全球变化背景下景观生态适应性特征

全球变化包含气候变化、经济发展、土地利用变化等自然、人为及共同作用下引发的转变,是当前景观结构与功能保障面临的主要挑战。景观生态适应性是指景观这一地表镶嵌体吸纳上述影响并维持主要功能的特性,涉及不同景观类型、组成单元及层级在不同时空尺度中的不同程度转变。本文从景观生态学视角切入,以景观系统作为缓解与适应全球变化冲击的主体,整合农业景观、城市景观等相关研究案例,凝练当前景观系统适应全球变化过程的特征为：①由部分因子的绝对主导转向复合因子共同作用;②景观类型内部趋同,景观多样性及独特性降低;③同类景观间功能等级分明、分工明确,跨区域时空联系增强;④不同景观类型间空间边界清晰,过渡带景观功能退化。就当前全球变化议题,建议后续研究应加强：不同景观类型或组成单元的适应能力对比及其不确定性分析;基于景观系统整体健康的适应途径尺度联系解析;多学科、多部门研究在全球变化情景下的有效整合;景观系统适应性或适应能力量化分析方法的深化。     

黑河中游绿洲及绿洲-荒漠生态脆弱带土壤含水量空间分异研究

以黑河中游平川绿洲和六坝绿洲为例,对绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带土壤含水量空间分异进行了分析研究。结果表明:在无灌溉条件下绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带的土壤含水量水平分异明显,绿洲土壤含水量高于绿洲-荒漠生态过渡带和荒漠地区土壤含水量,并出现从绿洲到绿洲-荒漠过渡带和荒漠依次递减的趋势,主要受土壤性状、土壤水分水平运动和绿洲-荒漠局地大气环流影响;绿洲活动层土壤含水量垂直分异上表现为从表层向下逐渐增加,而过渡带和荒漠区活动层土壤含水量垂直分异则是表层和底层比20~30cm处低,可能与荒漠土壤凝结水的形成与运动有关。受绿洲地下水过度开采和绿洲边缘人类活动影响,在绿洲-荒漠过渡带形成了生态裂谷,对绿洲生态系统的安全构成威胁。     

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。     

中国土地利用变化生态环境效应的空间分异性与形成机理

中国复杂的自然要素、社会经济要素、区域发展战略和政策调控形成了当前中国不均衡的经济发展空间格局、土地利用空间格局和生态环境质量空间格局。厘清中国生态环境质量的空间格局及形成机理对中国土地资源的可持续利用和生态环境的有效保护具有重要的实践意义和价值。以往研究缺乏对中国县域尺度土地利用/土地覆被变化生态环境效应的空间分异性及形成机理的相关研究,本研究基于1995—2015年间中国土地利用现状遥感监测数据,尝试采用生态环境质量指数方法测度中国土地利用变化的生态环境效应,并且综合运用重心分析、热点分析工具（Getis-Ord G_i*）和地理探测器等研究方法,分析1995—2015年中国生态环境质量时空演变特征及形成机理。研究结果如下：① 东部季风区生态环境质量指数高于青藏高寒区和西北干旱区,东部季风区生态环境质量低值区主要分布在人口和经济集聚的城市群以及省会城市周边地区。研究期间中国生态环境质量重心持续向西北方向迁移;② 1995—2015年间中国生态环境质量变化的热点区域主要分布在西藏地区、新疆、重庆、贵州以及位于黄土高原的省份（青海、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西以及河南）境内,冷点区域主要分布在长江经济带沿线地区省份以及东南部沿海地区省份;③ 土地利用程度对于生态环境质量影响力显著强于其他因子,东部季风区的社会经济和交通区位因子对生态环境质量影响力强于青藏高寒区、西北干旱区和生态大区过渡带;④ 影响因子之间相互作用主要包括非线性增强作用和双因子增强作用两种类型,以非线性增强作用为主。     

都市城乡过渡带基层空间的演变特征

城乡过渡带30～150 m尺度的空间,属变化明显的都市基层空间系统。为描述这一地带的空间演变规律,本文以郑州、杭州、北京的建设用地为例展开了多重分形分析。本文依托广义、典型f(a)-a(q)曲线所划分的3个空间演变子系统,以城乡过渡带院落组级—居委会级空间为研究尺度区间,对之进行了空间多重分形特征的量化分析。分析显示,城乡过渡带的空间演变属宏、中观空间影响下的适应性变化,市场驱动色彩显著。总体上,城乡过渡带基层空间的演变较为复杂,并常会在一定尺度内形成典型、广义的空间多重分形特征,及其相应的斑块密度（q值）分布区。且受多种发展进程等因素的影响,多种空间子系统的演变强度常会不同,其在各尺度上的空间复合也会呈动态变化,进而城乡过渡带空间演变的“情景性”较强。但都市城乡过渡带的基层空间却不存在依中小城市→传统性特大城市→现代化特大城市→超大城市的必然演替过程,其变化更多应与各都市在城市体系中的地位、城乡融合的具体情景密切相关。本文根据满足全局性、局域性指标的情况,把多重分形的典型特征分布区拓展到了更广域的特征过渡区及退化区,进而增强了对现实地理空间真实发展状态的非线性描述。     

全球变化区域模式研究(SRMGECI)与华北平原人类影响模拟

本文由三大部分构成,第一部分重点论述人类对时间和空间的认识及其变化过程和人类对地球及其生命系统之形成、演化、进化和变化过程的描述及重大灾变的科学解释;提出了各时空域全球变化事件类型及其模型化方法;在地理信息系统(GIS)中进行各种全球变化现象的模拟和可视化方法;并提出全球变化区域模式研究的理论、方法和模型及中国陆地系统对全球变化反应的不同敏感地带和中国全球变化研究的典型区域。     

中国海陆过渡带——岸海洋环境特征与变化研究

海岸海洋是陆地与海洋过渡的地带,位居亚洲与太平洋之交的中国海岸类型丰富,河海交互作用与人类活动影响使海岸海洋环境与作用过程独具特色.河流的贯通作用,使得全球变化与人类活动对河流流域的作用,亦在海岸海洋地区表现出来,并对海洋环境形成显著的影响.历史与现实实例表明,在海岸海洋的开发利用中需重视研究海陆交互过渡带环境特征,尽...     

新疆阜康市景观多样性模拟对空间尺度的响应

许多多样性模型仅注重模拟多样性单一方面的信息,忽略了空间尺度因素的作用。比较分析不同模型对空间尺度变化的响应是开展多尺度生态多样性模拟和评估的基础。本文以新疆维吾尔自治区阜康市为案例区,运用7个生态多样性模型对景观元多样性进行了模拟。分析模拟结果发现:①随着空间分辨率的粗化,景观元均匀性方面的多样性变化幅度大于丰富性;②Shannon多样性和Turner多样性在较小的空间尺度上具有一定的规律性;③Whit-taker模型和Margalef模型单纯考虑景观元类型数相对于个体数的变化,景观元类型数对后者贡献更大,前者模拟结果的规律性明显优于后者;④Mladenoff模型和Scaling生态多样性模型综合考虑了景观元多样性的两个方面,但景观元类型数对前者的影响更大,其模拟结果缺乏规律性;Scaling生态多样性模型同时考虑了空间尺度因素的作用,模拟结果具有很好的规律性,更适于多尺度生态多样性的模拟与评估。     

青藏高原若尔盖地区近期土地覆被变化

土地利用/覆被是全球变化和可持续发展研究中的重要问题之一.若尔盖位于青藏高原东北边缘,是全球变化的敏感响应地带,近年来因其沙化、湿地变化而受到广泛关注.以若尔盖地区土地覆被变化为研究对象,分别选取了1987、1996和2001年的Landsat 5 TM影像,根据野外标志解译出土地覆被类型,并采用Moran Ⅰ指数揭示其空间分布特征.结论表明,在研究时段中各种土地覆被类型具有不同程度变化,其中沼泽和沙地的变化范围分别为31.86 km2,7.83 km2,增长比较显著的是沙地、居民点及建设用地、撂荒地;不同时段的Moran I指数均为0.05,表明若尔盖近期土地覆被的分布属于随机类型的.在降水没有明显增加的背景下,气温渐次升高是若尔盖土地覆被变化的主要自然因子.研究结果揭示了整个若尔盖地区的土地覆被类型及其变化;讨论了沙化现象及其防治,对全球变化的区域响应和区域环境保护具有积极意义.     

土地经济生态位变化下的城乡空间景观格局表征——以广东省惠州市为例

土地利用变化对生物多样性和生态过程有着深刻的影响,与城乡景观格局变化密切相关。尝试将土地利用变化驱动力——土地经济生态位的理论和方法引入到景观生态学当中,为城乡空间景观格局空间表征提供新的方法。通过选取表征景观格局指标的破碎化指数、分形维数,利用Envi4.8、Arcmap10.0,Fragstasts4.1等软件,以广东省惠州市为例,在分析土地经济生态位与景观类型、景观指数之间的关系基础上,对土地经济生态位变化下的城乡空间景观格局进行表征。结果表明：不同景观土地面积数量的增减与该类型土地经济生态位升降具有一致性的规律,土地经济生态位上升,相应的景观土地面积增大,反之则减小;土地经济生态位越小,表征景观格局的景观破碎化指数、分维数指数越大,破碎化指数与分维数指数的增减与土地经济生态位升降表现出一致性的规律,土地经济生态位上升,相应的破碎化指数、分维数指数则增大,反之则减小;城乡空间景观格局变化的发生主要出现在土地经济生态位高的区域。土地经济生态位的变化是城乡景观格局变化的重要影响因子,能够很好解释城乡空间景观格局特征。     

Spatial identification and scenario simulation of the ecological transition zones under the climate change in China

Explicitly identifying the spatial distribution of ecological transition zones(ETZs) and simulating their response to climate scenarios is of significance in understanding the response and feedback of ecosystems to global climate change. In this study, a quantitative spatial identification method was developed to assess ETZ distribution in terms of the improved Holdridge life zone(iHLZ) model. Based on climate observations collected from 782 weather stations in China in the T0(1981–2010) period, and the Intergovernmental Panel on Climate Change Coupled Model Intercomparison Project(IPCC CMIP5) RCP2.6, RCP4.5, and RCP8.5 climate scenario data in the T1(2011–2040), T2(2041–2070), and T3(2071–2100) periods, the spatial distribution of ETZs and their response to climate scenarios in China were simulated in the four periods of T0, T1, T2, and T3. Additionally, a spatial shift of mean center model was developed to quantitatively calculate the shift direction and distance of each ETZ type during the periods from T0 to T3. The simulated results revealed 41 ETZ types in China, accounting for 18% of the whole land area. Cold temperate grassland/humid forest and warm temperate arid forest(564,238.5 km~2), cold temperate humid forest and warm temperate arid/humid forest(566,549.75 km~2), and north humid/humid forest and cold temperate humid forest(525,750.25 km~2) were the main ETZ types, accounting for 35% of the total ETZ area in China. Between 2010 and 2100, the area of cold temperate desert shrub and warm temperate desert shrub/thorn steppe ETZs were projected to increase at a rate of 4% per decade, which represented an increase of 3604.2, 10063.1, and 17,242 km~2 per decade under the RCP2.6, RCP4.5, and RCP8.5 scenarios, respectively. The cold ETZ was projected to transform to the warm humid ETZ in the future. The average shift distance of the mean center in the north wet forest and cold temperate desert shrub/thorn grassland ETZs was generally larger than that of other ETZs, with the mean center moving to the northeast and the shift distance being more than 150 km during the periods from T0 to T3.In addition, with a gradual increase of temperature and precipitation, the ETZs in northern China displayed a shifting northward trend, while the area of ETZs in southern China decreased gradually, and their mean center moved to high-altitude areas. The effects of climate change on ETZs presented an increasing trend in China, especially in the Qinghai-Tibet Plateau.     

中国典型自然保护区生境状况时空变化特征

中国已建立各类自然保护区2740个,占全国陆地面积的14.8%。本文以典型国家级自然保护区为例,基于遥感反演、模型模拟、空间分析等方法,获得植被覆盖度、净初级生产力（NPP）和土地覆被时空数据集,分析2000-2015年中国不同区域、不同类型自然保护区生境状况时空变化及人类扰动的影响,进而评估自然保护区在栖息地及生物多样性保护方面的效果。结果表明：2000-2015年,国家级自然保护区植被覆盖度从36.3%提高到37.1%,各类型自然保护区均有不同程度提高,其中森林类保护区年增速0.11%,草原草甸类0.84%,内陆湿地类0.21%,荒漠生态类0.09%,野生动物类和野生植物类则分别为0.11%和0.08%。草原草甸类、内陆湿地类、荒漠生态类、野生动物类自然保护区植被NPP年增速分别为2.06 g·m^-2、1.23 g·m^-2、0.28 g·m^-2、0.4 g·m^-2,而森林类和野生植物类则分别以3.45 g·m^-2和2.35 g·m^-2的年速率减少。近15年,国家级自然保护区内人类扰动呈现微弱变化,除青藏高原区和南亚热带湿润区内保护区人类扰动略微下降以外,其他区域均有所增强,特别是北亚热带和温带湿润区,其保护区人类扰动由4.70%明显增至5.35%。     

黄河源区多年冻土空间分布变化特征数值模拟

基于IPCC第五次评估报告预估的气温变化情景,采用数值模拟的方法对黄河源区典型冻土类型开展模拟,推算过去及预测未来黄河源区冻土分布空间变化过程和发展趋势。结果表明：1972-2012年源区多年冻土只有少部分发生退化,退化的冻土面积为833 km²,季节冻土主要集中在源区东南部的热曲谷地、小野马岭以及两湖流域南部的汤岔玛地带;RCP 2.6、RCP 6.0、RCP 8.5情景下,2050年多年冻土退化为季节冻土的面积差别不大,分别为2224 km²、2347 km²、2559 km²,占源区面积的7.5%、7.9%、8.6%;勒那曲、多曲、白马曲零星出现季节冻土,野牛沟、野马滩以及鄂陵湖东部的玛多四湖所在黄河低谷大片为季节冻土;2100年多年冻土退化为季节冻土的面积分别为5636 km²、9769 km²、15548 km²,占源区面积的19%、32.9%、52.3%;星宿海、尕玛勒滩、多格茸的多年冻土发生退化,低温冻土变为高温冻土,各类年平均地温出现了不同程度的升高。到2100年,RCP 2.6情景下源区多年冻土全部退化为季节冻土主要发生在目前年平均地温高于-0.15 oC的区域,而-0.15~-0.44 oC的区域部分发生退化;RCP 6.0、RCP 8.5情景下目前年平均地温分别为高于-0.21 oC以及-0.38o C的区域多年冻土全部发生退化,而-0.21~-0.69 oC以及-0.38~-0.88 oC的区域部分发生退化。     

巴西土地利用/覆盖变化时空格局及驱动因素

土地利用/覆盖变化(LUCC)是全球变化研究的热点问题之一。本文采用人机交互方法基于2005 年基准年的Landsat TM/ETM遥感影像修正欧空局GlobalCover 2005 年土地利用数据,进而采用逆时相目视解译法从1980年基准年的Landsat MSS/TM遥感影像数据提取1980-2005 年土地利用/覆盖变化信息,分析其变化的时空格局及驱动因素。结果表明:1980-2005年的25年间,巴西土地利用/覆盖变化面积达79.43万km²,占土地总面积的9.33%。其中,单纯耕地像元面积增加了20.18 万km²;耕地/自然植被镶嵌混合像元区面积增加了10.70 万km²;林地面积减少了53.12 万km²;灌丛与草地净增加21.10 万km²;水体面积增加0.46 万km²;城乡建设用地面积增加7573.87 km²。由此导致热带和亚热带湿润阔叶林生态地理区、热带和亚热带干旱阔叶林生态地理区、热带及亚热带草原生态地理区、草原和沼泽湿地生态地理区、沙漠和旱生植物生态地理区以及红树林生态地理区内分别呈现不同的土地利用/覆盖变化特征。近25 年间,地形地貌、气候、植被等自然地理条件深刻影响着土地利用的宏观格局,而土地利用政策调控、经济及对外贸易发展、人口增加及空间迁移、道路修建等是导致巴西土地利用变化的主要原因。     

清代青藏高原东北部河湟谷地林草地覆盖变化

河湟谷地是青藏高原东北缘典型的农牧交错区,清代以来耕地的扩张导致林草地覆盖发生明显变化。本文在现代植被图的基础上,选取土壤、地形因素,并依据历史文献数据,重建河湟谷地潜在林地草地格局,在此基础上结合清代耕地变化的重建结果,推算出清代河湟谷地林草地覆盖的变化状况。结果显示：①清代耕地扩张之前,其林、草地分布与现今各类植被类型的空间分布格局基本一致,林地分布范围比现代略大,灌木林地在空间上连续性更强,草地分布区域更广;②估算出河湟谷地潜在林地、灌木林地、草地面积分别约为0.28×10⁴、0.93×10⁴、2.1618×10⁴ km²,由于耕地开垦,至清代末期,河湟谷地草地、灌木林地、林地面积分别累计减少5180.41、1330.35、441.31 km²,其中草地被垦殖占用的面积最大,程度最深,减少的区域主要集中在湟水谷地中游的乐都盆地、西宁盆地以及黄河谷地的尖扎盆地、化隆盆地等;③清代河湟谷地中人类垦殖原始覆盖类型的差异性不仅受自然环境的限制,同样受到社会政策因素的影响。     

策勒河流域荒漠类型特征研究

策勒河流域荒漠类型多样,在干旱区具有典型代表性。基于Landsat5的TM遥感影像数据、数字高程模型（DEM）数据,利用GIS技术,结合野外调查、样品采集及实验室粒度、有机质、盐分分析,对策勒河流域荒漠类型分类,并编制荒漠类型分布图。据地貌类型、物质组成、植被盖度等指标将流域内荒漠分为2个一级类,7个二级类,14个三级类,建立策勒河流域荒漠类型分类系统。流域荒漠自下游向上游具有依次是沙漠、砾漠、岩漠、土漠和寒漠空间分布的规律;荒漠总面积2 416.76 km²,占流域总面积的70.45%,砾漠占荒漠总面积的45.52%,为最大一类,泥漠所占比重最小。可为流域环境保护、荒漠化防治提供依据,为其他干旱区荒漠类型研究提供参考。     

艾比湖流域植被生态需水量

基于遥感数据,通过SEBAL模型估算蒸散量,计算艾比湖流域不同植被类型下植被生长季（59月）的生态需水量。结果表明：研究区植被主要为牧草地、灌木林地、耕地、乔木林地,面积分别为13 944km²（50%）、8 071km²（29%）、5 022km²（18%）、566km²（2%）。SEBAL模型估算的日蒸散量7月最大,为4.36mm。5、6、8、9月日蒸散量分别为4.26、4.07、4.24、4.15mm。SEBAL模型估算结果整体相对误差在10%以内,在允许范围内。20002015年生长季植被生态需水量整体上呈现出增加-减少-增加的变化趋势,2000、2005、2010、2015年分别为151.003×10⁸、149.611×10⁸、144.431×10⁸、136.374×10⁸m³。各植被类型下的生态需水量相比,牧草地 > 灌木林地 > 耕地 > 乔木林地,牧草地约占总生态需水量的53%～55%,而灌木林地、耕地的生态需水量分别占21%～25%、19%～20%,乔木林地的生态需水量所占比例最小,仅为2%～3%。     

基于植被动态模式预估中国植被净初级生产力变化格局

本文选用部门间影响模式比较计划（ISI-MIP）提供的6个植被动态模式数据,对比遥感反演值计算了各模式在中国不同植被区的拟合优度,评估了模式的适用性;并提出了以拟合优度为权重的区域年均净初级生产力（NPP）算法,有效解决了已有研究由于数据和方法的不同而对中国NPP估算效果较差的问题。结合两种浓度路径下（RCP2.6和RCP6.0）的模式估算结果,评估了未来30 中国NPP的变化格局。结果表明：单个模式数据对中国大部分区域NPP的拟合效果较差（R² < 0.4）,所计算的中国平均NPP整体偏高33%~97%,但能较为准确地反映空间上从东南向西北递减的趋势。通过加权合成的新序列整体拟合优度为0.86,在单一植被区的拟合优度也基本大于0.3,能更好地反映未来NPP的变化格局。未来中国平均NPP仍将保持由东南向西北递减的分布,中国均值呈波动增长状态,在2035年达到8.8 μg/(m² s),2050年达到9.7 μg/(m² s)左右。随着时间的推移,RCP2.6路径下主要增长区将由南方地区向北偏移,在华北地区增长变显著,在西南、中南地区增速变慢,显著增长的面积变小;在RCP6.0路径下主要增长区将向东北、东南和西部地区退缩,中东部地区增长变不显著。研究发现高浓度路径对2016—2025年间植被NPP的增长主要起促进作用,但在2035—2050年间开始起抑制作用。同时,高浓度路径下NPP的空间分布将变得更加极端,特别是位于青藏高原西北部的高寒荒漠、温性荒漠及灌木半灌木荒漠将增长缓慢或不增长。     

中国北方沙漠化土地时空演变分析

对2000年中国北方256×10⁴ km²区域内沙漠化土地的遥感监测结果表明:沙漠化土地总面积现已达到38.57×10⁴ km²,其中轻度和潜在沙漠化土地13.93×10⁴ km²,占沙漠化土地面积的36.1%;中度沙漠化土地9.977×10⁴ km²,占25.9%;重度沙漠化土地7.909×10⁴ km²,占20.5%;严重沙漠化土地面积6.756×10⁴ km²,占17.5%。与20世纪50年代后期到70年代中期和80年代后期的沙漠化土地发展状况相比,目前我国沙漠化土地演变趋势具以下特征:(1)沙漠化土地仍在蔓延,面积已由1987年的33.895×10⁴ km²增加到了2000年的38.569×10⁴ km²,13a中净增4.674×10⁴ km²;(2)沙漠化土地继续呈加速发展的趋势,年平均发展速率从20世纪50年代后期到70年代中期的1560 km²、70年代中期到80年代后期的2100 km²发展到90年代的3600 km²;(3)部分旱农区以及农牧交错地区沙漠化土地出现明显逆转,但荒漠草原地区沙漠化土地面积继续扩大,并且程度有所加剧。     

基于Landsat长时间序列数据的敦煌绿洲动态变化分析

绿洲是干旱区独特的自然景观,是干旱区人们赖以生存和发展的物质基础。以敦煌绿洲为研究区域,基于Landsat TM长时间序列遥感图像,采用最佳指数因子研究最佳波段组合并进行图像分类,基于转移矩阵分析了绿洲主要覆被构成要素的转换特征,并基于土地利用类型动态度模型进行了动态变化分析。结果表明：1975-1998年间敦煌绿洲面积呈缓慢扩张趋势（平均0.35 km²/a）;1998-2006年间绿洲面积快速增大（平均3.88 km²/a）;2006-2011年间绿洲面积基本稳定。1990-2006年间水浇地和林地的面积总体呈增加趋势;2006-2011年,人工干预加速了土地利用方式的转变。