2000-2020年闽东南地区土地利用变化及生境质量时空演变

[目的]探究土地利用变化背景下生境质量的格局分布特征和时空演变规律,为促进区域生态安全及土地资源可持续利用提供决策参考。[方法]基于2000年、2010年、2020年3期土地利用数据,利用InVEST模型及空间自相关和热点分析方法,评估闽东南地区生境质量状况,分析了其时空演变特征。[结果]闽东南地区具有不低于67%的高植被覆盖度,但建设用地大量侵占以耕地、林地及草地为主的非建设用地,面积增幅达112.74%,加剧了区域景观破碎化程度,使景观空间形态趋向复杂。生境退化指数极值和均值分别上升23.44%,43.94%,退化强度持续提高,退化高值区域由东南沿海向内陆蔓延,退化水平表现出圈层式演化的空间形态。生境质量水平整体较好,中等以上等级区域占比保持在63%左右,但城市建成区的较低等级区域及城镇交界处的高等级区域易向下级转移且难以恢复,区域生境质量逐期降低,平均降幅达5.17%。生境质量分布带有明显空间聚集特征,集中于东南部、以市辖区为中心的生境质量冷点区逐步向周边乡镇扩散,分布于西北部、倚靠山地丘陵的生境质量热点区缓慢延展,生境质量冷点及热点区域乡镇分别增加11,6个,生境质量东西部差异...     

赣州市生境质量和景观格局间时空非平稳性关联

在城市化的高速推进造成景观破碎、威胁生境质量的大背景下,赣州市较好地实现了经济发展与生态保护并行。为探明赣州市景观格局对生境质量的驱动机理,回答“怎样的景观格局有利于生态保护”这一问题,该研究以赣州市为研究区,对其2000—2020年的生境质量进行空间测度并分析其时空跃迁动态特征;分析其景观格局演变特征,并基于时空地理加权回归模型（geographically and temporally weighted regression,GTWR）探明二者关联机制。结果表明：赣州市生境质量呈现“四周高,中部低”的空间分布特征,2000—2020年整体均处于较高水平,呈现积极协同进步的空间动态特征;赣州市景观格局维持在较稳定状态,人造地表扩张优先占用非林非水地类,且与水域增量存在空间伴随;生境质量与景观格局间关联呈现显著的时空非平稳性特征;散布与并列指数（interspersion juxtaposition index ,IJI）显示人造地表、林地和水域交错分布可能降低人造地表对生境质量的负向影响。该研究以提升生境质量为目标,探明了10 km×10 km格网尺度下赣州市各景观格局指数的最优驱动阈值区间,人造地表总面积占比全域应控制在0.68%之内,最大斑块占林地总面积比不宜低于9.8%,且林地总面积占比全域应控制在7.8%之内,斑块IJI指数应大于20%,草地和水域斑块IJI指数应控制在60%内以及超出13%。研究结果可为对国土空间规划和其他区域的生态管理决策提供参考。     

延安市退耕还林(草)工程对生境质量时空格局的影响

评估退耕还林(草)工程后生境质量的时空演化特征,对指导下一轮生态修复工程的实施以及协调区域生态系统和社会经济可持续发展具有重要意义。该研究以退耕还林(草)先行试点的陕西省延安市为研究对象,以土地利用/覆被数据为基础,运用InVEST模型评估延安市2000年、2008年和2015年生境质量;结合空间探索性分析方法,探讨生境质量的时空演变格局及其驱动因素。结果如下:1)2000—2015年延安市土地利用变化在退耕还林(草)工程驱动下以耕地向林地和草地的转移为主要特征,林地和草地面积在研究期内增加显著。2)延安市2015年生境质量整体较好,空间上呈现南高北低的格局,且研究期内呈上升趋势,区域平均生境指数由2000年的0.69增加到2015年的0.71。3)区域生境质量表现出显著的正向全局空间自相关,且空间聚类分异特征明显;南部的黄陵县和黄龙县等森林资源丰富地区主要呈现出高高集聚特征,而低低集聚区和高低集聚区交叉分布集中在北部宝塔区、子长县、安塞县、吴起县等城镇及其周边农业生产区。4)退耕还林(草)工程对区域生境质量提升有显著推动作用,因此可以通过优化土地利用格局和结构,尤其是林地草地,构建生态保护和经济发展协调平衡的政策体系,针对区域生态问题系统地提高区域生境质量和生态系统稳定性。     

基于CA-Markov和InVEST模型的土地利用格局与生境质量时空演变及预测——以江西省南昌市为例

为揭示土地利用变化对区域生境质量时空演变的影响,促进土地资源的合理利用和生态规划体系的建立健全,以江西省南昌市为例,基于1995年、2005年和2015年的土地利用数据,应用CA-Markov和MCE模型并结合InVEST模型,评价和预测了土地利用演变角度下的生境演化特征。结果表明:(1)1995—2015年,草地、耕地及水域是南昌市的主要土地利用类别,占比超过90%; 建设用地急剧扩张,20 a间涨幅高达96.44%,耕地和林地是流转为建设用地的重要地类。(2)研究区整体景观生境质量显著下降,大量高等级生境景观向低等级生境景观转化; 城市附近和各个流域的生境退化比较显著; 生境稀缺性高的用地类型大多是耕地和林地。(3)2015—2025年期间,区内景观格局和生境质量继续保持1995—2015年的演变趋势,建设用地等生境适宜度较低的地类高速扩张,进而侵扰林地、水域和草地等生境质量优质地区,致使威胁源规模和影响范畴急剧扩大,景观破碎度水平升高,稳定性降低,这将引起研究区生境质量的持续下降。1995—2025年研究区生境质量明显退化,城镇化扩张与生态用地缩减是其主要原因。     

三峡库区重庆段土地覆盖和生物多样性功能演化及预测

为研究三峡库区(重庆段)2005—2020年土地覆盖和生物多样性功能演化情况,对景观格局进行动态分析,该文结合重庆市生态保护红线划定成果,综合运用CA-Markov模型和InVEST模型对区域2005-2020年的土地覆盖和生物多样性功能的演化及趋势进行研究,在运用CA-Markov模型对2020年土地覆盖进行模拟预测的基础上,运用InVEST模型进行生物多样性功能的定量计算.结果表明:1)2005—2010年和2010—2015年,各类土地覆盖面积和土地覆盖动态度分别呈现"四增二减"和"三增三减"的状态;2)CA-Markov模型模拟预测时Kappa系数达到0.92,表明模型的普适性较好;3)4期生境退化指数最高值变化为:0.1681→0.2071→0.1909→0.1812,城区周边和长江、嘉陵江、乌江沿岸区域的生境退化指数高,东北部大巴山区域的生境退化指数较低;4)大巴山、武陵山、四面山等区域的生境质量较好,长江、嘉陵江沿岸生物多样性功能较差,4期生境质量总得分和平均得分分别为34337710、36829020、36345590、35530500和0.5139、0.5512、0.5439、0.5317;5)15年间生物多样性功能出现不断上升的趋势,由大范围的波动转为小区域变化,整个区域的生物多样性功能逐渐趋于稳定.     

城市扩张背景下景观破碎化动态演变及空间自相关分析——以南昌市为例

为探究城市扩张与景观破碎化演变过程及其关联机制,以江西省南昌市为例,基于2000—2015年的土地利用数据,运用城市破碎指数(UFI)刻画建设用地的景观破碎化水平; 然后结合形态学空间格局分析(MSPA)和景观连接度分析量化了自然景观和耕地的景观动态演变过程; 最后采用格网分析探究了三者之间的空间自相关动态特征。结果表明:2000—2015年间南昌市共有273.26 km²的耕地及45.61 km²的自然景观转为建设用地,整体城市破碎度指数在研究期内由2.27上升至4.94; 耕地核心区数量在15 a时间内持续衰减,自然生境在前期变化平稳,随着城市化进程的加快,核心及桥接区不断减少,岛状斑块开始增加; 空间自相关分析显示,景观破碎度与自然生境、耕地平均连通概率三者呈负相关,景观破碎度与耕地、自然生境平均连通概率之间的高低聚集区域集中分布在城市扩张的主要区域。2000—2015年城市快速扩张导致的破碎化致使耕地及自然生境景观结构发生改变,景观连通性逐渐丧失。     

“三生空间”视角下宜昌市景观生态安全评价及其耦合特征分析

为了探究典型生态脆弱区的景观生态安全格局变化规律,以湖北省宜昌市为研究对象,基于2000—2015年4期土地利用遥感监测数据和社会经济数据,从三生空间视角构建“三生空间”(生产空间、生活空间和生态空间)土地利用分类模型,对宜昌市近15年间景观生态安全时空演变特征及耦合协调度进行了系统分析。结果表明:(1)2000—2015年,宜昌市以林地为主的生态空间面积占比最大,且各时期占比均在71%以上;(2)2000—2015年,宜昌市景观生态安全整体呈现西北—西南高、东部低的空间分布特征,安全区集中分布在土家族自治县、夷陵区,不安全区主要分布在当阳市等低海拔地区;(3)2000—2015年宜昌市景观生态风险冷点、次冷点数量增加,次热点和热点均呈现先增加后减少态势。(4)宜昌市“三生空间”景观生态安全的耦合协调度水平不高,整体上呈现“东高西低”的空间分布特征,西北、西南山区景观生态安全耦合协调度明显优于东部地区。研究结果表明区域土地利用格局和人类社会经济活动影响以及制约区域景观生态安全及其耦合协调性,故需优化区域生态空间格局、提升土地资源集约利用效率,促进宜昌市生态环境可持续发展。     

2000-2020年广西陆地边境地区生境质量演变

[目的]评估广西陆地边境带生境质量和退化程度，探索其演变特征和聚集效应，为区域生态文明建设，保护生态环境和生物多样性，实现绿色发展提供参考。[方法]基于InVest模型和Moran′s I指数探究了广西边境地区的生境质量和生境退化程度，分析了其在时空上的演变情况和聚集程度。[结果](1) 2000—2020年广西边境地区发生生境质量退化程度较低的地区主要分布在林地、草地等自然生态条件较好的地区，在耕地、建设用地、河流水域等人类活动区域发生生境退化明显。(2)总体来看，广西边境地区生境质量得分较高，2000年、2010年和2020年的平均生境质量值分别为0.7392,0.739 5,0.734 2,存在部分县市在城市建设中占用耕地导致生境质量降低。(3)广西边境地区生境质量在空间分布上有显著的集聚性，高—高型集聚区面积虽明显大于低—低型集聚区，但存在低—低型集聚区对高—高型集聚区进行切割导致高等生境集中连片的程度降低。[结论]广西边境地区土地利用变化对区域的生境质量有着深刻的影响，未来应加强底线约束和人为活动引导。     

2000—2020年基于土地利用变化的生境质量时空动态演变——以武汉城市圈为例

土地利用变化直接扰动生境质量,导致国土空间生态结构-过程不稳定及其累积效应下的服务功能退化。为分析武汉城市圈生境质量的时空演变特征,探究其土地利用变化对生境质量的影响情况,运用InVEST模型的生境质量模块,以2000年、2010年、2020年3期土地利用数据为基础,探究了武汉城市圈土地利用变化所引起的生境质量时空演变特征。结果表明:(1)武汉城市圈土地利用变化主要表现为耕地减少和建设用地扩张,其中耕地净转出面积为1 470.92 km²,建设用地净转入面积为1 340.61 km²。(2)2000—2020年,武汉城市圈的生境质量变化幅度较小,87%的区域生境质量等级不变,主要处于“一般”和“优”2个级别,6%的区域生境质量等级升高,7%的区域生境质量等级下降,整体生境质量良好;(3)低等生境(差、一般)主要分布在城市的经济发展核心区域及周边地区,高等生境(良好、优)一般分布在武汉城市圈的东北部和东南部海拔较高的地区。(4)2000—2020年,耕地、未利用地转化为水域,建设用地转为耕地以及草地转为林地的转化率具有最大的积极影响,CI值分别为2.271 9,0.509 1,0.421 4,0.226 2。耕地转为水域以及林地转化为耕地和建设用地对生境质量的消极影响最大,CI值分别为-3.350 6,-1.490 9,-1.409 9。综上,建设用地快速扩张和人口增长使得生境质量加速退化。未来应通过土地利用布局优化促进生境局地环境系统保护与修复措施,提升系统应对变化环境的弹性适应能力。     

基于土地利用变化的江汉平原景观生态风险时空分异特征分析

土地利用/覆被变化能够在一定程度上表征城市景观生态风险空间分异特征。研究基于湖北省江汉平原2000—2015年(2000年、2005年、2010年、2015年)4期土地利用遥感监测数据及县级行政单元区划数据,采用全局自相关模型和地统计空间分析等方法,定量揭示了江汉平原土地利用水平与景观生态风险之间的空间耦合关系。研究表明:(1)2000—2015年江汉平原土地利用类型主要以耕地、水域和建设用地为主,土地转移类型主要以耕地向建设用地转移为主。(2)2000—2015年江汉平原景观生态风险时空演变差异显著,冷点、次冷点数量增加,次热点和热点均呈现先增加后减少态势。生态风险聚集的高值区主要分布在江汉平原东南部洪湖市,低风险区主要分布在江汉平原西部当阳市及松滋市。(3)2000—2015年江汉平原低生态风险区面积呈现逐渐减小态势,从2000年的2 015.63 km²,较少到2015年的1 960.87 km²。中风险区面积呈现先增加后减少的态势,其中2005—2010年增加幅度最大,达到了2 061.26 km²。(4)2000—2005年江汉平原低生态风险重心整体转移不明显,主要集中分布在江汉平原西北部,较低生态风险重心转移空间跨度最大,向西转移了79.80 km。中风险区主要向东北方向转移,较高风险区和高风险区重心主要集中分布在江汉平原东南部洪湖市,且呈现向东北方向转移的趋势,其中较高风险区重心转移速度明显快于高风险区。本研究成果可为城市内部土地利用开发与景观生态风险评价提供科学依据和理论参考。     

基于空间自相关的1975—2015年玛纳斯河流域耕地时空特征变化分析

为揭示耕地空间分布特征与变化趋势，本研究以玛纳斯河流域为例，基于7期（1975年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2015年）土地利用数据提取流域耕地信息，采用空间自相关、重心模型、标准差椭圆、地学信息图谱等方法，分析1975-2015年流域耕地空间格局演变特征。结果表明：耕地空间分布存在显著全局正相关，局部空间异质性较强，耕地在时间序列上呈现先减弱后增强再减弱的集聚态势，最终形成以沙湾县商户地乡与石河子市北泉镇为左、右核心的"高-高"集聚分布。耕地空间变化总体呈现西北方向的明显偏移，耕地重心迁移速度经历"缓慢（1975-1995年）-加速（1995-2005年）-减速（2005-2015年）"过程。1995年后标准差椭圆空间分布格局在西北方向愈加明显，椭圆面积大幅增长，耕地涨幅不断增强，并有继续向流域北部荒漠区扩张的趋势。LISA频率图谱中稳定不变与低频区域占比合计达84.58%，耕地空间格局相对稳定。1975-2015年耕地聚集状态主要变化特征表现为"低-低"集聚和"低-高"集聚向"高-高"集聚的转变，流域耕地呈现高密度扩增式发展。通过构建LISA频率图谱，结合重心模型与标准差椭圆较为全面地、动态地掌握了区域耕地空间演变趋势，为耕地资源的科学管理与有效保护提供理论基础与决策依据。     

基于土地利用变化的黄河流域景观格局及生态风险评估

黄河流域生态环境脆弱,水土流失严重,诊断其景观格局及生态风险对促进流域高质量发展具有重要意义。该研究采用黄河流域2000、2010和2018年的土地利用数据,计算景观格局指数并构建生态风险评价模型,从网格尺度和县域尺度揭示生态风险的时空演化特征和空间关联性。结果表明:1)草地和耕地面积之和占黄河流域总面积的70%以上,2000—2018年,耕地面积减少14 243 km2,未利用地面积减少9 410.3 km2,建设用地面积增加12 179.8 km2。2)2000—2018年,黄河流域斑块数、斑块密度、最大斑块指数、景观形状指数、香农多样性指数值上升,蔓延度指数值下降,黄河流域景观格局趋于复杂化、破碎化和分散化。3)2000—2018年,黄河流域的生态风险值呈上升趋势,较高风险区和高风险区的面积增加,低风险区和较低风险区的面积大幅度减少,生态风险等级大多由低等级向高等级转移。4)2000—2018年,黄河流域生态风险呈现空间正相关,但空间聚集程度和空间分异性减弱。网格尺度的Moran’s I指数大于县域尺度,表明网格尺度的空间正相关性更强。基于上述结果,该研究将黄河流域划分为生态风险重点管控区、严格管控区和一般管控区,并提出差别化的管控建议,以期为流域管理及风险防控提供定量参考和决策依据。     

陕西渭北旱塬区耕地时空格局变化分析

渭北旱塬区人地矛盾突出,准确认识该区耕地时空格局演变规律,有利于为耕地资源合理利用,粮食及生态安全保障提供决策依据。该研究基于1995—2020年耕地空间分布信息,采用重心模型、标准差椭圆、空间自相关和地学信息图谱等方法,从耕地总量变化特征、耕地空间变化特征和耕地LISA频率图谱特征3个方面开展,揭示陕西渭北旱塬区耕地空间分布特征与变化趋势。结果表明:1)与1995年相比,2020年渭北旱塬区耕地面积减少5.58%,耕地净流失区域不断扩大。25a间,研究区耕地变化动态度始终维持在中等水平,全区耕地资源稳定性减弱,位于北部高原区的耕地资源稳定性较差。2)耕地重心总体在东北方向发生偏移。耕地标准差椭圆空间分布格局同研究区分布方向一致,向东北方向偏移,椭圆面积增加1 904.93km2,标准差椭圆面积主要经历"增加-减少"的变化过程,耕地空间分布趋于分散,且分散速率减小。3)1995—2020年研究区耕地面积比例局部空间自相关异质性较为显著,大多区域面积比值呈现高值或低值聚集状态。LISA频率图谱中,稳定不变与低频区域占比高达89.58%,耕地空间格局呈相对稳定状态。中高频区转变方式主要以"低-低"聚集、"低-高"聚集转变为不显著,研究区耕地衰减较为明显。     

塔里木河干流耕地动态变化及其景观格局

基于3S(RS、GIS、GPS)技术,并结合数理统计和景观格局数量分析方法,运用2000年CBERS、2005年CBERS和2010年TM遥感影像对塔里木河干流10年耕地面积的时空变化、景观格局及其生态影响进行了定量研究.结果表明:(1)在过去10年中,塔河干流耕地面积明显增加.具体地,2000年耕地面积为1.61×105 hm2,所占研究区总面积比例为3.89％,至2010年增加至3.27×l05 hm2,比例为7.88％,年增长率为1.66×104 hm2 a-1;(2)塔里木河干流耕地空间变化的区域差异明显.A、B、C、D断面耕地分布宽幅分别为2l～23 km、ll～16 km、6～17 km、4～9 km,塔河北岸C、D断面和南岸D、E断面耕地的增速最快;(3)2000-2010年耕地的斑块数不断增加,面积加权形状指数增大,形状趋于不规则.景观聚集度适中,景观内斑块大小分布均匀性降低,景观多样性下降,各个景观类型所占比例趋于不协调.     

汉江上游1988-2007年间景观格局变化分析

为研究陕西省境内汉江流域水电开发后区域景观格局时空演变,根据1988,2000和2007年汉江上游地区遥感影像,通过遥感解译,利用GIS缓冲区分析分别研究了汉江上游整体和500,1 000,5 000m缓冲区内景观格局变化。结果表明:(1)汉江上游1988年以来水域呈持续增加趋势,耕地呈现持续"落势",全时段景观格局处于不平衡态,双向转换较频繁。但有向着有利于区域生态改善方向转变的趋势。(2)从景观破碎化、景观形状和景观多样性3个角度分析了研究区景观格局变化,1988-2000年该区景观格局破碎化程度增加,形状趋向复杂,景观趋向多样化;2000-2007年该区景观破碎化程度减小,形状趋向规则化,景观多样性减小,表明景观格局向着有利于区域生态改善的方向转变。(3)汉江上游水电7级梯度开发对沿河500m缓冲区内景观格局影响最显著。     

景观格局变化下陕西汉江流域生态价值与风险的相关性研究

陕西汉江流域是"南水北调"中线工程的主要水源地,属于国家重点生态功能区。研究流域内景观格局的时空变化特征、生态系统服务价值和景观生态风险的相关性,对保持流域内生态系统稳定性、保障流域生态安全具有指导意义。基于2000年、2005年、2010年、2015年、2020年陕西汉江流域5期土地利用数据,采用景观格局指数计算、生态系统服务价值评估、景观生态风险评估等方法,研究景观格局变化下生态系统服务价值、景观生态风险的时空演变机制及空间相关关系。结果表明:(1)2000—2020年,流域内景观格局斑块破碎程度降低、异质性和连通性减弱、多样性增加,各地类景观向复杂化方向发展;(2)研究时域内,研究区ESV总体增加5.23亿元,气候调节价值最高,占比41.70%,以较低和中等价值等级为主,占比约61.62%;(3)研究时域内,研究区ESR整体呈小幅减少趋势,降幅1.40%,以较低和中等生态风险等级为主,占比约61.55%;(4)陕西汉江流域生态系统服务价值与生态风险之间存在显著负向空间相关性。景观格局变化使陕西汉江流域生态系统服务功能升高,生态风险降低,两者空间自相关性减弱。     

基于土地利用变化的山东省生境质量时空演变特征

  目的  厘清近20年山东省生境质量演变特征,明确土地利用变化对生境质量的影响。  方法  运用InVEST模型、GIS空间分析方法分析了2000 ~ 2018年山东省生境质量的时空演变特征。  结果  研究表明:（1）2000 ~ 2018年山东省生境质量整体处于中级水平且空间差异显著,总体呈现中东部高、西部低的空间格局;较低及以下等级生境质量区趋于沿湖、沿海地区及城市市区集中分布,较高及以上等级生境质量区呈现山地、丘陵集聚特征。（2）生境质量指数从0.558下降到0.538,生境质量级差化特征明显,生境质量提升区趋于济南、淄博、潍坊、青岛、临沂等城市边缘区集中分布,生境质量退化区集聚于滨州、东营、潍坊市沿海地区。  结论  山东省生境质量时空变化受土地利用变化影响显著,生境质量提升区主要发生在耕地向林地、草地转化以及未利用地向林地、水域、草地转化地区。