典型平原采煤塌陷区景观格局时空动态变化特征及驱动力分析——以淮北市临涣矿为例

为了给淮北市临涣矿区的矿产资源开发、土地资源可持续利用和采煤塌陷区的生态环境修复与重建提供参考。采用临涣矿塌陷区2004年的IKONOS影像和2014年的World View-3影像,结合eCongnition分类技术和景观指数分析方法,研究景观格局时空动态变化,并对其驱动力进行了分析。结果表明,2004—2014年临涣矿塌陷区不同景观类型间的转化主要表现为耕地面积净减少43.7%,其中约有236 hm~2的耕地转化为塌陷区、126 hm~2耕地用于堆放粉煤灰与煤矸石和359 hm~2耕地转化为工业用地与居民区等;塌陷区的面积由2004年的96 hm~2变成2014年的443 hm~2,大幅增加了246.6%。该矿区景观格局时空动态变化的主要驱动力因子是煤矿开发、农业发展和生态治理政策。这些驱动因子互相影响、互相制约,共同影响矿区景观格局的动态变化。     

扎龙湿地土地利用变化及驱动力分析

基于1995年、2000年和2004年3期LandsatTM遥感影像数据,运用RS、GIS及景观生态学方法,对研究区土地利用与景观格局动态变化进行分析,运用逐步回归分析法和主成分分析法,探讨扎龙湿地土地利用与土地覆盖驱动力机制,研究结果表明:沼泽向草地转化的趋势较明显,沼泽地不断退化为草地,草地再进一步退化为盐碱地,说明湿地缺水及沼泽地的退化问题比较严重.研究时段内耕地、沼泽和草地的斑块数、斑块密度、边界密度和形状指数均呈现持续增长的趋势.前一时段(1995-2000年),景观多样性和景观均匀度指数减小,景观优势度增大;后一时段(2000-2004年),变化趋势呈相反态势,作为研究区的基质景观,沼泽地面积不断减少,导致景观的破碎化程度进一步加剧,土地利用趋于多样化和均匀化,景观格局趋向复杂化.     

南宁市主城区土地利用景观格局变化及驱动力研究

以广西壮族自治区南宁市主城区作为研究对象,运用ArcGIS 10.2软件对2009、2013、2018年3期遥感影像进行目视解译,通过Fragstats3.4软件对所选景观指数作出计算,分析土地利用景观格局的动态演变特征.研究结果表明,2009—2018年期间,研究区域建设用地和未利用地面积分别增加了5969.23、8887.56 hm2,绿地、耕地、水域面积分别减少4407.14、9141.58、1308.07 hm2;绿地的主导地位减弱,建设用地的地位逐渐上升;耕地和未利用地变化幅度最大,水域变化相对稳定;各景观类型破碎化有不同程度的变化,相互转化复杂;土地利用类型丰富,各类型分布趋于集中,聚集度增加.研究区域土地利用景观格局演变主要受政策、社会经济和人口驱动力因素的影响.     

银川城郊农业景观格局变化分析

以地处银川市郊区的掌政镇为研究对象,2008-2012年Quick Bird遥感影像为基础数据,目视判读解译掌政镇景观数据,在Fragstats景观格局软件中,计算相应的景观指数,通过研究期内掌政镇农业景观转移矩阵,分析掌政镇景观格局的变化与空间分布,并对其农业景观变化的驱动力进行分析。结果显示,掌政镇土地利用/覆盖中耕地占有绝对优势,形成了耕地、草地、建设用地交织的城乡交错带景观;2008-2012年间,掌政镇耕地和建设用地的面积变化最大。景观变化总面积308.49 hm2,建设用地面积增长迅速,共计转入192.83 hm2,增长率18.04%,主要由耕地、草地转入127.65 hm2和25.50 hm2。同时,道路面积增长了9.81%,面积达14.38 hm2;数据显示2008-2012年间,掌政镇的景观中耕地、水域、园地、草地面积减少,景观斑块数量,斑块密度,景观破碎度,景观分离度以及景观聚合度等景观指数都有所增加。说明研究区景观中斑块趋向复杂,景观类型更加丰富,增加区域景观多样性以及景观结构的复杂性。从驱动力角度出发,银川城市化进程的推进,滨河新区的规划建设是掌政镇农业景观格局变化的主要驱动力。     

宝鸡市渭北旱塬区土地利用及景观格局动态变化分析

以宝鸡市渭北旱塬区为研究对象,基于该区域2000、2005、2010年和2014年4期遥感影像,运用GIS技术和景观格局分析方法,系统分析区域土地利用与景观格局时空演变特征。结果表明,研究区景观基质为林地,面积占50%以上,耕地面积仅次于林地。土地利用情况变化显著,耕地面积明显减少,林地、草地、建设用地面积持续增长,土地利用转化过程以耕地转化为林地、草地和建设用地为主要特征。2000-2005年是土地利用动态变化幅度最大时段,后期土地利用动态变化速度相对减小。在研究时段内,景观的破碎化程度降低,景观趋向多样化和均衡化发展,但景观形状变得复杂,后期还需对土地利用进行合理调控。     

内蒙古荒漠草原景观格局动态研究——以鄂尔多斯市鄂托克旗为例

本文以内蒙古自治区鄂尔多斯市鄂托克旗荒漠化草原景观为对象,面积为99 199.17hm2,选取1978年、1991年、1999年、2002年和2007年遥感影像资料进行解译,获得耕地景观等9种斑块类型、斑块面积等10种景观指数进行景观格局动态分析.结果表明:耕地、人工建筑景观呈扩大趋势,草地景观则相反,灌木林景观变化为先减小后增加,河流、河漫滩和沼泽地景观随气候而变化,这5类景观的破碎度增加;而沙地、盐碱地和裸土地景观变化和人为活动相关性小,变化不明显;景观多样性指数、均匀度指数变化为先降低后增加;人为活动是景观格局动态变化的主要驱动因子;限制耕地规模的迅猛增加、合理规划耕地规模是改善当地环境的有效手段之一.本研究为有效遏制、治理荒漠化草原环境恶化提供理论研究依据.     

四子王旗景观格局演变与沙化土地动态变化分析

利用RS和GIS的空间分析技术,通过提取分析四子王旗两期遥感影像数据,结合现地调查,对区域景观格局演变和沙化土地动态变化进行分析。结果表明:从2003年到2008年5a间,景观类型和沙化土地类型发生了较为明显的变化,主要表现在:林地景观面积明显增加,耕地、草地和未利用地明显减少,林地面积增加了41 361hm2,耕地、草地和未利用地面积分别减少了14 561、9 427hm2和19 307hm2;沙化土地5a间减少了664hm2,其中半固定沙地减少了261hm2,固定沙地增加了322hm2,露沙地减少了512hm2,沙化耕地减少了153hm2,风蚀劣地减少了60hm2。分析认为近年来实施的京津风沙源治理工程是区域景观演变和沙化土地动态变化的主要因素。     

兰州市耕地变化格局与驱动机制分析

以兰州市1999～2008年的统计资料为基础,运用耕地变化景观指数分析了兰州市耕地变化格局特征.通过多元线性回归分析法,对引起兰州市耕地数量变化的驱动力进行了研究.研究表明:兰州市耕地增加的方式有4种,即开发、复垦、整理和农业结构调整.10a间耕地增加最多的方式为土地开发(1 159.75hm2),其次为农业结构调整(159.39hm2),复垦增加为0;兰州市土地减少方式有生态退耕、农业结构调整、灾毁、建设用地等,其中,生态退耕减少15 516.28hm2,建设用地减少3 863.88hm2,灾毁面积1.13hm2,其他原因减少为351.65hm2.兰州市耕地增加的方式单一,优势度相对较高,均匀度低;耕地减少的方式较增加的方式多样,优势度低,均匀度高.经济发展、人口增长和土地生产力是影响兰州市耕地变化的3大驱动力.     

西安市土地利用景观格局动态演变及驱动力分析

为探究西安市土地利用及景观格局的时空演变规律,以1995年和2013年的TM5遥感影像图为数据源,借助ERDAS9.1、ArcGIS9.3工具对此进行空间分析,得到西安市1995-2013年的土地利用转移矩阵,通过FRAGSTAT4.1软件得到景观格局指数,分析研究区域各县区的景观格局特征,并运用主成分分析法探讨景观变化驱动力。结果表明,西安市土地利用类型主要以林地为主,占50%左右,主要分布于山地丘陵地区;耕地是西安市较为重要的景观类型;1995-2013年林地、城镇建设用地与园地面积增加,呈"涨势",耕地、水域与未利用地面积减少,呈"落势",趋势状态指数Pt为0.4,表明土地利用变化整体接近动态平衡,呈双向转换趋势;西安市景观多样性指数从1.238下降到1.213,均匀度指数从0.691下降到0.677,优势度指数从0.554上升到0.578,破碎化指数从0.086下降到0.074,表明景观异质性程度降低;其中,经济与人口因素是耕地向城镇建设用地、园地转化的主要驱动力,亦是水域、未利用地发生转化的主要影响因子,政策因素是林地发生变化的根本原因。     

天山北坡土地利用景观格局动态变化及驱动机制分析

以1990年、2000年和2010年3个时期的土地利用覆被数据为基础,在Arcmap和Fragstats 3.4软件的支持下,利用景观格局指标分析了天山北坡的景观格局现状和动态变化,并利用相关性定性分析和主成分定量分析2种方法分析了引起这种变化的驱动力。结果表明,1天山北坡1990~2010年土地利用类型变化显著,荒漠、耕地、城乡建设用地面积不断增加,草地、水域以及林地面积都出现了不同程度的减少。2斑块形状总体趋向于不规则与复杂,景观的多样性指数和均匀度指数降低,各景观类型所占比例差异增大,景观斑块的破碎化程度增强。3在基于相关性分析的定性分析中,影响天山北坡景观格局变化的因素主要包括气候因子、人口因子以及经济因子;其中,气候因子主要影响着草地、水域、林地等天然土地利用类型的景观格局,而人口因子和经济因子主要影响着耕地以及城乡建设用地的景观格局动态变化;在基于主成分分析的定量分析中,自然驱动的贡献率小,人文驱动的贡献率大。     

广西某采选废矿区重金属生态风险与源汇关系

为探究废矿区对周边环境介质的影响及量化农田土壤重金属的来源贡献,并估算重金属源汇通量,系统采集广西南丹县某多金属废矿区及其下游影响区的尾矿、农田土壤和河流沉积物样品共151个,测定重金属(Cr、Ni、Cu、Cd、Zn、As、Sn、Sb和Pb)含量,并对研究区重金属的污染特征、农田土壤重金属来源、生态风险、源汇通量进行探析。结果表明:尾矿和沉积物中重金属含量几何均值(除Cr、Ni外)显著高于农田土壤,且3种介质中重金属含量几何均值均超出背景值。研究区农田土壤Cr和Ni的来源主要为成土母质,上游Cu、Cd、Zn、As、Sn、Sb和Pb的来源主要为上游废矿区尾矿,下游Cu、Sn、Sb和Pb的来源主要为废弃选厂尾矿(贡献量分别为85.11%、92.04%、64.15%和57.57%),Cd、Zn、As的来源主要为上游废矿区尾矿(贡献量分别为59.28%、59.61%和93.81%)。农田土壤及沉积物中主要污染元素为Sn和Sb。农田土壤及沉积物生态风险较高(RI300),Cd、As和Sb是主要生态风险因子。上游农田土壤Cu、Cd、Zn、As、Sn、Sb、Pb输入量分别为132、3、1 348、302、139、149、238 kg·hm~(-2),下游Cu、Cd、Zn、As、Sn、Sb、Pb输入量分别为36、2、746、177、271、211、455 kg·hm~(-2)。多金属废矿区及其下游影响区的重金属源汇关系应得到重视,相关部门应针对不同介质和区域的污染现状加强重金属的污染防治和风险管理,并对尾矿进行源头管控。     

安徽迪沟采煤沉陷区土壤和沉积物重金属特征及潜在生态风险评价

为了解迪沟采煤沉陷区重金属特征与污染状况,采集沉陷区23个土壤样本和35个沉积物样本,分析了铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)和砷(As)5种重金属的含量,并运用地累积指数法和潜在生态危害指数法评价了迪沟采煤沉陷区土壤沉积物和土壤重金属污染状况以及综合潜在生态风险。结果表明:土壤中As、Cd和Cu的含量高于背景值,沉积物中As、Cu、Cd、Pb的含量高于背景值;21.7%土壤样本中的Cd和80%沉积物样本中的As含量明显高于农用地土壤污染风险筛选值,但低于污染风险管制值;迪沟采煤沉陷区重金属含量整体表现为陆域低于水域、中部区域较高、东西部区域较低的特点。地累积指数评价结果表明,迪沟采煤沉陷区土壤和沉积物污染总体表现为未污染到轻度污染,主要污染物为As和Cd。潜在生态风险指数法评价结果表明,迪沟采煤沉陷区土壤和沉积物潜在生态风险低,重金属潜在生态危害依次为CdAsCuPbZn。研究表明,迪沟采煤沉陷区土壤和沉积物重金属总体生态污染风险较小,但不能忽视Cd和As的潜在污染风险。     

基于多源遥感数据的景观格局及预测研究

以TM、中巴资源卫星和环境与灾害监测预报小卫星等遥感影像为数据源,利用ENVI 4.7、ARCGIS 9.2、IDRISI 15等软件,研究了西安市辖区的景观特征与空间格局,预测了未来的景观变化,提出了景观格局预测的数据转化和多距离空间分析的精简步骤.结果表明:研究区的景观本底是一个由林地和耕地构成的复合景观基质,建设用地在研究时段内呈现持续增加趋势,且2004-2011年间的增加量高于2000-2004年间的增加量;林地面积略有降低,林地和草地总面积略呈增长趋势,水域和未利用地面积变化较小.研究时段内的景观破碎化程度在降低,林地景观的连通性增强了,耕地的降低了.各景观类型在所设定的最大预期研究尺度下均呈现显著的聚集空间格局;各年和各景观类型之间的聚集、随机和离散的临界阈值差别相对比较大;水域和未利用地的空间聚集强度明显高于耕地、林地、草地和城乡建设用地;耕地和草地空间分布存在一个异质性最大的特征尺度,且均出现了聚集分布、随机分布和离散分布3种分布格局,以2011年最为明显.利用景观指数法和多距离空间聚类分析方法研究景观格局特征的效果要比单一的景观指数法较理想.CA-Markov模型模拟的结果基本能够反映未来的景观格局状况.     

生物炭对矿区农田土壤及大豆安全种植的影响研究

采用大田试验,以荔枝树枝生物炭为稳定剂,大豆作为供试作物,研究生物炭的添加(T1,10 t·hm-2; T2, 20 t·hm-2; T3,30 t·hm-2)对受As、Pb中度污染的矿区酸性农田土壤中大豆安全种植的影响。通过分析生物炭添加后对土壤基本理化性质的改变,以及对土壤中As和Pb含量及形态分布的影响,探讨大豆的生长及其对As,Pb的吸收情况。结果表明,生物炭的添加能够显著提高土壤pH(P0.01)以及土壤CEC和有机质含量(P0.05),与对照组相比,分别提高了7.0%～27.4%、0.7%～4.9%、21%～44%。随着生物炭添加量的增加,土壤中As(T1除外)、Pb总量及有效态含量逐渐降低。生物炭添加能显著提高大豆产量(T3处理组大豆产量为对照组的9.44倍),并降低了大豆对As(T1除外)和Pb的吸收,T3处理组能保证大豆的安全种植。本研究结果对矿区农田作物的安全种植具有借鉴意义。     

采煤塌陷区景观格局演变的驱动力分析

为探究采煤塌陷区景观格局演变的驱动机制，以山东省微山县地面塌陷较严重的11个乡镇作为研究区，基于遥感影像解译结果，分析研究区2000-2016年土地利用变化特征，在此基础上，选取自然、社会经济等多个驱动因子，运用CLUE-S模型及二元Logistic逐步回归模型，进行研究区各土地利用类型与驱动因子间的相互关系及驱动机制研究。结果表明：耕地在整个研究期呈减少、增加、减少的趋势，城乡建设用地、塌陷积水区2000-2005年面积增幅最大；距居民点的距离是影响耕地、城乡建设用地及水域变化的最主要驱动因子，距工矿的距离是影响塌陷积水区变化的最主要驱动因子。研究结果可为当地政府制定科学合理的土地整治、保护等相关政策提供理论依据。     

线虫对采煤矿区水环境和土壤环境质量评价的作用

【目的】评价淮北采煤矿区生态环境质量,为矿区生态环境变化监测提供理论依据。【方法】采用秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans在矿区水质中的生长发育状况及矿区土壤线虫群落结构的变化进行淮北采煤矿区生态环境质量的评价研究。【结果】采煤矿区水环境使秀丽隐杆线虫寿命和成活率降低、体长变短、产卵数减少,同时诱导线虫生殖细胞凋亡,且煤矿开采时间越长,采样点距离矿井愈近,对线虫发育指标的抑制作用越显著。采煤矿区土壤环境使土壤线虫属的数目减少,植物寄生线虫的相对丰度增高,同时线虫香农多样性指数、瓦斯乐斯卡指数和自由生活线虫成熟度指数显著降低,植物寄生线虫成熟度指数显著提高,表明采煤矿区环境降低了土壤质量。煤矿开采时间越长、采样点距离矿井愈近,对土壤线虫群落结构的影响越大。【结论】秀丽隐杆线虫生长发育指标对水环境的响应,以及土壤线虫群落结构对土壤环境的响应,很好地指示了淮北采煤矿区的水环境质量和土壤环境质量;因此,可以利用线虫对采煤矿区水环境和土壤环境质量进行评价。     

准格尔旗矿区景观格局动态分析

鄂尔多斯市准格尔旗煤炭资源丰富,矿产开发不仅带来社会经济的发展,还影响着矿区景观及生态环境变化。以准格尔旗1990、2010年两期TM遥感影像为数据源,利用景观生态学理论及景观格局分析方法,对准格尔矿区的景观结构和景观格局进行了动态分析。结果表明:1）研究区草灌地面积比例最大。转移矩阵显示,在时间动态上水体、耕地、沙地及河道地面积减少,草灌地、居民及工矿用地明显增加,虽然居民及工矿用地所占比例较小,但其对周围的其他景观产生巨大影响;2）20 a间,准格尔旗各乡镇在景观水平与斑块水平上发生了显著的变化,其景观异质性降低、优势度明显降低,景观格局相对简单化;3）20 a间,研究区3个乡镇的居民及工矿用地面积增加,显著影响着其景观构造的变化,研究区的植被覆盖面积呈增加趋势,但其景观更加离散、不规则化。矿区开发主导了矿区景观格局变化:加大建筑用地面积,严重地破坏耕地,减少耕地面积;而林地、草灌地面积虽有所增加,但其景观格局却更加破碎,生态系统更加不稳定。     

露天矿区景观生态风险空间分异

以露天矿区为研究对象,评价矿区景观生态风险,并采用ESDA方法定量研究矿区生态风险空间分异特征.结果表明,矿区景观生态风险空间分布以高风险区域为核心,由高到低呈环形包围特征.其中,高风险主要分布在矿业生产及城市生活区域,以土地破坏、压占及城市建设为主要风险来源;中等风险主要分布于自然、半自然功能区,以城市生活与农业生产为主要风险来源;低风险区域以林地、荒草地等植被覆盖区域为主,但大面积植被退化、水土流失导致该区域生态基底较差、环境脆弱,加之露天煤矿作业频繁,整体生态环境质量堪忧.同时,不同功能区的风险高低排序(人工区＞半自然区＞自然区)特征符合常规的区域生态风险等级差异规律.此外,基于ESDA分析矿区景观生态风险,其空间自相关性高达0.7521,风险的空间集聚效应明显;而对比矿区景观生态风险的空间分异特征发现,景观干扰度是高、低风险区域的主要驱动因子;而景观脆弱度则是中等风险区域的驱动因子;基于以上研究结果可对矿区环境管理和风险决策提供一定的数据支撑和理论依据.     

讨赖河流域近30年土地利用与景观格局动态

以讨赖河流域1976年Landsat MSS、1989年、2000年和2010年的Landsat TM 4期遥感影像为数据源,运用土地利用变化幅度、动态度、转移矩阵等方法,并结合景观指数,采用主成分分析方法,分析了流域1976—2010年间的土地 利用/覆被和景观格局的变化及其驱动力。结果表明：近34年,研究区耕地和城乡建设用地 所占比例持续上升,分别由4％和0.04％增加到7.4％和0.26％;冰川和永久性积雪、草地面 积则分别减少897.98 km²和383.69 km²。各土地利用类型中以城乡建设用地的动态度最 高,达16.13％,耕地次之。土地利用类型间主要转移方向为：冰川和永久性积雪转化为裸 岩石砾地,戈壁转化为耕地,林地与草地间相互转化。整个景观的斑块密度先增大后降低, 最大斑块指数先减小后增大,景观趋于更加破碎,景观的多样性先减小,后增加。人口增长 和经济发展因素是研究区土地利用/覆被变化的最直接驱动力,同时也受气候因素的影响。     

内蒙古河套灌区主要作物农田氮素平衡及潜在污染状况分析

为从氮素平衡的角度研究河套灌区氮素潜在污染风险,本文以河套灌区主要种植作物玉米和向日葵为研究对象,分析了传统种植模式下玉米和向日葵收获期农田土壤无机氮残留现状,并从氮素平衡角度利用氮素盈余、氮素潜在损失对玉米和向日葵种植的环境污染风险进行了分析。结果表明：河套灌区农田土壤残留无机氮随着施氮量的增加而增加,玉米田和向日葵田0~90 cm土壤无机氮（以N计）平均残留量分别为66.11 kg·hm^-2和45.53 kg·hm^-2。灌区中部的五原县玉米田土壤无机氮残留量最高,可达336.93 kg·hm^-2,向日葵田以东部乌拉特前旗最高,残留量达273.66 kg·hm^-2。玉米田和向日葵田平均氮素年输入总量分别为514.81 kg·hm^-2和314.73 kg·hm^-2,以化肥氮为主,占总氮素输入的85%以上。氮素输出主要是作物吸收带走,玉米和向日葵平均氮素年输出总量为362.10 kg·hm^-2和209.65 kg·hm^-2。过高的氮素输入导致玉米和向日葵年平均氮素盈余分别高达235.71 kg·hm^-2和168.08 kg·hm^-2,并伴随着每年169.60 kg·hm^-2和122.55 kg·hm^-2潜在损失的氮素。通过氮素平衡的综合分析得出,内蒙古河套灌区保持现有产量水平的玉米氮肥推荐用量约为280 kg·hm^-2,向日葵为150 kg·hm^-2,与目前河套灌区玉米和向日葵氮肥投入相比,分别节约198 kg·hm^-2和128 kg·hm^-2,同时该施用量也可以显著降低潜在损失的氮,降低环境压力。