干旱区冷凉型绿洲景观格局变化分析

冷凉型绿洲是干旱区的主要景观类型之一,其景观结构的变化机制是理解干旱区生态环境变化的重要补充。位于祁连山北麓的冷凉绿洲（张掖市民乐县）是干旱区具有代表性的区域,在黑河流域具有重要的生态功能。据此,本文以1987、1995、2000、2005年的TM数据为信息源,采用景观结构的分析方法,分析了该绿洲1987—2005年间的景观变化。结果表明：在干旱区的冷凉型绿洲中,农田是景观优势斑块类型,斑块面积占研究区的比例为28.6%~34.6%。景观斑块类型的转化主要发生在农田和草地之间,1987—2005年间农田转换为草地的比例为43.6%,而草地转换为农田高达72.9%。与同期平原型绿洲景观变化特点相比较,冷凉型绿洲的农田面积扩增速度大于平原型绿洲。分布面积最小的水域和居工地斑块有最高的景观变化速率,说明该干旱区河流水文过程季节性变化和持续的城镇化过程对该类景观类型的影响显著。     

绿洲景观若干理论问题的探讨

本文应用近年来日益活跃的景观生态学研究成果，对绿洲的概念，基本特征，分布，景观类型，景观命名等理论问题进行了探讨。     

荒漠绿洲植被变化与景观格局耦合关系的研究--以新疆三工河流域为例

以三工河流域为例,讨论了荒漠绿洲植被变化与景观格局的耦合关系.结果表明:(1)荒漠绿洲景观格局最明显的特征是植被变化,其通过地貌、水资源利用、河流廊道或排碱渠等景观要素的变化对植被产生影响;随着景观格局的变化,流域内的植丛高度、盖度及生物量均表现出较大变异性.(2)以河流廊道为核心,通常荒漠绿洲景观格局呈带状分布且由内向外,随水热条件的改变,植被类型由乔灌木林依次向灌丛草甸、盐化草甸、荒漠化草甸和荒漠层次结构过渡.(3)人类活动影响强烈的景观要素,其缀块多样性、破碎度、分离度和缀块密度等指数的值较高,而人类活动影响较小的,其优势度和均匀度较高.(4)各景观要素的稳定性不同,通常自然缀块的稳定性高于人工缀块,其排序为:荒漠>砾石地、沙地>城镇工矿用地>水体>灌溉水田>牧草地>菜地>林地>农村居民点>盐碱地>荒草地>水浇地>果园.     

荒漠-过渡带-绿洲界定——以石羊河流域为例

中国西北干旱区发源于山地的河流为中下游地区带来了丰富的水土资源,在荒漠中孕育出绿洲,过渡带位于其间,构成荒漠-过渡带-绿洲地理景观单元。界定荒漠、过渡带、绿洲的空间分布,可为干旱区生态系统格局、过程和服务方面的精确认知评价提供空间参考。以石羊河流域为例,选取训练样本,利用常用遥感指标和景观格局指数,通过判别分析方法,对荒漠、过渡带和绿洲空间范围进行界定。结果表明:采用通过逐步判别分析筛选出的6项遥感指标和2项景观指数构建的判别函数,与单独利用遥感指标或景观指数构建的判别函数,计算出训练样本的判别准确率分别为92.4%、84.0%、70.2%。采用遥感指标结合景观指数的综合判别分析,比单独利用遥感指标或景观指数判别准确率分别提高了8.4%\,22.2%。经综合指标判别分析,得出除主要山地外的石羊河流域荒漠、过渡带和绿洲面积分别为133万、49万、58万hm²。     

库姆塔格沙漠地区景观格局与动态研究

在景观分类与制图基础上分析了库姆塔格沙漠地区的景观格局与20世纪70年代以来的景观动态。库姆塔格沙漠地区以干燥的石质山地、干旱的沙漠、戈壁和盐化荒漠为景观主体,人工和天然绿洲面积很小;分布有3种景观要素组合模式,即库姆塔格沙漠西部地区的山地-洪积扇-湖盆模式、西湖地区的湖盆-戈壁荒漠模式和敦煌洪积扇上的人工绿洲发育模式。近30多年来景观总体上变化不大,人工绿洲面积增加了1倍多,盐生草甸有比较明显的减少。沙漠表现出比较明显扩展趋势的区域,一是沙漠东南部边缘部分,有向东、向南扩展的迹象;二是沙漠南部边缘部分,在强烈的东北风作用下有向阿尔金山上扩展的迹象。人类的社会经济活动是库姆塔格沙漠地区景观变化的主要驱动力。     

景观格局分析指数选取刍论

当前景观格局分析中所用到的景观指数上百种,如何根据研究目的和研究对象的特点正确选择景观指数是一个普遍存在,然尚未完善、亟待解决的问题。在简要阐明构建景观格局指数中颇具代表性的理论基点（如岛屿生物地理学理论、景观镶嵌模型）的基础之上,针对普遍存在的混淆和误用景观指数的事实,叙述了合理选用景观指数的基本原则。最后,引介国外Ritters和O’Neill等人所推荐的具有广泛应用价值的5个景观指数：平均斑块边缘一面积比、蔓延度、相对斑块面积、分维数及斑块类型／景观类型／土地覆盖类型,以供读者选取景观指数时应用参考。     

荒漠-绿洲区土壤性质过渡特征

荒漠-绿洲区是干旱区地表景观格局变化最频繁的地区,深入研究荒漠-绿洲区不同景观格局土壤环境的差异对揭示干旱区生态系统过程至关重要。本研究通过采集石羊河流域荒漠、过渡带和绿洲土壤样品,综合运用多种分析方法,研究荒漠-绿洲区不同景观格局土壤理化属性的差异及其相互作用关系。结果表明：从荒漠、过渡带到绿洲景观,土壤质地和持水性能在不断好转,酸碱度和盐分状况变化不大,养分状况则表现为荒漠和过渡带具有近乎相同的有机碳和全氮含量,绿洲具有显著增加的有机碳、全氮和全磷含量。在不同深度上,荒漠景观土壤理化属性几乎没有变化;过渡带土壤质地由表层至深层不断改善,含水量逐层增大,全磷含量缓慢增加,C∶N和C∶P的值波动减小;绿洲景观土壤含水量由表层至深层显著增加,养分含量显著降低,C∶N和C∶P的值显著减小。总体而言,荒漠景观土壤理化属性的分异程度最小,绿洲景观分异程度最大,过渡带景观在土壤质地和含水量方面的分异程度较大,在土壤养分方面的分异程度较小。此外,过渡带景观土壤理化属性的自相关程度最高,且土壤质地是引起其他土壤理化属性分异的主要原因。     

塔里木盆地南缘2000-2013年人工绿洲扩张特点

利用2000、2005、2011、2013年4期MODIS13Q1、Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像,基于RS、GIS技术,分别提取土地利用/覆被类型信息,探讨塔里木盆地南缘人工绿洲扩张特点。结果表明:塔里木盆地南缘人工绿洲在2000-2013年不断扩张,各时段扩增来源中,天然绿洲比重不断减小,绿洲-沙漠过渡带比重逐步上升,荒漠比重快速增加。各流域人工绿洲扩张的阶段性与区域性差异明显,且扩增来源结构由于扩张的相对区位不同而异。人口增长、政策引导使人工绿洲不断扩张,并具有阶段性与区域差异性特点。人工绿洲扩张过程中,天然绿洲和绿洲-沙漠过渡带有明显退化现象,使其生态屏障功能下降,威胁到绿洲安全和经济社会的可持续发展。     

黑河绿洲坡面分异演化研究

对干旱区绿洲的物质和能量随坡面分异现象和规律的研究,有助于我们深刻了解不同类型绿洲形成和演化的自然背景和农业资源组合的特点,为农业生产的合理布局和农业自然资源的优化配置提供理论依据。以黑河流域绿洲为例,在综合分析影响绿洲坡面分异的气候、地质构造和地貌演化、地表水和地下水水文化学性质、土壤性状和水资源供应状况等自然地理要素基础上,将黑河绿洲划分为高位绿洲、中位绿洲和低位绿洲等不同类型。在此基础上,分析了黑河流域不同类型绿洲主要农作物气候适宜性随坡面的分异,为绿洲农业资源的优化配置提供了重要的理论依据。     

绿洲-荒漠生态脆弱带的研究

在分析了绿洲－荒漠生态脆弱带的性质、特点等以后，按照其毗邻绿洲的不同，探讨性地将它分为三类：（1）河岸林绿洲－荒漠脆弱带；（2）冲洪积扇绿洲－荒漠脆弱带；（3）湖沼和湖滨三角洲绿洲－荒漠脆弱带。由于其本身所具有的脆弱性，加上人类活动的强烈干扰，该区出现了以土地荒漠化为主的多种生态环境问题。针对这些问题，作者提出了若干治理建议。     

干旱区绿洲扩展过程中的景观变化分析

绿洲化过程中的景观变化和尺度效应是景观生态学研究的热点之一。针对这一目标以黑河中游张掖绿洲为研究区域,应用“3S”技术的缓冲分析方法,以绿洲标志景观类型农田、林地和湿地为核心,确定了不同时期绿洲范围并划分了老绿洲区和新增绿洲区。在此基础上,从景观组成动态和斑块连通度的尺度依赖特征两个方面分析了绿洲化过程中的景观变化机制和尺度效应。研究结果表明,绿洲化过程是以农田和建设用地斑块动态为主要特点。主要表现为：在不同的分区中,农田斑块以总面积和最大斑块指数增加为特点,说明农田斑块趋向集中连片分布;建设用地斑块总面积、斑块密度和最大斑块指数等3个指标都为增加,在景观上呈星点状扩张分布。老绿洲与新增绿洲的比较分析显示,新增绿洲的建设用地面积增加速率小于老绿洲,而农田面积的增加速率大于老绿洲。从景观斑块连通度的尺度依赖特点来看,在老绿洲中景观斑块类型的空间尺度依赖规律明显,但在时间尺度上的变化不显著;在新增绿洲内,林地、水域和建设用地的尺度依赖性比老绿洲高,其中林地、建设用地的空间变化规律明显,在时间尺度上无明显的差异;而水域斑块的尺度依赖性1985年高于2006年。     

基于遥感和GIS的干旱区绿洲景观破碎化分析--以金塔绿洲为例

以2个时期的遥感图像所解译的土地利用数据为基本信息源，基于GIS工具，选用斑块密度、廊道密度、斑块破碎度、分离度和斑块面积变异系数5个指标对金塔绿洲的破碎化程度进行了分析。结果表明：(1)1990～2000年，金塔绿洲总体的景观破碎化程度轻微地降低。(2)从景观类型上看，基质的破碎化程度增强；水浇地面积增大，趋于集中分布，破碎化程度降低；城镇用地破碎度增加，分离度减小。这些变化与人类开发利用活动的程度和方式有关，体现了荒漠基质受人类影响而逐步形成的典型农业型绿洲的特点。     

大尺度景观结构指数的因子分析

基于遥感和GIS技术,尝试对大尺度下陆地景观结构指数进行因子分析。根据生态区划计算描述中国陆地景观结构的13种景观结构指数,包括斑块密度、最大斑块指数、边界密度、面积加权斑块形状指数、面积加权斑块分维度、平均最近斑块距离、最近斑块距离的标准差、最近斑块距离的相异系数、蔓延度、分布邻接指数、结合度、香农多样性指数、辛普森多样性指数。在相关分析的基础上,对其中12种指数进行因子分析,并采用前3个公因子分析中国陆地景观结构,3个公因子的方差累积贡献率达88.8%,分别定义为斑块多样性因子、斑块形状复杂性因子和斑块分布均匀性因子。计算表明,在人类活动影响强烈的生态区,这3个公因子取值都比较小,反映斑块类型多样性减少、形状复杂性降低、分布趋于均匀。     

Kalman滤波方法在黑河出山径流年平均流量预报中的应用

应用Kalman滤波方法,以流域平均降水量、气温、太阳黑子相对数及莺落峡站6年显著周期序列等为控制参数,对黑河出山径流年平均流量的预测问题进行了初步研究和探讨。     

额济纳天然绿洲景观变化及其生态环境效应

基于研究区1987年LandsatTM和2001年LandsatETM+遥感影像资料,综合运用遥感与GIS技术手段,结合景观格局分析软件APACK,就近15年来额济纳天然绿洲景观格局变化进行了分析,并进一步探讨了由此所引起的生态环境效应。研究结果表明:1)天然绿洲面积与水域面积急剧缩减,绿洲荒漠化程度加剧;2)绿洲景观与荒漠景观过渡地带为各景观生态类型相互转化最为剧烈的区域;3)景观多样性与景观异质性程度减小,景观稳定性降低;4)景观变化所引起的生态环境效应包括地下水矿化度升高、水质下降,植被退化与物种多样性降低,沙尘暴危害加剧以及生态难民数量增加等。     

干旱区绿洲荒漠带土壤水盐异质性及生态环境效应研究——以黑河中游张掖绿洲为例

对黑河中游地区典型绿洲的土壤含水量与含盐量分析表明,在无灌溉情况下,绿洲及绿洲边缘过渡带表层土壤含水量水平分异明显,由绿洲区的20%左右递减到绿洲荒漠生态过渡带的2.9%。绿洲荒漠带土壤水分变化反映了人类利用绿洲水资源的程度,在绿洲地下水资源开发过度和绿洲边缘人类活动剧烈的区域均存在着生态裂谷,对绿洲生态系统的稳定极为不利。绿洲荒漠带土壤可溶性盐分含量的水平分异表现为绿洲土壤可溶性盐分含量比绿洲荒漠生态过渡带和荒漠区低;绿洲界外区不同荒漠类型土壤含盐量变化不同,在绿洲外围沙质荒漠区,土壤含盐量较低,在绿洲外围砾质荒漠（戈壁）区,土壤含盐量明显高于绿洲区;荒漠区土壤含盐量的垂直变化表明,含盐量最高的聚集层一般不在表层,而在40～60 cm的亚表层。受土壤水盐分异的影响,绿洲外围荒漠植被类型出现分异,从高位绿洲到中位绿洲,外围区荒漠植被的耐旱性和耐盐性均增加。     

基于两种新型景观指数的张掖绿洲植被格局动态研究

通过遥感与GIS技术分析张掖绿洲植被格局动态,验证了Frohn(1998)提出的两种新型景观指数PPU(Patch Per Unit)和SqP(Sq)[Square Pixel]在时间序列上对于植被景观格局分析的适用性和敏感性。分析结果显示PPU和SqP(Sq)指数分别对应聚集度和分维数这两种传统景观指数呈相似的变化趋势和统计相关性,但其针对景观类型的变异系数相对于聚集度和分维数都较高,即其指数值对各植被斑块类型辨识的敏感性更强,对景观破碎化程度和斑块形状复杂度的时空演变具有更好的预测性。通过对新型景观指数特性的分析及动态对比,表明张掖绿洲植被景观的空间异质性和斑块形状复杂度呈现逐渐增强的总体态势。     

干旱区绿洲景观尺度稳定性初步分析

在景观尺度上,从绿洲景观多样性、景观廊道的复杂性以及土地利用及其生态环境效应等方面探讨了绿洲景观稳定性的内涵,并对新疆三工河流域绿洲进行实例分析和应用。结果表明：(1)人工绿洲景观的稳定需要绿洲景观的多样性逐渐降低和景观廊道的复杂性增加;但天然绿洲的稳定需要增加景观的多样性和景观廊道的复杂性。(2)人工绿洲景观稳定性还可从绿洲土地利用变化方面分析,绿洲土地利用变化是人类投入大量负熵的结果,投入的负熵越多,绿洲土地利用程度越高,越有利于绿洲从低级的亚稳定状态不断向高级稳定态发展,从而实现绿洲可持续发展。但人类的投入并不总是有利于绿洲的稳定,可用土地废弃比例的变化,说明人类投入对绿洲生态环境和稳定性造成的影响,土地废弃的比例越高,绿洲生态环境的质量也就越低,绿洲的稳定性也就越低。(3)通过绿洲景观多样性、景观廊道的复杂性和土地利用状况综合评判,1978～1998期间三工河流域绿洲景观及其各部分的稳定性逐步提高。     

重庆市浅丘带坝区土地利用与景观空间格局分析

选取重庆市沙坪坝区陈家镇为研究区,采用其建立的土地利用现状数据库,运用GIS的图形处理与空间分析功能,生成6种景观格局图并输入Fragstats for ArcView3.X软件,提取景观格局指数,借助于景观格局指数在生态过程与土地利用间所建立的一种关联,分析并探讨土地利用诱发下景观空间格局特征的响应.其结果:水田景观在景观类型中占据着绝对优势,其连接度表现较高,是景观类型明显的基质,受人类活动干扰强;冬水田景观要素接近于水田景观本底,且冬水田景观要素斑块个数、类型面积随着河流缓冲区距离的增大而增加;旱地景观中各景观要素斑块总体上分布比较零散,规律性不强;农村居民点景观要素是建设用地景观的主要类型,其斑块几何形状简单、规整,各斑块间的相似性强,外围边界接近于正方形或者矩形.     

中国北方地区沙漠与河流景观格局

本文运用景观生态学原理,借助ArcGIS技术,选择中国北方10个流域及其12个沙漠/沙地,并以西部的和田河和东部的西辽河为典型研究区,在流域与沙区、河道与沙丘两个尺度上,选取景观破碎度指数、景观多样性指数等指标,探讨中国北方干旱、半干旱区沙漠/沙地景观与廊道景观(河流)的空间镶嵌格局特征。结果表明：在流域与沙区尺度上,内流区较外流区沙区景观类型复杂,景观破碎度较小,外流区沙区景观结构较为相似;内流区沙区景观指数自西向东呈现出“景观破碎度递增、景观结构复杂性递减”的规律。在河道与沙丘尺度上,在缓冲带范围内,和田河较西辽河沙丘景观类型复杂,景观破碎度较小;景观指数随河道距离的变化呈现出“景观破碎度随距河道距离的加大而逐渐递减,丰富度指数随距河道距离的加大而呈阶梯状递增”的规律;从沙丘斑块类型景观指数上看,西辽河以固定、半固定的简单型沙丘为主,和田河以流动的综合型沙丘为主。主导的沙丘类型景观距离河道越远,面积比例越小,不同沙丘类型的水平景观破碎度随河道距离递减。