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。     

长江上游地区土地利用/覆被和景观格局变化分析

利用1980年、1990年和2000年3个时期土地利用数据,将GIS和景观生态学的数量分析方法相结合,运用Arc Info和Arc View以及Fragstats(栅格版),分析了长江上游地区1980~2000年间的土地利用/覆被和景观格局的变化。结果表明：研究期间,林地和耕地大幅度减少,草地和建设用地面积显著增加,水域和未利用地相对变化幅度不大。研究区土地利用类型转移的主要方向是林地转化为草地和耕地、耕地转化为建设用地和草地、草地转化为未利用地。通过对该区斑块类型级别指标的分析,得出水域、建设用地和未利用地分离度和破碎度较大,而耕地、林地和草地在宏观政策和人类活动强烈干扰下,分离度和破碎度呈现先降低后升高的趋势。通过对景观级别指标的分析,得出整个区域景观结构日趋破碎,景观异质性也逐渐提高,土地向着多样化和均匀化发展。长江上游地区脆弱的生态体系对土地利用变化响应强烈,造成水土流失和沙漠化程度加剧,自然灾害频发等景观生态效应。可通过调整景观尺度上的土地利用方式,使长江上游地区生态建设及水土资源实现可持续发展。     

城市扩张对农田景观中非农生境的影响*——以辽宁省沈阳市沈北新区为例

农田景观因其巨大面积和更高的生产力,在全球生物多样性维持,甚至濒危物种的维持中扮演着重要角色。而农田景观中非农生境被蚕食的现象较为突出,尤其城市周边农田景观中更为普遍。本文以沈阳市沈北新区为例,采用景观紊乱度法将其划分为城市、城市边缘区和乡村3个区域,利用GIS技术分析3个区域农田景观中非农生境类型、数量与面积比例,探讨城市扩张对农田景观中非农生境影响程度。结果表明,随着与城市中心距离的增加,由城市、城市边缘区至乡村,非农生境类型呈现逐渐增加趋势,靠近城市中心的非农生境仅有林地,而在乡村区域有草地、林地、水域和农村道路4种类型。非农生境斑块数量比例呈现总体增加趋势,城市平均比例为8.63%、城市边缘区平均比例为17.08%、乡村平均比例为22.48%。非农生境面积比例呈现先增后减的倒"U"字型变化,城市边缘区的非农生境面积比例最高,值为1.93%。非农生境斑块密度呈现先增加、再减少和后增加的变化趋势,城市边缘区的非农生境斑块密度最小。最大斑块指数和聚集度指数呈现先减少后再增加的趋势,城市边缘区的非农生境最大斑块指数和聚集度指数最小。景观形状指数和多样性指数呈现先增加后减少的趋势,城市边缘区景观形状指数和多样性指数最大。总体而言,距离城市中心最近的城市区域受城市化强烈影响后,保留在城市景观之中的农田景观重新建立一种相对稳定的景观格局,残留其间的非农生境类型单一、斑块数量低,斑块较大、形状规则;正在受到城市建设切割的城市边缘区农田景观中非农生境面积比例、景观形状指数和多样性指数表现为虚高,但其斑块密度、最大斑块指数和聚集度指数均较小;距离城市中心最远的乡村区域非农生境受城市化影响较弱,类型趋于多样、斑块数量比例高、景观异质性较高。     

1980-2015年焦作矿区景观格局演变及驱动力分析

选取焦作矿区为研究区,利用矿区1980—2015年5期影像数据,提取矿区5期景观类型数据,并结合相关社会经济数据,分析了矿区景观格局演变及其驱动力。结果表明:35年间矿区耕地面积明显减少,建设用地、工矿用地和水域面积显著增加,林地和草地面积变化不大;各景观类型之间互有转化,其中最主要的景观类型转化发生在耕地和建设用地之间,有14.85%的耕地转为建设用地,6.02%的建设用地转回耕地。矿区各景观类型呈现不同程度破碎化、复杂化,其中林地破碎化最高,水域形状最复杂,耕地形状趋于规则且聚集程度高;整体景观格局破碎化加剧,形状趋于复杂,景观异质性增强,优势类别控制作用减弱;矿区土地利用结构不合理,生态环境恶化。通过驱动力分析可知,人口与农业发展因子和工业发展因子是导致矿区土地利用景观格局变化的主要原因。     

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IKONOS影像的城市景观格局研究——以银川市开发区为例

选用2001年和2005年的IKONOS遥感图象,应用GIS软件Arcview提取各景观斑块,并计算斑块面积、斑块数量、景观多样性指数、景观优势度指数、景观均匀度指数和景观破碎度数等景观生态指标,对研究区的景观格局进行分析。结果表明:研究区近几年景观格局变化较大,景观的多样性指数和均匀度指数逐渐增加,破碎度指数和优势度指数则呈现减小的趋势。各种景观类型中耕地变化最为明显,斑块面积和斑块数目大幅度减小:居住用地的斑块面积增加较大,道路用地、公共用地和防护林地的面积也有所增加,水域面积有所减小。     

基于景观结构的沱江流域土地利用生态风险时空变化

本文以沱江流域为研究对象,基于2005—2020年的遥感数据,从景观结构的角度,利用GIS和GeoDa软件,同时结合土地利用类型转移矩阵,构建景观土地生态风险评价模型,分析了研究区土地生态风险的时空变化特征。结果表明：①耕地为研究区的景观本底值,受自然和人为因素的影响,15年间,耕地和林地面积减少,建设用地、水域、草地、未利用地面积增加,新增建设用地面积最多,91.95% 来源于耕地,是建设用地的主要来源。②2005—2020年的生态风险指数,经计算,全局莫兰指数(Moran’s I))值均为正数,在99% 的置信度标准下,通过了显著性检验,说明生态风险区在空间上具有显著的正相关关系且呈现空间聚集状态,“高-高”聚集是土地生态风险的主要聚集模式。③15年间,在空间分布上,低风险等级整体上有向中下游转移的趋势,研究区以高风险区和较高风险区为主,分别呈片状和条带状较集中地分布于流域上游的山区和中下游的丘陵地区,分别占到研究区总面积的49.20% 和48.98%;从面积变化的趋势来看,低风险区、较低风险区、中等风险区面积逐年分别增加了1 122.91、3 581.10、21 698.83 hm²,较高风险区面积先增加后减少,总体增加了582 436.94 hm²,高风险区面积先减少后增加,总体减少了608 839.78 hm²,沱江流域土地利用生态风险整体上趋于减弱;总体来看,除较高风险区向高风险区少量转化外,其余均以较高等级风险区向较低风险区转移占比较多,风险区的转化均表现为相邻等级之间的互相转化,说明研究区生态风险变化相对稳定,没有急剧变化的区域。     

珠江三角洲地区土地利用和景观格局变化研究

珠江三角洲是中国经济快速发展地区之一,土地利用发生剧烈变化。利用1990,2000,2006年3期遥感解译数据,借助GIS空间分析功能和景观格局指数,分析了珠江三角洲土地利用和景观格局时空演变过程。研究结果表明,1990—2006年,珠江三角洲土地利用发生变化的面积13 580.81km2,占土地总面积的32.93%,后6a变化速度明显快于前10a;城镇用地、农村居民点、其它建设用地快速扩张,水域面积显著增加,水田、旱地、林地面积快速减少;斑块数量显著增加,土地利用景观不断破碎,多样性增强。水田、旱地、林地、水域和城镇用地近圆指数较小,斑块形状复杂;分维数介于1.26～1.44,各地类形状趋向复杂,人类对其干扰不断增强;林地是整个区域土地利用格局的基质,分离度最小,水田、城镇用地、旱地和水域的分离度相对较小,呈现连片分布状态。     

黄河水电开发区域土地利用与景观格局分析

在GIS和RS技术支持下,以黄河上游水电梯级开发区域为研究对象,采用景观生态学数量分析方法,在1977年、1996年、2000年和2006年遥感影像数据的基础上,分析区域30 a来土地利用和景观格局变化。结果表明:除水域和未利用土地减少外,其他土地利用类型均有所增加,其中耕地增加幅度最大;1977-1996年间土地利用变化率最高,2000-2006年间水域面积减少极为剧烈,减少的面积主要流向耕地和草地;研究区景观斑块数和破碎度均逐年增加,景观结构日趋破碎;区域景观异质性在1977-1996年间不断增加,而在1996-2006年间有所减弱。     

宁安市土地生态脆弱性时空变化分析

开展区域土地生态脆弱性时空变化研究,有助于因地制宜地利用土地资源和保护脆弱生态环境,对区域可持续发展具有重要指导意义。以黑龙江省宁安市为研究区,运用研究区1991年、2000年和2010年3期遥感影像数据,通过景观类型脆弱度指数计算模型,计算了三个时期各个景观类型的脆弱度指数,并运用土地生态脆弱度指数计算模型测算分析了3个时期土地生态脆弱性的变化情况,最后对土地生态脆弱度指数进行普通克里格法插值,得出研究区土地生态脆弱性空间分布情况。结果表明:1991年、2000年和2010年各景观类型的脆弱度由高到低依次为:耕地建设用地其他用地水域草地林地;研究区61.7%的样本区土地生态脆弱度指数增大,中高脆弱区所占全区面积比重不断增加,轻微脆弱区面积比重逐年减少,土地生态脆弱性不断加剧;由1991年、2000年和2010年土地生态脆弱性分布图可知,研究区土地生态脆弱性的分布总体呈现中北部重,外延逐渐减轻,中高脆弱区逐渐扩大的态势。     

煤炭开采对矿区土地利用景观格局变化的影响

为揭示煤炭资源开采对矿区土地利用景观格局变化的影响,以徐州沛北矿区为例,应用GIS、景观生态学和数理统计方法,分析了该区土地利用结构和景观格局变化,并从生命周期的角度探讨了煤炭开采对景观格局演变过程的影响。结果表明:1994—2014年间沛北矿区土地利用结构和景观格局变化显著,耕地、林地和未利用地减少,工矿建设用地和塌陷水体持续增加;景观呈破碎化和均匀化趋势,景观分形特征趋于简单化和规则化。进一步对景观指数突变检验分析可知,耕地最大斑块指数和集聚度指数分别在1999年和2001年出现突变点;塌陷水体的最大斑块指数自1995年起持续上升,而集聚度指数呈显著上升—变化不显著—显著上升的趋势。煤炭持续大规模开采导致地面塌陷、积水,耕地损毁以及快速城镇化是景观格局变化的主要原因,但随着矿区土地复垦,耕地、水体面积增大,景观破碎化程度减小,对塌陷地的治理取得了一定成效。研究结果对矿区土地复垦和受损生态景观修复具有重要的指导作用。     

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。     

宁夏原州区生态移民村生境景观连接度变化及其驱动因素

[目的]分析生态移民土地利用过程中生境景观连接度变化及其驱动因素,为生态移民的生态风险管理及移民可持续性提供科学依据。[方法]以宁夏原州区"十二五"时期4个生态移民村(丰泽、金轮、和润及泉港)为例,基于2016年高分影像数据,同时参考移民前谷歌地球2010年数据和第二次全国土地调查数据(2010年),经野外GPS校验,通过计算障碍影响指数和生境景观连接度指数,分析生态移民村土地利用生境景观分异。[结果]丰泽村和金轮村的生境景观连接度呈下降态势,和润村和泉港村呈上升态势。4个生态移民村的变化趋势明显,但极高连接度和高连接度比例很小。生态移民村生境景观变化驱动力主要为人为因素,建设用地占用耕地、园地普遍,其中泉港村与和润村建设用地面积年均增长率分别高达27.49%和21.28%,同时金轮村、和润村、泉港村无后备土地资源,生态压力突出。[结论] 4个生态移民村人口密度增大导致建设用地占用耕地明显,生态用地被分割,移民的非农活动比重大造成耕地撂荒,景观破碎化和孤岛化现象明显,生境景观呈现出不稳定状态,生态压力增加。     

基于RS和GIS的西昌市土地利用及景观格局变化

为了解西昌市土地利用及景观格局时空变化特征,以3期遥感影像（1989年TM、1998年ETM和2008年ASTER）为数据源像,利用RS、GIS技术和景观生态学方法,对研究区1989－2008年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,研究区景观要素类型以林地、草地和耕地为主,其中林地面积最大,占50%以上。近20年来,耕地、草地、未利用地和水域面积持续减少,其中耕地减少幅度最大,减少了20.01%;建设用地和林地显著增加,分别增加4?861.31和7?609.46 hm2,其中建设用地增加了64.55%。景观要素明显变化的区域主要集中在地势低平,工、农业集中,人地矛盾异常突出的中部安宁河谷和东部邛海盆地。由于人类活动的干预,研究区景观要素类型相互转化较为频繁,主要表现为耕地转为建设用地和林地,草地转为林地和耕地,未利用地转为耕地和草地,水域转为耕地和建设用地。1989－2008年研究区多样性指数和均匀度指数分别从1.323和0.738下降到1.256和0.701,优势度从0.469上升到0.536,表明景观异质性程度有所降低。     

中国丹霞赤水世界自然遗产景观格局时空演变及驱动因素分析

为了研究中国丹霞赤水世界自然遗产的景观格局,利用GIS,ENVI和景观格局分析软件FRAGSTATS,分析了遗产地及缓冲区2001年、2010年、2016年3个关键时期的景观格局及其演变规律,揭示了中国丹霞赤水世界自然遗产不同发展阶段景观格局变化特征,进一步探讨了景观格局变化的影响因素。研究结果表明:（1）研究区自2001年以来,各类景观均处于动态变迁过程,林地景观为研究区的优势景观,一直占研究区整体面积的80%以上,16年间,林地、灌丛、建筑用地、裸地和水体的面积净增加,耕地面积净减少;（2）景观动态变化度在2001—2010年较大,林地景观面积比例增加了6.98%,耕地面积比例减少了8.4%,面积减少了近一半,有44%的耕地面积和64.35%灌丛面积转入林地景观,景观格局破碎化程度大幅下降;（3）2010—2016年景观动态变化度相对较小,林地面积比例下降了1.22%,耕地面积比例增加了1%,建筑面积持续增加;建设用地转出率最高,其次是裸地,景观类型的丰富度有所上升,景观格局破碎化程度稍有加深;（4）除了生态系统的自然演化外,退耕还林政策、城镇一体化建设、高速交通建设是研究区景观格局变化的主要驱动因素,旅游增长和开发对研究区的景观格局影响相对较小。     

基于景观结构的眉县土地利用生态风险空间特征

在GIS与RS技术支持下,以眉县为研究区域,根据对遥感影像的解译获取2005年、2010年及2015年土地利用类型数据,划分1 km×1 km网格作为研究单元,根据景观扰动指数与景观脆弱指数构建生态系统模型,借助地统计学与GIS软件进行了空间分析,对眉县土地利用变化影响下的生态风险空间分异特征进行了定量评价。结果表明:眉县土地利用类型中建设用地与林地面积逐年增加,耕地与未利用地面积总体减少,土地利用程度提高。空间自相关分析结果显示高值-高值（H-H）聚集区集中分布于北部首善镇、常兴镇附近,低值-低值（L-L）聚集区主要分布于研究区边界。眉县土地利用生态风险等级整体上呈现逐渐提高的趋势,高风险区主要集中在北部首善镇、常兴镇附近,此区域风险等级提高最为显著,南部生态风险普遍较低,形成北高南低的局面,高风险区、较高风险区面积逐渐扩大。研究结果可为区域生态安全格局构建、土地利用的优化布局提供借鉴。     

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。     

基于分形维数的煤矿区景观格局特征——以徐州市沛北矿区为例

以徐州市沛北矿区2000年、2004年、2008年和2012年SPOT-4/5影像为数据源,采用分形学的理论与方法,选取形状、半径、信息和间隙度4个维数综合分析了研究区景观格局复杂性、向心性、均衡性和聚簇性,从矿区和井田两个尺度研究了景观格局演变特征。结果表明:（1）2000—2012年土地利用发生了剧烈变化,耕地大量转变为水域和建设用地,水域和建设用地显著增加。（2）景观斑块趋于规整、复杂性降低;空间分布向非均衡化发展,聚集程度增加,耕地向心性增强和趋于单中心分布;水域、建设用地和未利用地向心性减弱、均衡性降低,水域空间分布趋向多中心化结构,未利用地在塌陷水域周围集中分布,建设用地空间分布的圈层结构明显。（3）井田尺度景观斑块形状更加复杂,2008年是水域空间分布的转折点,其后空间分布趋向于均匀。     

黑龙江省耕地资源安全预警分析及预警系统的构建

耕地资源安全预警是保护耕地和实现耕地资源可持续利用的有效手段。该文以黑龙江省为研究区,从耕地保护角度,结合研究区的耕地数量、质量和生态环境3个方面,构建耕地资源安全预警指标体系,利用纵比判断法,以研究区1996-2008年耕地资源安全定量评价值为基础数据,确定研究区耕地资源安全度的阈值。应用灰色模型GM(1.1)与BP人工神经网络技术,对黑龙江省2012-2015年耕地资源安全度及变化趋势进行了预测和分析,并构建了耕地资源预警系统框架体系。结果表明,1996-2008年黑龙江省耕地资源安全值呈不规则下降趋势。2012年黑龙江省耕地资源警度为轻警、2013-2015年为中警,警度有上升趋势;2012年耕地质量略有升高,但耕地数量减少幅度较大,2013-2015年,随着耕地数量的增加,耕地质量不断下降,2012-2015年生态环境呈平缓上升趋势。耕地数量与耕地质量不协调发展是黑龙江省耕地资源在预测期主要致警原因,城市化水平、水土流失比率和抗逆指数等是影响黑龙江省耕地资源安全状况的敏感因子。该文为相关预警研究提供参考。