基于“斑块-廊道-基质”和“源-流-汇”范式景观格局分析的景观生态学工具箱原理与应用

景观格局的定量分析是评价其对生态过程影响的先决条件,也是生态系统规划和管理的重要依据。当前的景观格局分析软件都仅提供基于“斑块-廊道-基质”景观分析范式的格局指数计算,不包含基于“源-流-汇”的范式的指数计算。这不仅无法适应景观生态学理论的发展,也无法满足大数据时代对计算场景和速率的需求。针对该问题,在研发基于“源-流-汇”的范式的指数算法的基础上,开发了景观生态学工具箱(Landscape Ecology Toolbox,LET)。不仅同时提供基于两种分析范式下的景观格局指数计算,也提供了图形用户界面和命令行两种运行方式。在对LET主要功能进行介绍的基础上,将LET同现有景观分析软件在操作逻辑、景观指数计算范围、特色功能等方面进行了详细的对比,最后对软件未来的发展方向进行了讨论。

土地利用景观的生态潜力与格局优化

随着社会经济的发展和城市化进程的加速,土地资源的合理利用与生态环境保护之间的矛盾日益突出。在此背景下,土地利用景观格局的优化成为解决这一矛盾的有效途径。本文旨在探讨土地利用景观的生态潜力与格局优化,以期为相关实践提供指导。由孙丽娜与宋戈等编著、中国农业出版社出版的《区域土地利用景观变化及其土地生态环境响应》一书,首先介绍了土地利用景观的基本概念、形成与演变以及景观生态学在土地利用中的应用,随后深入探讨了不同土地利用方式对土壤质量、水资源、生物多样性和景观美学的影响。书中强调了土地利用景观变化与土地生态环境之间的相互作用关系,通过实证研究展示了不同地区土地利用景观变化的具体情况.

基于多模型和权衡矩阵法的乡村生态-游憩景观安全格局重构

【目的】乡村旅游地的突出矛盾是人类旅游活动对生态环境的干扰,景观规划时需要权衡游憩功能与生态功能。探究乡村生态-游憩景观安全格局(landscape security pattern, LSP)重构路径,旨在促进乡村旅游与生态环境和谐、可持续发展,为乡村旅游地景观规划提供参考思路。【方法】以江苏省无锡市马山为例,综合运用InVEST、ArcSWAT、最小累积阻力(minimum cumulative resistance, MCR)多模型,分别模拟生态、游憩空间格局以及生态、游憩廊道,并划分景观单元;基于“权衡矩阵法”,比较各单元生态、游憩功能重要性,实现景观功能分区,识别权衡问题突出的区域及战略点,进而为各类景观功能区提出针对性的规划、建设及管控策略。【结果】将马山景观功能区划分为生态核心区、生态重要区、生态-游憩重点权衡区、生态-游憩次级权衡区、游憩核心区、游憩重要区、游憩协调区及弹性发展区8类,构建生态-游憩景观网络并识别出32处战略点。【结论】重构乡村生态-游憩LSP有利于区分不同类型景观功能区的建设侧重点与优先级,科学、精细化地管理、利用乡村景观资源,促进多功能景观的协调与增效。

基于景观生态风险评价的景观格局优化研究——以嘉陵江流域为例

为了促进嘉陵江流域生态系统的健康发展,采用空间主成分分析法、加权叠加分析法和最小累积阻力模型对流域景观生态风险进行了研究.结果表明:嘉陵江流域高与较高生态风险区主要位于嘉陵江流域上游局部地区,中、下游的西南部地区.遴选出22个生态源地、构建出15条生态廊道、辨识出17个生态节点,形成点—线—面多层次生态网络优化格局;对比嘉陵江流域景观格局优化前后的连通性指数发现,优化后的整体景观连通性提高了87.35%.建议该区域在今后的建设中,应加强生态源地的保护、生态廊道及生态节点的建设以形成稳定的、物种丰富的生态系统.

基于GIS的青岛市绿地景观生态格局与网络构建

定量化研究绿地景观生态格局和网络构建能够为城市绿地系统和国土空间的科学规划提供理论依据与方法支撑。研究基于无线电高空测候(RS)和地理信息系统(GIS)技术,运用总体景观生态格局分析和梯度分析方法,选取12个景观指数,对沿海城市——青岛市的绿地景观生态格局从斑块类型水平和景观水平两方面进行了定量研究。结果表明:斑块类型水平上,区域绿地以大型斑块为主且占优势地位,防护绿地以大中型斑块为主,二者虽空间分布不均匀,但生态效益较好;附属绿地以中小型斑块为主,缺乏大面积绿地建设,景观破碎度高但符合公众游憩需求;公园绿地以小型斑块为主且数量较少,在城区集中分布。景观水平上,城市绿地景观类型较齐全,但整体破碎度高,中部地区景观破碎度高,南部与中北部地区绿地类型多样,景观破碎度高且景观形状较复杂。在此基础上,进而分析了青岛城市绿地景观生态格局存在的问题,提出了“一轴、三核、廊汇成网、节点密布”的城市绿地生态网络优化与构建方案,以提高各类城市绿地连接度水平,发挥绿地生态系统的整体效益。

基于景观格局的生态风险时空变化规律——以林甸县为例

为探究大庆市林甸县的景观格局演变对景观生态风险的影响,该文以5期(2000年、2010年、2015年、2018年和2020年)遥感影像为数据基础,综合分析2000-2020年林甸县的生态风险等级分布。结果表明:耕地和草地为林甸县主要的景观类型,与其他景观类型转入、转出频繁,呈聚集性分布。研究区以低风险及较低风险区域为主,较高风险及高风险区主要集中在西部的沼泽地、盐碱地和东部的草地。各时期景观生态风险Moran's I指数大于0,反映出研究区景观生态风险值的空间分布呈正向相关关系。

南方丘陵地区景观格局与生态系统服务价值演变特征论文--以南宁市为例

南宁市是广西强首府战略的中心发展城市,本文根据土地利用类型的动态变化、景观格局指数分析与生态系统服务价值等研究,为南宁市的生态系统提供理论支撑。以南宁市2005—2019年4期土地利用数据为基础,运用ArcGIS 10.8和Fragstats 4.2等软件,分析了景观格局指数,测算了生态系统服务价值。结果表明:南宁市土地利用类型变化较为明显,农田减少了1784.52km^(2),森林增加了1725.8km^(2),建设用地增加了235.83km^(2);景观格局呈波动性变化,南宁市内各斑块类型分布不均匀,有一定的破碎化程度,但破碎化情况正在逐步改善,斑块之间的衔接性一般,景观聚集程度有待提高,各土地类型的分布较分散;南宁市生态系统服务价值2005—2015年不断增长,但2015—2019年的服务价值基本稳定,由2005年的347.78×10^(8)元增加至2015年的358.55×10^(8)元,2019年的358.02×10^(8)元与2015年基本持平,略有下降,其中,气候调节、土壤形成及维护的生态价值最高,原材料生产及娱乐休闲比重较小。根据以上结论提出了相应的建议措施,为城市规划提供参考依据。

巴马县盘阳河流域国土整治景观格局与生态效应评价

本研究基于巴马县盘阳河流域整治前后的土地利用现状数据,通过景观格局指数刻画分析区域景观格局变化,同时基于当量因子法构建当地单位面积生态服务价值系数表,测算分析区域生态系统服务价值及变化特征。结果表明:一是2016—2018年林地面积减少,其作为优势斑块类型的支配地位下降,景观的连通性降低;建设用地扩张迅速有集聚发展的趋势。二是巴马县盘阳河流域整体景观的破碎度和异质性增强,各类斑块形状趋于复杂。三是区域气候调节和水文调节功能较为突出,林地作为优势地类生态贡献率最高。四是研究区域生态系统服务价值整体略有下降,水资源供给、气候调节和净化环境等功能的价值下降最为明显,美学景观功能价值略有上升。

三明市区景观格局时空演变及生态网络构建研究

生态网络的构建充分利用了山地型城市所具备的良好生态环境,减弱了快速城市化带来的负面影响,提升了区域生态系统服务能力和生物多样性。以三明市区为研究区域,对比分析了2000、2010和2020年3个时期的景观格局、生态源地和生态阻力面的变化,运用形态学空间格局分析(morphological spatial pattern analysis,MSPA)方法、电路理论和重力模型等判定重要生态源地,构建生态廊道,并提出相应的优化策略。结果表明:(1)2000—2020年三明市区核心区面积占研究区域总面积的比例均超过50%,但呈现逐年下降趋势。(2)三明市区有11个重要生态源地,构建了24条生态廊道。(3)运用重力模型将廊道分为3类,其中1级廊道2条,2级廊道5条,3级廊道17条。(4)识别出22个踏脚石、47个生态夹点、54个障碍点和114个断裂点。(5)提出修复生态断裂点、建设踏脚石、保护生态夹点、去除生态障碍点的优化策略来提升生态网络稳定性,增强区域景观连通性。研究结果可为山地城市的生态网络构建提供参考。

景感生态学视角下的乡旅景观设计——以留庄镇旅游区为例

当前,发展乡村旅游产业是我国农村发展经济的重要途径,但近些年来随着乡旅项目的大量开发也逐渐暴露出很多问题:旅游单调无味且仅注重视觉体验、设计千篇一律、竞争力不足等。如何提高乡旅景观的质量,形成人与乡村的良好发展关系是亟需探索的问题,以景感生态学理论为基础,阐述了关注景感对乡旅景观的重要性,以河南省留庄镇旅游区的设计为例,探讨了改善人在环境中的感官感知的策略和实现要素,为今后的乡旅环境设计提供一定的理论与实践参考。

基于景观格局的玉溪市“三湖”流域生态风险演化分析

以玉溪市“三湖”流域为研究对象,对研究区内生态风险状况进行研究,揭示其20年生态风险演化特征。对2000-2020年的土地利用数据进行等间距采样,基于景观格局指数建立生态风险模型并利用空间自相关分析、地统计学分析、重心转移等方法对研究区内景观格局变化特征以及生态风险演变进行探究。结果表明:(1)社会发展及人类活动导致建筑用地的分离度等在研究期内呈线性减少趋势,而草地的破碎度在20年里呈上升趋势,由2000年的0.55增长到2020年的0.93;(2)生态风险格局在空间上呈现显著正相关,Moran’s I指数由2000年的0.522下降至2022年的0.513,表明研究区内景观生态风险值在空间分布上的依赖性减弱,空间趋同性逐渐降低;(3)研究区内多年间生态风险呈现先上升后下降的趋势且生态风险格局重心整体向西南偏移,高风险区主要分布在研究区北部的林草地带以及湖泊周围,20年面积增加了6 212.07 hm^(2)。研究结果可为流域内水资源开发、生态安全保护等决策提供支持。

矿业城市生态风险参数化调控规划框架——基于生态风险与景观格局关联机制

深入探讨景观格局对生态过程的影响机制,将生态风险评价结果作为国土空间布局优化的科学依据,已成为国土空间规划体系的重要内容。本文以我国最大的菱镁产业基地海城-大石桥矿区为研究对象,通过建立综合生态风险指数多元回归模型,形成基于景观格局参数的风险调控规划框架。研究结果表明:(1)采用主成分分析法形成的综合生态风险指数,能够集成多种指标特征,较好反映了综合生态风险状况;(2)以景观格局参数作为变量建立的多元回归模型,对综合生态风险指数具有较好的解释能力,通过敏感性分析能够表征出不同景观格局参数对生态风险的贡献程度;(3)基于生态风险与景观格局的关联机制研究,为空间规划途径的生态风险调控提供了量化依据。本文在景观生态学的格局-过程互馈理论下,提出了一种面向风险过程干预的空间规划设计方法,为矿业城市生态风险的防范与规避提供了一种具有较强可操作性的规划框架。

基于群落生态学原理的风景林景观更新策略研究——以深圳市仙湖植物园为例

定位以风景旅游为主要功能之一的深圳市仙湖植物园分布有较大面积的风景林,其质量高低对深圳市和仙湖植物园的景观风貌优劣产生重要影响。运用群落生态学的相关调查方法分析和评估风景林的群落演替趋势、结构稳定性、景观动态变化等。研究结果显示,仙湖植物园风景林呈现退化趋势、群落结构简单、乔灌木断层现象严重、植物多样性低、植物群落中缺乏潜在优质的演替建群树种等问题,直接影响着仙湖植物园风景林的景观质量。在此基础上,提出了仙湖植物园风景林景观质量更新的原则和策略、目标与措施、建群树种选择及群落的构建模式,以期为仙湖植物园及其他风景林提质更新提供参考借鉴。

景观格局对生态系统服务的非线性影响和阈值调控--以福建省生态高效协同区为例

考虑生态系统服务间协同权衡关系,摸清协同化背景下景观格局特征与生态系统服务整体效益(TES)间的非线性关联机制,明确主控因子和最优驱动阈值,有利于生态决策在顺应自然的前提下有效落实。研究方法:自组织特征映射神经网络模型、随机森林(RF)+可视化表达算法。结果显示:(1)福建省生态高效协同区主要分布于高海拔地区,其内部TES整体呈现出西部高于东部的空间趋势。(2)耕、林和建设用地景观特征对TES的影响程度都呈现出面积>形状>空间布局的趋势。其中,耕、林景观面积的影响>斑块面积的影响,草、建设用地斑块面积的影响>景观面积的影响。(3)各景观格局因子对TES的影响存在最优驱动阈值区间和敏感调控区间,当建设用地面积占比超过10%后,其对TES的负面影响不再随建设用地扩张而显著增加。研究结论:各景观格局指数与TES间的关联过程是非线性的,其关联过程存在明显阶段性,不能用单一的线性模型拟合。在解决TES与景观特征因子间关联问题上,研究测试了机器学习模型和线性模型的拟合效果,其中随机森林模型表现最优异。本研究的方法和思路可为其他地区和尺度的生态系统服务协同权衡关系研究提供参考。

耦合景观生态安全格局的南京市“三生”空间多情景模拟

[目的]阐明区域景观生态安全格局与“三生”空间多情景模拟的耦合过程,为维护区域生态安全、优化国土空间发展格局提供参考。[方法]将包含防洪、水土保持、生物保护和游憩等重要生态过程的综合景观生态安全格局作为约束条件耦合到FLUS模型中,设置农业空间优先、工业和生活空间优先、生态空间优先和三生空间均衡发展4类情景,预测了规划目标年(2025年和2035年)不同情景下“三生”空间结构与布局状况。[结果]南京市低、中、高安全水平生态用地规模分别为1537.41,2576.85,2928.59 km^(2),占比23.34%,39.12%,44.46%;相较其他3种情景,“三生”空间均衡发展情景下,维持中等水平的生态安全,各类空间变化趋势整体较为缓和,到2025年和2035年,生产空间基本维持现有水平,仅增加2.09,2.02 km^(2),生活空间增幅相对有限,分别为28.55,46.27 km^(2),生态空间缩减幅度有所放缓,分别为30.64,48.29 km^(2),该情景在满足经济发展对建设用地需求的同时,也能兼顾粮食安全和生态保护的要求,有利于促进经济、社会和生态全面协调可持续发展。[结论]以“三生”空间均衡发展为目标优化国土空间发展格局,有利于实现生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀。

基于景观格局的丘陵山区耕地生态风险评价——以重庆市潼南区为例

[目的/意义]丘陵山区农田宜机化整治会改变耕地景观格局、高程、坡度、微地貌等,评价其生态风险为后续整治工作提供数据参考具有重要意义。本研究的目的为评价丘陵山区农田宜机化整治对耕地生态风险的改变情况以及探究生态风险与耕地坡度之间的关系。[方法]以重庆市潼南区20个县为评价单元,基于2010年和2020年土地利用数据,采用ArcGIS 10.8和Excel软件计算景观格局指数,通过熵权法确定各指数的权重并构建生态风险评价模型,揭示生态风险时序空间变化特征;基于数理统计原理,对生态风险与坡度进行相关性分析,探究生态风险与坡度的关系。[结果和讨论] 2010年和2020年两个时期,干扰度指数由0.97下降为0.94,耕地整体抗干扰能力增强;脆弱度指数由2.96增加为3.20,耕地结构更加脆弱;生态风险值由3.10下降为3.01,耕地生态安全性提高。两个时期生态风险区域主要以低风险区和较低风险区为主,低风险区面积增加6.44%,较低风险区面积增加6.17%,中风险区面积增加24.4%,较高风险区面积减少60.70%,高风险区面积增加16.30%,耕地生态安全区域相对增加。耕地坡度主要以2°~25°为主,耕地坡度小于15°时坡度面积占比与生态风险值呈负相关,耕地坡度大于15°时坡度面积占比与生态风险值呈正相关关系,坡度处于5°~8°、15°~25°、25°以上时坡度面积与生态风险值呈极显著相关。农田宜机化整治应重点关注潼南区南部区域,并集中于耕地坡度处于5°~8°和15°~25°区域。[结论]通过评价潼南区农田宜机化整治前后耕地生态风险并分析生态风险与耕地坡度的相关性,表明农田宜机化整治可以降低耕地生态风险,耕地坡度面积占比可作为精准指导农田宜机化整治的重要依据,潼南区宜机化整治工作应重点关注耕地坡度处于5°~8°和15°~25°区域。

基于景观类型及其生态风险评价的巢湖流域生态安全格局优化建议

科学合理地构建生态安全格局是维护区域可持续发展的重要保障。为优化巢湖流域生态安全格局分区,本文以该流域2010年、2016年、2022年3期景观类型遥感数据为基础,通过景观风险评价模型,研究巢湖流域近年来景观生态风险的时空变化,并结合自然本底特征提出了巢湖流域生态安全格局分区优化建议。结果表明:2010~2022年,巢湖流域低风险小流域数量在减少,较低风险小流域数量后期开始增加,中等风险小流域在增加,较高、高风险小流域数量有减少趋势。对比发现,景观生态风险在区域各主要流域内部及主要流域之间差异性较大,但同一流域变化等级未出现越级变化现象,均为相邻等级之间转化,因此,同一主要流域景观生态风险随时间变化特征差异较小。基于巢湖流域自然本底及景观风险时空变化特征,提出了“两区、三廊、四片、两带”流域生态安全格局分区优化建议。

赣东北土地利用及景观格局变化对生态系统服务价值的影响

[目的]通过开展生态系统服务价值(Ecosystem Service Value, ESV)对土地利用及景观格局变化的响应研究,维持赣东北生态系统功能稳定以及筑牢区域生态安全屏障。[方法]基于1990—2020年4期土地利用数据,利用GIS空间统计和分析等方法测度赣东北土地利用、景观格局和ESV的时空变化,并引入弹性指数和时空地理加权回归(GTWR)模型分别探究土地利用和景观格局变化对ESV的影响。[结果](1)林地和耕地是主要的用地类型,而除水域和建设用地面积递增外,其他地类面积均减少,使得整个区域景观破碎化和复杂化;(2) ESV总量整体上升,其中林地和水域是生态系统的主要贡献者,两者合计占比超过89%,而各县(市、区)ESV的分布和变化主要受水域、林地和建设用地的影响;(3)高弹性指数(弹性指数>5)主要集中于鄱阳湖及其水系沿岸和各县(市、区)中心繁华地段周边,而较高弹性指数(3<弹性指数≤5)主要集中于城市交界处;(4)散布与并列指数(Interspersionand JuxtapositionIndex, IJI)和分离度指数(Splitting Index, SPLIT)对各县(市、区)ESV的影响呈负向抑制作用为主,欧几里得最邻近距离(Euclidean Nearest Neighbor Distance, ENN)的影响由负向作用向正向作用过渡,而香农多样性指数(Shannon′s Diversity Index, SHDI)的影响总体呈正向促进作用且强度逐渐增强,同时4种景观指数的影响强度时空分异性明显。[结论]土地利用及景观格局变化对ESV的影响具有时空分异特征,在赣东北生态环境保护工作中应当采用差异化管理模式。

巢湖流域景观格局和生态风险的时空分异特征

基于地形位梯度深入探究巢湖流域景观生态风险的分布特征,对于制定小流域生态风险规避措施和未来发展策略具有重要意义。采用景观格局指数和生态风险指数来展示研究区内景观格局和生态风险的演变机理,利用地形位指数和分布指数强化地貌描述,开展巢湖流域景观格局和生态风险的时空分异研究。结果表明:巢湖流域以低等级地形为主;在低、中低等级地形区内,人类活动干扰逐步增强,景观不规则程度加深;较低风险等级区对于高等级梯度空间具有更强的适应性,而高风险区域更多地分布于低等级地形位;景观生态风险等级变化中,以稳定型为绝对主导分布。巢湖流域在未来规划中要因地施策,注重水生态环境改善,严守生态红线,并防止过度扩张破坏生态。

近十年雄安新区景观格局动态变化及生态系统服务功能评价

为深入了解和解析雄安新区景观格局的时空特征及其生态发展趋势,利用2013-2022年间4期典型的遥感影像数据,结合Google Earth影像,通过支持向量机分类和目视解译法获得雄安新区的土地利用分类图,综合运用GIS技术和InVEST模型分析等方法,对近10年雄安新区景观格局变化特征及其生态质量进行分析评价。结果表明:(1)2013-2022年期间,建设用地、开阔水体、林地持续增长,其中林地在2017年以后呈快速增长趋势,占雄安新区总面积比例由10.75%增长到31.79%,耕地由于转出较多面积缩减迅速,主要转出为林地、开阔水体和建设用地,白洋淀湿地面积增加。(2)开阔水体、水生植被、耕地的景观破碎化程度在逐年增大,林地的空间连通性持续向好。雄安新区景观形状指数增加,其中,2022年景观丰富度最大,景观中优势斑块类型连通性增强,大比例斑块增加。(3)10年间,研究区碳储量增加60.59×10^(6)MgC,优良类生境区域面积和差等生境质量面积呈上升趋势,中等生境质量面积减小33.66%。需重点关注耕地、农村建设用地与城区的交汇处、交通道路与生态源地交汇处等的生态节点的建设及其生态功能的提升。