基于四象限模型煤粮复合区景观生态质量时空变化及影响因素

在煤粮复合区,煤炭开采通过影响区域的景观格局,不断地冲击着原有农业景观生态系统的功能和过程,对该区域的景观生态质量及其影响因素进行分析对于矿区生态治理具有重要的理论意义和实践价值。该研究以河南省辉县市赵固煤矿为例,以行政村为评价单元,采用四象限模型对研究区景观生态质量进行了综合评价。结果表明:1)受煤炭开采活动和土地生态整治的影响,2008—2016年,研究区耕地面积总体上呈现先减少后增加的变化趋势,耕地主要向建设用地和水域转移。建设用地呈现先增加后减少的变化趋势,建设用地主要向水域和耕地转移。2)研究区的景观稳定性指数呈现先减少后增加的变化趋势,而景观干扰性指数呈现先增加后减少的变化特征。3)研究区景观生态质量在时间尺度上呈现“良好—较差—较好”的变化特征。2008年,矿井建设及开采初期研究区景观生态质量整体上较好。随着开采活动增强,到2011年研究区景观干扰程度增加和稳定程度降低,造成区域景观生态质量下降。2014年后大规模土地复垦使研究区土地利用率增加,大面积沉陷水域改善了区域景观结构,景观系统稳定性增加。4)在空间尺度上,受开采活动和土地生态整治的影响,矿区采点附近村庄景观生态质量呈现先变差后好转的变化趋势,远离矿区开采点的村庄有略微变差的趋势。总体上,与2011年相比,2016年质量为优的村庄数量和面积增加,质量为差的村庄数量和面积减少,但与2008年相比,2016年质量为优的村庄数量和面积仍是减少,质量为差的区域的村庄数量和面积仍是增加,表明研究区景观生态质量虽有所改善,但仍未恢复到受扰动前的景观生态质量水平。     

耕地景观生态安全评价方法及其应用

耕地作为重要战略资源,其生态安全关系到区域稳定及社会可持续发展。该研究以秦皇岛东北部低山丘陵及东部沿海耕地景观为研究对象,以景观生态学及生态安全理论为依据,构建耕地景观生态安全评价模型,利用1990年、2000年和2010年3期TM(ETM+)遥感影像,对研究区耕地景观生态安全进行综合评价,并对生态安全格局、重心演变及其驱动力进行分析。结果表明:研究区耕地景观生态安全不断降低,耕地景观生态安全指数从1993年的0.63下降为2000年的0.50,低山丘陵区的耕地破碎化更为严重,其生态安全低于沿海区域;研究区域耕地景观生态安全格局变化明显,1993-2000年,Ⅰ级区基本无变化,ⅡⅢ级区相互转化,2000-2010年,Ⅰ级区和Ⅱ级区均出现了扩展,大部分由Ⅲ级区转化而来;近20 a来,耕地景观生态安全重心逐渐向秦皇岛市相邻区域靠近,沿海地区耕地景观生态安全明显增强。降雨量及径流量的减少、人口及经济增长以及土地利用政策是耕地景观生态安全格局变化主要驱动因素。     

干旱区内陆艾比湖流域景观格局时空变化及生态安全评价

[目的]为了探讨艾比湖流域近10a间景观格局及生态安全的动态变化。[方法]运用RS和GIS技术,并结合景观指数和生态弹性度对该流域生态安全进行了综合评价。[结果](1)近10a来,艾比湖流域土地利用变化剧烈,说明景观格局持续受社会经济发展两方面矛盾的巨大压力;(2)2001年斑块个数为2 560个,而2009年增加至3 476个,说明该流域生态环境整体呈破碎化趋势。景观破碎度由2001年的0.054 0增加为2009年的0.073 3,说明其景观趋于不稳定,生态安全性降低;(3)2001—2009年生态弹性度呈"∧"型变化趋势,先由2001年的1.20×107增加为2005年的1.57×107,然后再降为2009年的1.49×107,但总体是趋于增大的趋势。[结论]从整体上综合考虑,2001—2009年艾比湖流域土地利用的景观生态安全度降低。     

新疆玛纳斯河流域景观格局变化的生态安全分析

景观是资源要素、环境因子和生态过程的空间异质形态,其格局变化综合反映了各种生态关系及其稳定状态。在Erdas 9.0和ArcGIS 10.0技术平台上,采用3期同时期Landsat TM影像数据,运用景观格局指数和空间分析方法构建生态安全指数,借助破碎度、干扰度、分离度景观格局指数以及景观类型的脆弱度等生态安全指标定量评价近10年新疆玛纳斯河流域景观格局生态安全的变化。结果表明:(1)近10年流域景观格局生态安全度由0.362下降到0.354后又略微上升到0.359,呈现先恶化再好转的"V"字型变化,说明2000年以来的西部大开发造成了新的生态安全问题,而2005年实施的节水灌溉及退耕还草等工程产生了明显的生态治理成效;(2)草地受干扰的程度由0.234降为0.239,未利用地由0.344降为0.300,建设用地由1.316降为0.877,其生态安全度有所上升;林地受干扰的程度由0.483升为0.682,水域由0.413升为0.450,耕地由0.242升为0.258,其生态安全度明显下降;(3)研究区50%以上的面积处于重警区,并且重警区的面积在不断增加;较安全区的面积占研究区面积的20%左右,虽然面积较小但却不断增加;预警区占研究区的面积由24.96%降到10.10%,减少趋势明显,说明近10年玛纳斯河流域的生态环境呈缓慢恶化状态。     

退耕还林背景下寒地山区土地生态安全格局动态变化

为了研究退耕还林工程引起的土地生态安全格局变化,该文应用遥感和GIS技术对牡丹江地区2000-2014年土地利用变化特征进行了分析,并基于DPSIR概念框架构建评价指标体系,从空间上揭示了研究区退耕还林期间土地生态安全水平及格局变化.结果表明,退耕还林工程的实施对研究区土地利用结构产生了极大的影响,林地面积增加1 520.16 km2,草地、耕地面积分别减少878.50、517.14km2,土地利用强度先下降后上升:退耕还林工程在有效控制坡地垦殖、增加林地面积的同时,能够显著提高区域土地生态安全水平,2000-2014年,各坡度等级内安全、较安全、临界安全面积共增加1 088.6 km2;14 a来研究区土地生态安全水平总体呈“先改善后恶化”的趋势,但仍较2000年工程实施前有了较大幅度的提升,西部、东部及南部地区土地生态安全水平显著提高,但中部牡丹江河谷盆地土地生态安全水平提升缓慢,建议新一轮退耕还林工程将此地区作为重点调控整治区域.     

淳安县土地利用景观格局特征及其生态效应研究

以淳安县2004年土地利用现状图为基本数据,采用景观生态学的空间格局指数法分析研究区土地利用景观格局特征,从生态系统服务功能角度衡量土地利用景观的生态服务价值,评价研究区土地的生态效应。尝试将二者有机结合起来研究,为淳安县土地资源的合理利用、生态环境保护及景观生态规划等工作提供科学依据。研究结果表明：淳安县土地利用方式以林地和水体为主;景观多样性较低,景观分布均匀而异质性较弱;景观破碎化程度和分离程度均较低,说明本区景观比较完整但复杂程度不高;土地利用结构不尽合理。在现有土地利用景观格局下,淳安县土地利用景观的生态效应较低,生态价值较高的区域主要分布在林地、园地和水体用地区,不同地理区域间生态服务价值存在较大差异。     

基于生态系统服务价值和生态安全格局的土地利用格局模拟

河北省沿海经济的快速发展导致滨海土地利用格局快速转变,威胁土地生态安全。针对性核算区域生态系统服务价值,探寻生态安全格局进而优化土地利用格局可为土地利用规划与整治提供决策支持,是保障区域生态安全的必然选择。该文以河北省黄骅市为研究区,利用遥感、气象数据和外业调查数据,采用植被净第一生产力核算生态系统服务价值,借助该价值构建生态安全格局,以生态安全格局为影响因素利用元胞自动机和马尔科夫模型进行不同情境土地利用格局模拟。结果表明:2011年单位面积生态系统服务价值湿地最大,为14.95元/(m2·a),建设用地最小,为2.44元/(m2·a);养分循环功能贡献率最大,为26.89%,净化环境功能贡献率最小,为0.22%;研究区分为生态核心保护区、生态缓冲区、生态恢复区和人类活动核心区,生态核心保护区面积最小,为168.58 km2,生态缓冲区面积最大,为1 400.33 km2;无生态保护情景与生态安全格局保护情景相比较,生态系统服务价值由94.11亿元上升到95.70亿元,生态核心保护区在生态安全格局保护情景下得到完全保护,新增建设用地为0。该研究方法和结果可为区域土地利用总体规划、城市规划和生态环境保护提供技术支撑和决策参考。     

江苏沿海地区景观格局的生态风险研究

以江苏省沿海地区为研究区,利用1989年、1995年和2009年3个时期的TM遥感影像为数据源,计算各风险小区的景观生态风险指数。利用GIS和地统计学方法,对研究区景观风险指数进行采样和空间插值,得到基于景观格局的生态风险分布图。运用相对指标法对景观生态风险指数进行分级,将研究区域划分为低生态风险区、较低生态风险区、中等生态风险区、较高生态风险区和高生态风险区5个等级。叠加不同时期的生态风险区划图层,利用土地覆被重心转移模型以分析景观生态风险的时空变化。结果表明:近20a来研究区生态风险主要以较高程度为主,处于低、较低生态风险程度的区域面积变化不大,空间分布也一直位于盐城市,高风险区区域面积增加较为显著,主要位于盐城市的滩涂。低生态风险区和高生态风险区偏移量较大,分别为116.6km和4.9km。     

基于景观格局的干旱区绿洲生态风险评价与管理——以青铜峡市为例

干旱区绿洲抗干扰能力弱,开展其生态风险评价具有的重要意义。以景观生态学理论为指导,选取青铜峡市作为研究对象,采用三期遥感数据,运用景观格局指数评估生态风险,并对生态风险指数进行空间化,绘制研究区2006年、2010年、2016年的生态风险空间分布图。在此基础上,结合空间统计法分析了研究区生态风险的聚集模式。结果表明:(1)研究期间,青铜峡市景观格局变化明显。耕地、水域和未利用土地的景观破碎度增加,大斑块破碎化趋势明显,区域的景观稳定性降低。景观格局指数的空间分布显示景观破碎度、损失度较高区分布在人口和经济活动聚集的绿洲核心区。(2)研究区的生态风险时空变化差异较大。其中高风险区面积减少最为显著,并随着风险等级之间的转换,中等风险区成为研究区的主要风险类型。生态风险呈现缓和趋势。(3)研究区的生态风险存在显著空间正相关,"低低"和"高高"聚集是主要的生态风险聚集模式,低值为高值包围或高值为低值包围的空间孤立点表现不显著,高低风险之间严重分化是研究区亟待解决的问题。     

基于景观结构的黄河沿岸土地利用生态风险时空变化分析——以河南省为例

[目的] 探究黄河流域沿岸城市土地利用生态风险时空变化特征,为土地景观资源保护、生态系统优化与生态环境保护、管控措施制定等提供理论依据。[方法] 以河南省黄河沿岸7个城市为研究区,在GIS与Fragstats软件技术支持下,基于2005,2010,2015以及2018年4期土地利用数据,将研究区划分为1 737个6 km×6 km的生态评价单元,根据景观扰动指数与景观脆弱指数构建生态风险评价模型,借助土地转移矩阵与空间自相关分析方法,对研究区内土地利用变化、生态风险时空变化特征及空间关联格局进行评价。[结果] ①2005—2018年,研究区域内建设用地面积增加,且增长趋势较快;其他几类用地面积均有不同程度的减少;耕地是建设用地增加的主要来源,林地、草地和水域主要转化为耕地。②在研究时段内,研究区域土地利用生态风险在空间上呈现出显著的正相关性,存在空间集聚特征,且“高—高”、“低—低”是生态风险主要的空间聚集模式。③2005—2018年,生态风险最小值和最大值大致呈N形变化;4个时期内高风险区分布区域大致相同,呈条状和块状分布,条状高风险区大多分布在黄河沿岸,块状高风险区大多分布在农村居民点零散分布的平原区;低和较低风险区大多分布在研究区域四周以及西南大部分区域。[结论] 研究时段内,低风险区和中等风险区面积在逐年增加,较低风险区面积先减少后增加,高风险区和较高风险区面积在逐年减少。各风险区主要向相邻风险区转化,仅有少量地区出现跨区转移,说明研究区土地利用生态风险变化相对稳定,生态风险急剧变化的区域较小。     

资源型城市土地利用变化及生态安全数字模拟

东营市是新兴的石油资源城市,且处于海陆变迁活跃、自然灾害频繁和生态环境脆弱的黄河三角洲地区,使其形成了资源型城市与滨海生态脆弱型城市的"复合体",人地作用关系强烈,土地利用/覆被变化剧烈且具有独特的区域特征.探讨该地区的土地利用/覆被变化与生态安全的内在规律,有着重要的现实意义.为此,运用RS和GIS技术,对东营市1996、2005年两个时段土地利用/覆被变化及生态安全空间演变规律比较分析,并对生态安全空间变化格局进行了数字模拟.研究结果表明:耕地是东营市主要的土地利用类型,面积有所减少;未利用地和次生盐碱地所占比重较大,居民点及工矿用地大幅增加,油田生产建设和生态环境保护矛盾非常突出.生态安全风险总体上有进一步恶化的趋势,生态风险重心已经由南部的广饶地区转移到中部的东营地区.油田及其相关产业的发展成为生态安全风险上涨的主要原因,而湿地生态系统的破坏和功能减退,草地退化,土地盐碱化等也对生态环境造成了巨大压力.     

基于景观格局的土地整理风险与固碳功能评价

通过生态风险指数构建和碳储量服务模拟,评价土地整理对生态风险和固碳功能的影响,由于生态系统服务在生态风险研究中的缺乏,利用土地整理前后生态风险变化和碳储量服务变化之间的相关关系分析,探讨利用生态系统服务变化评价生态风险的可能。以吉林省西部重大土地整理区为研究对象,基于景观格局变化构建生态风险指数,利用InVEST模型分析碳储量服务变化,结果表明:土地整理使整理区的景观结构发生较大变化,优势景观类型由盐碱地和草地转变为耕地,耕地破碎度和分离度降低,盐碱地和草地的分离度和破碎度增加。土地整理后,耕地、建设用地和其他用地的景观损失度指数降低,其他景观类型的景观损失度指数增加。土地整理前后整理区生态风险等级以较低风险区和中等风险区为主,整理后低和较低风险区面积变化明显,其他等级风险区的面积变化不大。InVEST模拟结果表明,土地整理前后整理区总碳储量分别为990.82、1 145.22万t,总碳储量增加154.40万t,土地整理导致固碳功能的增加。相关分析结果表明整理区碳储量服务变化与生态风险变化呈显著负相关关系,表明生态系统服务变化在生态风险评价中应用的可能。     

近40a凯拉库姆库区土地利用/覆盖变化及景观格局分析

为研究近40 a凯拉库姆库区土地利用/覆盖和景观格局时空变化状况,该文以凯拉库姆库区1975年Landsat MSS、1990年Landsat TM、2000年Landsat ETM+和2011年Landsat TM遥感影像为数据源,利用ENVI软件得到各时期的土地利用/覆盖类型转移矩阵,建立土地利用面积变化量、单一土地利用类型动态度以及区域土地利用综合动态度模型;同时,在景观格局分析中采用景观格局数量分析方法,在类型水平和景观水平分别选取不同的指数,系统分析凯拉库姆库区土地利用/覆盖和景观格局变化的时空特征。研究结果显示:近40 a凯拉库姆库区的土地利用/覆盖发生了剧烈变化,建设用地面积呈现出持续增加的态势,低覆盖度草地和未利用地的面积随时间序列呈"V"型变化,而水体、耕地、中覆盖度草地的面积随时间序列呈倒"V"型变化;建设用地和耕地大面积急剧扩张,并伴随着低覆盖度草地、中覆盖度草地和未利用地面积的减少,大量的中覆盖度草地、未利用地转化为耕地,同时部分耕地又转化为建设用地,使得建设用地和耕地面积显著增加,研究区区域土地利用综合动态度呈"V"字型变化,并有逐渐加快的趋势,活跃土地利用/覆盖类型由早期和中期的水体转化为近期低覆盖度草地,稳定土地利用/覆盖类型由早期的耕地和中覆盖度草地,过度到中期未利用地,进而转化为近期的耕地;景观格局分析表明,中覆盖度草地和耕地对整个景观发挥主导作用,与水体相邻的景观要素多,建设用地斑块数目多且相对分散,但有集中分布的趋势,在人类活动的影响下,整体斑块尺度趋于均匀,景观趋于丰富和复杂化,斑块聚集程度减少,破碎度增加。该研究结果为凯拉库姆库区水土地资源可持续开发和利用、生态环境保护提供科学依据。     

基于TM影像的升金湖湿地生态安全研究

[目的]分析安徽省升金湖湿地景观格局动态变化过程,建立升金湖湿地生态安全(PSR)模型,并探讨其驱动力,为进一步开展升金湖湿地保护及其恢复研究提供科学依据。[方法]在遥感和GIS技术支持下,用1986,2003,2011年的3期TM影像为基本信息源进行分析。[结果]景观格局变化幅度较大,草地和水域面积减幅较显著;多样性指数呈上升趋势而优势度指数呈下降趋势,破碎化程度加剧,斑块类型呈多样性发展;随着景观破碎化程度增强,斑块数增加,将造成湿地生态系统片断化越严重,也会影响到湿地的调蓄能力,改变整个湿地的水文情势,减弱湿地的生态效益;另外,景观格局变化下的湿地生态安全指数趋于逐年下降状态,湿地生态安全形式处于预警状态,形势不容乐观。[结论]近年来,随着经济的发展,人口数量的增加,围垦等活动的加剧,人类活动对研究区的改造导致了自然湿地面积相对减少,升金湖湿地生态功能不断下降,经济增长和人口增长成为湿地格局变化主要驱动力。     

退耕还林（草）对农牧交错区小流域景观格局的影响——以神木县六道沟小流域为例

为了解退耕还林（草）工程对黄土高原农牧交错区小流域土地利用及景观格局的影响,利用RS、GIS技术和景观生态学方法,选择景观格局指数,对研究区退耕还林（草）前（1995--2002年）后（2002--2010年）的土地利用和景观格局时空变化特征进行分析研究。结果表明：1）退耕还林（草）前,景观格局变化幅度较小,具体表现为研究区面积比例、聚集度指数以及各景观类型的变化幅度比较小,退耕还林（草）后,小流域景观格局发生了剧烈演变,具体表现为耕地面积比例急剧减小,林草地面积比例迅速增加以及斑块边界复杂性下降;2）1995--2010年,研究区景观蔓延度指数从46．26升高到47．54,多样性指数从1．67下降到1．65,从以耕地、草地和林地为主的景观生态系统转变为以草地和林地景观为主的景观异质程度较低的景观生态系统;3）退耕还林（草）工程是研究区景观格局良性演化的主要驱动力。     

黄土区大型露天矿农业用地格局演变的分析

在矿区废弃地的恢复中，格局变化的研究将对矿区生态系统的变化起着至关重要的作用。其中，农业用地格局演变的过程及覆被类型的变化，对矿区的生态安全、耕地保护及土地资源可持续利用具有重要的现实意义。该文以山西平朔矿区为例，基于GIS平台，在分析矿区土地动态变化的基础上，运用景观生态学理论与方法，对平朔矿区景观动态变化过程、特征及覆被类型的变化进行了研究，特别对矿区农用地的变化做了重要分析，结果表明：大型露天矿区生态系统景观动态变化过程包括生态破坏过程的景观变化(土地挖损、土地压占、土地占用)和生态重建过程的景观变化(地貌重塑、土壤重构、植被重建)；经过20年的人工控制的生态重建后，矿区土地利用空间格局由以旱地—疏林地格局演变为以林地—建设用地为主的重建生态格局；矿区生态重建已经改变了原脆弱生态系统的生态环境，其中农业用地增加了50%，但由于管理制度等原因，复垦的农用地目前大部分尚不能转换为耕地使用。     

土地复垦矿区的景观生态质量变化

为揭示土地复垦对矿区景观生态状况的影响,以徐州市贾汪矿区为例,运用RS、GIS和景观生态学方法,从生态系统稳定与干扰程度2个方面构建景观生态质量评价模型,并分析评价了该区的景观生态质量及变化。研究结果表明:2001-2010年间,贾汪矿区景观生态质量发生了明显变化,总体呈变好的趋势。2001年和2010年景观生态质量达到稳定和较稳定的面积分别为49994.86和56160.31hm2,2010年比2001年增加了6164.45hm2;从总体变化看,变好和略微变好的地区约占28.23%,主要分布在破坏较少的山区和煤矿复垦区,表明土地复垦工程对矿区生态环境起到了一定的改善作用。变差和略微变差的地区约占19.44%,表明部分地区生态环境质量仍在下降,主要由于城镇化的快速发展,煤炭开采的继续,环境保护措施不及时以及复垦地区的二次塌陷、治理标准低等原因。因此,需加大对生态脆弱区的环境保护,完善矿区复垦技术规程,制定生态修复策略,从而实现矿区土地的可持续发展。     

基于景观生态安全格局的成都平原与龙门山脉过渡带土地资源开发利用

[目的]基于景观生态安全格局的土地利用研究,为缓解人地矛盾、经济发展与生态保护提供科学依据。[方法]以成都平原与龙门山脉过渡带的四川省绵竹市为例,基于遥感和GIS技术,在提取和分析20a来土地利用变化及其地形因子响应基础上,以生态用地保护为目标,选取地形和土地覆盖类型为阻力因子,应用最小累计阻力模型构建景观生态安全格局。通过与土地资源现状的叠加,对不同景观安全水平的土地资源进行划分。[结果]研究区土地资源分为优先开发、适度开发、限制开发、禁止开发等4种类型,其面积分别达7 218.39,17 974.75,21 545.39,77 791.46hm2,并分析各类型土地利用特征,提出了相应的土地资源开发利用规划。[结论]基于景观生态格局理论与方法,提出的不同生态安全水平的土地用地规划,有利于区域生态安全保护和土地资源持续性利用。