基于“源-汇”理论的山区农村居民点“三生空间”优化研究——以井陉县为例

本研究根据农村居民点以及太行山区县域“三生空间”分布特征,基于“源-汇”理论和MCR模型,从生态源地扩张和生产源地扩张的角度,依据“三生”功能构建阻力面指标体系,计算最小累积阻力面差,实现县域“三生空间”的划分和农村居民点分类整治优化。结果表明:(1)基于“源-汇”理论的最小累积阻力模型在山区“三生空间”格局构建,农村居民点分类整治中具有相容性和可行性;(2)研究区以生态保护区和生态优化区为主,生态空间占比59.5%,以生态功能为主,农村居民点分布中生产功能占比62.7%,以生产功能导向为主,因此,乡村整治要根据农村居民所处的主导功能分类整治;(3)乡村整治应综合考虑农村居民点的生活、生产、生态功能特征,分类促进山区乡村振兴和生态文明建设。

基于“源-汇”理论的汾河太原段非点源污染识别

“源”“汇”景观格局是指既能促进非点源污染过程的正向演变,又能阻止/延缓生态过程的景观类型或单元。采用2020年太原市高分辨率遥感影像分类提取研究区景观格局分布信息,基于“源”“汇”理论和洛伦兹曲线分析景观空间分布对非点源污染的影响,并提出非点源污染防治的景观格局优化建议。结果表明:太原市非点源污染风险总体较高,“源”景观为主导作用的景观单元占62.87%。太原市中部非点源污染风险较高、东西山区较低。以“源”景观为主的景观类型位于太原市中部汾河两岸的建设用地,为极高风险区,占整体区域面积的17.69%,而太原市东西两侧山体以“汇”景观类型(主要是林地)为主,污染风险较小。基于坡度因子和河道距离因子的“源”“汇”景观污染负荷之比均大于1,在坡度要素中“汇”景观广泛分布于高坡度区,景观布局合理;河道距离要素中“源”景观分布在距河道近的区域,易导致非点源污染。

基于“源-汇”理论与电路理论的城市热源汇聚路径研究:以重庆市南岸区为例

【目的】厘清城市热源汇聚路径已经成为改善城市生态环境和土地利用结构的重要途径。【方法】基于“源-汇”景观生态学理论,以重庆市南岸区为研究对象,采用均值-标准差法划分城市地表温度提取热源地,并构建热源扩散阻力面,应用电路理论提取热源汇聚路径,统计汇聚路径多环缓冲区内土地利用类型、NDVI、高程与坡度现状,分析汇聚路径内在机理。【结果】结果显示:(1)热源共计24块,面积合计12.64 km^(2),占研究区总面积的4.82%,主要分布于南坪、弹子石、茶园、东港工业园四大组团;(2)热源汇聚路径共计42条,热源汇聚路径密度较高的区域集中分布于茶园组团内部以及与南坪、弹子石、茶园三大组团之间,该区域热源汇聚作用最强,弹子石组团与东港工业园组团之间汇聚路径仅有一条,热源的汇聚作用最弱;(3)耕地、水域、林地面积占比随着热源缓冲区范围增加而呈现增加的趋势,建设用地、草地、未利用地面积占比随着热源缓冲区范围增加而呈现减少的趋势。【结论】结论表明:山地城市热源汇聚路径和主控因素的空间演化特征,在距离汇聚路径100 m范围内温度主控因子贡献度排序分别为NDVI>坡度>高程;200~600 m缓冲区范围内温度主控因子贡献依次为坡度>高程>NDVI;700 m缓冲区范围内主控因子的贡献为坡度>NDVI>高程;800~1000 m缓冲区范围内主控因子贡献为NDVI>坡度>高程。研究结果能够为改善城市热环境、提高城市居住适宜度提供依据,也对“源-汇”理论应用于城市热环境热源汇聚路径进行探索,为类似研究提供参考。

基于景观生态学“源-汇”理论的市域尺度生态功能分区——以内蒙古通辽市为例

市域尺度的生态功能分区对于市域生态资源的有效保护和合理利用起着不可替代的指导作用。现阶段较为被动而静态的功能分区研究忽视了市域生态资源在城镇化发展中的剧烈变化。而景观生态学的"源-汇"概念和相关手段,将区域生态功能空间格局与不断变化的生态过程之间建立了联系,在生态功能分区科学理性的研究实践中运用前景广阔。运用景观生态学"源-汇"理论,以内蒙古通辽市为例,通过对于研究区域中"源"景观的划分,设定不同景观要素的阻力值,构建基于"源"动态特征的最小累计阻力模型,计算得出阻力面。并进一步通过寻找阻力面突变点来确定分区阈值,最终确定通辽市域尺度生态功能的5大分区,最后提出有针对性的分区管控措施与指引。研究将市域生态要素在城市化下的动态演变与生态安全格局进行有机关联并制定科学的分区策略,为市域生态空间的优化及管理提供了理论依据。

基于“源-汇”理论和MCR的哈尔滨市生态安全格局变化

以哈尔滨市为研究区域,在提取区域1998、2008和2018年景观类型分布基础上,通过“源-汇”理论和最小累积阻力模型构建区域生态安全格局;统计不同年份生态风险区、缓冲区和安全区面积、分布范围,结合阻力面因子分析生态安全格局时空变化。结果表明:1)生态安全区为哈尔滨市主要区域,研究区域整体表现为生态安全状态;2)三期生态风险区、缓冲区和安全区所处位置未发生明显变化。风险区主要位于区域西部,生态安全区位于区域中部及东部地区,生态缓冲区主要分布在安全区与风险区过渡区域及中部耕地为主的区域,符合生态由高到低的缓冲特征;3)1998—2018年间,哈尔滨市生态安全区面积呈现先减少后增加的变化,生态缓冲区面积呈现先增加后减少的变化,生态风险区的面积一直在小幅增大。

基于“源-汇”理论和生态阻力面(UEER)模型的新疆和田地区沙源扩散路径

厘清沙源扩散路径是荒漠化防治的重要方面。基于“源-汇”景观生态学理论,以新疆和田地区为研究对象,应用生态阻力面(UEER)模型提取沙源地、构建沙源扩散生态阻力面,共提取了和田地区128条沙源潜在扩散路径,并通过重力模型筛选出71条沙源扩散重要路径,识别出48个沙源扩散节点,其中Ⅰ类沙源扩散节点31个,Ⅱ类沙源扩散节点17个。结果表明:新疆和田地区沙源高度扩散风险区域面积为11267.8 km^2,占研究区总面积的5.54%,主要分布于和田县中部、墨玉县北部、民丰县中部及南部,其中一级源地面积为8290.18 km^2,二级源地面积为1955.76 km^2,三级源地面积为1021.93 km^2;沙源扩散路径密度较高的区域集中分布于和田地区西北部,该区域沙源扩散作用最强,东南部沙源扩散作用较集中,中部沙源扩散路径较少,沙源扩散作用最弱;Ⅰ类沙源扩散节点位于绿洲、荒漠交错区域,是防沙治沙的关键节点。上述研究结果可为新疆和田地区荒漠化防治决策提供依据,同时作为对“源-汇”理论应用于沙源扩散路径的探索,为今后类似研究提供参考。

基于“源-汇”理论的海口城市景观格局与热岛效应响应机制

城市化引起的土地利用/覆被变化加剧了热环境恶化。以2000、2005、2010、2015年和2018年5期Landsat遥感影像为数据源,选择热场变异指数、汇源景观贡献度和景观效应指数,分析海口陆域在城乡梯度上的源汇景观格局对城市热环境的贡献及其生态效应。结果表明:1)热岛梯度演变集中于西海岸、中心城区和江东新区等区域。2)不同汇源景观的平均热场变异指数不同,呈裸地>人工表面>源景观>灌木草地>农田>汇景观>林地>水体的规律。3)源、汇景观在中心城区对热岛贡献值最大,沿着梯度方向对热岛贡献度逐渐降低;随着城镇不断扩张,在城乡梯度方向汇区比例不断增大、源区比例不断减小,导致了热岛的空间转移与扩散。4)景观效应指数在中心城区段(T1~T7)沿城乡梯度快速递减且促进热岛比例大;在郊区段(T8~T21)波动上升且缓解热岛比例大。由此,提出基于区域景观系统理论的热岛缓解策略。

基于“源-汇”理论的成都棕地面源污染风险评价

成都四环内现存的大量棕地,对成都市大力发展公园城市有极大的阻碍作用,不仅破环城市的形象,也对整个成都市的水资源形成了巨大的潜在威胁。以成都四环内主要水域100 m缓冲区范围内现存棕地为研究对象,利用“源-汇”理论研究了棕地形成的面源污染风险及划分污染风险等级。通过GIS、ENVI等技术手段,将棕地作为污染源,对其所在空间位置的各种人为因素与自然因素的差异性,将各指标因子进行叠加分析。得到成都市四环内棕地污染向环境中扩散的最小累计阻力值,并根据阻力值划分出了污染风险等级。结果表明:成都市主要极高风险区主要集中在金牛区、成华区、青羊区,主要的水系中的府河、清水河、摸底河都从极高风险去中穿过。对于城市主要集中治理棕地以及城市水资源保护有一定的指导意义。

基于“源-流-汇”理论的城区小微水体保护规划方法研究

小微水体是城市雨洪调蓄的重要空间。以提高城市雨洪韧性为目标,以小微水体为对象,基于“源-流-汇”理论提出了现状雨洪条件分析、“源-流-汇”空间识别与评价、小微水体保护建设引导的规划思路,从空间维度提出了小微水体的保护路径,避免了总量管控方法下的空间错配,并以安徽省蚌埠市中心城区为例进行了实例研究。以期为国土空间规划编制背景下小微水体布局和保护提供技术支撑,为城市水系保护提供参考。

基于“源-汇”理论的流域非点源污染控制景观格局调控框架——以厦门市马銮湾流域为例

基于"源-汇"理论对景观格局进行调控与优化是一种较为经济、有效的流域非点源污染控制新方法,目前尚处在探索阶段.在景观生态学及相关理论与前人已有研究的基础上,以流域整体为对象,从2个层次构建基于"源-汇"理论的流域非点源污染控制景观格局调控框架:1)流域层次:在分析流域"源-汇"景观合理的基本组合与空间布局方式的基础上,建立了流域景观格局整体调控与优化方法;2)景观斑块类型层次:将关键"源"景观作为重点调控与优化对象,建立了包含景观单位面积污染负荷、景观坡度、起传输作用的狭长"源"景观、临河"源"景观单位岸线长度污染负荷等4项关键"源"景观识别准则,并遵循镶嵌"汇"景观、局部增补带型"汇"景观、提高原有"汇"景观消纳污染物的能力等3项调控与优化原则,针对农村地区与城区不同的关键"源"景观类型,制定了9类调控与优化方法.最后将该框架应用到厦门市马銮湾流域,基于GIS平台及研究区遥感图像与数字高程模型,制定了马銮湾流域景观格局整体调控与优化模式及3个片区关键"源"景观调控与优化方案.

基于“源-汇”理论的传统乡村景观安全格局构建

【目的】构建传统乡村景观安全格局以延续传统乡村地区脆弱的人文与生态景观系统。【方法】基于"源-汇"理论与方法,以太湖西山传统村落为例,通过辨识生态与文化景观系统存续"源"的类别、位置、范围和强度,以土地利用类型、坡度、植被覆盖度与到道路的距离4个指标作为"汇"阻力评价要素,借助ArcGIS 9.3平台与最小累计阻力模型(MCR),计算传统生态、文化景观"源-汇"过程,获取生态、文化景观存续安全格局。【结果】太湖西山生态与人文景观布局高安全等级区域面积分别占67.11%和38.29%,中安全等级区域分别占19.88%和49.16%,低安全等级区域分别只占13.01%和12.55%。【结论】"源-汇"理论与方法在太湖西山传统乡村景观安全格局构建过程中具有较强的适用性,在生态、文化景观过程的模拟、生态与文化景观安全等级划分与分级分区保护中能够发挥积极作用。

基于“源-汇”理论的资江下游地区非点源污染风险区划

开展非点源污染风险评估及区划研究对流域生态环境保护、土地利用结构调整和优化具有重要意义。以2010、2018年两期资江下游地区土地利用覆盖数据为基础,基于"源-汇"景观格局理论识别"源"、"汇"景观,综合考虑非点源污染发生和迁移因子的前提下,借助景观空间负荷对比指数(LCI)、非点源污染负荷指数(NPPRI),分析非点源污染风险的时空变化特征;通过识别非点源污染风险中的关键因子,对资江下游非点源污染区划进行分析。结果表明:研究区非点源污染发生风险总体较低,"汇"景观为主的子流域占61.2%;非点源污染风险呈现西南低,东北平原区以及资江干流、志溪河、桃花江沿岸偏高的空间特征;2010—2018年,非点源污染风险呈现升高趋势,农村居民点、耕地的扩张及林地缩减对非点源污染发生风险分别具有正向与负向的响应关系;LCI、坡度、距离是影响非点源污染风险指数变化的关键因子。在此基础上,将资江下游地区划分为4个控制区,即近河道污染治理区、低坡地污染控制区、生态恢复-风险防控区、生态优先保护区。

基于“源-汇”理论的海口城市景观格局与热岛效应响应机制

本文选取2000,2005,2010,2015和2018年五期的Landsat影像为数据源,反演土地利用与地表温度数据;然后提取热场变异指数、汇源景观贡献度和景观效应指数,分析了海口在城乡梯度上的汇源景观格局对热岛的贡献及其生态效应。结果表明:热岛梯度演变集中于西海岸、中心城区和江东新区;热场变异指数呈"裸地人工表面源景观灌草地农田汇景观林地水体"的规律。在中心城区段,这五期的汇源景观贡献度较大,景观效应指数沿城乡梯度快速递减且促进热岛比例大;郊区段贡献度偏小,景观效应指数波动上升且缓解热岛比例大,存在第二峰值。源、汇景观在中心城区对热岛贡献值最大,沿着梯度方向对热岛贡献度随之降低;越靠近中心城区,值也越大,之后沿城乡梯度逐渐减小。随着城镇不断扩张,在城乡梯度方向汇区比例不断增大、源区比例不断减小,导致了热岛的空间转移与扩散。由此,提出基于区域景观系统理论的热岛缓解策略。

基于“源-汇”理论的城市绿地空间格局构建与优化研究

在城市生态环境面临巨大挑战的背景下,构建合理的城市绿地空间格局是提升城市生态安全和实现可持续发展的重要保障。＂源-汇＂理论作为景观生态学中定量探究景观格局与生态过程动态平衡的理论,在城市空间格局规划中的应用前景广阔。作者通过梳理国内外绿地空间格局的相关研究,发现绿地空间格局的作用机制与＂源-汇＂理论的基本概念存在一定关联性。因此,本文尝试将＂源-汇＂理论应用于绿地空间格局的构建和优化研究中,首先,对绿地空间格局语义下＂源-汇＂理论进行解读。在此基础上,以北京市中心城区为例,依据＂源-汇＂理论的相关原理,划分＂源＂＂汇＂景观,构建最小累计阻力模型,以识别生态源地、生态廊道和生态节点,并分别作为基质、廊道和斑块,从而构建城市绿地空间格局。最后,结合生态适宜性评价的分析方法与北京市绿地系统规划对研究区绿地空间格局进行修正,形成优化后的北京市中心城区绿地空间格局。研究以定量与定性相结合的方式,以期为城市绿地系统规划提供一定参考依据。

基于“源-汇”景观的典型半城市化小流域非点源污染风险评价

小流域的水质恶化主要由点源污染和非点源污染引起,随着点源污染控制水平达到一定程度后,非点源污染已成为首要污染源。当前对非点源污染的管控仍存在难监测和难治理的问题,明晰非点源污染发生风险以及背后的原因是亟需解决的问题,因此开展非点源污染风险分析和评价具有重要意义。采用高分辨率影像解译了2010年、2015年和2020年三期厦门市后溪流域土地利用数据;基于“源-汇”景观格局方法计算研究区网格单元的网格污染指数(GPI);结合土地利用变化数据分析非点源污染风险的时空变异,对风险区成因进行了分析。研究结果表明:当前,“汇”景观占流域面积的67.86%,非点源污染发生风险分布呈现北低南高;十年中,非点源污染风险呈现上升趋势,目前非点源污染发生风险处于低风险水平(GPI=0.27)。通过分析风险区的土地利用构成发现耕地面积的缩减(减少67.08%)和建设用地面积扩张(增加43.02%)是污染风险发生变动的主要原因。计算了风险区转移矩阵,发现非点源污染发生风险区呈现出中高风险区向低风险区和“汇”景观区域转移的趋势。基于“源-汇”景观格局理论计算的网格污染指数(GPI)可以有效地对流域非点源污染风险值进行表征,是评价和分析流域非点源污染发生风险的可用方法。

信江多流域土地利用空间负荷的河流氮磷输出响应

【目的】近年来流域水体污染问题日益突出,总氮和总磷已成为水体污染衡量指标之一,河流氮磷浓度变化在一定程度上受到流域土地利用的影响,为保障信江流域水环境安全,开展土地利用空间负荷的氮磷输出响应研究对判定流域养分流失风险级别、划定流域优先治理区、促进土地利用结构调整具有重大意义。【方法】选取信江流域的16个子流域作为研究区,利用2000年和2020年地表覆盖数据、高程数据、河网数据和2020年河流断面总氮与总磷监测数据,参考“源-汇”理论并利用洛伦兹曲线,构建土地利用空间负荷比指数,最后通过皮尔逊相关性分析,探讨流域氮磷输出与土地利用的时空关系。【结果】①相对高程、坡度、相对距离和综合的LWLI指数均值不超过0.3,表明流域当前土地利用的氮磷污染风险较低。②从三类空间要素对污染负荷贡献的角度来看,结果显示由大到小依次为LWLI_(s)、LWLI_(e)和LWLI_(d),表明相对高程和坡度对流域空间污染负荷的影响更为显著,因此,流域内位于中高海拔、坡度陡峭地区的土地利用类型应成为重点关注对象。③从“源-汇”地类结构和土地利用空间负荷的角度分析土地利用与氮磷输出的Pearson关系,发现土地利用空间负荷比指数同氮磷浓度的相关系数要比源汇地类面积结构的更高,存在更显著的相关性,能更有效表征流域的总氮、总磷流失量。【结论】从“源-汇”视角出发,将“源-汇”理论应用于流域土地利用空间负荷时空演变分析,定量分析多流域土地利用空间负荷与河流水质的关系,为水污染的治理和管理提供了有益的参考,可进一步为信江流域区划研究提供基础,为信江流域的水污染防治和土地利用结构调整优化提供借鉴经验,为信江流域改善生态环境和水质等方面提供决策支持。

植被状况区划及预测模型研究

基于遥感数据计算植被覆盖度(FVC),以沁水县为例,引入"源-汇"理论及最小累积阻力模型(MCR)评估植被状况并进行区域划分,依据区划结果提出具体管控措施。同时构建像元趋势外推模型,以2016年FVC为参照验证模型精度并对研究区未来植被覆盖度进行预测。结果表明模型预测结果与遥感数据反演结果差异较小,均方根误差(RMSE)0.098,相关系数(R2)0.804,说明像元趋势外推模型在FVC预测方面具有一定的适用性。沁水县2016年后植被状况以稳定和改善为主,在外界干扰因素稳定的情况下将达到稳定状态。研究将植被状况的静态格局、生态过程及动态趋势有机联合起来并制定合理的分区管控措施,为植被的有效保护及区域经济生态的协调发展提供科学参考。