基于RS和GIS的喀斯特山区生态系统构成与格局及转化分析——以贵州毕节地区为例

为了更好地了解贵州省毕节地区生态系统类型的构成、格局与转化特征,本文基于面向对象分类和空间统计与分析技术,对毕节地区2000年和2010年生态系统类型进行提取,并对生态系统构成、格局和转化特征进行定量分析。结果表明:从生态系统构成和格局看,2010年研究区生态系统类型以林地和耕地为主,分别占研究区面积的42.65 ％和42.51 ％;2000和2010年该区均具有较高的斑块数和较小的平均斑块面积,说明该地区景观破碎化程度较高;2010年斑块总数较2000有所减少,表明研究区景观连通性得到改善,景观整体趋于规整化;2010年旱地斑块总面积和平均斑块面积有所减少,针叶林、草地则增加,显示该地区退耕还林还草项目的实施有所成效;旱地和针叶林的聚集度都增加,表明二者连通性增强、景观更加集中。从生态系统转化特征看,2000-2010年,研究区生态系统类型间转化总面积为1 298.25 km2,面积明显减少的是旱地和水田,明显增加的主要为林地、草地,土地面积转移矩阵显示旱地主要向林地、草地转化;受旱地面积较大影响,毕节、黔西、大方的面积变化和生态系统转化剧烈程度都较大,8个县（市）的生态系统类型相互转化强度值均为正值,可见生态系统覆被类型均向着较好的方向发展。      

Land-use change and its ecological responses: a pilot study of typical agro-pastoral region in the Heihe River,northwest China

Although rapid land-use change has taken place in many arid and semi-arid regions of northwestern China, relatively less attention has been paid to studying the characteristics of land use change, as well as the ecological responses of land use change in these regions, especially in fragile agro-pastoral regions. This paper analyzes the land use change and its ecological responses during 1985–2005 based on the landscape metrics change and transition matrix of land use types by the combined use of satellite remote sensing and geographical information systems in Shandan County, a typical agro-pastoral region in the middle and upper reaches of Heihe River, northwest China. The results indicate significant changes in land use have occurred and the landscape has become more continuous, clumped and more homogeneous within the examined area. Land use change was mainly characterized by remarkable expansion of barred land and water area, slight increase of cropland and urbanized land, and evident shrinkage of grassland and woodland. The study also demonstrates that the land cover suffered severe degeneration and the ecological environment tended to deteriorate over the study period, mainly as follows: grassland degradation, land desertification and ecosystem services decline.     

新疆喀什噶尔河流域1990-2010年土地利用/覆被及景观格局的变化特征

采用新疆喀什噶尔河流域1990、2000和2010年的Landsat-TM影像数据和中巴资源卫星数据, 结合GIS技术, 分析了喀什噶尔河流域近20 a土地利用/覆被及景观格局动态变化特征, 并对其变化原因进行探讨. 结果显示: 在1990-2010年喀什噶尔河流域耕地、建设用地、盐碱地、水域湿地、裸土地和其他未利用地面积呈不断增加趋势, 变化幅度分别为73.92%、51.44%、24.27%、10.24%、6.47%和2.98%; 林地、草地和沙地面积减少, 变化幅度分别为-4.13%、-17.16%和-0.73%; 裸石岩砾面积近20 a基本维持不变. 利用转移矩阵可知, 流域新增耕地面积主要来自于16.46%的草地和3.36%的林地; 新增建设用地主要来自于1.46%的耕地和0.22%的草地; 新增水域湿地面积主要来自于0.18%的草地; 新增盐碱地面积主要来自于0.28%的草地. 1990-2010年的20 a里喀什噶尔河流域耕地和水域湿地分布趋于集中, 景观优势度增强, 且斑块之间的联系不断增强. 林地和草地面积减少, 景观趋于破碎化, 景观优势度降低. 喀什噶尔河流域土地利用类型及景观指数的变化受人口、经济、政策和技术的多重影响, 导致流域耕地面积增加、植被退化. 因此, 合理利用流域水土资源对流域生态环境安全十分重要.     

21世纪前十年的中国土地覆盖变化

土地覆盖变化是陆地生态系统变化的重要组成部分与驱动因素。在全球变化、生态环境建设、经济高速发展等因素的影响下,21世纪前十年中国土地覆盖发生了显著变化,对此变化的监测和分析不但能支持中国碳源/汇的评估和碳收支估算,还可为生态环境变化评估提供基础数据。本研究在面向对象（object-based）的分类技术支持下,利用LandsatTM/ETM数据和HJ-1卫星数据,结合大量外业调查数据生产了30m分辨率的2000年、2010年中国土地覆盖数据（ChinaCover）;采用像元二分法生产了植被覆盖度数据。利用这两个数据集对中国土地覆盖10年的变化特点进行了分析。结果表明,人工表面和林地呈增加趋势,而耕地、湿地和草地面积呈减少的趋势;人工表面的快速增加和耕地面积的大规模减少是这一时期中国土地覆盖变化的最主要特点;土地覆盖类型转换中,耕地转换为人工表面的区域主要集中在我国中东部地区,耕地转换为林地和草地的区域主要分布在退耕还林还草的重点区域,耕地的扩张主要来自三江平原和新疆绿洲的农业开发。以植被覆盖度为评估指标显示森林、灌丛和草地质量总体呈上升趋势,但在汶川地震重灾区、横断山以及武夷山等局部地区的森林质量呈退化趋势;塔里木盆地周围、青藏高原东部、太行山、吕梁山等地区的灌丛植被覆盖度有所下降;内蒙古中部、青藏高原西南部、新疆天山南部、呼伦贝尔等地区的草地出现退化现象。     

景观格局及生态系统服务价值响应——以千阳县为例

以陕西省千阳县作为研究区,提取2000~2015年的遥感数据为基础,参照土地利用程度指数、景观指数和数学模型,分析了景观格局的变化特征;根据生态系统服务价值的评估模型,定量分析了千阳县景观格局的变化对生态系统服务价值（ESV）的影响。结果表明,2000~2015年,千阳县农耕面积逐年减少,转变为草地和林地,未利用土地转移为建设和水利用地;研究区在15年间的景观连通性和均匀度得到提升,景观类型分布规则化,景观多样性上升,景观优势度降低;生态系统服务价值15年间逐年提高（4.40%）,单项生态系统服务价值中以生物多样性保护、水源涵养、土壤形成与保护为主,土壤形成与保护价值占总比18.25%;土地利用程度4期结果均高于国家平均水平,土地得到充分的利用;敏感性分析验证研究区生态系统服务价值ESV系数的估算结果准确可靠。结果表明,千阳县景观格局的变化影响着ESV的价值走向,影响着区域生态系统服务价值的大小。     

青藏高原木里矿区及其周边土地覆被变化及景观格局脆弱性响应

矿区开发会导致周边土地覆被及景观格局发生剧烈变化, 但目前对青藏高原典型矿区及其周边土地覆被长时间序列变化缺乏动态监测, 尤其缺乏对景观格局脆弱性响应特征的深入认识, 因此无法针对矿区合理开发和生态修复等提出有效的科学指导。通过遥感技术和土地变化科学研究手段, 以及景观格局脆弱性概念, 对青藏高原北部木里矿区及周边1975 - 2016年土地覆被时空变化和景观格局脆弱性进行分析和评估。结果表明： 木里矿区在2000年后剧烈扩张, 导致周边土地覆被面积缩减, 其中高寒草甸湿地面积损失最大, 其次为其他和高寒草甸。矿区开发对周边生态系统的间接影响效应在逐渐增大, 表现为水域面积减少, 高寒草甸湿地出现退化以及矿区发生少量逆转。受矿区扩张影响, 区域景观格局脆弱性不断增强, 可能对周边生态系统服务功能产生负面影响。因此, 未来矿区的生态修复和规划过程中, 应当优化景观格局, 降低景观格局脆弱性。研究成果可为青藏高原及其他生态脆弱地区的矿区合理开发规划及生态修复等工程提供一定参考。     

石羊河流域及其典型绿洲景观动态变化研究

根据1986年和2000年的TM影像数据,利用GIS技术和景观结构分析软件FRAGSTATS,分别在类型和景观两个水平上分析了石羊河流域及武威和民勤两个典型绿洲近15a来的景观结构变化.结果表明:在整个流域水平上,虽然发生了景观结构的空间变化,但总体上相对稳定.在典型绿洲区,特别是民勤绿洲景观格局的变化较大,表现为景观的破碎化,形状的简单化和景观多样性的降低,以及耕地、沙地的增加和林地、草地的显著减少,沙漠化趋势加剧.     

10 000 aB.P.关中蓝田的植被和气候

在阐述陕西关中蓝田县城附近地质环境的基础上,利用孢粉图式分析了该区植被的演替,进而分析了该区10 000 aB.P.的古气候演化特征。从陕西蓝田东城水库剖面17个样品分析发现孢粉和藻类十分丰富,根据孢粉组合特征划分3个组合带,分别代表全新世早、中、晚3个时期的孢粉带。Ⅰ带为蒿属优势带;Ⅱ带乔木花粉激增,早期发育温带阔叶落叶林或针阔叶混交林,晚期是以温带阔叶树或与松混合的疏林草原或森林草原;Ⅲ带是以松、蒿为主的森林草原或疏林草原。结果表明：早全新世气候寒冷而干燥,发育以蒿为主的大片草原;中全新世气候温暖湿润,发育疏林草原和森林草原;晚全新世渐变为干冷,发育以松、蒿为主的森林草原。     

黄土丘陵小流域生态用水试验研究--气候和土地利用变化的影响

为探讨黄土高原地区的生态恢复,以半干旱黄土丘陵区安家沟小流域的气象、土壤水分、地形图和土地利用图(1982年和2002年)为源信息,分析了不同植被类型的蒸散量和生态用水量、流域生态用水量及其与气候和土地利用变化的关系。研究结果表明:(1)流域土地利用结构从1982-2002年间变化较大,农地(特别是梯田)增加较快,乔木林地急剧减少,主要表现为毁林、开荒和造田;(2)研究区内各种植被/土地利用类型的蒸散量和生态用水都极大地受控于气候(特别是降雨量)的影响,其年际差异较大;(3)不同植被/土地利用类型间的蒸散量和生态用水差异明显,在各个年份乔灌林的生态用水量均大于农作物和自然草地的蒸散量和生态用水量,但生态用水的差异程度小于蒸散量的差异程度;(4)以自然草地(即荒草地)为标准,农作物的蒸散量和自然草地接近,但乔灌林地的蒸散量和生态用水量均远高于自然草地,难于实现土壤水分平衡;(5)流域土地利用结构的变化(主要是强耗水植被的减少)减小了流域生态用水量,增强了流域的水分平衡能力。     

苏干湖盆地水资源与生态环境及其向区外调水的影响

苏干湖水系属于柴达木内流水系西北端的一个独立水系, 在现状条件下, 苏干湖盆地水循环关系为大小哈尔腾河-苏干湖的"补给-蒸发"相平衡.大小苏干湖为盆地水资源的尾闾汇集区, 生态景观大部分为戈壁荒漠, 生态植被集中分布在湖外围地下水埋深小于5 m的浅埋带.在评价分析现状水均衡的基础上, 分析了盆地水循环过程, 结合氢氧同位素测试和遥感信息提取, 得出大、 小苏干湖水体的补给来源不同, 河流来水量的变化主要反映在大苏干湖水域, 对小苏干湖水体影响较小.初步建立了苏干湖盆地生态植被变化模式, 结合引哈济党工程, 分析了不同调水情景下, 大苏干湖水体面积的变化、 地下水浅埋带的变化及生态变化. 结果表明: 在大哈尔腾河调水1.0×10⁸m³时, 不会对苏干湖水系生态状况造成明显的影响, 因而可对敦煌生态保护起到积极作用.     

松嫩平原西南部土地利用动态变化的分形研究

根据分形理论,采用二维欧氏空间分形维模型的计算方法,以TM卫星影像为主要数据源,在GIS支持下,计算出松嫩平原西南部地区在1989年、1996年和2001年主要土地利用类型的分形维数值、稳定性指数和相关景观指数。并根据分形维数和稳定性指数的物理意义及其与景观指数的关系,综合分析了研究区土地利用的动态变化规律。研究表明,水域、草地和湿地的稳定性相对较差,是较脆弱的土地利用类型;除林地外,其它各土地利用类型的稳定性均呈下降趋势,气候干旱和人类不断强化的经济活动对生态环境系统的影响显著,需加大对研究区生态环境修复和重建工程研究和投资的力度。     

基于“源-汇”理论构建农林交错的县域景观生态修复格局——以鄂伦春旗为例

基于“源-汇”理论,运用最小累计阻力模型,通过ArcGIS软件分析计算,构建内蒙古鄂伦春旗地区景观生态修复格局。通过对区域“源”、“汇”景观识别,分析区域各类型源景观阻力面,划分出5级生态功能分区,提出修复区的空间修复次序。结果表明,鄂伦春旗地区林地源景观面积28054.2 km2,草地源景观面积2912.9 km2,水域源景观面积141.4 km2,源景观占鄂伦春旗总面积的85.58 %,生态功能及生态质量整体较好,但是旗南部均以耕地为主,南北部景观生态安全质量差异较大。针对各类修复区生态问题的严重程度及分布区域范围,修复次序为林草水修复重要区＞林草修复重要区＞草水修复重要区＞林水修复重要区＞草地修复重要区＞水域修复重要区＞林地修复重要区。创新提出了研究区生态保护核心区及重点生态修复区分布范围,构建了“点、线、面”三位一体的立体空间廊道和“四横二纵”的生态修复格局,为以林地和耕地为主要景观的欠发达县域地区生态环境保护体系做出示例。可广泛应用于存在较多类型生态保护区且农林混杂交错的县域地区,为区域生态保护、空间规划管制、构建生态修复格局提供参考。     

3S技术在神农架滑雪场生态环境影响评价中的应用

神农架滑雪场位于国家级自然保护区的边缘地带。运用景观生态学原理和方法,采用3S技术,对滑雪场景观生态体系的结构和功能状况进行评价,通过景观多样性指数、景观聚集度指数等指标量化计算及比较分析,预测了项目建成后对所在区域生态完整性的影响程度及将造成的敏感生态问题。结果表明,评价区自然系统的生物量将减少430.26 t,平均净生产力降低为881.55 g/m2.a,项目建设不会改变林地的模地地位,其对生态环境质量仍有较强的调控能力。3S技术结合景观生态学方法将生态环境影响评价由定性评价转向定量预测,为建设项目生态影响评价研究作了有益的探索。     

晋陕蒙接壤地区土地利用/覆盖变化及其驱动力研究——以神华集团大柳塔矿区为例

选择地处生态环境脆弱地区的晋陕蒙接壤地区能源化工基地的大柳塔矿区为研究区,利用1986年8月2日和2007年9月7日的TM卫星图像数据为信息源,应用遥感技术对其土地利用/覆盖变化进行研究。通过图像处理,划分出7种土地利用和地表覆盖景观类型,根据获取的景观类型变化参数对其结构与变化特征进行分析,得出研究区的生态变化趋势与驱动力。结果表明,煤矿大规模开采以来,研究区景观结构稳定性减弱,破碎度增强,人类活动在研究区生态环境变化过程中起主导作用。在矿区生态环境恢复中,应提高自然植被景观类型的有效规模,有利于增强生态系统的稳定性。     

县域土地利用景观格局变化研究——以陇县为例

依据景观生态学基本原理,应用spss软件、arcgis软件和景观格局分析软件Fragstates对陇县1989～2009年土地利用景观格局的变化和空间分布进行研究,并根据各景观类型的景观格局指数计算结果对该区土地利用景观格局进行分析评价。结果表明,陇县主要景观类型为林地、耕地和草地,林地和建设用地保持稳定而迅速增长,草地和未利用地呈现逐渐减少趋势;人类活动使水域、未利用地更为分散,建设用地、园地更为集中;景观多样性降低,破碎化程度减缓,斑块形状的复杂程度并未发生大幅度的变化,人类活动对景观格局的影响保持在一定范围内。     

1985-2014年漓江流域景观格局动态变化研究

文章以漓江流域为研究对象,应用1985年、2000年和2014年3期遥感影像,提取土地利用数据,采用土地利用动态度、土地利用转移矩阵等方法,分析1985-2014年漓江流域土地利用的演变趋势;结合Fragstats4.2景观分析工具,识别了该流域景观格局的动态变化。结果表明：1985-2014年,漓江流域土地利用整体变化幅度不大,主要表现为林地、耕地和草地面积减小,湿地、居民及城乡建设用地和未利用土地面积增加,且变化集中发生在2000-2014年。同时景观水平上破碎化和复杂化程度加剧,聚集程度和斑块连续程度有待提高;类型水平上林地景观破碎化层度增加,耕地和草地斑块面积增加,湿地和居民及城乡建设用地的聚集度较高,分布集中。     

Study on Ecological Environment and Sustainable Land Use Based on Satellite Remote Sensing

GIS and RS techniques have been applied to interpret satellite data in 1992, 2000 and 2010. Further, the ecological environment factors of these three periods and the data for various types of land use have been obtained. LUDI in the Amur River Basin from 1992 to 2010 has been quantitatively analyzed by using the land use dynamic (LUDI) model and of land use transfer matrix model. The results indicated that from 1992 to 2010 the LUDI of land desertification is greatest, and is the most dramatic change. The comprehensive land use dynamic in the study area is 15.25, hence the land type is characterized by rapid change. In addition the area of woodland and farmland continues to increase, which has been mainly transformed from the mixture of forestland and grassland, marsh and wetland, this is an outcome of the production of shelter-forest plantation in North China, Northeast China and Northwest China. In the ten years period of the study, the area of desertified land has increased, changing mainly from a mixture of woodland and grassland. This study can rovide data for eco-geological environment management.     

土地利用结构与生态过程

本文从土地利用与土壤水分、土地利用与土壤养分、土地利用与水土流失3个方面系统讨论了土地利用结构与生态过程研究的现状和特征,指出:1)土地利用结构对土壤水分的影响涉及生态系统、坡面、小流域和区域等系列尺度,土地利用的分布及景观特点影响土壤水分的时空变异;2)土地利用对土壤养分的影响表现在土地利用的镶嵌格局影响土壤养分的分布和迁移,土地利用的变化可以引起土壤养分的变化;3)土地利用与水土流失关系密切,土地利用的改变能够减少或增加径流和土壤侵蚀.尺度不同,土地利用与水土流失的机制也不尽相同.土地利用结构与生态过程的研究,还需要注重大尺度和多尺度上的综合研究.     

Topographic controls on vegetation index in a hilly landscape: a case study in the Jiaodong Peninsula, eastern China

This study examined topographic influence on spatial and temporal variability in the normalized difference vegetation index (NDVI) derived from the Satellite Pour l’Observation de la Terre-Vegetation at the regional and landscape scales in the Jiaodong Peninsula. The generalized additive models were used to quantify the spatial variation of NDVI attributable to local terrain and topographically related variables including altitude, exposure to incoming solar radiation, topographic wetness index, distance to the nearest stream and distance from the coast. NDVI distribution shows significant dependence on topography. The variables explained 38.3 % of variance in NDVI at the peninsula, and 30–45.3 % of variance in NDVI at the woodland, cropland, and grassland landscapes. At the Jiaodong Peninsula scale, NDVI is influenced primarily by distance from the coast. However, topographic wetness index has the most explanatory power for NDVI at the woodland, cropland, and grassland landscapes. Through a statistical nonparametric correlation analysis (Spearman’s r), the study indicates that spatial distribution of NDVI changes during the period 1998–2009 and future change trend of persistence determined by Hurst exponent is closely associated with topography and topography-based attribution. These results highlight the importance of topographic changes at landscape and regional scales as an important control factor on NDVI patterns.     

Changes in carbon sink value based on RS and GIS in the Heidaigou opencast coal mine

The dynamic change in the carbon sink value of the Heidaigou opencast mining area in the Inner Mongolia Autonomous Region of China was analyzed by remote sensing and geographical information system to investigate the effect of land rehabilitation and ecological reconstruction in mining area on the biogeochemical cycle of carbon. The mining area’s carbon sink volume and value from 1987 to 2010 were calculated according to carbon sink capacity differences across various vegetation and land use types. The results indicate the following conclusions. (1) The carbon sink volume and value decreased by 17 % over 23 years, from 7,217,104.59 t and $1,082.57 million to 5,990,016.2 t and $898.50 million, respectively. (2) Assuming a dump is rehabilitated with 20 % woodland and 80 % grassland, the carbon sink volume and value can increase to 6,593,952.5 t and $989.09 million, respectively. The value would increase by 10.08 % after land rehabilitation. (3) Assuming that other industrial land is rehabilitated with grassland after the dumps are completely rehabilitated, the carbon sink volume and value would increase to 6,742,684.36 t and $1011.40 million, respectively. The value would increase by 12.57 % after land rehabilitation. The results indicate that land rehabilitation and ecological reconstruction can increase mining area carbon sinks and produce ecological and economic benefits. This study provides a new perspective on land rehabilitation and ecological reconstruction.