力。通过长期的、不间断的人工监测和策略调整,逐渐恢复断流区河流生态系统功能及自然河流景观。      

不同土地利用情景下天津市生态系统服务及权衡与协同分析

  目的  土地利用变化是导致生态系统服务及其关系变化的重要影响因素,探讨土地利用变化对生态系统服务影响具有重要意义。  方法  本研究基于2000和2015年天津市土地利用数据,结合区域发展规划,采用GeoSOS-FLUS模型预测2030年3种不同情景下的土地利用格局,并利用InVEST模型评估生态系统服务及权衡/协同关系。  结果  （1）2015—2030年,自然发展情景下城市继续扩张,建设用地增加27.68%,耕地下降11.47%。生态规划情景下城市扩张减缓,建设用地增加7.97%,林地、草地、水域和灌丛共增加2.02%。城市快速发展情景下建设用地和耕地基本保持稳定,水域面积增加4.78%。（2）2015—2030年不同情景下天津市综合生态系统服务指数均呈现下降趋势,其中自然发展、生态规划和城市快速发展情景下综合生态系统服务指数分别为0.172、0.181、0.180。（3）2015—2030年不同情景下4种生态系统服务的权衡/协同关系方向未变,但强弱发生了复杂的变化,总体上生态规划情景下协同关系更强,自然发展情景下协同关系更弱。  结论  本研究建议天津市未来应控制城市扩张速度、优化当前土地利用结构、增强生态环境建设。研究结果可为天津市生态系统管理提供理论基础。      

黄河流域生态空间网络特征

  目的  黄河流域在生态环境保护中有着举足轻重的地位,为了有效地应对城市快速发展所带来的生态环境问题,本文针对黄河流域构建了生态空间网络,以保护生物多样性、减缓景观格局破碎化。  方法  以黄河流域为研究对象,基于土地利用数据、生态斑块面积周长、归一化植被指数(NDVI)、改进的归一化水体指数(MNDWI)和平均斑块分维数,选取了生态源地;利用GIS空间分析和MCR模型算法构建最小累积生态阻力面,提取出潜在生态廊道和生态节点;最终得到由生态源地和潜在生态廊道组成的黄河流域潜在生态空间网络并对其进行鲁棒性分析。  结果  （1）黄河流域潜在生态空间网络由294块生态源地和369条潜在生态廊道组成。（2）生态源地主要土地利用类型为林地、草地和水域,主要分布在东北部和西南部,东南部也有零星分布。（3）生态廊道在东北部和西南部密度较大,生态空间网络结构复杂,在小块生态源地之间长度较长,对研究区生态环境发挥关键作用。（4）网络中共提取125个生态节点并使用matlab进行模拟攻击测试其鲁棒性,总体上随机攻击下生态空间网络的恢复鲁棒性优于恶意攻击,连接鲁棒性在攻击一定数量的节点后呈现大幅度上涨,网络结构崩溃。  结论  本文基于MCR模型构建黄河流域的潜在生态空间网络并对其进行了拓扑结构分析,为生态空间网络优化提供重要借鉴意义,为促进黄河流域高质量发展、提高黄河流域的生态文明建设水平提供理论指导。      

辽宁浑河源头生态功能区土地利用景观格局变化分析

以辽宁省浑河源头生态功能区为研究区域,利用2000年、2005年、2010年、2015年4期遥感影像为数据源,借助RS和GIS技术,对研究区2000—2015年间的土地利用景观格局变化进行分析。结果表明:浑河源头生态功能区景观要素类型以林地、耕地和建设用地为主,其中以林地面积最大; 2000—2015年间,林地、水域、建设用地面积均有所增加,而耕地面积持续减少; 15a来,耕地是主要转出类型,林地、水域和建设用地是主要转入类型;土地利用景观破碎度逐渐减少,景观完整性相对较好。     

1980—2018年江苏里下河平原景观格局时空变化及其热点分析

  目的  探讨景观格局时空变化及其冷热点,为区域生态安全与高质量发展提供科学依据。  方法  以江苏里下河平原1980、1990、2000、2010与2018年共5期景观类型数据为基础,采用景观格局指数、景观转移矩阵、景观综合动态度等方法,分析里下河平原近40 a景观格局的时空变化特征,基于热点分析探究景观变化的冷热点区域。  结果  研究区耕地、湖荡湿地和建设用地为优势景观类型,耕地是面积占比最多的景观,但整体上持续减少了1 000.67 km2,湖荡湿地和建设用地面积不断扩张,建设用地扩张面积达679.83 km2,草地和未利用地面积有所减少,林地面积有所增加。近40 a来,研究区各景观类型之间发生了复杂的相互转化,最显著的是耕地与湖荡湿地、建设用地之间的相互转化。研究期间格网景观综合动态度变化幅度为0~5.43%。里下河平原景观变化具有明显的方向性和聚集性,以“东南—西北”方向为主轴发生倾斜,兴化市、高邮市、盐都区及江都区是景观变化的热点区域。  结论  里下河平原景观格局变化显著,景观多样性增加、破碎化加剧,人类活动对景观格局的影响增强。自然湿地恢复政策的实施对研究区景观生态安全产生了积极影响。图4表4参32     

基于生态系统服务的永定河流域北京段生态网络构建与优化

[目的]随着流域城镇化进程加快,自然资源的开发及城镇用地扩张,导致流域生态环境逐步恶化,生态系统服务功能也随之减弱.构建生态网络对于改善和修复流域生态系统结构与功能,进一步实现流域生态的可持续发展具有重要意义.[方法]以永定河流域北京段为例,对流域水源涵养、土壤保持、生境质量3种生态系统服务进行定量评估,利用Getis...     

南京市域绿地格局时空演变特征及其影响因素

  目的  市域绿地不仅是区域生态环境的重要组成部分,也是城郊游憩的重要承载空间和约束城市无限蔓延的结构性空间。南京是长江三角洲地区的特大城市,南京市域绿地对于长江三角洲地区的可持续发展具有重要作用。研究南京市域绿地动态景观变化及其影响因素有助于进一步实现南京绿地空间结构优化以及区域可持续发展。  方法  选取2000、2005、2010、2015、2020年5个时间节点的南京市土地覆盖数据,运用动态度计算和景观格局指数分析南京市域绿地格局时空演变规律,利用偏最小二乘回归方程(PLSR)模型探究社会经济因素和自然因素对绿地格局演变的影响作用。  结果  2000—2020年,南京市域绿地面积整体上呈先减后增的状态。2000—2005年,南京市域绿地斑块趋于整体化,绿地景观破碎度有所缓和。2005年后市域绿地规模有所增加,但破碎化趋势明显,整体景观连接度也持续降低。回归模型显示:社会经济因素中产业结构比例以及建成区绿化面积和市域绿地格局变化有较大关联性,自然因素作用力大小存在差异。  结论  南京市域绿地规模总体有所增加,格局破碎化趋势明显。社会经济影响因子是市域绿地空间格局演变的直接影响力,自然因素多对绿地格局呈限制作用,亟需加强针对区域绿地的系统性规划。图5表6参29     

北京温榆河生态廊道春季鸟类物种构成与多尺度环境因子的关系

  目的  城市化进程加剧了城市绿地的破碎化,严重威胁了城市鸟类多样性,河流生态廊道在鸟类栖息地保护方面起到重要作用。然而,各类群鸟类多样性受多尺度环境因子的共同影响,针对不同类群的城市生态廊道鸟类栖息地格局优化与栖息地营造亟待理论研究的支撑。本文在分析北京温榆河生态廊道春季鸟类物种构成特征的基础上,对景观格局、栖息地斑块和微栖息地3个尺度下的环境因子对各类群鸟类物种构成的影响进行综合分析,以期深入了解影响鸟类栖息地选择的环境因素,为城市鸟类多样性保护和城市河流生态廊道栖息地建设提供参考。  方法  于2019年春季对温榆河生态廊道内部鸟类物种构成和植物群落结构特征进行实地调研,并对流域栖息地类型进行目视解译和格局分析,通过冗余分析法（RDA）对鸟类物种构成特征与多尺度环境因子的相关性进行分析。  结果  50 ~ 200 m内的景观格局环境因子对廊道内鸟类总体物种构成解释度最高。鸣禽类群物种构成与微栖息地内的乔木均匀度、小范围内的水体、湿地面积以及较大范围内的草地、落叶林地相关指数相关;陆禽类群物种构成与耕地和灌丛相关;游禽和涉禽类群物种构成与较小范围内的水体面积、湿地面积相关;猛禽与湿地水体相关性强。相同生态类群下不同居留型鸟类与环境因子之间的相关关系存在差异。多数鸟类的多度与100 m范围内湿地面积、湿地最大斑块占比和湿地结合度以及2 000 m范围内水体分离度等指数正相关。  结论  不同类群鸟类与各环境因子的关系存在差异,但水体和湿地相关指数对河流生态廊道内各生态类群鸟类均有影响。在未来的城市生态廊道建设中,建议考虑不同类群鸟类的栖息地偏好,注重廊道内部湿地水体格局的优化,针对目标物种开展鸟类栖息地营造与保护工作。      

基于模糊综合评价与灰色关联分析的河流自然性评价

  目的  永定河是海河水系五大河之一，其自然性状况对北京地区居民饮水安全和海河流域水环境均有重要影响，基于“近自然”理念的河流自然性评价是保护和恢复河流自然状态的基础。  方法  以永定河北京山峡段为研究对象，从河流的水文要素、断面形态、水体理化性质、河岸带状况和社会生态价值5个方面，选取了25个定性、定量指标，构建了河流自然性评价指标体系。运用层次分析法与熵权法结合的组合赋权方式计算各指标在评价体系中的权重。用模糊综合评价法和灰色关联分析法分别对河流进行自然性评价和自然等级判定。  结果  模糊综合评价法和灰色关联分析法的评价结果总体一致，划分的21个调查河段中处于自然状态、近自然状态、退化状态和人工状态的河段分别占总河长的14.29%、28.57%、46.62%和9.52%，长度分别约为7.5、15.0、25.0和5.0 km。  结论  总体上，调查河段大部分处于退化状态，但仍具有潜在的近自然修复能力。采用的模糊综合评价法与灰色关联分析法均是可行的河流自然性评价方法。表3参27     

永定河水生态质量调查与评价

  目的  永定河作为北京西北部水源涵养区河流主脉，经过近年来一系列修复措施后，河流生态状况恢复显著。但由于对河流生态本底模糊不清，导致河流目前仍存在河道断流、水质不达标等问题，影响了其生态服务功能的发挥。为摸清其生态本底状况和生态服务功能，本研究开展了永定河北京门头沟河段本底调查，并对河流水生态质量进行了评价。  方法  基于分区分类分级的原则，采用层次分析法构建了涵盖水文、生境、水体、水生物和社会服务5方面14项指标的水生态质量评价体系。针对山峡段和平原段指标间重要程度的差异，采用主客观相结合的方法分别赋予了两套权重值，来对河流水生态质量进行评价。  结果  本底调查结果表明:永定河门头沟段存在个别地区水质指标超标、底泥营养物质含量普遍较高的情况。其中下游雁翅—三家店段、三家店—卢沟桥段在一年内断流时间较长，分别达到324和309 d；上清水—斋堂段处于全年无水的状态。评价结果表明:各有水河段均处于“较健康”状况，河流整体生态状况较好。  结论  山峡段基本满足生态涵养功能区的要求，平原段在维持其基本生态功能基础上具有一定的社会服务功能。整体来看，河流水生态质量具有明显的空间分布变异特征，由上游至下游逐渐变差。      

天目山林区景观格局时空变化及驱动因素分析

  目的  研究南方集体林区的景观格局变化特征及驱动因素，可为森林可持续经营提供科学依据。  方法  采用景观类型面积转移矩阵和景观格局指数分析方法，对比研究了浙江天目山自然保护区国有林和周边社区集体林2000、2010和2017年的景观格局变化特征。  结果  生态林是保护区和社区的优势景观。保护区整体呈生态林面积增加，经济林面积减少趋势，而社区生态林面积逐年减少，经济林面积不断增加；保护区的竹林和山核桃Carya cathayensis林向生态林转化，社区呈现生态林向经济林、建筑、道路转化，经济林之间相互转化，经济林和耕地相互转化的特征。保护区的景观格局变化不大，社区景观的破碎度、异质性和均匀性逐年上升，生态林的优势地位逐年下降。政策因素、市场需求变化和道路是导致保护区和社区森林景观格局变化差异的主要驱动因素。  结论  社区景观格局的变化会影响森林的生态和文化功能，可以从政策、旅游业发展和道路建设等方面制定相关措施。图1表8参17