包头市景观格局时空演变研究

以内蒙古自治区包头市为研究区,选取2006、2010、2016年相同月份遥感影像,结合包头市土地利用数据,将包头市景观类型划分为林地、草地、水体、耕地、建设用地、其他用地共6类,进行景观格局动态度变化分析、转移网络分析、变化空间集聚特征分析、重心转移分析、景观格局指数变化分析和景观格局演变驱动力分析。结果表明,2006—2016年市域景观特征发生了较大变化,其中2006—2010年其他用地景观类型的减少速度高达19. 48%,10年间建设用地的增加速度从1. 3%增至2. 76%,在2010—2016年有15. 19%的耕地转化为草原景观,3. 79%的耕地转化为建设用地; 10年间景观变化呈现点状分布,主要分布在耕地密布、草地破碎的农业耕作区和不同景观交替的边缘; 2006—2010年间,其他用地中的北部裸土地经过生态治理面积减少,其重心向东南移动73. 79 km;景观分割指数、香农多样性、香农均匀性等呈减小趋势,尚未形成优势景观,景观破碎度加剧;通过景观格局驱动力分析发现,景观变化密集度与NDVI具有相关性。     

基于复杂网络分析法的层级生态网络结构研究

以西北典型半干旱城市包头市为研究区,运用复杂网络的评价指标对包头市复杂层级网络的拓扑结构与空间鲁棒性进行评价,提取了第1、2、3级生态源地和第1、2、3层生态廊道,并识别了重要生态节点,构建了包头市层级生态网络。结果表明:第1、2、3层生态源地数量分别为8、31、123,生态廊道数量分别为8、35、151,重要生态节点数量分别为7、28、47。通过拓扑结构与空间鲁棒性分析可知:第1层生态网络连通度最低,核数为2,结构简单但重要性最高,其稳定性影响整个层级生态网络的稳定;第2层生态网络由于增加连通性较低的生态节点,可增加小尺度的生态稳定性,但对大尺度层级生态网络稳定性提升没有明显作用;第3层生态网络核数为4,生态网络连通性最高且结构复杂。在第1、2、3层网络恶意攻击比随机攻击的破坏性均更强。第2、3层生态网络中源地节点数量较多,但低等级源地比例高,对增强网络的抗打击能力与恢复能力效果不明显。     

包头市层级生态网络构建方法研究

以包头市为研究区,结合不同生态价值生境斑块的层级性,构建层级网络提取模型框架,选用合适的图论网络测度指标评价层级生态网络。结果表明:基于层级网络提取模型构建的包头市层级生态网络,所提取的第1、2、3层对应的潜在生态源地数量为8、31、123,第1、2、3层对应的潜在廊道数量为8、35、151,并确定对应的第1、2、3层生态节点数为7、28、47;计算α、β、γ指数,评价层次生态网络结构,随生态源地与廊道数量增加,网络中可供物质流动的回路增多,生态源地的平均连通度变好。针对半干旱区构建的层级生态网络,能够为包头市生态建设提供理论指导,对半干旱城市生态规划具有重要参考价值。     

基于复杂网络分析法的空间生态网络结构研究

以荒漠绿洲区典型县域磴口县为研究区,将复杂网络分析方法中的点格局分析方法、网络骨架的提取算法和空间结构鲁棒性指标根据实际空间生态网络的特点进行改造,对研究区的空间复杂生态网络的结构进行分析。研究结果表明:7种类型的生态源地节点在较小尺度下均呈现聚集的空间分布格局,随着尺度的增大,逐渐呈现随机分布,最后呈现均匀分布,这种分布特征保证了小尺度和大尺度上生态网络的稳定。水网廊道的密度范围为0~1.46,路网廊道的密度范围为0~2.27,改造Kruskal算法识别出的骨架廊道符合实际情况。现状生态网络初始的连接鲁棒性仅为0.73,优化后生态网络的连接鲁棒性达到1。经过生态节点布局优化后的生态网络节点和边的抗打击破坏能力、恢复能力增强。     

1990-2018年南渡江流域景观格局变化特征及其对人为干扰的响应机制研究

[目的]探讨南渡江流域景观格局变化特征及其对人为干扰动态 响应机制,对维护自由贸易港建设背景下流域生态保护和土地利用决策具有重要意义。[方法]基于1990、2000、2010年和2020年土地利用覆盖数据,采用景观格局指数、移动窗口法、人为干扰指数、地学信息图谱和GIS空间分析等方法,揭示南渡江流域景观格局特征动态变化,进而探讨其与人为干扰之间的相互关系。[结果]（1）30年间南渡江流域呈现以林地和耕地景观为主体的交错景观格局,林地和耕地景观的总面积分别减少69.95 km2和43.56 km2,建设用地景观面积增长62.45%。（2）南渡江流域整体景观破碎化增加,景观斑块单一化加剧且景观多样性增加,人为干扰是海口市中心城市群景观格局变化剧烈的主要原因。（3）轻微干扰区域占据最大的面积比例,中度和重度干扰次之;轻微和强烈干扰面积显著增加,中度和重度干扰面积显著下降;人为干扰的空间分布格局是由西南（自然景观）向东北（人文景观）逐渐增强。（4）2000-2010和2010-2020年“轻微→轻度干扰”和“重度→轻微干扰”图谱面积变化最显著,分别占据转移图谱总面积的26.79%和11.99%,低干扰等级向高干扰等级区域转移明显。（5）1990-2020年所有干扰区域与最大斑块指数（LPI）呈现显著相关性。[结论]南渡江流域整体人为干扰上升,尤其以海口市最为明显,城镇化进程是人为干扰上升的主要因素,需要加强流域生态环境治理与监测。     

基于GIS的雅鲁藏布大峡谷景观格局与生态敏感性分析

针对近期高寒山区生态景观急剧变化、严重影响生态敏感性的问题,为了更好地评价和分析这种变化带来的一系列生态现象,选取大峡谷为研究区,利用面向对象的分类方法确定景观类型,以多样性指数、优势度指数、均匀度指数和聚合度指数等作为指标,对研究区的生态敏感性进行评价和分析。采用面向对象的分类方法最终得到10类景观类型的斑块共1761个,其中林地景观和草地景观的面积占比最大,分别为48.84%和22.68%,冰雪/冰川景观的占比为17.39%。从景观指数来看,研究区景观多样性指数为1.374,优势度指数为0.982,均匀度指数为0.597,聚合度指数为97.374。可以看出,大峡谷研究区拥有较高的多样性,单一景观优势度相对较低,不同景观空间分配情况更好,总体上该区域景观以原始森林、高山草甸和冰川为主,人类活动干扰较小,并主要集中在河谷地带农田和草地的转换中。综合6类影响因子对大峡谷研究区生态敏感性进行加权分析,生态敏感性主要集中在中度和高度敏感区域,占比合计95.71%。中度敏感区域集中分布于河谷周边低海拔、低坡度区域,以水域、草地、灌木林为主;高度敏感区域集中分布于山地高海拔区域,以林地景观、冰雪/冰川景观为主。     

基于光谱混合分解的果园扩张特征与种植适宜性研究

以果园为代表的经济作物种植面积迅速扩张,其在获得一定经济收益的同时,也造成了一系列的生态环境问题。开展果园扩张及其演变特征研究,是助力果园生态可持续发展的重要内容。本研究以山东省烟台市苹果主产区栖霞市、莱阳市以及海阳市为研究区,基于线性光谱混合分解方法提取土地利用数据,分析了1998—2019年研究区果园种植面积变化情况,并结合扩张强度、扩张速率以及景观格局指数探析了当地果园扩张演变特征及其规律,进而通过种植适宜性评价体系,分析3个研究区果园种植适宜性分布情况。结果表明：研究期间,研究区果园呈持续扩张趋势,且明显分为快速扩张(1998—2010年)和平稳扩张(2010—2019年)两个阶段,其果园分别扩张409.25、684.71 km²;此外,约68.11%的果园扩张发生在北部栖霞市,这使当地形成以果园种植为主的农业经济发展模式。1998—2019年间,果园扩张主要来源为林地和耕地,其贡献率分别约为23.55%和55.52%;其中,一熟作物为主要耕地来源,其果园扩张贡献率高达42.51%,而裸地贡献率最低。2010年以后,研究区果园扩张由“填充式”转为“零散式”...     

基于最优格网天水市景观脆弱性时空变化特征

[目的]科学评估高原与平原交错区域的景观脆弱性对区域生态调控具有重要意义。[方法]利用天水市数期土地利用/覆盖（LUCC）数据,构建基于景观指数的脆弱性评估模型,探究最优格网下区域景观脆弱性的时空分布格局,地域差异性及景观脆弱性变化情况。[结果]结果表明：天水市景观脆弱性分析最佳格网为4km,1990-2020年,天水市景观类型变化较为明显,主要景观类型以耕、林、草为主,建设用地面积增速最快,耕地面积转出较多,其余面积相互转换。景观脆弱性呈整体下降趋势,等级以较高,中等脆弱为主。脆弱等级面积转移以相邻等级为主,跨级转移较少,且转移面积较小。空间上呈显著的正相关性,局部空间自相关模式变化不大,空间分布稳定性较强。基于不同等级下的脆弱性特征,对天水市未来的环境所存在隐患及恢复生态环境的管理提出了对策建议。[结论] 通过天水市景观脆弱性的时空演变机制为未来生态治理策略和类似地区土地资源的高效使用提供科学的建议和方向。     

磴口县景观格局AES—LPI—CA模型演化模拟

以内蒙古巴彦淖尔市磴口县为研究区,在LPI-CA-Markov模型的基础上构建AES-LPI-CA模型,利用人工内分泌系统(AES)调整元胞自动机邻域中中心元胞的转移概率,并基于磴口县2000年与2007年景观格局数据对县域2014年景观格局进行模拟,将该模型模拟结果与LPI-CA-Markov模型、CA-Markov模型的模拟结果进行对比,结果显示3种模型模拟结果的KIA(Kappa index of agreement,以2014年实际景观分布为参照)依次为0.823 6、0.785 5、0.768 2,AES-LPI-CA模型显示了较高模拟精度。     

喀斯特山区贫困乡村土地利用的地形梯度特征

为厘清喀斯特地区小尺度土地利用在地形梯度的特征。基于0.5 m分辨率的Pleiades遥感影像和DEM数据,在ArcGIS技术支持下,采用人工目视解译方法,进行土地利用分类和地形位指数计算,并利用Fragstats 4.2软件,从景观生态学视角,分析4种不同喀斯特地貌的典型乡镇土地利用的地形梯度特征。研究发现:4个不同地貌乡镇的斑块数量(NP)和斑块形状指数(LSI)变化在地形位梯度上存在相似性,而与斑块所占景观面积(PLAND)变化规律有明显不同。斑块水平上各指标变化在4个地貌乡镇之间存在一定差异。随着地形位指数增加,4个乡镇的聚集度(AI)和蔓延度(CONTAG)整体上呈增加趋势,而4个地貌乡镇的香浓多样性指数(SHDI)和连接度(COHENSION)变化存在差异。不同地貌的土地利用结构的差异是形成不同喀斯特地貌贫困乡村土地利用梯度特征的重要因素。     

基于MCR-ANN-CA模型的包头市生态用地演变模拟

以内蒙古自治区包头市为研究区,耦合最小累积阻力(MCR)模型、人工神经网络(ANN)和元胞自动机(CA)构建MCR-ANN-CA模型。利用MCR模型量化包头市各用地类型演变为生态用地时的阻力,构建CA适宜性规则;利用ANN模型提取CA邻域转换规则,基于包头市2006、2011年土地利用数据及归一化植被指数(NDVI)、高程、坡度、水体距离、人口密度多项数据,对2016年生态用地演变情景进行模拟,以2016年实际生态用地分布为参照,将该模型模拟结果与CA-Markov模型的模拟结果进行对比(以2016年实际景观分布为参照),结果显示,两种模型模拟结果的卡帕一致性指数(Kappa index of agreement,KIA)分别为0. 89和0. 87,相对误差分别为3. 10%和5. 31%,MCR-ANN-CA模型显示了较高的模拟精度。     

典型草原自然保护地景观空间弹性GIS评价

为了解草原植被恢复效果和理解草原生态系统弹性特征,以锡林郭勒草原国家级自然保护区为对象,在Arc GIS、Fragstats等软件支持下,从景观格局稳定性(LPS)、生态敏感性(LES)和人类活动干扰3个维度建立概念化景观空间弹性模型(LSR),分析评价了研究区景观空间生态敏感性和弹性特征。研究结果表明:草地、林地等景观格局稳定性较高,尤其是核心区,但LPS值远低于理论最优值,亟待提升;自然保护区内近60%的景观空间生态敏感性达到中度敏感,绝大多数类型的核心区及其缓冲区处于中高度敏感性水平,且从核心区到缓冲区高度敏感性面积占比呈现增长趋势;由于自然和人为活动双重作用影响,整个自然保护区中度以下低弹性区域面积比超过70%,从核心区到外部实验区,极低度弹性的空间范围不断增大,保护区60%以上区域应加强植被恢复;根据景观空间弹性表现,10. 53%的区域需要重点保护,这些区域分布在保护功能区C区东部、E区西北部和D、E两区交汇地带。景观空间弹性框架及其概念化模型能综合考虑景观格局稳定性和景观空间生态敏感性,这对评价认识草原类自然保护地景观空间弹性特征、有针对性地制定草原植被恢复方案和优化保护功能区具有积极的指导作用。     

基于GIS的县域森林景观空间格局等级特征研究

县域作为协调人类活动与自然资源关系的基本单元,是造林绿化和森林景观资源经营的重要空间。以河北省易县为例,以森林资源二类清查资料和土地利用资料为基础,基于GIS技术,通过景观等级类型划分、景观指数筛选和主成分分析法,对县域尺度森林景观空间格局及其等级特征进行了多层次研究。结果表明:林地景观占全域面积的58.4%,杨树、油松、柞树、山杏等林种和经济林是优势森林景观;景观分离度(SPLIT)、多样性指数(SHDI)和斑块密度(PD)等对组织层次变化响应强烈,随着组织层级细化,景观破碎化程度增大,斑块面积、数量等特征逐渐增强;在景观和类型水平,组织层级越高,森林景观蔓延和聚合趋势越明显,组织层次越细,各森林景观类型空间集聚、丛生化程度越明显,景观斑块边缘效应越突出。研究区森林景观与地形、土地利用类型等因素相互耦合,从山区到平原区,随着人类活动影响增强,森林景观破碎化、斑块形状复杂性及空间差异增大,因此森林景观资源健康管理应注重对景观多样性、空间分割程度、核心斑块面积和数量等关键指标的控制。     

退化草地复合体力学特性与影响因素研究

为采用机械手段有效打破高坚实度退化草地板结性土层形成的土壤-根系复合体结构,对退化草地形成的复合体结构基本力学特性进行了研究。通过测定退化草地复合体的紧实程度、容重、含水率、孔隙度和含根量分布,对退化草地形成的复合体的物理性状进行了分析;通过对复合体原状试样进行剪切、无侧限压缩和回弹模量试验,对复合体的抗剪、无侧限抗压和回弹等基本力学特性进行了研究,并在此基础上通过正交试验探讨了容重、含水率和含根量对上述力学特性的影响。研究发现,退化草地形成的复合体具有加剧土壤紧实程度、聚集根系向浅层分布等特征;复合体的抗剪强度、无侧限抗压强度和回弹模量因根系的存在与无根系分布的土层相比有很大变化;复合体容重、含水率和含根量均对其力学特性产生了影响,且各因素的影响存在交互作用,根系的存在可增强复合体结构的抗剪强度和无侧限抗压强度,但对于回弹模量的影响却表现出一定的差异性。