基于生态系统服务的景观生态风险评价及其驱动因素研究——以福建省为例

景观生态风险评价是实现景观格局优化的前提与基础,对于推动景观生态管理、生态文明建设具有重要意义。为提高景观生态风险评价的准确性和全面性,基于生态系统服务改进景观生态风险的评价方法,评价并分析了福建省2000—2020年景观生态风险的时空演变特征,并采用探索性回归分析与地理加权回归模型,探究了景观生态风险时空演变的主要驱动因素。结果表明:(1)2000—2020年福建省景观干扰度逐渐增强,总体呈现“西北低东南高”“大集聚、小分散”的空间分布特征。2000—2020年福建省景观脆弱度整体呈波动下降趋势,而西南部则呈增加的趋势。(2)2000—2020年福建省景观生态风险指数均值由2000年的0.042增长至2020年的0.049,增加了16.7%。至2020年,较高、高风险区面积增长1.8倍,并由东部及东南沿海地区逐渐向内陆扩张; 低风险区则减少至2000年的90%,主要分布在中北、中东部及其周围地带。(3)GDP、常住人口及年均降水量对福建省景观生态风险解释能力最强,对景观生态风险的影响存在空间异质性。GDP、常住人口对福建省景观生态风险具有正向驱动作用,年均降水量则起抑制作用。为此,优化城市经济发展模式、控制常住人口规模是福建省景观生态风险管理与优化的关键。     

黑土区小流域土壤速效磷空间分布模拟方法

为探索东北黑土小流域土壤AP空间分布模拟的最佳方法,综合考虑区域尺度、景观格局和采样方法等信息,选取两个典型黑土小流域(光荣和海沟河流域)作为研究对象,结合半变异分析、回归分析、主成分分析等方法,比较了不同空间插值方法(反距离权重法、径向基函数法、普通克里格、协同克里格、多元线性回归模型、地理加权回归模型、回归克里格和地理加权回归克里格)对AP空间模拟精度的影响。结果表明:(1)引入主成分分析后能够提高回归克里格和地理加权回归克里格方法的模拟精度(4.5%和2.4%);(2)地理加权回归克里格方法可以作为最优空间插值方法模拟黑土区小流域AP的空间分布格局。地理加权回归克里格方法相较于传统插值方法能在一定程度上提高黑土小流域土壤AP空间模拟精度,为小流域尺度黑土养分管理提供技术支撑。     

基于PLUS模型的雅康高速路段景观生态风险评价

[目的] 评价区域景观生态风险,揭示其时空变化规律,为降低区域生态风险,维护区域生态安全,推进区域绿色发展提供支撑。[方法] 以土地利用数据为基础,通过其变化来建立景观生态风险评价模型,探讨2000—2020年雅康高速公路穿越县市景观生态风险的时空变化特征,并利用最优参数的地理探测器模型定量分析景观生态风险变化的驱动因素,采用PLUS模型模拟2035年雅康高速经过县市景观生态风险的空间分布特征和变化趋势。[结果] ①2000—2020年,研究区主要景观类型为林地、草地、耕地,不透水面面积增长速率最快,林地面积增加最多; ②研究区景观生态风险等级以低、较低和中风险等级为主,风险等级由高到低呈向外扩散现象; ③NDVI值、高程、年均降水等自然因素是景观生态风险变化的主要驱动因子; ④2035年两种不同情景下研究区中、较高、高风险等级的面积均有所下降,其中生态保护情景下,下降较为明显。[结论] 研究区内景观生态风险等级较低,以低、较低和中风险等级为主,生态环境呈逐渐向好趋势。生态保护情景更加符合区域可持续发展理念。     

都市郊区乡村聚落景观格局特征及影响因素分析

为探究大都市城郊乡村聚落景观空间格局特征及影响因素,该文应用景观格局指数分析了上海市青浦区乡村聚落景观空间格局特征,在此基础上,运用多元Logistic回归模型和因子分析法从地理空间和社会经济2个方面探讨了该区乡村聚落景观空间格局特征的影响因素。结果表明:青浦区乡村聚落景观空间格局呈现明显的东西分异特征,斑块规模东多西少,分布东密西疏,形态东部破碎西部规整;地理空间因素和社会经济因素是影响该区乡村聚落景观空间格局的主要驱动因素;地理空间差异是塑造该区乡村聚落景观空间基本格局的首要因素,其中耕作半径、到最近国道距离和到城市中心距离是规模分异的主要影响因素,到城市中心距离、到最近城镇中心距离和到最近主要河流距离是分布分异的主要影响因素,到最近国道距离、到最近高速公路距离和到最近省道距离是形态分异的主要影响因素;而社会投入和基础设施建设、乡村工业化和农村居民收入、农村剩余劳动力转移等社会经济因素加剧了乡村聚落景观空间的异质化、空心化和破碎化,深刻改变了乡村聚落景观空间格局的内在本质。研究结果可为大都市城郊区乡村景观保护规划和土地空间整治提供重要的理论依据。     

基于BP-ANN模型的农村土地生态安全评价及影响因素分析——以重庆市丰都县为例

针对重庆市丰都县土地生态敏感特性和区域实际情况,将土地生态安全评价指标值作为输入,土地生态安全评价得分作为输出,基于多层反向传播人工神经网络（BP-ANN）构建了具有15个隐含层神经元的3层土地生态安全评价模型,通过Matlab R2012b随机选取2013年317个总样本中的200个样本,将其中的70%,30%分别作为网络的训练样本和检验样本用于训练及检验BP-ANN,将剩余117个样本测试网络,再将2014年317个村的相关指标值代入人工神经网络通过模式识别进行评价;在此基础上分析丰都县农村土地生态安全状况的空间分异现象,并使用因子分析法结合多元线性回归分析法研究影响丰都县农村土地生态安全的因素。结果表明:（1） 117个测试样本中相对误差小于5%的样本占98.21%,BP-ANN模型精度良好;（2） 2014年丰都县各村土地生态安全评分为40.47~55.73,平均得分49.19,土地生态安全状况处于中等偏下水平,空间上土地生态安全评分全局Morans’I指数为0.34,空间呈自相关性,县域内西北部的农村土地生态状况较好;（3） 影响丰都县农村土地生态安全的因素按照影响程度大小依次为:植被生物条件、土壤条件、景观多样性、生态建设与发展协调程度、降水条件、水域条件。BP-ANN模型一定程度上克服了传统评价过程中主观因素导致的误差,精确的评价结果对区域土地生态保护提供指导。     

基于混合地理加权回归与克里格的区域降水量空间插值方法

基于四川省区域范围内144个气象站点的实测降水数据,在综合考虑空间位置、地形等影响因素的基础上,采用改进的回归克里格模型,即混合地理加权回归克里格模型（MGWRK）对四川省年降水量的空间分布进行空间插值,并与普通克里格（OK）、全局回归克里格（GRK）和地理加权回归克里格（GWRK）等模型的插值效果进行对比分析。结果表明：（1）应用逐步回归法筛选确定的用于回归分析的影响因子组合为经度、纬度和坡度,可有效消除解释变量间的多重共线性,为后续的空间插值奠定基础;（2）同一回归变量在地理加权回归（GWR）与全局回归（GR）两种回归模型中的AICc（修正的赤池信息量准则,Corrected Akaike Information Criterion）值之差（ΔAICc）可用于定量判定各回归变量的空间非平稳性类型,据此将变量坡度设为全局变量,经度和纬度设为局部变量进行处理。在此基础上,通过MGWRK模型对四川省年降水量进行空间插值;（3）MGWRK插值模型综合考虑了空间位置、地形等多个影响因素及其与降水相互关系的空间非平稳性特征,相对于传统的OK和GRK法具有更高的插值精度。     

南京仙林新市区景观生态质量变化研究

城市化对生态环境的影响日益显著,探讨城市景观格局变化对生态质量产生的影响成为重要的基础性问题之一。选取南京仙林新市区为研究案例,在理解与认识研究区域景观结构和格局特征的基础上,综合考虑景观干扰和稳定性,构建景观生态质量评价模型,利用RS和GIS技术构建各指标空间分异图来揭示城市化影响下景观生态质量时空变化特征。结果表明:（1）2003—2009年间,研究区景观干扰程度日益加大,干扰程度处于4级和5级的面积增加89.34%,景观空间异质性分异明显;（2）受城市化影响,景观稳定程度降低,稳定程度处于4级和5级的面积减少83.11%;（3）研究区景观生态质量总体呈降低趋势,景观生态质量处于4级和5级的面积减少82.25%,并且随着城市化影响强度加大,其景观生态质量降低程度更加明显。     

快速城镇化地区景观生态风险变化评估——以上海市青浦区为例

[目的]研究区域生态风险的时空变化规律,为区域生态规划和生态建设提供技术支持。[方法]基于景观格局指数构建区域综合生态风险评价模型,并利用空间自相关分析方法,开展快速城镇化地区生态系统变化及其生态风险时空分异研究。[结果]2000—2013年上海市青浦区城镇和林地大面积增加,农田大面积减少,湿地保持稳定;研究区生态风险空间分布差异明显,青浦东部地区的生态风险高于西部地区,且东部风险扩张速度高于西部,城市化对生态风险的影响显著。[结论]区域生态风险具有显著的空间集聚特征,其生态风险值呈现显著的空间正相关关系。这些变化与生态系统变化及人类活动之间关系密切。     

基于GIS的帽儿山景观生态综合评价

景观生态综合评价对区域区划有重要的意义,以黑龙江帽儿山为例,以2006年林相分布图、Landsat TM遥感数据、地形图、二类调查数据和其他数据材料为数据源,以GIS为技术手段,选取景观类型破碎度、景观形状指数、土壤侵蚀类型、地形因素（坡度）、土地利用类型、植被盖度指数与气象因子（年降水量）7个指标对研究区域进行景观生态综合评价,在此基础上进行景观生态区划。研究结果表明:（1）全面分析景观生态综合评价指数并进行分级处理和景观区划,分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级区域,分别代表好、较好、中、较差和差5个级别;（2）不同景观生态综合评价区域面积所占比例的排列顺序为:Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ>Ⅰ>Ⅴ,Ⅱ级区域所占的比例最大,在整个研究区域中占据绝对的优势,区域景观生态质量属于较好水平;（3）景观生态质量垂直分异明显,第一、二高程带的景观质量较好,Ⅱ级区域在一、二高程带所占比例较大,在第二高程带达到最大,第三、四和五高程带的景观质量较差。可见基于DEM模型和景观生态综合评价揭示景观生态质量的空间特征。     

基于协同克里格插值和地理加权回归模型的土壤属性空间预测比较

选取宜昌市红花套镇作为研究区域,研究土壤pH、有机质、有效磷、速效钾、碱解氮与土壤属性指标变量之间的关系,选择与预测变量之间具有较高相关性的变量作为辅助变量用以提高预测精度,本文试图将地理加权回归模型应用于土壤属性空间模拟中,以此与协同克里格插值的预测结果进行对照,从而比较它们的预测精度以提出更适合土壤属性预测的模型。结果表明:协同克里格插值和地理加权回归模型对土壤属性的空间模拟均有较高的预测精度,在辅助变量较多的情况下地理加权回归模型具有比协同克里格插值更为简单的算法,并且比较预测值相对误差的范围跨度和标准差以及均方根误差等方面,地理加权回归模型在土壤属性指标预测方面具有更高的预测精度,也具有更大的优势。     

环渤海沿海区域耕地格局及影响因子分析

为分析环渤海省市沿海区域耕地格局与影响因子的关系,以耕地在5 km×5 km网格单元所占比例为因变量,选用地形、距离、气候及人口等10个影响因子为自变量,分别建立普通最小二乘法线性回归模型、空间滞后模型、空间误差模型、地理加权回归模型。结果表明:耕地格局及各影响因子均呈现较强的空间正相关,并随距离增大而减少;针对该研究,空间滞后模型、空间误差模型和地理加权回归模型模拟效果均优于普通最小二乘法线性回归模型,空间误差模型优于空间滞后模型;从全局上来讲,高程、坡度、到最近公路距离与耕地格局呈负相关影响,距最近海岸线、铁路、居民点距离、多年平均气温和多年平均降水与耕地格局呈正相关。从局部上来讲,除了多年平均降水对各网格单元内耕地面积均呈正向影响外,其余影响因子随网格单元变化正负向影响均存在。多年平均气温和多年平均降水是主要的、最敏感的正向影响因子,高程、坡度和距最近水系距离为主要的、最敏感的负向影响因子。     

基于地理加权回归模型的长江中游地区人均耕地面积变化影响因素分析

[目的]利用GWR模型揭示长江中游地区人均耕地面积变化影响因素的空间异质性,为今后管理该区域耕地资源提供科学依据。[方法]在总结该地区人均耕地面积现状的基础上,分析人均耕地的Moran’s I指数,利用相关年份数据分析了最小二乘法(OLS)和地理加权回归方法(GWR)的差异,采用GWR模型对该区域各市人均耕地面积的影响因素进行分析。[结果](1)城镇化率对人均耕地的影响由正相关向负相关变化,影响程度增强,系数值空间差异较大;(2)人口增长率与人均耕地大部分地区呈负相关,局部地区呈正相关,影响程度减小,空间差异较大;(3)第一产业总产值比重与人均耕地大部分地区呈正相关,局部呈负相关,影响程度下降,空间差异较大;(4)粮食单产与人均耕地由负相关向正相关变化,影响程度增强。[结论]GWR比OLS更能反映影响因素的空间异质性,成功揭示了各因素对人均耕地的影响程度和区域差异。     

玉米倒伏胁迫影响因子的空间回归分析

为指导玉米新品种的推广,采用回归模型分析玉米主产区倒伏胁迫空间分布成因。该文用多元逐步线性回归法筛选黄淮海夏播玉米区的倒伏胁迫的决定因素,比较普通最小二乘法线性回归模型和地理加权回归模型的结果,以确定倒伏胁迫及其决定因素是否存在空间非平稳性和空间依赖性。结果表明：在探索倒伏的空间异质性时,地理加权回归模型显著优于普通最小二乘法线性回归模型;日降水量是玉米倒伏胁迫的主要环境成因,且倒伏程度随日降水量增加而加重;土壤含氮量、留苗密度和日平均风速与倒伏的关系随空间位置而发生正负向变化,因地制宜的分析倒伏成因才能客观有效的指导农民种植生产。     

喀斯特地区农村居民点时空演变格局及影响因素——以平果市为例

为揭示喀斯特地区农村居民点的时空演变特征及主导因素,基于景观格局指数方法分析了1989—2017年广西百色平果市农村居民点景观格局变化,并分别从自然、区位出发应用地理加权回归模型探究了影响农村居民点演变的主导因素。结果表明:(1)1989—2017年平果市农村居民点规模增长显著,居民点面积、数量的增长均具有阶段性特征;(2)喀斯特村与非喀斯特村在规模、分布、形态上均有差异,喀斯特村农村居民点斑块更破碎、更复杂,规模和聚集程度较高;(3)高程、坡度对研究区域农村居民点影响最为显著。综上,喀斯特村农村居民点规模增长明显、聚集程度增强,时空演变格局受自然地理因素影响较大; 而对于非喀斯特村而言,河流、道路等因素对农村居民点时空演变的影响程度较大。     

黑龙江省耕地系统安全预警及其驱动因素空间分异

为精准把握黑龙江省耕地系统安全预警及其驱动力,该文采用探索性空间数据分析、最小二乘法和地理加权回归,探究并明确县域尺度下黑龙江省耕地系统安全预警及其驱动因素空间分异特征。结果表明:1)黑龙江省各县域(市辖区)耕地系统整体安全警情较高。72个被评定县域中,有69个处于预警状态,处于轻警、中警和重警状态的分别有28、32和9个;2)耕地系统安全预警空间差异性和集聚性特征明显。西部警情最高,东部次之,南北轴带地区最低。正、负相关类型在空间分布上呈现鲜明的对比特征,正相关类型(高-高型和低-低型)县域以"组团"形式凸显,聚集性较强,负相关类型(高-低型和低-高型)县域较少且零星分散;3)地形及气候等自然因素和投入产出、水土资源配置等社会经济因素对研究区耕地系统安全预警有着显著的影响,且回归系数空间差异明显。研究可为合理制定缓解区域耕地系统安全警情方案提供科学依据。     

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。     

Prediction of soil salinity in the Yellow River Delta using geographically weighted regression

It is essential to determine the content and spatial distribution of soil salinity in a timely manner because soil salinization can cause land degradation on a regional scale. Geographically weighted regression (GWR) is a local regression method that can achieve the spatial extension of dependent variables based on the relationships between the dependent variables and environment variables and the spatial distances between the sample points and predicted locations. This study aimed to explore the feasibility of GWR in predicting soil salinity because the existing interpolation methods for soil salinity in the Yellow River Delta are still of low precision. Additionally, multiple linear regressions, cokriging and regression kriging were added to compare the accuracy of GWRs. The results showed that GWR predicted soil salinity with high accuracy. Furthermore, the accuracy was improved when compared to other methods. The root mean square error, correlation coefficient, regression coefficient and adjustment coefficients between the observed values and predicted values of the validation points were 0.31, 0.65, 0.57 and 0.42, respectively, which were better than that of other methods, indicating that GWR is an optimal method.     

城乡结合部土地资源城镇化的空间驱动模式分析

城乡结合部是城市化最为敏感、迅速的特殊地域实体,区域内土地快速城镇化导致耕地资源大量流失,尖锐的土地利用矛盾引发生态环境质量大幅下降,已成为社会各届关注的热点。该文以南京市郊江宁区为例,基于1999年、2010年的2期影像及其他数据,利用Logistic回归模型和地理加权逻辑回归（GWLR,geographically weighted logistic regression）模型,将邻近变量、邻域变量和政策变量3类因素在空间上予以整合,从全局、局域2个尺度探索城乡结合部土地资源城镇化的驱动模式。结果表明：Logistic模型与GWLR模型分别可解释研究区历史时期51%、64%的土地城镇化过程,后者在局部参数估计方面存在优势,各项评价参数都较优,更能够适用于研究区土地城镇化的模拟预测与机理探究;邻近变量中的距开发区、城市中心、次要干道的远近,邻域变量中城镇用地密度以及政策变量中土地交易样点密度是研究区城市扩展的重要解释变量,充分表征了城乡结合部的开发区建设热潮、已城市化地区的集聚效应与边缘式扩展模式,以及土地市场、内部交通网络对城市增长的引导与促进作用;借助GIS工具,GWLR模型能够可视化各驱动因素的空间非平稳性特征,可用来更直观、深刻地探究各变量对研究区土地城镇化的空间驱动模式,这也为耕地资源的保护提供新的视角。总体而言,以土地出让行为及开发区建设为代表的政府主导力量,是研究区土地城镇化的核心动力,这一定程度反应了中国城市郊区化的普遍特征,可为类似城乡结合部的土地管理工作提供有益借鉴。     

都市郊区乡村景观多功能权衡-协同关系演变

针对景观功能相互表征的科学性和景观多功能间关系定量化问题,采用Spearman秩次相关系数分析和双变量空间自相关相方法,对上海市青浦区184个行政村1980-2015年的乡村景观多功能间权衡-协同关系变化特征进行研究,结果表明:1)农业生产功能不能取代经济发展功能,青浦区经济发展功能已成为主导的功能形态。2)该区乡村景观多功能间权衡-协同关系时空差异显著,表现为:生产功能-生活功能以协同为主,空间上沿中轴线扩散;生产功能-生态功能以权衡为主,空间上从中部向东部扩散;生活功能-生态功能权衡-协同关系较为均衡,权衡区由中部向东部扩散,协同区由西部向北部和南部扩散。农业生产功能与经济发展功能、经济发展功能与生态调节功能/环境维衡功能为该区不可回避的矛盾;经济发展功能与景观美学功能间权衡关系显著,且两者关系格局呈东部权衡西部协同,且权衡区的数量递增;经济发展功能与空间承载功能呈现东部权衡和西部协同,且协同区呈增长趋势;景观美学功能与生态调节功能/环境维衡功能间权衡区集中在青东区域,协同区分布于青西区域,且权衡区数量先增后减,协同区先减后增。3)时空结合的分析方法能准确全面的反映乡村景观多功能间权衡-协同关系演变特征。