“源”“汇”景观理论及其生态学意义

格局与过程的关系是景观生态学研究中的核心内容。景观格局指数是定量分析景观格局与生态过程的主要方法,但由于许多景观格局指数难以将格局与过程有机融合在一起而陷入困境,探讨景观格局分析中有效表征生态过程的理论与方法,对于景观生态学的发展具有积极意义。基于大气污染中的“源”“汇”理论,在已有研究基础上,提出了“源”“汇”景观的概念和理论。认为根据不同景观类型的功能,可以将他们划分为“源”“汇”两种景观类型,从而将过程的内涵融于景观格局分析中。该理论认为:(1)在格局与过程研究中,异质景观可以分为“源”“汇”景观两种类型,其中“源”景观是指那些能促进过程发展的景观类型,“汇”景观是那些能阻止或延缓过程发展的景观类型;(2)“源”“汇”景观的性质是相对的,对于某一过程的“源”景观,可能是另一过程的“汇”景观,“源”“汇”景观的分析必须针对特定的过程;(3)“源”“汇”景观区分的关键在于判断景观类型在生态过程演变中所起的作用,是正向推动作用还是负向滞缓作用;(4)不同类型“源”(或者“汇”)景观对于同一种生态过程的贡献是不同的,在分析景观格局对生态过程的影响时需要考虑这种作用的差异;(5)“源”“汇”景观理论可以应用于非点源污染、生物多样性保护、城市热岛效应等不同领域。“源”“汇”景观理论提出的主要目的是探究不同景观类型在空间上的动态平衡对生态过程影响,从而找到适合一个地区的景观空间格局。这一理论的提出有助于推动景观格局与生态过程研究的深入,希望以此为基础,通过大量的实证研究,丰富和完善“源”、“汇”景观的理论和方法。

基于“源”“汇”景观指数的定西关川河流域土壤水蚀研究

基于"源-汇"理论,利用"源""汇"景观指数分析方法,计算甘肃定西关川河流域1995年、2000年、2005年和2010年的"源""汇"景观指数(LWLI,Location-weighted landscape index),对比分析"源""汇"景观空间格局变化与土壤水蚀的关系。结果表明:(1)关川河流域从1995年到2010年的LWLIelevation、LWLIdistance和LWLIslope指数呈降低的趋势。在高海拔和距流域出水口较远的区域,"源"景观的贡献逐渐小于"汇"景观的贡献。林地主要分布在坡度较小的地区,而草地主要分布在坡度较大地区。(2)"源""汇"景观综合指数LWLI从1995年到2005年持续下降,但2010年的LWLI值比2005年又有所提高,说明由于地区人口的扩大和自然资源的限制,某些地区农地扩张的压力依然很大。(3)20年间流域大气降水没有发生显著变化,但河川径流量、径流系数和土壤侵蚀模数逐年减少。LWLI与土壤侵蚀模数(P<0.05)具有显著正相关关系。LWLI能够较好地反映流域土壤水蚀规律,可作为流域水土流失评价的有效方法。对深入探讨黄土高原"退耕还林还草"工程与流域水文过程的关系,有效控制水土流失,优化黄土高原的治理,具有重要的理论和实践意义。

延河流域产沙过程对“源”“汇”景观格局的响应

景观格局配置模式是影响黄河流域水沙关系的重要因素之一。选取延河流域甘谷驿水文站控制断面以上区域为研究对象,研究流域尺度“源”“汇”景观格局对产沙过程的影响,探究利于流域可持续发展的景观格局。基于5期遥感影像(1985、1995、2000、2008和2015年)获取景观格局信息,在对输沙量进行趋势分析的基础上,运用皮尔逊简单相关系数、多元回归分析法建立景观格局与流域产沙过程的量化模型。结果表明:1)1969—2019年,汛期输沙量占全年比例超过97%,年及汛期平均输沙率Mann-Kendall统计量分别为-4.76和-9.03,呈极显著下降趋势;2)1999年至今,退耕还林(草)等人类活动使“汇”景观比例不断提高至91.0%;3)“源”景观的平均斑块面积和聚合度以及“汇”景观的斑块密度和平均临近指数对研究区输沙率的影响较为显著,回归模型拟合优度分别达到0.939和0.945,F检验均在0.1的水平上显著。当“源”景观的破碎化程度降低,“汇”景观的邻近度升高、连接性增强时,形成的景观格局结构利于流域尺度水文循环系统的泥沙拦蓄和调控。

基于“源”“汇”景观理论的山区农村居民点整治适宜性评价研究——以湖北省十堰市房县为例

研究目的:探寻生态脆弱山区农村居民点整治适宜性评价方法,使山区农村居民点整治产生较大社会效益、经济效益的同时创造更大的生态效益。研究方法:根据"源""汇"景观理论,建立针对农村居民点整治的景观空间负荷对比指数评价模型。研究结果:以十堰市房县为研究区开展适宜性评价,沙河乡、万峪河乡等7个乡镇的景观空间负荷综合对比指数为0.96、0.92等,较适宜开展农村居民点整治;土城镇和化龙堰镇不同级别的指数出现急剧增加后波动较小,也较适宜开展农村居民点整治。最后对整治适宜性进行验证,评价结果与已开展整治的情况高度吻合。研究结论:构建的农村居民点整治适宜性评价方法具有可行性,可为生态脆弱山区农村居民点整治提供决策依据。

基于“源-汇”生态过程的景观格局识别方法——景观空间负荷对比指数

正确理解景观格局与生态过程的关系是进一步深化景观生态学研究的关键 ,但是由于景观格局和生态过程涉及到不同的研究尺度 ,并且随着尺度的变化而变化 ,加上面状生态过程监测数据无法直接获得 ,导致很难定量描述景观格局与生态过程之间的关系。本文以非点源污染作为研究的典型生态过程 ,通过分析不同景观类型及其空间分布格局在非点源污染形成过程中的地位和作用 ,借用洛伦兹曲线的理论 ,从距离、相对高度和坡度三个方面建立了不受尺度限制的景观格局评价模型——景观空间负荷对比指数。该指数可以较好地将具有面状特性的景观格局与点状监测数据有机地结合在一起 ,使定量研究流域景观格局与生态过程的关系成为可能。该评价模型的特点有以下几个 :1不受空间尺度的限制 ,具有跨尺度的功能 ;2适宜于环境背景 (降雨和土壤等 )相似的地区 ;3景观空间负荷对比指数具有相对比较意义 ,其值越大 ,表示该类景观空间格局对流域出口监测点的贡献越大 ,反之越小 ;4景观空间负荷对比指数不能用来预测流域出口监测点非点源污染或水土流失的值 ,但是可以通过比较计算不同流域景观空间负荷对比指数 ,来判断流域发生养分 (水土 )

景观“源、汇”的动态特性及其量化方法

正确理解景观格局与生态过程的关系是景观生态学研究的关键,尽管基于"源""汇"过程的景观空间负荷对比指数较好地将景观格局与生态过程联系起来,但是对于如何定量刻画"源""汇"景观及其动态特性没有提出科学的方法。针对上述不足,深入分析了"源"、"汇"景观的动态特性,并从景观阻力与侵蚀力平衡关系的角度提出了定量判断"源""汇"景观格局的方法。这个方法的特点包括:(1)基于土壤侵蚀过程定量判定景观"源、汇"动态;(2)由于景观"源、汇"动态定量判定中充分考虑到降雨和土壤的异质性,对环境背景值不同的地区也适用。(3)从距离、相对高度和坡度3个方面建立景观格局动态评价模型即景观空间负荷对比动态指数,该指数很好地将景观格局动态与生态过程联系在一起,使定量研究和预测景观格局与过程的关系成为可能。通过分析景观空间负荷对比动态指数与流域出口处泥沙监测值的相关性,可以揭示某一流域景观格局对土壤侵蚀过程的影响。

耦合景观破碎化和土壤侵蚀的“源”“汇”边界指数

景观破碎化是促进侵蚀产沙和输沙的重要驱动力,而边界密度是量化景观破碎化的指标,其将景观破碎化与侵蚀产沙和输沙相联系。在土壤侵蚀研究中,土地利用/覆被边界密度是表达景观破碎化的常用指标,但由于该指数未考虑土壤侵蚀过程的方向性,在指示景观破碎化的侵蚀产沙和输沙效应时,缺乏过程机理基础,有效性差。该文在区分土壤侵蚀产沙和泥沙传输过程中土地利用/覆被类型"源"、"汇"功能的基础上,考虑了侵蚀产沙和输沙的方向性,根据"源""汇"功能类型相对于边界的空间配置,提出了"源""汇"功能边界及其提取方法,进而计算"源""汇"功能边界密度,并在小流域尺度验证其有效性。结果显示,相对于土地利用/覆被边界密度,"源""汇"功能边界密度指数与土壤侵蚀模数和输沙模数的相关性均明显增强,能更好地反映景观破碎化与流域侵蚀产沙和输沙的关系,增强了景观格局分析方法揭示流域土壤侵蚀变化的准确性。

考虑空间尺度效应的云南异龙湖流域主要入湖河流污染源解析

定量解析污染源对水质影响的贡献是水环境精细化管理的重要基础。目前多通过水质和土地利用类型的关系以解析水体污染源的研究,忽略了空间尺度的差异性,引发景观配置不合理的后果。为此,本研究依据考虑空间尺度效应的污染源解析方法,基于异龙湖流域3条主要入湖河流的入湖口监测断面对雨季和旱季的水质数据进行研究。同时利用绝对主成分—多元线性回归模型(APCS-MLR)和bioenv分析揭示河道不同尺度缓冲区的土地利用变化对水质的影响并解析河流主要污染源。研究结果表明:(1)异龙湖主要入湖河流水质表现出季节性差异,旱季期间3条主要入湖河流的浊度、化学需氧量(COD_(Cr))、氨氮(NH_(3)-N)、总磷(TP)和总氮(TN)浓度平均值相比于雨季减幅分别为39.53%、39.93%、94.48%、38.29%和1.72%。其中,入湖河流水体中的TN在旱季和雨季的超标率分别为58%和74%,成为首要污染物;(2)在旱季,20 m缓冲区尺度内河流水质受耕地和裸地占比影响较大,随着空间尺度的扩大,至50~300 m缓冲区尺度时建设用地、林地及水体占比对水质的影响增加;在雨季,COD_(Cr)、NH_(3)-N、TP和TN受20~300 m缓冲区尺度下建设用地占比及200~300 m缓冲区尺度下的水体占比影响,溶解氧受20 m缓冲区尺度内建设用地占比及50~300 m缓冲区尺度下耕地占比影响;(3)异龙湖流域主要入湖河流在旱季的主要污染源是20 m缓冲区尺度内的裸地、20~100 m缓冲区尺度下的耕地、50~300 m缓冲区尺度下的建设用地以及100~300 m缓冲区尺度下的基塘—水库水体;雨季的主要污染源是20~300 m缓冲区尺度下的建设用地、200~300 m缓冲区尺度下的水库—基塘以及50~300 m缓冲区尺度下的耕地。本研究在污染源解析过程中提出考虑不同河道缓冲区的空间尺度,在一定程度上可以克服受体模型的主观性,提高污染源识别和分配的准确性。研究结果可以帮助管理者明确在不同空间尺度下污染防治的重点,为水环境管理工作提供新的参考。

GIS支持下的水源汇水区非点源污染关键因子识别——以深圳市为例

利用GIS和非点源污染模型SWAT分析出深圳市的主要水源地水库的汇水区域,根据收集的专题数据,在GIS软件的支持下,从土壤侵蚀敏感性和"源""汇"景观空间分布状况2个方面对水源汇水区的非点源污染现状进行了评价,得出了深圳市6个主要水库水源地的非点源污染的关键因子,并提出了一些汇水区内生态环境的保护措施。

不同尺度景观空间分异特征对水体质量的影响——以深圳市西丽水库流域为例

由于景观格局对水体质量的影响是依赖于研究尺度、并且随着时间尺度和空间尺度的变化而变化的,因此探讨不同尺度上景观格局变化对水质的影响程度具有重要的研究价值。从深圳市水库流域水环境保护的需求出发,选择西丽水库及其汇水子流域为研究对象,以陈利顶等提出的景观空间负荷对比指数分析方法为基础,区分高度、坡度和距离3个空间要素计算了分区和累积景观空间负荷对比指数,继而利用该指数对比分析了不同时空尺度上"源""汇"景观空间分异特征变化对水质的影响程度。研究结果表明,不同尺度上的景观空间分异特征可以显著影响"源""汇"景观在非点源污染输出和削减方面贡献程度的对比关系,从而影响水体质量。由于不同尺度上景观空间分异特征的复杂性以及"源""汇"景观在数量和类型方面差异的显著性,景观空间负荷对比指数的对比关系并不能良好地反映不同空间尺度上景观空间分异特征对水质影响的差异状况,因此必须针对不同的研究尺度有选择的应用该方法来探讨景观空间分异特征对水质的影响程度。

水蚀风蚀交错区典型流域景观格局变化对土壤侵蚀过程的影响

流域土壤侵蚀过程与景观格局的关系是评价流域景观格局合理性的关键问题。以GIS软件为分析平台,以最新提出的"源""汇"景观理论为基础,以水蚀风蚀交错区典型流域——六道沟流域1995,2010年土地利用/覆被格局为分析对象,以淤地坝淤积量作为土壤侵蚀监测信息,利用景观空间负荷对比指数分别分析了这2个时期各景观类型随空间要素配置、贡献权重和组成比例对土壤侵蚀过程的影响,最后对该指数的变化与土壤侵蚀模数的变化进行相关性分析。结果表明:2010年与1995年相比,六道沟流域各集水区的相对高度、坡度、投影距离、运移距离负荷对比指数均呈减小趋势,景观格局分布更加合理,水土流失危险性降低,与同期土壤侵蚀模数变化趋势相同。坡度负荷对比指数增量与土壤侵蚀模数增量相关性较弱,相对高度、投影距离、运移距离负荷对比指数增量与土壤侵蚀模数增量呈显著正相关,运移距离负荷对比指数反映土壤侵蚀过程对景观格局变化响应的效果最好。景观格局负荷对比指数与土壤侵蚀实测值之间均存在较大差异,应进一步改进模拟方法以达到准确量化的目标。坡度负荷对比指数不能很好地解释景观格局对土壤侵蚀过程的影响,需要在坡度取值方式上加以改进。

“格局-过程”耦合思路对地理教学的启示

“格局-过程”耦合是地理学研究区域地表过程的重要内容和研究范式,体现地理学的区域性、综合性特征,将其应用于地理教学有助于培养学生的区域认知、综合思维等地理核心素养。文章通过梳理“格局-过程”耦合思路的内容,分析了如何将其转化为地理教学中的问题逻辑,并结合相关高考试题、教学案例,总结了“格局-过程”耦合思路对地理教学的几点启示:梳理单元知识和课程模块的关系,挖掘知识间的尺度思维;运用问题式教学,创设真实问题情境,培养学生的尺度选择和尺度推绎思维;把握格局的内涵,借用“源”“汇”景观理论分析现实地理问题,进行格局与过程的耦合。